08第八章地下水水质评价2

第八章地下水水质评价第一节地下水水质评价概述地下水的质量简称地下水水质。地下水中的物质组分，按其存在状态可分为三类：悬浮物质、溶解物质和胶体物质。地下水水质是指地下水水体中所含的物理成分、化学成分和生物成分的综合特征。天然的地下水水质是自然界水循环过程中各种自然因素综合作用的结果，人类活动对现代地下水水质有着重要的影响。根据地下水中的物质成分及对其开发利用的作用与影响，人为地制订地下水水质指标，以表征地下水中物质的种类、成分和数量，它是衡量地下水水质的标准。地下水水质指标项目繁多，共有上百种，可划分为物理性水质指标、化学性水质指标和生物性水质指标。物理性水质指标包括：感官物理性状指标，如温度、色度、浑浊度、透明度、臭和味等；其他指标，如总固体、悬浮固体、溶解性总固体、电导率（电阻车）等。化学性水质指标可分为3种：第一种为一般的化学性水质指标，如pH、碱度、硬度、各种阳离子、各种阴离子、总含盐量、一般有机物质等；第二种为有毒的化学性指标，如各种重金属、氰化物、多环芳烃、卤代烃、各种农药等；第三种为氧平衡指标，如溶解氧（DO）、化学需氧量（COD）、生物需氧量（BOD）、总需氧量（TOD）等。生物性水质指标一般包括细菌总数、总大肠杆菌数、各种病原菌及病毒等。地下水水质评价是地下水资源评价的重要组成部分，地下水水质评价实际上就是对地下水水质进行定量评价。根据现阶段国家颁布的规范、标准，按照技术要求进行地下水采样分析，依据不同用途对水质的要求，进行地下水水质现状评价，大多是在勘察阶段进行的评价。地下水水质评价存在着时效性问题。地下水水质评价的时效性主要由两方面因素所决定，一方面地下水水质的成分极为复杂，地下水中的某些成分以前不被人们认识，但随着科技水平的提高而被认识和检测出来。因而，地下水水质评价的标准也要在实践中不断地总结、修改，逐渐完善。在进行水质评价时，应以最新标准为依据，不仅考虑水质的现状是否符合标准，还应考虑是否有改善的可能，即经过处理后能否达到用水标准。另一方面，由于地下水始终处于不断的循环交替之中，在自然、人类的影响之下，地下水的水质不断变化，勘察阶段所进行的地下水水质评价结果随着时间的推移往往还会发生变化。因此，水源地建成后也要进行水质监测并定期评价，预测地下水开采后水质可能发生的变化，提出卫生防护和管理措施。地下水水质评价应反映出区域地下水水质的整体特性。因此，应使水质样本的空间分布能够在宏观上最大限度地实现对地下水水质状况的控制，在采样点得到的地下水水质信息能够代表整个系统的水质状况。同时，提高成井工艺水平、采样技术及水质检测水平，以保证地下水水质评价的精度。近年来，随着地下水科学技术的发展以及人们对环境问题认识的不断深化，地下水环境质量评价工作越来越得到重视。地下水环境质量评价是环境质量评价工作的重要组成部分，它与常规供水水质评价既有联系又有区别。地下水环境质量评价是一项全新的工作，在概念、理论与技术方法上还在不断地完善。有关地下水环境质量评价的内容将在本章第四节中作简单的介绍。第二节供水水质评价一、生活饮用水水质评价生活饮用水应符合下列基本要求：①水的感官性状良好；②水中所含化学物质及放射性物质不得危害人体健康；③水中不得含有病原微生物。因此，评价生活饮用水时应包括地下水的感官指标、一般化学指标、毒理学指标、细菌学指标和放射性指标。（一）地下水水质的物理性状评价（感官评价）生活饮用水的物理性状应当是无色、无味、无臭、不含可见物，清凉可口（水温7～11oC）。水的物理性状不良，会使人产生厌恶的感觉，同时也是含有致病物质和毒性物质的标志。例如，含腐殖质的水呈黄色，含低价铁的水呈淡蓝色，含高价铁或锰的水呈黄色或棕黄色；水中悬浮物多时呈混浊的浅灰色，硬水是浅蓝色；含硫化氢的水有臭鸡蛋味，含有机物及原生动物的水，可能有腐味、甜味、霉味、土腥味等；含高价铁有发涩的锈味，含硫酸铁或硫酸钠的水呈苦涩味，含氯化钠过多的水则有咸味等。（二）地下水的一般化学指标评价（普通溶解盐的评价）水中溶解的普通盐类，主要指常见的离子成分，如氯离子（CI－）、硫酸根离子（SO42一）、重碳酸根离子（HCO3－）、钙离子（Ca2＋）、镁离子（Mg2＋）、钠离子（Na＋）、钾离子（K+），以及铁、锰、碘、锶、铍等。它们大都来源于天然矿物，在水中的含量变化很大。它们的含量过高时，会损及水的物理性状，使水过咸或过苦不能饮用，并严重影响人体的正常发育；它们含量过低时，也会对人体健康产生不良影响。生活饮用水标准中规定，水的总矿化度不应超过1g／L。由于人体对饮用水中普通盐类的含量具有很快的适应能力，所以在一些淡水十分缺乏的地区，总矿化度为1～2g／L的水，也可作为饮用水。在生活饮用水评价中，以下情况值得重视。水的硬度：按2001年9月1日卫生部颁布的《生活饮用水水质卫生规范》（表8.1），饮用水的总硬度（以碳酸钙计）不应超过450mg／L的限量。以德国度计时，一般不得高于25德国度。但硬度太小的水，对人体也不宜，规定不得小于8德国度，最好是10～15德国度。钙是人体必需的矿物质。饮用水中缺钙，易导致牙病，并影响人体心血管系统及骨骼的生长等，可能出现许多不适应的症状。当水中含过量的锶或铍时，可能导致大骨节病、佝偻病和克山病。人体对镁的需求远比钙少得多，水中含镁过多时，易使水发涩、发苦，特别是硫酸镁含量大干300～500mg／L时，能引起腹泻。硫酸盐：水中硫酸盐含量过高时，会使水味变坏，甚至引起腹泻，使肠道机能失调。水中硫酸盐的含量应限制在250mg／L以下。在水中缺钙的地区，当硫酸盐含量低于10mg／L时，易导致大骨节病。碘：人体需要适量的碘，以制造甲状腺激素，维持碘代谢。碘在淡水中的含量一般很低（0.002～0.01mg／L），易为植物，特别是柳树吸收。人体如果缺碘，会发生甲状腺肿大病和克汀病。锶和铍：天然水中的锶和铍含量一般甚微。当其含量增高时，可引起大骨节病、锶佝偻病和铍佝偻病。饮用水中锶的含量限定为0.003mg/L。铜和锌：是人体必需的元素，其限量皆为1.0mg／L；若摄取过量，也有毒性。硫酸铜的毒性较大，会引起肠胃炎、肝炎、黄疸病等。锌的毒性较弱，但吃得过多，也可引起肠胃炎及消化道动膜被腐蚀等疾病。氧化亚铁和锰：这两种物质影响水的味道。当氧化亚铁含量达到0.3mg／L时，水具有墨水味。当锰的含量达到0.1mg／L时，水也有不良味道。值得注意的是，我国现行的标准对溶解性总团体（矿化度）只规定了上限标准，对下限则未做限定。其实人体所需的矿物质和微量元素大多来自饮用水，长期饮用低矿化度水（纯净水、雨水等）会对身体产生不良的影响，使人产生疲乏感，人体免疫力降低，引发某些疾病。（三）对饮用水中有毒物质的限制地下水中的有毒物质种类很多，包括有机的和无机的。目前，各国对有毒物质的限定数量各不相同，主要基于对有毒物质毒理性的研究程度和水平的差异。除了在饮用水水质标准中所限定的有毒物质外，仍有许多有毒物质的毒理性由于现有的研究水平无法确认其毒理水平而不能给出明确的限定指标。地下水中的有毒物质主要有砷、硒、镉、铬、汞、铅、氟化物、氰化物、酚类、硝酸盐、氯仿、四氯化碳以及其他洗涤剂及农药等成分。这些物质在地下水中出现，主要是地下水受到污染所致，少数也有天然形成的。就毒理学而言，这些物质对人体具有较强的毒性及强致癌性，各国在饮用水水质标准中对此类物质的含量都有严格控制。有些有毒物质能引起人体急性中毒，而大多数毒性物质随饮用水进入人体在人体内积蓄，引起慢性中毒。有毒物质对人体的毒害作用主要表现为：氟骨症、骨质损害、骨疼病、破坏中枢神经、损伤记忆、新陈代谢紊乱、血红蛋白变性、皮肤色素沉淀、脱发、破坏人体器官的正常功能、致癌等，中毒严重者会导致快速死亡。砷（As）：毒性较大，饮用水中砷的含量大于0.1mg／L时，能麻痹细胞的氧化还原过程，使人容易患溶血性贫血，并有致癌作用。饮用水中砷的允许含量一般为0.01～0.02mg／L；超过0.05mg／L时不能作为饮用水。硒（Se）：硒对人体有较强的毒性。它在人体中蓄积作用明显，易引起慢性中毒，损害肝脏和骨骼。1975年后，人们认识到硒在生物功能方面具有双重作用，它既是有毒元素，又是生命所必需的微量元素，如对癌症则有致癌和抗癌的两重性。近期研究表明，人体摄入硒应适量。饮用水标准中对硒的限量为不超过0.01mg／L。镉（Cd）：具有很强的毒性，能在细胞中蓄积，是一种不易被人体排出的有毒元素。它可使肠、胃、肝、肾受损，还能使骨骼软化变脆，产生骨痛病。有人认为，贫血及高血压也与镉在机体内的蓄积有关。饮用水对镉的限量标准为不超过0.005mg／L。铬（Cr）：铬，特别是六价铬对人体有害，当饮用水中铬含量大于0.1mg／L时，会刺激和腐蚀人体的消化系统，能破坏鼻内软骨，甚至可致肺癌。饮用水卫生规范对铬的限定标准为不超过0.05mg／L。汞（Hg）：汞为蓄积性毒物。它进入人体后，可使人的中枢神经、消化道及肾脏受损害，使细胞的蛋白质沉淀，形成细胞原浆毒。妇女、儿童及肾病患者对汞敏感。汞还能从妇女乳腺中排出，影响婴儿健康。饮用水标准对汞的限定含量不超过0.001mg／L。铅（Pb）：蓄积性毒物。当人体内蓄积铅较多时，会使高级神经活动发生障碍，产生中毒症状，甚至侵入骨髓内，使人瘫痪，它也能从妇女的乳腺中排出，影响婴儿健康，饮用水中对铅的限量为不超过0.01mg／L。氟化物：氟化物在饮用水中含量过低或过高，都对人体有害。当含氟过低（小于0.3mg／L）时，会失去防止龋齿的能力；含氟量过高（大于1.5mg／L）时，可使牙齿釉质腐蚀，出现氟斑齿，甚至造成牙齿损坏。长期饮用高氟水，还能引起骨骼变形等慢性疾病（氟骨症），甚至残废。饮用水中含氟量的最高限量为1.0mg／L。氰化物：氰化物是毒性大的物质。它进入人体后，会使人体中毒；当达到一定浓度时，可导致急性死亡。饮用水中的氰化物最高限量为0.05mg／L。（四）对细菌学指标的限制地下水中常含各种细菌、病原菌、病毒和寄生虫等成分，同时有机物质含量较高，这类水对人体十分有害。因此，饮用水中不允许有病原菌和病毒的存在。然而由于条件的限制，水中的细菌，特别是病原菌不是随时都能检出和查清的。因此，为了保障人体健康和预防疾病，便于随时判断致病的可能性和水受污染的程度，一般是将细菌总数、总大肠菌群和粪大肠菌群作为指标，确定地下水受生活污染的程度。1）细菌总数，指水样在相当于人体温度（37oC）下经24h培养后，每毫升水中所含细菌总数，规定小于100CFU／rnL。2）总大肠杆菌群和粪大肠杆菌群。大肠杆菌本身并非致病菌，一般对人体无害。但若在水中发现很多大肠杆菌，则说明水已被污染，有病原菌存在的可能性。《生活饮用水水质卫生规范》规定，总大肠杆菌群和粪大肠杆菌群在每100mL水样中不得检出3个/L。在进行水质评价时，应对勘察区所取水样资料进行分析，逐项与标准对照比较，只有全都符合标准的水才可以作为饮用水。如果出现个别超标项目，则根据其经人工处理后能否达到标准要求而定。二、工业用水水质评价各种工业生产几乎都离不开水，不同的生产部门对水质的要求也不同。因此，不同工业用水水质的限定要求，在供水水文地质勘察与水质的评价中，系统地、有重点地在拟开发的地下水水源地布置水质采样点，按照工业用水的水质标准全面评价水源地的水质状况。由于工业用水种类繁多，没有必要一一列举，现仅简述主要工业的水质评价。（一）锅炉用水的水质评价在工业用水中，锅炉用水构成了供水最主要的部分，而且对水质的要求也较高。由于蒸汽锅炉中的水是处在高温、高压条件下，所以水中的一些物质会发生各种不良化学反应。其中，成垢作用、起泡作用和腐蚀作用等不良的化学作用严重地影响锅炉的正常使用。1.成垢作用当水煮沸时，水中所含的一些离子、化合物可以相互作用而生成沉淀，并依附于锅炉壁上，形成锅垢，这种作用称为成垢作用。当锅垢厚时，不仅会影响传热、浪费燃料、降低锅炉的使用效率，而且有时会使炉壁受热不均、炉壁过热融化，引起锅炉爆炸。锅垢的成分通常有氧化钙、碳酸钙、硫酸钙、硅酸钙、氢氧化