水质分析方法介绍

1、水质分析方法介绍前言水质不佳时会造成我们用水上的困扰，要判断出水质的好坏，需要经过相当多的分析项目，每种项目测定原理及方法也都相差甚大，由本章详细的介绍，可以帮助你了解到水质分析的重要性及学习到各种水质分析技术。详细分析方法可参考附录三。5.1 浊度5.1.1 概论当水中含有悬浮物质，就会造成混浊度，使光线通过时产生干扰。在水质上，我们可以浊度(turbidity)来表现水样得混浊程度。基本上，浊度是一个水样之光学性质，水样中有悬浮物质存在时，可散射光线，其散射强度与悬浮物质之量及性质有关。会造成混浊度的悬浮物质，种类相当多，诸如黏粒、坋粒(silt)、有机物、浮游生物、微生物等，其大小从小的

2、胶状分子，(1100奈米)到大而分散的悬浮物质不等。在静止状态下的水体，如湖泊或水泽，水中的浊度，多来自胶体粒子，但在流动状态下的水体，如河川，水中的浊度则主要来自较粗大的悬浮物质。在河川上游，降雨时，许多土壤因冲蚀作用而进入河川，土壤的矿物质部分及有机质部分均会导致水体中浊度的增加；河川中下游，常有工业废水及都市废水流入，废水中的各类有机物或无机污染质，亦均无可避免地会增加河川之浊度，尤其在有机物流入河川后，会促进细菌与其他微生物的生长，更增加了混浊度，此外，农田施肥后之排水或养猪废水流入河川中，会使河川中氮，磷成分增加，造成优氧化(eutrophication)，刺激藻类大量生长，其结果是

3、水中浊度的增加。由上述可知，引起水中浊度增加的物质，本质上可分为无机物及有机物两大类，这种本质上的差异，将影响环境工程上净化程序是否合适，增加工程上的难度。5.1.2 5.1.2 浊度在水质上的重要性 在公共给水上，浊度是相当重要的指标，浊度高的水，在外观上即予人不洁净的感觉，在饮用时易受到排斥。另浊度高的水，在给水工程上亦发生困难，因会使过滤过程负荷增加，砂滤也无法达到效率，且增加清洗费用。此外，在公共用水进行消毒时，有些细菌或其他维生误会吸附着在造成浊度的颗粒上，而得以抗拒氯气或臭氧等消毒剂，物浊度高的水，消毒不易完全。5.2 色度 5.2.1 概论自然界的金属离子(诸如铁及锰离子)、泥炭

4、土、府植质、浮游生物、水草、微生物及工业废水等，常使水源带有颜色，水之色度(color)由于影响水资源之观瞻及利用，往往需要处理。当水样中含有悬浮固体物时，水之色度不仅来自水溶液中的物质，也会受悬浮固体物的影响。因此，我们可将色度分为真色(true color)与外观色(apparent color)。真色是将水样经离心或过滤的程序去除悬浮固体物所得的水样色度；外观色则是水样直接测得之色度，也称为视色。由于一般水源当pH值增加时，色度亦随之增加，可知pH值会影响水之色度，故水样检验色度时，应同时注名pH值。前所述及色度的来源，我们可将其分为天然及人为来源，天然的来源中，有机碎屑如树叶及木材萃取

5、物、腐植质、木质素的衍生物等，常发生于地表水流经森林地或沼泽地区时所带出；铁及锰则源自矿物之溶解。人为来源较常源自工业废水，如染整工业、造纸工业及制革工业等废水，欲经济有效的去除水中色度，并不是简单的工作。5.2.2 5.2.2 色度在公共用水上的应用公共用水如果色度很高，消费者必然质疑水质的纯净程度，即使水质无碍健康，亦不易受到相信。因此，各国饮用水均定有色度的标准，在净水工程上，水质工程师均相当重视色度之高低。部分水中造成色度之有机物质，在加氯消毒后，会形成含氯有机化合物，如三卤甲烷等，则是色度偏高水质可能衍生的问题。此外，工业用水诸如纺织染整用水，对色度的要求亦很高，以避免水中色度对产品

6、质量造成影响。5.3 硬度5.3.1 概论水中之多价阳离子(multivalent cations)是导致水具有硬度的主要原因，多价阳离子中，尤以钙与镁离子两者为天然水中之阳离子，其余如Fe2+、Mn2+、Sr2+、Al3+等亦可能存在天然水中，但其相对含量低，常予以忽略不计。一般而言，含石灰岩地区及土壤表层较厚地区，雨水与岩石及土壤接触溶出较多的钙镁离子，故硬度较高。5.3.2 硬度测定的重要性水中硬度之高低，对工业用水之管理相当重要，这是因为大部分均有冷却水及锅炉系统，若不予以注意控制硬度，除会降低机械效率，增加操作成本外，尚有造成锅炉发生爆炸之危险，故工业用水中硬度之监控处理相当重要，而

7、需经测定硬度，表5.1为水质依硬度之分类表。表5.1 水质上依硬度之分类表程度硬度Meq/Lmg/Las CaCO3软(soft)163005.4 导电度5.4.1 概论导电度(electrical conductivity , E.C)是量测水样导电能力之强弱，为将电流通过1平方公分断面积，长1之液柱时电阻(resistance)之倒数，单位为毫姆欧/公分或微姆欧/公分表示。导电度的大小与水中解离之离子含量之多寡以及温度有关。一般物质在水中解离产生电流，阳离子跑向阴极，阴离子跑向阳极，大多数的无机酸、碱以及盐类均是很好的导电体，但是某些有机分子如蔗糖及苯在水中不易解离，导电度相当小。导电度之

8、测定，可以用标准导电度溶液先行调整导电度计再行测定，有些导电度计可测定导电度范围很小，或者即使很广，其灵敏度很差，只适合用于海水或半咸水，有些又只适合于淡水，因此宜备有至少两部导电度计，一部测定咸水，一部测定淡水用。新鲜的蒸馏水其导电度约在0.52微姆欧/公分，经过一段时间后会增加，增加的原因为空气中之二氧化碳或氨等跑进去之缘故，美国饮用水其导电度在501500微姆欧/公分之间，台湾的湖泊水为100400微姆欧/公分左右，工厂废水导电度一般较高，往往超过10,000微姆欧/公分。5.4.2 导电度的重要性由于导电度之测定相当简便，导电度计亦方便携带至现场使用，在环境监测上，水之导电度常被用来评

9、估水体是否遭受污染的指标，用途相当广泛。尤其因为海水及淡水之导电度差距非常大，在海岸地区监测是否有海水入侵现象时，导电度更属不可或缺之指标之一。灌溉水质量之等级，导电度为重要之评估标准之一，依美国盐性研究所之分级，将水导电度分为六级，自C1至C2，灌溉水之导电度可由0250微姆欧/公分的C1级至6,000微姆欧/公分的C6级，盐分越多愈不适合灌溉，台湾省灌溉水质标准亦有导电度小于750微姆欧/公分支限值，亦即C2级以内者，才符合灌溉水标准。5.5 5.5 固体物5.5.1 概论除了纯水外，一般天然水体之水或废水均含有固形物(soild matter)。在水质名词中，总固体物(total sol

10、id, T.S.)是指将水样蒸发后，其残留物质再某一温度之下干燥所得者。总固体物包括两部分，若将水分先经过一个过滤设备，则存留在过滤设备上之固形物，经一定温度干燥所得之部分称为总悬浮固体物，而其滤液经一定温度干燥后所得之部分称为总溶解固体物。过滤器形式、滤纸孔隙大小、孔隙率、面积及厚度均会影响过滤结果，不仅如此，水样的物理性质、固形物之粒径大小定为2.0微米，水样留存在此空隙大小滤纸之固形物经特定条件测出之部分称为悬浮固体，5.5.2 固体物测定的重要性水中悬浮固体物的测定，在污水分析上相当重要，在事业放流水排放标准中，对各行业之放流水中悬浮固体物含量，均有详细的规定，这是因为在污染程度之分析

11、上，它具有指标的作用。而在一般污水处理单元设计上，污水中固体物亦为移除之重点，故固体物测定可用于评估处理方法之效率。水中溶解固体物含量，是饮用水水其标准中之重要项问之一，在台湾省自来水水质标准中，订有500毫克/升之限值，故在饮用水之处理程序中为考虑之指针之一。此外，沈降性固体物之测定为污泥性质之重要项目，对污泥之处理方法有重要的参考价值。5.6 氢离子浓度指数(pH值) 5.6.1 概论1887年瑞典科学家Arrhenius提出游离理论，认为水溶液中会产生氢离子(H+)者为酸，而会产生氢氧离子(OH-)者为碱。依其理论，强酸与强碱在水溶液中之解离相当大，弱酸与强碱的解离度则相当小。当水分子解

12、离时，会生成部分的氢氧离子，其反应式如下：H2O H+(aq)+OH-(aq)当加酸入水中时，由于H+浓度大增，为了维持Kw为定值，OH-浓度就减少；相反的，加碱于水中时，则OH-浓度大增，H+浓度及减少。不管水中H+及OH-浓度如何变化，其H+和OH-浓度的乘积Kw恒为常数，室温时为1.010-14。为了避免使用冗长的指数，来表示氢离子的浓度，1909年瑞典化学家Soreson氏建议以负对数值来取代莫耳浓度，日后广被采用，即所谓的pH值，有时径称氢离子浓度指数，以下式表现之：pH=-logH+或pH=log1/H+同法可用pOH = -logOH-，pKw=-logKw等。pH值的范围，一般

13、在0到14之间，纯水为中性，其pH值为7.0，当溶液为酸性时，H+10-7M，pH值将小于7，即pH值越小酸性越强，反之，溶液为碱性时，H+10-7M，pH值大于7，即pH值越大碱性越强。天然水之pH值受碳酸盐系统(carbonate system)影响很大，以降雨为例，由于雨水吸收空气中的二氧化碳，形成碳酸，使其在正常情形下pH常低于5.65左右，若再受工业污染物之影响，则可能成为酸雨，pH值甚至可低至2.0。5.6.2 5.6.2 pH值测定的重要性大部分的水生生物，均对水环境中pH值范围相当敏感，因此，基于维护生态平衡的考虑，事业放流水之排放，均需控制其pH值，以防止对水生生物的冲击。在

14、环境工程上，不论是给水或污水之处理，pH值的控制均相当重要，这是因为pH的高低，对于沉淀、化学混凝、消毒、氧化还原及水质软化等处理程序均有影响。此外，再利用微生物处理废水时，pH值必须控制在有用的微生物有利的范围内。5.7 溶氧5.7.1 概论自然界的水，由于与大气接触，或多或少溶解氧气，这些氧气称为水中溶氧(dissolved oxygen, DO)。水体中溶氧浓度经常受到系统中生物，物理及化学程序之影响，随之改变。由于几乎所有的生物，均仰赖溶氧的维持代谢程序，并产生能量来生长与再生细胞，水中溶氧浓度与水生生物相当重要。氧在水中溶解度不大，在20oC及1大气压时约30毫升/升溶解度与温度及大

15、气中氧之分压而改变，溶解度随温度及大气中氧之分压而改变，遵循亨利定律(Henry Law)，如下式所示：O2=KhPo2式中O2为水溶液氧气之平衡，Po2为氧气之分压，Kh则为亨利常数，其值随温度而异，当温度高时，Kh值较低，温度低时，Kh值较高。因此，在夏季时温度偏高时，水中溶氧值偏高，水中溶氧值偏低，再冬季时，水中之溶氧值就会偏高。有些鱼类只能生长在水中溶氧较高高冷山区，当改变环境制温热之平地，就会因缺乏溶氧而死亡。水中盐分含量亦会影响氧之溶解度，一般盐分愈高，则溶氧量愈低。以20 oC之纯水为例，其饱和溶氧量为9.07毫克/升，但20 oC之海水，饱和溶氧量只有7.33毫克/升。5.7.

16、2 溶氧测定在水质测定的重要性在各种不同水体，溶氧含量常是水质优劣之重要指标。以河川为例，溶氧含量在未受污染区段通常很高，甚至可达饱溶氧量，但在遭受有机物污染时，水中微生物繁殖，会消耗氧气，溶氧值即降低，严重时甚至接近0毫克/升，溶氧小于2.0毫克/升之河川水，属戊类水质，甚至不适于灌溉用水之用途。在评估河川水质污染情形时，溶氧测定可谓是不可或缺之工作。在废水处理程序中，往往需利用好氧性微生物来分解废水中之有机污染质，这时水中溶氧的控制就显得很重要，为了维持适量的氧气，不致因太多而浪费，太少而处理效果不佳，经常性的溶氧测定是无可避免的。工业用水中，蒸气锅炉之用水是相当讲究水中溶氧之去除的，因氧

17、气会使得高温下之锅炉钢管发生腐蚀的问题，故加入除氧剂以去除溶氧，此时溶氧之测定有其必要，管理人员可由溶氧之数据控制除氧剂的用量，以达最佳操作。5.8 氯盐 5.8.1 概论氯离子(Cl-)是水及废水中主要的阴离子之一，他在不同的水中有不同的浓度范围。一般在山区及河川上游的地表水中，氯盐(chloride)之含量甚低，但河川下游或靠海的地下水中，有时含量很高，这可能与部分矿物溶出及农工废水中氯盐之进入有关，另一个原因是海水中氯盐含量极高，平均为19,000毫克/升，沿海地区的地下水，会与海水达到流体静力平衡，过度抽取地下水，会破坏此种平衡，而使海水易于入侵，地下水中之氯盐含量就急遽增高，这种情况

18、，在台湾的嘉南、高屏及宜兰地区，已有许多报告提出。人类的排泄物，特别是屎，所含氯盐颇多，因此，生活污水中含有相当量的氯盐。此外，许多工业废水，亦含有大量之氯盐。这是人为污染比较重要的两个来源。水中氯盐含量较高时，水会带有咸味，尤其当主要阳离子为钠离子时，氯盐达250毫克/升即有咸味，然而，若主要阳离子为钙与镁离子时，即使氯盐含量高达1000毫克/升亦不觉得有咸味。氯盐含量高的水对金属管线及结构有害，也不适于灌溉之用。5.8.2 氯盐测定之重要性由于氯盐为水及废水主要阴离子之一，在一般环境监测工作上，为了解主要水质结构，均将氯盐列为测定项目。目前我国饮用水及灌溉用水之水质标准中，均对氯盐浓度定有

19、限值250毫克/升。氯盐之来源有限，测定容易，有不易被吸附及不分解之性质，故常作为水质污染物追踪之目标，以往有许多文献亦以氯盐为追踪剂(tracer)，研究环境中之污染物传输现象。5.9 硫酸盐5.9.1 概论在天然水中，硫酸根离子(sulfate, SO42-)为重要的阴离子之一。其含量可由每升几个至数千毫克，在硫化矿物氧化时进入天然水之情况普遍。当其含量过高时，对某些用水目标会造成不良影响。以工业用水为例，SO42-之浓度过高，则会在锅炉及热交换器上形成水垢，阻碍这些设备传热效率。灌溉用水中，SO42-浓度过高时使土壤酸化危害作物。而在饮用水中，SO42-之浓度过高，则会危及人体健康。在缺

20、乏氧气及硝酸盐的环境中，硫酸盐可作为氧的供给者，亦即电子接受者，以供厌氧细菌进行生氧化，而SO42-本身则被还原成S2-，依系统中不同之pH，S2-、HS-及H2S分别成为优势之化学型态，当pH在8左右，最优势的型态为HS-，pH值在8以上，则渐渐转为S2-为主，pH值在8以下，则S2-不存在，渐渐由HS-为主，转为以H2S为主，由于H2S有臭味故在缺乏氧气的环境中，SO42-会间接引起臭味，且在酸性情况下愈形严重。硫化氢气体不仅产生臭味，亦具有相当强的腐蚀性。在下水道管路中，若氧的供应不足，废水中SO42-即发生还原反应产生H2S，当H2S溢出至管路之气相中时，又会发生氧化反应，这个氧化反应

21、通常发生在管顶，由于为H2SO4强酸，会腐蚀混凝土，下水道管顶因此产生所谓的皇冠型腐蚀。5.9.2 5.9.2 硫酸盐测定之重要性原来进行SO42-的分析可了解其是否适合公共用水、工业用水及灌溉用水之用途。在河川溶氧不足的情况下，SO42-会还原成H2S、NH3及CH4等气体同时放出，发生臭味，降低环境质量，此外，地下水或地表水中，SO42-均为最重要的阴离子之一，可了解水质之化学结构，因此，水中SO42-之测定广用于环境质量监测。废水与污泥在厌氧消化反应发生时，SO42-会还原产生H2S，造成臭味及腐蚀的困扰，这种现象为环境工程师所需注意的。硫酸盐测定数据因此可供废水与污泥处理程序中，工程师

22、决定处理流程、处理设备及设计尺寸大小之参考依据。5.10 氮5.10.1 概论对所有生物而言，氮素(nitroqen, N)是最重要的元素之一。动物一般无法利用大气中的氮气(N2)或无机态氮来制造所需的蛋白质，而必须摄食植物或其他动物来供应之。植物则利用无机态氮来制造蛋白质，鉴于N对植物营养的重要性且经常缺乏，我们对作物施肥首重N的补充，N乃居肥料三要素之首。然而，N供给量太多也对植物生长会造成不利影响。在环境污染上，N污染亦日益受到重视，包括造成水体优氧化(eutrophication)、生态平衡及卫生上的问题等。氮素在生物界的变化相当复杂。一般将氮化合物分为无机态与有机态两大类。无机态氮以

23、七种不同氧化态存在着：NH3 , -3 ; N2 , 0 ; N2O , +1 ; NO , +2 ; N2O3(NO2-) , +3 ; NO2 , +4 ; N2O5(NO3-) , +5这些型态中以-3 , 0 , +3 , +5四种氧化态在生物界中最为重要。有机态氮则大都以-3价存在。NH4+(或NH3)经硝化作用(nitrification)氧化成NO2-，然后NO3-，NO3-可经硝酸还原作用(nitrate reduction)还原变成NO2-后再还原成NH4+，也可经脱氮作用(denitrification)成为氮气，而氮气又可经氮素固定作用(nitrogenfixation)

24、形成NH4+，上述反应都是由为生物催化进行的氧化还原反应。而有机氮经氨化作用(ammonificaiton or deamination)成为NH4+或NH4+经生物同化作用作用(amination or biosynthesis)转变成为有机氮则为非氧化还原反应，但仍需藉助为生物催化进行。环境中氮化合物存在的形态，主要不外乎前述的有机态氮、氨态氮(amonia nitrogen, NH3-N)、亚硝酸态氮(nitrite, NO2-N)及硝酸态氨(nitrate, NO3-N)。有机态氮如动物粪尿中，含有大量尿素(urea)，尿素易受尿素分解酵素(urease)分解而成为儿态氮，动植物体内的

25、蛋白质亦会在动植物死亡后受细菌的作用生成氨态氨，这些氨态氨进入环境后，在好氧条件下，亚硝酸菌群(nitrosomonas group)会将其转变成亚硝酸盐，然后又可再为硝酸菌群(nitrobacter group)氧化成硝酸盐，水体中NH3N与NO3-N是无机态氮存在的主要形态，NO2-N较少见且浓度通常甚低。典型的污染水，其中氮化合物的化学型态与受污染的时间有关。初期主要为有机态氮及NH3N，随着暴露于空气中的时间增加，而慢慢氧化以NO3-N形态出现。5.10.2 氮素测定之重要性在自然水体中，氮素测定的结果是判定水质好坏之重要依据。以台湾现行之水体水质标准及河川污染指数(river pol

26、lution index, RPI)为例，氨态氮浓度均为重要水质参数之一。原水中氨氮浓度偏高时，自来水厂即需增加加氯消毒之量，且指示原水可能受到污染。在各国饮用水水质标准中，一般均定有氨氮、硝酸态氮、亚硝酸态氮之限值，认为氨氮及亚硝酸态氮为影响适饮性物质，而硝酸态氮则属于可能影响健康之物质。由于硝酸态氮含量过高的饮用水，已有造成婴儿罹患蓝婴症(methemoglocinemia)之病例，饮用水中硝酸态氨的测定相当受重视。氮素为微生物生长最重要的元素之一，因此，在废污水生物处理程序中，氮素的控制为一重要的课题，需经常予以测定，以决定是否须补充氮源。氮含量高的废污水，如养猪场废水，若排入环境水体中

27、，亦促进藻类及水生植物的生长繁殖，使水体优氧化，故排放水中的氮素含量测定，亦颇受重视。5.11 磷5.11.1 5.11.1 概论天然水中之磷(phosphorus)几乎全部以磷酸盐(phosphate)的型式存在，磷酸盐又可分为正磷酸盐(orthophosphate)、缩合磷酸盐(condensed phosphate)及有机磷酸盐(organic phosphate)三类，前两类亦称为无机磷酸盐，缩合磷酸盐又称聚磷酸盐(polyphosphate)在水溶液中会逐渐水解，成为正磷酸盐。水中磷酸盐之存在型式，常和其来源有密切相关。正磷酸盐化合物常被使用作为奴定之磷肥，故经降雨之径流会将其带到地

28、面水中。缩合磷酸盐则大量使用于各类之清洁剂中，少部分使用于水质处理系统，如锅炉、冷却水塔等，均有很多机会进入地表水中。有机磷酸盐基本上是由生物程序所形成的，污水中之有机磷化合物常来自人体排泄物、食物残渣、水生植物等。天然洁净的水体中，藻类及其他水生生物繁殖不易，当水体由于日久的冲积或人为的污染，有机物和植物养分大量增加，导致藻类的大量生长，水体优氧化，水质渐趋劣化，在藻类本身死亡的过程中，会消耗大量溶氧，使水体处于厌氧状态而发生臭味。在优养现象发生的过程中，水中氮与磷的浓度极为重要，限制其浓度，即可控制藻类之生长，亦即控制优氧现象，在生长条件下，无机磷化合物的临界浓度为0.005 毫米/克左右

29、，高于此浓度，水体中之藻类即可繁殖。5.11.2 水中磷酸盐测定之重要性水中磷酸盐浓度的测定在环境质量测定工作中相当重要。当水体中之磷酸盐浓度偏高，则水体有优氧化之虞，这在作为公共给水用途的湖泊及水库特别需要留意。磷酸化合物，广泛的用于锅炉水及冷却水塔循环水水垢抑制剂中，监测其浓度，可供判断水垢抑制剂之用量是否足够，而采取必要之调整措施，以防水垢之形成，降低传热效率。以生物处理法处理废水时，微生物需摄取磷来维生，并合成新细胞组织，故处理系统中之磷含量是否能供微生物所需是重要的课题。在许多工业废水中，其含磷量并不足以供给微生物最适的生长，故往往要加些无机磷酸盐化合物至处理系统中，因此，在废水生物

30、处理程序中，磷酸盐含量的测定是基本的工作之一。5.12 5.12 生化需氧量 5.12.1 5.12.1 概论生化需氧量(biochemicaloxygen demand, BOD)系指水中有机物质在某一特定的时间及温度下，由于微生物的生物化学作用所耗用的氧量。BOD值的大小可表示生物可分解的有机物的多少，用以指示水中有机物污染的程度。在自然的条件下，许多在水中的有机物是会分解的，分解的程序以微生物进行氧化作用为主，完全的分解可使有机物氧化成CO2与水。BOD之测定基于此原理是一种生物分析，应提供微生物在实验进行期间良好的环境条件进行生物化学作用，这些环境条件诸如：无有毒物质、存在细菌生长的营

31、养成分如氮、磷、钙、镁、铁及微量元素等。在某些状况之下，水样不含适量之微生物，则需予以植种(seeding)，这在高温、pH过高或过低、经消毒之水样常发生。由于有机物完全生物氧化所需的时间相当长，一般需20日以上，在分析上有其缺点，标准检验法中乃规定5天培养时间，再这段培养时间内，水样中易为生物氧化的有机物已有7080%完成反应，大致可符合实务上的需求，故广受采用。此外，生物氧化速率亦与培养之温度息息相关，温度较高则一般氧化速率较快，温度较低则速率慢，标准检验法中是采用20为培养箱之温度。5.12.2 5.12.2 生化需氧量测定数据之重要性BOD是测量生物性可氧化有机物的唯一方法，在环境科学

32、或工程上具有广泛用途。由于BOD可指示水中有机物污染的程度，故举凡水体之水质标准分类、放六水标准拟定、河川污染程度评估及环保稽查处分等等法令或工作，均以BOD测定结果为重要依据。污水处理工作上，BOD数据之应用亦相当重要，诸如污染负荷之计算、设计处理单元、污水处理效率之评估等，均经常依据BOD测定数据来执行。因此，BOD之测定，在环境科学或工程的领域中，是无可避免的工作。5.13 化学需氧量 5.13.1 概论化学需氧量(chemical oxygen demand, COD)系指水中有机物质在酸性及高温条件，经由强氧化剂将其氧化成CO2与H2O，所用的氧量。与BOD类似，COD值的大小可表示

33、水中有机物的多少，用以指示水中有机物污染的程度。在测定COD的过程中，近中之有绩物不论其是否属微生物可氧化者，均会氧化成CO2与H2O。例如葡萄糖属微生物易氧化之有机化合物，而木质素就相当不易被微生物氧化，但两者在COD的测定过程，均会被完全氧化。因此，一般而言，COD值较BOD值高，其间之关系随水样性质不同而有所不同，有些研究针对某些性质废水求得COD与BOD之相关式，则可由COD值估算测定耗时的BOD值。COD测定中所用的氧化剂，如重铬酸钾(K2Cr2O7)、高锰酸钾(KMnO4)、碘酸钾(KIO3)、硫酸铈Ce(SO4)2等均曾被广泛研究有效，但目前仅重铬酸钾及高锰酸钾较常被使用，尤其并

34、者最常见。采用不同的氧化剂，COD的测定数据就不同，在作比较不同来源的数据时，应注意是否采用相同氧化剂所测定之COD值。5.13.2 COD测定之重要性在显示水中有机污染物含量方面，总有机碳(total organic carbon, TOC)、BOD及COD三项水质参数最常被使用，由于TOC测定仪器设备价格高昂，BOD及COD两项指标较广受采用。COD测定约3小时即可在一般实验室完成，而BOD量测则需耗时5天，因此，需要迅速得到水质数据以供分析分析时，COD测定尤具实用价值。此外，当同时测得BOD与COD数据后，可分析水样中是否有毒性或抗生物分解有机物之存在。与BOD数据类似，COD数据广泛

35、用于水体水质分类及各事业流水稽查处分等事务中，尤其在污染取缔工作上，因常具有时效性，COD之测定相当广泛。在污水处理工程上，COD值常被用于取代BOD值，应用于诸如污染负荷之计算、设计各处理单元尺寸、污水处理效率之评估，尤以例行性管理维护工作为然。5.14 总有机碳5.14.1 概论天然水体之有机物含量低，但是受养猪废水、家庭废水、工业废水、垃报渗漏水之污染后，中有机物含量卿会大量增加。水中有机物可依其亲、疏水性及酸、碱性，分成腐植酸(humicacid)、黄酸(fulvicacid)、亲水性酸(hydrophilicacid)及中性亲水性物质(hydrophilicneutral)等四大类。

36、前两者属疏水性大分子有机物，亲水性酸大部分带有较强羟基和羧基之聚电解质酸，而中性亲水性物环则包括碳水化合物、羧酸、氨基酸、碳氢化合物等较小分子化合物。各类有机物在消毒程序时，原水在含大量有机物情况下，即与氯气接触，有生成致癌性氯化有机物之可能。水与废水中之有机物，其碳素系以不同的氧化状态存在，某些碳素可被生物利用氧化，我们可以生化需氧量(biochemical oxygen demand, BOD)来加以量化，而一般有更多的碳素可用化学氧化剂加以氧化，形成CO2，我们则可以用化学需氧量(chemical oxygen demand, COD)加以量化。然而，仍有部分碳素无法以生物或化学方法加以

37、量测。总有机碳是比起COD或BOD较为方便且直接的碳素表现方法，它是指与有机物结合之碳素。理论上重复量测大量基质成分相似样品之TOC、BOD及COD可求出它们相关之实验式，我们就可以测定其中一项而来估算其他项目之值。不过，一般并不认为TOC可取代BOD或COD之测定。水中的碳素除了TOC外，尚有有机碳(inorganic carbon, IC)的分，IC包括碳盐、氢碳酸盐、溶解之CO2等，TOC与IC总称总碳(total carbon, TC)，许多分析仪器可同时测定TOC及IC。事实上，TOC尚可再分为溶解性的有机碳(nondissolved organic carbon, NDOC)。溶解

38、性的有机碳之测定，可将水样经过0.45微米之滤纸，滤液测其有机碳，而留存在滤纸上之颗粒性有机碳素即为NDOC之部分，一般由TOC与DOC值相减求得。5.14.2 总有机碳测定的重要性总有机碳之数据，直接显示水样中有机物所含的碳素之量，这是显示水中有机物含量多寡相当简便有效的办法，故广泛用于环境调查分析与监测的工作。有机物的种类繁多，且大多定量步骤相当复杂，因此，在进行某些有机物处理效率之研究时，往往以总有机碳之分析结果代替个别有机化合物的分析结果。有机物含量低的天然水，TOC之数据通常较准确，不若BOD与COD之分析数据误差较大。在水样中盐分或氯盐含量偏高的时，BOD及COD之分析数均有困难，

39、但TOC之分析则不受影响，其数据亦相对较可靠。5.15 油脂 5.15.1 概论油脂(oil and grease)系泛指可用特定溶剂自水样中萃取的各种有机化合物。一般常用之溶剂为三氟三氯乙烷(trichlorotrifluoroethane, C2F3Cl3)烃类、醚、油、脂肪、蜡与高分子量脂肪酸等，均可于此种溶剂。年来，由于氟氯碳化合物会破坏臭氧层，引起人们的注意，部分方法已改用20 MTBE (methyl-tert-butyl ether)与80正已烷(n-hexane)混合溶剂来取代三氟三氯乙烷，其萃取效果与三氟三氯乙烷差不多。正已烷对油脂之溶解力亦佳，可单独作为萃取用溶剂，唯三氟三

40、氯乙烷之最大容许暴露量甚高，比正已烷安全。此外，氯仿(chloroform)、乙醚(diethylether)与其他溶剂曾被使用过，但均各有缺点，如氯仿对醣类溶解力差，故渐不受采用。受污染水体中之油脂来源主要来自家庭污水及工业废水。油、脂肪、蜡与脂肪酸均为家庭污水中的主要油脂物质，其产生过程诸如洗衣、烹调、清洗地板等日常生活各种行为均无可避免地会把油脂带入废水中，导致家庭污水中之油鲁含量偏高。工业废游中之油脂含量依工业类别及工厂制程而不同，某些工业如石化业、油脂业、食品业、屠宰业：等，其废油中往往含可观之油脂浓度，若不予以移除，常会引起其他废水处理程序的困扰。废水中油脂含量过高时，会千扰好氧或

41、厌氧生物处理程序，导致处理效率降低。当含高浓度油脂的废水排入自然水体后，由于会导致水面上有一层油膜，使氧气无法自空气中溶解进入水中，而造成水质劣化。在污泥消化槽，油脂会分离并浮在液面，形成浮渣层，这是因其不溶于水且比重通常较小之故，浮渣层形成之后，将造成污泥处理之困难。5.15.2 油脂测定之重要性在环境监测方面，许多法规定有水中油脂含量的标准，如工厂放流水水质标准即有此规故油脂测定成为例行环境监测工作之一。在废水处理，各处理程序前后废水中油脂含量之变化，为评估处理效率及谋求改善之重要指标之一。如废水沈降前后油脂的测定，可评估各级沈降槽的效率。油脂的测定，亦广泛应用于污泥处置。测定污泥消化作用

42、前后样品中的油鲁含量，即可了解厌氧消化过程中油脂分解之量。当污泥消化设备，产生浮渣问题时，油脂测定可提供有价值的数据。5.16 阴离子界面活性剂 5.16.1 概论清洁剂(detergents)泛指各种具清洁污物功能之省质，在日常生活方面，如清洗衣服、碗盘时被广泛使用。清洁剂中具有能使油与水的界面消除之成分，称为界面活性剂(surfactants),其分子基本上具有两端，一端为疏水性基团(hydrophobicgroup)，易溶于水，这种分子结构，使其在油水交界面造成起泡(foaming)、乳化(emulsification)及颗粒悬浮等作用。界面活性剂的疏水性基团系碳氢长链分子，碳数在10至

43、20个之间，亲水性基团则可分为两类，一类为离子性，再细分为阳离子及阴离子，另一类为非离子性。在美国，离子性的界面活性剂占生产量之三分之二，其中阴离子界面活性剂产量又约为阳离子界面活性剂之10倍以上，故阴离子界面活性剂可说是最重要的界面活性剂，广泛使用于清洁剂中。市售清洁剂约含2030界面活性剂，另外7080的添加剂，如硫酸钠、三聚磷酸钠(sodium tripolyphosphate)、焦磷酸钠(sodium pyrophosphate)、硅酸钠(sodium silicate)等，以加强其活性。5.16.2 阴离子界面活性剂测定之意义在天然水中，界面活性剂之含量应在0.1毫克/升以下，但家庭

44、污水之污泥，每克污泥(干重)即吸附阴离子界面活性剂1至20毫克，而普通家庭污水，亦可测出120毫克/升之阴离子界面活性剂。除了家庭污水外，工业废游中亦常可测出相当可观的阴离子界面活性剂，这通常是因其生产流程中有清洗程序，必须使用界面活性剂，但有时也因制程中之其他程序所需。5.17 铁及锰5.17.1 概论铁及锰均为岩石及土壤之成分之一，特别是铁，它是一个存量丰富之元素，因此，铁的含量往往高于锰。一般而言，水中不常发现铁之含量超过10毫克/升或锰之含量超过2毫克/升。铁之氧化数以+2及+3为主，而锰则包括+2，+3，+4，+6或+7，当水中有溶氧存在时，三价铁及四价锰是唯一比较稳定的氧化态，由于

45、此二种化学形式具很强的不溶解性，显示水中有溶氧时，铁与锰含量将极低。在湖泊或水库底部，厌氧状态将可溶性低的三价铁转变成较与溶解的二价铁，四价锰则转变成较易溶解的二价锰。当水源中含铁时，将造成下列问题：1. 1. 导致水中有金属的味道。2. 2. 纸、纤维或皮革等工业产品将产生颜色。3. 3. 家庭用品如玻璃、碗盘等将被沾染颜色。4. 4. 衣服可能染上黄色或棕黄色。5. 5. 铁的沉淀会阻塞管路并促使铁细菌之繁殖生长，造成红水问题。6. 6. 在低流量时，铁细菌将引起味道及臭味问题。锰的问题相当类似铁，可能造成之问题如下：1. 1. 在高浓度时，锰将产生味道的问题。2. 2. 类似铁，锰亦将使

46、工业产品产生颜色3. 3. 家庭用品将沾染棕色或黑色。4. 4. 衣物可能变灰暗或显得脏。环境工程上，最常用以去除铁及锰的方法为曝气、然后沉淀、过滤。曝气程序可去除CO2并提高pH值，且引入氧气氧化二价铁及二价锰，使成三价铁及四价锰，虽然有很多种类的曝气设备，但是常用者为焦炭盘(coke tray)。另有研究指出，有机铁及锰以氧、氯或高锰酸钾氧化之去除率低，故应用明矾混凝，然后再进行沉淀及过滤的程序。5.17.2 铁及锰测定的重要性自然界之水，以地下水含铁锰量较多，地面水相对较少，此系由于水中铁锰大部分来自地层之故。由于地下水是主要的水资源，且常作为饮用水及工业用水之用，为免造成使用上之困扰，

47、铁锰之测定成为环境工程上重要的分析项目，其数据可作为工程师决定是否需加以处理及处理方式之依据。在给水工程上，铁与锰之去除是重要的课题，其去除效率之评估，以须依照例行性的铁与锰测定数据进行。此外，铁管与钢管的腐蚀现象，会使管线中的水成为红水，铁含量的测定，可供了解腐蚀程度，以谋求方法解决之用。5.18 重金属及微量元素 5.18.1 概论重金属系指密度大，且绝大部份在周期素中属于过渡元素之重金属化合物及其离子，如镉(cadmium, Cd)、铜(copper, Cu)、锌(zinc, Zn)等元素；而微量元素是指在环境中含量甚低，但往往对植物及生物体正常生长却是不可缺少之元素，如钴(cobalt

48、, Co)、硼(boron, B)等元素。水中之重金属及微量元素若含量太高，则通常往往会对水体中生物造成危害，或经由食物链中之生物累积(bioaccumulation)现象，而对人体或高等动植物产生毒害，因此，许多水体用水或目标用水均定有管制标准，现阶段各国饮用水中重金属与微量元素之水质标准，由于各国之饮用水质背景及处理技术不同，故在标准之订定上亦有其相异之处。水中重金属与微量元素偏高之原因除特殊之天然环境所导致外，工业污染物其主因，排放各类污染物质之工业类别列如表一所示，电镀、制革、化工、染色、电池、农药等工业为重要之污染源。而虽然可能出现在水样中之重金属与微量元素之种类相当多，考虑其流布广

49、泛情形及毒性较高首，在环境工程中主要分析项目包括：镉、铬、铜、锌、镍、铅、砷、及汞八项，表5.2 为排放重金属与微量元素污染物质之工业类别。表5.2 排放重金属与微量元素污染物质之工业类别污染物工业类别铬(Cr)电镀、鞣革、染料、化学工业、铝极、冷却水防蚀铜(Cu)镀铜、金属浸洗、铜矿、通信器材、金属冶炼锌(Zn)电镀、橡胶黏胶丝、农业杀虫剂、炼锌铅(Pb)电池制造、涂料、铅矿、汽油、油漆镉(Cd)炼锌、锌矿、电镀、矿石银(Ag)电镀、照相砷(As)采矿、制革、涂料、药品、玻璃、染料、羊毛浸洗、农药汞(Hg)碱氯工厂(水银电槽)、纸业、农药、塑料工厂、温度计、纤维、农药。数据源：江汉全，水质分

50、析。1. 镉：镉及其化合物广被用于电镀、油漆颜料及塑料工业中，另如电池、照相材料亦常使用。以塑料工业为例，在塑料加工过程中，必须加入安定剂，以抑制光和热所引起的分解作用，特别是聚氯乙烯(PVC)为主料的软性塑料加工业尤为重要，塑料安定剂的组成即为硬脂酸镉及硬脂酸铅。据近年统计，台湾地区进口之镉大多用于硬脂酸镉之制造，少部分用于金属镀镉及其他用途，而在桃园县造成镉米事件的高银及基力化工厂都是塑料安定剂的制造厂，其工厂之废水系先排放进入排水渠道后，而由农民引灌农田，造成土壤及稻米的大量累积。2. 铬：铬及其化合物在工业上之主要用途为合金、防蚀、耐火材料、催化剂等。另铬酸盐用于油漆，并可制成实验室用

51、之酸洗液。各类型废水排放入水体后，铬主要以铬酸盐形式存在，会引起人的铬酸盐中毒、皮肤粗糙、肝脏受损、致癌等。3. 铜：铜在工业上之主要用途为制造铜线、合金等。硫酸铜(CuSO4)为相当有效的杀菌剂及杀藻剂，常被用于果树及其他农作物之生产，而得以进入土壤、农田排水中，亦有机会经由施入水体控制藻类生长而残留于水体中，当其浓度偏高，如大于1.0毫克/升时，会使鱼类中毒。4. 锌：锌之最重要用途为铁金属外皮之镀锌、亦常用于油墨、化妆品、油漆、橡胶等，上述工业废水或弃物、污泥等，未经适当处理，均有可能污染水体，所幸其毒性不高。5. 镍：镍在工业上最大的用述为钢及合金之生产，也用于油漆原料、化妆品、机械零

52、件、电池皮电接点等，这些工业产生的废水或废弃物污泥等，皆为水体中镍污染之来源。6. 铅：铅在工业上主要用途为汽车蓄电池、汽油抗脓剂四甲基铅及四乙基铅。蓄电池制造业之废水或废弃物如处理不当，会污染水体，使铅之含量偏高；而汽油中添加之铅化合物，将于燃烧时形成含铅之粒状污染物逸散至空气中，最后掉落至地表或被雨水带下，而造成水体中铅含量之增加。7. 砷：砷在工业上主要用途为玻璃器皿、陶瓷制造、制革、染色、农药及化学制品等。砷元素在水中一般以AsO43-及AsO33-等阴离子形态存在，长期饮用含砷量高的井水，被疑与乌脚病之发生有关，水中砷之来源，除由地质而来，工业废水或废弃物、农药为其主要污染源。8.

53、汞：汞广泛地用顾汞齐、科学仪器、电池、农药、灯管等工业中，在碱氯工业(生产氯气及苛性钠)以电解法进行生产时，系以汞为阴极，而在塑料的生产中，汞也被用为触媒。水体中汞之来源，主要为上述工业产生之废水或废弃物之不当排放。5.18.2 金属与微量元素测定之重要性在环境监测方面，水中重金属与微量元素之含量多寡是相当重要的数据，故许多法规均定有标准，如事业放流水水质标准、水体水质标准、饮用水水质标准、灌溉用水水质标准等，部分有毒的重金属如镉、铬、汞、铅等尤被列为例行检验项目之一。给水及污水工程中，重金属与微量元素之去除亦为重要的程序之一，为评估其处理效率，净水厂及污水处理厂常需进行水样中重金属与微量元素

54、含量之测定。5.19 总菌落数 5.19.1 概论在自然界里，只要有水的地方就有细菌存在。细菌属原核细胞之微生物，大不分细菌系大小在0.53m左右的单细胞。细菌依其形状不同，可分为球菌(coccus)、杆菌(bacillus)及螺旋菌(spirillum)等三种；依氧气需求程度不同，可分为好氧菌(aerobes)、兼性厌弃菌(facultative anaerobes)、厌弃菌(anaerobes)及微好气菌(microaerophiles)等四种；依营养要求性之不同，则可分为自营菌(autotrophic bacteria)及异营菌(heterotrophic bacteria)，前者仅需无机物就可生存，后者则需依赖有机物为碳源，而氮源为无机或有机氮化合物皆可；此外，依革兰氏染色性之不同，可将细菌分为革兰氏阳性菌(g