1.2.2 水体污染与水质指标
1.2.2.1 水体污染
水体污染，从不同的角度可以划分为各种污染类别。
环境污染物的来源称为污染源。从污染源划分，可分为点污染源和面污染源。点污染是指污染物质从集中的地点（如工业废水及生活污水的排放口门）排入水体。它的特点是排污经常，其变化规律服从工业生产废水和城市生活污水的排放规律，它的量可以直接测定或者定量化，其影响可以直接评价。而面污染则是指污染物质来源于集水面积的地面上（或地下），如农田施用化肥和农药，灌排后常含有农药和化肥的成分，城市、矿山在雨季，雨水冲刷地面污物形成的地面径流等。面源污染的排放是以扩散方式进行的，时断时续，并与气象因素有联系。
从污染的性质划分，可分为物理性污染、化学性污染和生物性污染。物理性污染是指水的浑浊度、温度和水的颜色发生改变，水面的漂浮油膜、泡沫以及水中含有的放射性物质增加等；化学性污染包括有机化合物和无机化合物的污染，如水中溶解氧减少、溶解盐类增加、水的硬度变大、酸碱度发生变化或水中含有某种有毒化学物质等；生物性污染是指水体中进入了细菌和污水微生物等。
1.2.2.2 水质指标
水质指标是指水样中除去水分子外所含杂质的种类和数量，它是描述水质状况的一系列标准。污水中所含的污染物质千差万别，可以通过水质指标来评价水体的污染程度，即用分析和检测的方法对污水中的污染物质做出定性、定量的检测以反映污水的水质。国家对水质的分析和检测制定有许多标准，其指标可分为物理性指标、化学性指标和生物性指标三类。
1.物理性指标
表示污水物理性质的污染指标主要有温度、色度、嗅和味以及固体物质等。
（1）温度。水温影响水中的化学反应，包括生化反应、水生物的生命活动、可溶性盐类的溶解度、可溶性有机物的溶解度、溶解氧在水中的溶解度、水体自净及其速率、细菌等微生物的繁殖与生长能力及速度。
许多工业企业排出的污水都有较高的温度，排放这些污水会使水体水温升高，引发水体的热污染。氧在水中的饱和溶解度随水温升高而减少，较高的水温又加速耗氧反应，可导致水体缺氧与水质恶化。
（2）色度。色度是一项感官性指标。纯净的天然水是清澈透明无色的，如果水带颜色或有异味，多是由于水中杂质引起的，有时还是水中存在有毒物质的标志，比如带有黄色或黄褐色的水，多是由腐殖质有机物所引起，各种藻类可以使水呈绿色、棕褐色、暗褐色，勃土使水呈黄色，氯化铁使水呈黄褐色，硫使水呈浅蓝色等。
水的颜色深浅，通常用色度来表示，色度的单位采用铂钻标准，它是将一定量的氯化铂酸钾和氯化钻溶液混合，其颜色（黄褐色）为1度，作为色度的基本单位。清洁天然水色度一般在15～25度，含较多腐殖质的湖水、水库水色度可以达到50度以上。
（3）嗅和味。嗅和味同色度一样也是感官性指标。天然水是无臭无味的，当水体受到污染后会产生异样的气味。水的异臭来源于还原性硫和氮的化合物、挥发性有机物和氯气等污染物质。盐分会给水带来异味，如氯化钠带咸味、硫酸镁带苦味、铁盐带涩味、硫酸钙略带甜味等。
（4）固体物质。水中所有残渣的总和称为总固体（TS），总固体包括溶解性固体（DS）和悬浮固体（在国家标准和规范中又称悬浮物，用SS表示）。水样经过滤后，滤液蒸干所得的固体即为溶解性固体（DS），滤渣脱水烘干后即是悬浮固体（SS）。
固体残渣根据挥发性能可分为挥发性固体（VS）和固定性固体（FS）。将固体在600℃的温度下灼烧，挥发掉的量即是挥发性固体，灼烧残渣则是固定性固体。溶解性固体一般表示盐类的含量，悬浮固体表示水中不溶解的固态物质含量，挥发性固体反映固体的有机成分含量。
2.化学性指标
表示污水化学性质的指标可分为有机物指标和无机物指标。
生活污水和某些工业废水中所含的碳水化合物、蛋白质、脂肪等有机化合物在微生物作用下最终分解为简单的无机物质、二氧化碳和水等。这些有机物在分解过程中需要消耗大量的氧，故属耗氧污染物。耗氧有机污染物是使水体产生黑臭的主要原因之一。
污水的有机污染物的组成较复杂，现有技术难以分别测定各类有机物的含量，通常也没有必要。从水体有机污染物看，其主要危害是消耗水中溶解氧。在实际工作中一般采用生化需氧量（BOD）、化学需氧量（COD、OC）、总有机碳（TOC）、总需氧量（TOD）等指标来反映水中需氧有机物的含量。
（1）生化需氧量。生化需氧量，是水体中的好氧微生物在一定温度下将水中有机物分解成无机质，这一特定时间内的氧化过程中所需要的溶解氧量。以mg/L、百分率或ppm表示。它是反映水中有机污染物含量的一项综合指标。它说明水中有机物出于微生物的生化作用进行氧化分解，使之无机化或气体化时所消耗水中溶解氧的总数量。其值越高，说明水中有机污染物质越多，污染也就越严重。加以悬浮或溶解存在于生活污水和制糖、食品、造纸、纤维等工业废水中的碳氢化合物、蛋白质、油脂、木质素等均为有机污染物，可经好氧菌的生物化学作用而分解，由于在分解过程中消耗氧气，故亦称需氧污染物质。若这类污染物质排入水体过多，将造成水中溶解氧缺乏，同时，有机物又通过水中厌氧菌的分解引起腐败现象，产生甲烷、硫化氢、硫醇和氨等恶臭气体，使水体变质发臭。
有机污染物被好氧微生物氧化分解的过程，一般可分为两个阶段。第一阶段为碳氧化阶段，第二阶段为硝化阶段。第一阶段主要是有机物被转化成二氧化碳、水和氨；第二阶段主要是氨被转化为亚硝酸盐和硝酸盐。污水的生化需氧量通常指第一阶段有机物生物氧化所需的氧量。微生物的活动与温度有关，测定生化需氧量时以20℃作为测定的标准温度。生活污水中的有机物一般需20d左右才能基本上完成第一阶段的分解氧化过程，即测定第一阶段的生化需氧量至少需20d时间，这在实际应用中周期太长。目前以5d作为测定生化需氧量的标准时间，简称5日生化需氧量（用BOD5表示）。根据试验研究，生活污水5日生化需氧量约为第一阶段生化需氧量的70%左右。
（2）化学需氧量。水样在一定条件下，以氧化1L水样中还原性物质所消耗的氧化剂的量为指标，折算成每升水样全部被氧化后需要的氧的毫克数，以mg/L表示。它反映了水中受还原性物质污染的程度。水中的还原性物质有各种有机物、亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等，但主要的是有机物。因此，化学需氧量又往往作为衡量水中有机物质含量多少的指标。化学需氧量越大，说明水体受有机物的污染越严重。一般测量化学需氧量所用的氧化剂为高锰酸钾或重铬酸钾，使用不同的氧化剂得出的数值也不同，因此需要注明检测方法。为了具有可比性，各国都有一定的监测标准。根据所加强氧化剂的不同，分别称为重铬酸钾耗氧量（习惯上称为化学需氧量，测得的值称CODCr，或简称COD）和高锰酸钾耗氧量（习惯上称为耗氧量，测得的值称CODMn或简称OC，也称为高锰酸盐指数）。
高锰酸钾（KMnO4）法的氧化率较低，但比较简便，在测定水样中有机物含量的相对比较值时可以采用。重铬酸钾（K2Cr2O7）法的氧化率高，再现性好，适用于测定水样中有机物的总量。有机物对工业水系统的危害很大。严格来说，化学需氧量也包括水中存在的无机性还原物质。通常，因废水中有机物的数量大大多于无机物的量，因此，一般用化学需氧量来代表废水中有机物的总量。在测定条件下水中不含氮的有机物易被高锰酸钾氧化，而含氮的有机物就比较难分解。因此，耗氧量适用于测定天然水或含容易被氧化的有机物的一般废水，而成分较复杂的有机工业废水则常测定化学需氧量。
在污水处理中，通常采用重铬酸钾法。如果污水中有机物的组成相对稳定，则化学需氧量和生化需氧量之间应有一定的比例关系。一般而言，生化需氧量和化学需氧量的比值能说明水中的难以生化分解的有机物占比，微生物难以分解的有机污染物对环境造成的危害更大。通常认为废水中这一比值大于0.3时适合使用生化处理。
（3）总有机碳与总需氧量。目前应用的5日生化需氧量测试时间长，不能快速反映水体被有机物污染的程度。可以采用总有机碳和总需氧量的测定，并寻求它们与5日生化需氧量的关系，实现快速测定。
总有机碳包括水样中所有有机污染物的含碳量，也是评价水样中有机污染物的一个综合参数。有机物中除含有碳外，还含有氢、氮、硫等元素，当有机物全都被氧化时，碳被氧化为二氧化碳，氢、氮及硫则被氧化为水、一氧化氮、二氧化硫等，此时需氧量称为总需氧量。
总需氧量和总有机碳的测定都是燃烧化学氧化反应，前者测定结果以碳表示，后者则以氧表示。总需氧量、总有机碳的耗氧过程与生物化学需氧量的耗氧过程有本质不同，而且由于各种水样中有机物质的成分不同，生化过程差别也较大。各种水质之间总需氧量或总有机碳与生物化学需氧量不存在固定的相关关系。在水质条件基本相同的条件下，生物化学需氧量与总需氧量或总有机碳之间存在一定的相关关系。
（4）pH值。pH值主要指示水样的酸碱性。pH＜7呈酸性，pH＞7呈碱性。一般要求处理后污水的pH值在6～9之间。天然水体的pH值一般近中性，当受到酸碱污染时pH值发生变化，可杀灭或抑制水体中生物的生长，妨碍水体自净，还可腐蚀船舶。若天然水体长期遭受酸、碱污染，将使水质逐渐酸化或碱化，从而对正常生态系统产生严重影响。
（5）植物营养元素氧、磷。污水中的氮、磷为植物营养元素，从农作物生长角度看，植物营养元素是宝贵的养分，但是大量的氮、磷、钾等元素排入到流速缓慢、更新周期长的地表水体，会破坏水生生态平衡的过程，进而会导致富营养化。
富营养化是指生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶氧量下降，鱼类及其他生物大量死亡的现象。大量死亡的水生生物沉积到湖底，被微生物分解，消耗大量的溶解氧，使水体溶解氧含量急剧降低，水质恶化，以至影响到鱼类的生存，大大加速了水体的富营养化过程。水体出现富营养化现象时，由于浮游生物大量繁殖，往往使水体呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等，这种现象在江河湖泊中叫水华（水花），在海中叫赤潮。在发生赤潮的水域里，一些浮游生物暴发性繁殖，使水变成红色，因此叫“赤潮”。这些藻类有恶臭、有毒，鱼不能食用。藻类遮蔽阳光，使水底生植物因光合作用受到阻碍而死去，腐败后放出氮、磷等植物的营养物质，再供藻类利用。这样年深月久，造成恶性循环，藻类大量繁殖，水质恶化而又腥臭，水中缺氧，造成鱼类窒息死亡。
水体富营养化过程与氮、磷的含量及氮磷含量的比率密切相关。反映营养盐水平的指标总氮、总磷，反映生物类别及数量的指标叶绿素a和反映水中悬浮物及胶体物质多少的指标透明度作为控制湖泊富营养化的一组指标。有文献报道，当总磷浓度超过0.1mg/L（如果磷是限制因素）或总氮浓度超过0.3mg/L（如果氮是限制因素）时，藻类会过量繁殖。
（6）重金属。重金属原义是指相对密度大于5的金属（一般来讲指密度大于4.5g/cm3的金属），包括金、银、铜、铁、铅等，重金属在人体中累积达到一定程度，会造成慢性中毒。对什么是重金属，其实目前尚没有严格的统一定义，在环境污染方面所说的重金属主要是指汞（水银）、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的重元素。重金属不能被生物降解，相反却能在食物链的生物放大作用下，成千百倍地富集，最后进入人体。重金属在人体内能与蛋白质和酶等发生强烈的相互作用，使它们失去活性，也可能在人体的某些器官中累积，造成慢性中毒。
重金属是构成地壳的物质，在自然界分布非常广泛。重金属在自然环境的各部分均存在着本底含量，在正常的天然水中重金属含量均很低，汞的含量介于0.001～0.01mg/L之间，铬含量小于0.001mg/L，在河流和淡水湖中铜的含量平均为0.02mg/L，钴为0.0043mg/L，镍为0.001mg/L。重金属在人类的生产和生活方面有广泛的应用。这一情况使得在环境中存在着各种各样的重金属污染源。采矿、冶炼、电镀、芯片制造是向环境中释放重金属的主要污染源。这些企业通过污水、废气、废渣向环境中排放重金属，因而能在局部地区造成严重的污染后果。
3.生物性指标
表示污水生物性质的污染指标主要有细菌总数、大肠菌群和病毒。
（1）细菌总数。水中通常存在的细菌大致可分为3类：①天然水中存在的细菌，普通的是荧光假单孢杆菌、绿脓杆菌，一般认为这类细菌对健康人体是非致病的；②土壤细菌，当洪水时期或大雨后地表水中较多，它们在水中生存的时间不长，在水处理过程中容易被去除，腐蚀水管的铁细菌和硫细菌也属此类；③肠道细菌，它们生存在温血动物的肠道中，故粪便中大量存在。水体中发现这类细菌，可以认为已受到粪便的污染。致病性肠道细菌有沙门氏杆菌（伤寒和副伤寒菌）、B型炭疽菌、痢疾志贺氏菌和霍乱弧菌等。
水中细菌总数反映了水体受细菌污染的程度，可作为评价水质清洁程度和考核水净化效果的指标，一般细菌总数越多，表示病原菌存在的可能性越大。细菌总数不能说明污染的来源，必须结合大肠菌群数来判断水的污染来源和安全程度。
（2）大肠菌群。大肠菌群不代表某一个或某一属细菌，指的是具有某些特性的一组与粪便污染有关的细菌，这些细菌在生化及血清学方面并非完全一致，其定义为：需氧及兼性厌氧、在37℃能分解乳糖产酸产气的革兰氏阴性无芽胚杆菌。一般认为该菌群细菌可包括大肠埃希氏菌、柠檬酸杆菌、产气克雷伯氏菌和阴沟肠杆菌等。
大肠菌群被视为最基本的粪便污染指示菌群。大肠菌群的值可表明水被粪便污染的程度，间接表明有肠道病菌（伤寒、痢疾、霍乱等）存在的可能性。
（3）病毒。由于肝炎、小儿麻痹症等多种病毒性疾病可通过水体传染，水体中的病毒已引起人们的高度重视。目前已有100多种血清型肠道病毒，均在水体中检出。其中包括：脊髓灰质病毒，是最常见的一种病毒，严重时可导致脊髓灰质炎（小儿麻痹症）；柯萨奇病毒，可引起胸痛、脑膜炎等疾病；致肠细胞病变人孤儿病毒（埃可病毒），可引起胃肠炎、脑膜炎等疾病；非特异性病毒，有的病毒可引起呼吸道疾病和急性出血结膜炎，有的病毒可引起无菌性脑膜炎和脑炎等；腺病毒，能引起呼吸道疾病、眼部感染、胃肠炎等；甲型肝炎病毒，可引起病毒性肝炎，是一种典型且重要的水传染病毒疾病。目前因缺乏完善的经常性检测技术，水质卫生标准对病毒还没有明确的规定。