[導(dǎo)讀] 可以從四個維度來分析人們獲取水質(zhì)指標數(shù)據(jù)的目的：了解雜質(zhì)濃度;預(yù)測水質(zhì)變化;控制和優(yōu)化水處理工藝;評估水質(zhì)安全。目的清楚了，接下來讓我們看看目前具體有哪些水質(zhì)指標：物理指標、成分指標、 評估性綜合指標、水質(zhì)轉(zhuǎn)化潛能指標、工藝指標、替代指標。
按照維基百科的定義， “水質(zhì)是指水的化學(xué)、物理、生物和放射性特性，它是和一種或多種生物物種的需求或任何人類的需要或目的有關(guān)的水的狀況的衡量?！?/span>
( 抱歉，第二句是直接從英文“It's a measure of the condition of water relative to the requirements of one or more biotic species and or to any human need or purpose”. 翻譯的，有點拗口。)
個人認為： 這個定義反映了人類自古以來對待自然資源的態(tài)度，那就是“對人有什么用?” (在今天，相信沒有人會對 “水是地球上最寶貴的資源” 這個說法有異議了)
就目前的認知而言，水是地球生物生長、繁衍的源泉;也是滿足人類生活、生產(chǎn)、游戲等活動，乃至精神層面的高級需求(腦中閃過“逝者如斯乎”等等若干歌詠水的詩詞)的要素;當(dāng)然，還是這個星球生態(tài)環(huán)境安全的基礎(chǔ)。
(不好意思，不小心似乎成了白話版的“水是生命之源、生產(chǎn)之要、生態(tài)之基”)
水的優(yōu)劣是依據(jù)不同的水質(zhì)指標來進行衡量的。
不同用途的水有著不同的水質(zhì)指標要求。
自然界中的水，是由水分子和其他物質(zhì)(雜質(zhì))組成的混合物質(zhì)。(重點來了：人們常說的水，其實并不只是化學(xué)課本里的那個分子式是H2O，被稱作水分子的物質(zhì)。)
完全不含雜質(zhì)的水，在地球的自然狀態(tài)下是不存在的。而且，就算費了九牛二虎之力生產(chǎn)出雜質(zhì)含量極低的純水，除了昂貴，也是不適合地球生物直接飲用的。(有一則網(wǎng)上流傳的故事：美國IBM公司伯靈頓水廠的環(huán)保部門經(jīng)理埃里克·伯利納，忍不住嘗試喝了一小口IBM半導(dǎo)體工廠中經(jīng)過18道工序制備的，去除了雜質(zhì)的“超純水”，評價是：“根本不好喝。味道很沖、很苦，太難喝了”)
正是由于水中雜質(zhì)的存在，才使得人們?nèi)粘＝佑|到的水表現(xiàn)出各種不同的物理、化學(xué)、生物學(xué)特性。
水質(zhì)指標就是表征水的這些不同特性的參數(shù)，又或者是水中除水分子之外的其他物質(zhì)(雜質(zhì))濃度的量
水質(zhì)指標的種類和數(shù)量是伴隨著人類社會的發(fā)展，尤其是人口增加帶來的水使用范圍的擴大、水處理工業(yè)的發(fā)展以及分析技術(shù)的進步不斷增加的。
在農(nóng)耕時代，水的用途主要是飲用、灌溉、洗滌等;那時候的飲用水，基本都是直接取自河流、湖泊或者居住地附近的井水、泉水。基本不用處理或者只需要簡單的沉淀、過濾就能滿足人們使用的要求。先民們用來判斷水是否可以喝(書面語是“直接飲用”)的那些水質(zhì)指標，都是諸如嗅味、顏色、透明度、肉眼可見雜質(zhì)等少數(shù)幾個物理指標;
PS： 古人已經(jīng)會根據(jù)水質(zhì)的差異來決定水的不同用途，有詩為證：“滄浪之水清兮，可以濯吾纓;滄浪之水濁兮、可以濯吾足。”白話就是：“河水清清洗帽纓;河水渾濁可洗腳”
特別要感謝我們聰明的祖先，不知從什么時候開始讓中國人養(yǎng)成了喝白開水的好習(xí)慣。雖然可能那時候的人們還沒有一丁點兒水源性疾病的概念，但是燒開水確實能殺死水中的致病微生物。這個習(xí)慣保持至今，讓不少中國人免受了由喝生水帶來的疾病折磨。(熱水是好的，那些讓生病的女友多喝熱水的男朋友們，就算你們常常被吐槽，對的事情，還是要堅持的)
科學(xué)技術(shù)的進步，帶動了各種分析設(shè)備的發(fā)明，從而發(fā)現(xiàn)了許多原來一直在水中存在，但是卻不為人知的其他物質(zhì)(不管你知不知道，它都一直在那兒)，水質(zhì)指標的數(shù)量開始有了增加。最著名的例子有：直到17世紀，荷蘭人列文虎克才用自己發(fā)明的顯微鏡第一次觀察到雨水中存在的大量微生物。
進入工業(yè)化時代以來，現(xiàn)代城市也開始出現(xiàn)，城市里的場景是：隨著越來越多的人們聚居在城市中，不能再像以前住在鄉(xiāng)下那樣能隨便打水了，就出現(xiàn)了自來水廠(小時候聽我爺爺講，我老家在嘉陵江邊，在沒有自來水以前，城里人除了用井水，還要靠買江水。我太爺爺年輕時就做過挑水工人，每天清早都會去到江邊，用水桶打上江水，然后擔(dān)著水爬好幾百級臺階，到城里叫賣);后來，人們?nèi)粘Ｉ町a(chǎn)生的污水也不能隨意亂排了，建起了污水處理廠;在大型工廠里，也必須對水進行處理，才能用于生產(chǎn);用過的水，也必須處理以后才能排放到環(huán)境中。
這個時期，一方面由于化學(xué)工業(yè)等重工業(yè)的飛速發(fā)展，新的化學(xué)物質(zhì)不斷產(chǎn)生，最終都會經(jīng)過各種不同的途徑進入到水中。另一方面由于伴隨著發(fā)達國家城鎮(zhèn)化、工業(yè)化發(fā)展起來的飲用水、污水處理、工業(yè)水處理工業(yè)的快速成長(大型工廠，像采用蒸汽發(fā)電的火電廠，必須對水進行處理、凈化，才能進入鍋爐，防止造成水在鍋爐里結(jié)垢)，出現(xiàn)了大批水處理工藝參數(shù)、綜合指標等新型水質(zhì)指標;同時，各種水處理化學(xué)品被普遍應(yīng)用于水處理過程，最終都會有殘留在水中。所有這些因素，導(dǎo)致水質(zhì)指標的數(shù)量出現(xiàn)了爆炸式的增長。
第二句話信息量有點大，舉個例子：
在現(xiàn)代飲用水廠，在除藻、絮凝、消毒等工藝，會有各種不同的水處理化學(xué)品被加入水中，以保證到達居民家中的自來水達到可飲用的衛(wèi)生標準，其中最著名的就是用來殺滅細菌、病毒等微生物的液氯。
氯進入水中以后，會和水分子以及水中其他的雜質(zhì)發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，除了生成具有殺菌功能的次氯酸以外，還會和水中的有機物反應(yīng)生成一系列新的被稱作消毒副產(chǎn)物的含氯有機化合物(據(jù)說有致癌風(fēng)險，消毒副產(chǎn)物在當(dāng)今的飲用水界不小心就成了網(wǎng)紅)。
自來水中溶解的氯氣以及次氯酸等具有殺菌功能的化學(xué)物質(zhì)，被統(tǒng)稱為余氯;由于余氯的量關(guān)系到水中微生物的滋生情況，有時也被作為微生物指標。
那些死去的細菌和藻類，還會釋放內(nèi)毒素或藻毒素等物質(zhì)到水中。
上面提到這些化學(xué)物質(zhì)，幾乎都成為了重要的飲用水水質(zhì)指標。
另外，在紫外消毒工藝出現(xiàn)以前，氯消毒也是城市污水(包括醫(yī)院廢水)主要的消毒工藝。消毒過程產(chǎn)生的副產(chǎn)物自然也會隨著經(jīng)過處理的污水進入到環(huán)境水體中;城市污水的排放標準中也有了對相應(yīng)水質(zhì)指標，如三氯甲烷和可吸附鹵素(AOX)濃度的最高值要求。
隨著水的利用日益增加，人類對水的認知也不斷深入，作為一門應(yīng)用科學(xué)的水質(zhì)學(xué)應(yīng)運而生，其研究的主要目的就是為了解決水環(huán)境保護和水利用過程中諸多涉及水質(zhì)的實際問題(當(dāng)然，相信也有某些科學(xué)家只是單純的為了滿足好奇心而從事水質(zhì)研究的)。
從實用角度來看，可以從四個維度來分析人們獲取水質(zhì)指標數(shù)據(jù)的目的：
了解雜質(zhì)濃度;預(yù)測水質(zhì)變化;控制和優(yōu)化水處理工藝;評估水質(zhì)安全。
分別說明一下：
了解雜質(zhì)(污染物)濃度，很容易理解，主要就是獲得水中雜質(zhì)(尤其是有害成分)的濃度數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)進行管理，現(xiàn)在各國的污染物排放監(jiān)管法規(guī)越來越嚴格(例如：中國將在2018年1月1日正式實施的“環(huán)境保護稅法“明確了以排放水中的污染物當(dāng)量來征收環(huán)境稅);或者指導(dǎo)水的分級使用(灌溉、游戲、作為飲用水水源、景觀、各種工業(yè)用途等等);或者諸如水中污染物濃度超過標準值報警等等作用。
預(yù)測水質(zhì)變化：環(huán)境中天然狀態(tài)下水，會隨著外部環(huán)境條件的改變而發(fā)生變化;而人工處理的水，在處理、儲存、輸送、使用過程中也會發(fā)生變化，需要基于水質(zhì)指標數(shù)據(jù)，對水質(zhì)變化做出預(yù)測，降低水質(zhì)安全風(fēng)險。
控制和優(yōu)化水處理工藝：控制和優(yōu)化水處理工藝的目的是保證處理后的水質(zhì)達到標準要求，節(jié)約處理過程的能耗，節(jié)省水處理化學(xué)藥品的消耗。所有的控制和優(yōu)化都離不開水質(zhì)數(shù)據(jù)的支持。
評估水質(zhì)安全： 重要的內(nèi)容最后講。其實前面所做的一切都是為了水安全(水安全包括充足的水量和水質(zhì)安全兩個方面的內(nèi)容，這里我們只討論水質(zhì)安全問題)。
狹義的水質(zhì)安全是主要指飲用水以及和人體直接接觸的各種水(泳池、醫(yī)療用水等)-這是人們最關(guān)心的;現(xiàn)在還加上了生態(tài)安全的問題，人們已經(jīng)認識到了，環(huán)境水質(zhì)的惡化將會嚴重影響生態(tài)安全。
廣義的水質(zhì)安全還包括生產(chǎn)安全，對工業(yè)生產(chǎn)來說，水質(zhì)會影響到工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)裝置和設(shè)備的運行安全(如鍋爐、汽輪機、加熱管線等等);以及最終產(chǎn)品的品質(zhì)(前面說過的IBM半導(dǎo)體工廠的用水必須是經(jīng)過若干工序嚴格處理的超純水，否則，根本做不出合格的芯片-(按照電子工業(yè)的術(shù)語叫“良品率”低)。污染水體對種植、水產(chǎn)養(yǎng)殖等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害更是眾人皆知，這里不再啰嗦。
目的清楚了，接下來讓我們看看目前具體有哪些水質(zhì)指標：
1、 先說簡單的物理指標，最早的物理指標大多是通過人的感官就能觀察到的一些性質(zhì)，如：透明度、嗅味，渾濁度、顏色(色度)、溫度等等。古人的經(jīng)驗已經(jīng)告訴我們，這些指標在評估水質(zhì)安全方面的價值了;發(fā)展到今天，濁度、透明度、色度等好些水質(zhì)指標已經(jīng)得以量化，可以通過分析儀器準確測量了。
2、 成分指標： 天然水體中包括重金屬離子、無機陰離子(氯離子、硫酸根等)、溶解氣體(氧、二氧化碳等)、溶解性有機物等在內(nèi)的各種天然雜質(zhì);微生物、藻類及其代謝產(chǎn)物，以及經(jīng)過各種途徑(雨水、土壤流失、人和動物的排泄物等等)進入水體的人工合成化合物，乃至這些物質(zhì)在自然界的反應(yīng)產(chǎn)物或者通過生物體代謝的產(chǎn)物。這些物質(zhì)隨著分析技術(shù)的發(fā)展而逐漸被發(fā)現(xiàn)，就像前面提到的列文虎克發(fā)現(xiàn)水中微生物的故事，許多水質(zhì)指標都是這樣出現(xiàn)的。
成分指標也包括在飲用水、工業(yè)用水，凈化后的污水以及再生水等經(jīng)過人工處理的水中，人為添加的水處理化學(xué)品及其反應(yīng)產(chǎn)物，如飲用水中的余氯和消毒副產(chǎn)物等。(飲用水中最具代表性的一類消毒副產(chǎn)物是三鹵甲烷;由于三鹵甲烷的含量很低，直到20世紀六十年代一種叫做“電子捕獲器(ECD)“的分析設(shè)備的出現(xiàn)，才被人們所知)
成分指標分為單一成分指標和綜合成分指標。綜合指標是指具有相同或者相似化學(xué)、生物學(xué)特性的一類物質(zhì)的量。比如：總有機碳、總磷、總氮、PH值、細菌總數(shù)等等。
成分指標是數(shù)量最為龐大的一類水質(zhì)指標，目前各種水質(zhì)標準中提到的化學(xué)指標、重金屬指標、微生物指標等一般都屬于成分指標范疇，由于新的化學(xué)物質(zhì)的研制、生產(chǎn)和使用，一直都不斷在出現(xiàn)新的成分指標。
3、 評估性綜合指標：這類指標不是指水中某種已知雜質(zhì)的濃度，而是表征在水中的化學(xué)生物成分和物理特性的共同作用下，水會表現(xiàn)出某些特定的化學(xué)或生物學(xué)屬性或能力。評估及綜合性指標往往通過人為設(shè)定實驗條件得到結(jié)果，這類指標中最有代表性就是大家耳熟能詳?shù)?/span>COD(化學(xué)耗氧量)，表示在特定條件下，水中能被強氧化劑氧化的物質(zhì)需要的氧的量;
COD現(xiàn)在是評估水有機污染程度最重要的指標。其他常用的評估性綜合指標還有硬度(最初表示水中離子沉淀肥皂的能力)、堿度、BOD(生化需氧量)等等。
生物毒性指標，生物毒性表示水中的化學(xué)雜質(zhì)整體所表現(xiàn)出來的對某種生物的毒性效應(yīng)。主要分為急性毒性指標和遺傳毒性指標，是快速評價未知成分的水是否安全的非常有價值的指標(現(xiàn)實中，受制于技術(shù)水平、分析成本等諸多因素，現(xiàn)在的分析技術(shù)無法做到分析窮盡水中所有的成分)。
在實際應(yīng)用中，“生物毒性“作為一類特殊的評價性指標，常用來直接評估飲用水水質(zhì)安全性。具體方法是選用某種生物(如發(fā)光細菌或者大型蚤、藻類等等)作為標準樣品生物，用儀器檢測這些生物接觸待測水樣后的反應(yīng)。
4、 水質(zhì)轉(zhuǎn)化潛能指標，反應(yīng)水質(zhì)在諸如處理、儲存、輸配過程中隨時間發(fā)生變化的趨勢或者評估加入某種化學(xué)物質(zhì)以后水質(zhì)的變化潛能;主要分為水質(zhì)穩(wěn)定性(生物穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性)和水處理特性兩類;
例如，“消毒副產(chǎn)物生成勢“這個指標就是在水處理過程中，用來衡量水源加入氯氣(或其他消毒劑)消毒以后消毒副產(chǎn)物的生成潛力的。
“同化有機碳(AOC)”，則用來評估飲用水在輸配管網(wǎng)中微生物的最大生長潛力(在輸配管網(wǎng)中，水中的余氯、鈣鎂離子、硫酸鹽等化學(xué)物質(zhì)、微生物，以及管道自身的材質(zhì)、管壁附著的微生物、水垢以及水流速等的相互作用，形成了一個十分復(fù)雜的系統(tǒng)，AOC作為生物穩(wěn)定性指標，和其他的生物和化學(xué)穩(wěn)定性指標是評估和預(yù)測飲用水經(jīng)過管網(wǎng)輸配，到達居民家中時水質(zhì)狀況的重要指標;例如：打開水龍頭，出現(xiàn)“黃水”，往往是因為水的化學(xué)穩(wěn)定性出了狀況，輸水管道被腐蝕，鐵溶解到了水中。
廣義上講，水質(zhì)評價常常用到的BOD也是衡量廢水可生化性能的一個非常有用的指標(BOD本身還是評價水有機污染的水質(zhì)指標和廢水生物處理工藝中重要的工藝指標)。
另外，現(xiàn)在常常出現(xiàn)某地湖泊水庫藻類爆發(fā)的新聞，主要就是因為水體中的氮磷等物質(zhì)濃度超過一定水平(常說的“富營養(yǎng)化”)，在適宜的環(huán)境條件下(溫度、日照、水流速度等)發(fā)生的。藻類爆發(fā)的危害很大(藍綠藻中釋放的微囊藻毒素是迄今發(fā)現(xiàn)的最強的肝腫瘤促進劑)，如果能根據(jù)獲得的水質(zhì)數(shù)據(jù)(中國用于水體富營養(yǎng)化評估的水質(zhì)指標分別是：葉綠素、總磷、總氮、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)和透明度)和環(huán)境、氣象數(shù)據(jù)提前預(yù)測，提早介入，可以有效降低爆發(fā)的風(fēng)險?，F(xiàn)在，對于環(huán)境水體中由于水質(zhì)變化引起的藻類生長潛力變化也屬于廣義的水質(zhì)轉(zhuǎn)化潛能研究范疇。
5、 工藝指標，是指在水處理工藝中用來調(diào)整或者控制后續(xù)工藝的水質(zhì)指標。這些工藝指標的變化是水中多種物理、化學(xué)、生物特性綜合作用的結(jié)果。
例如，污水生物處理工藝常用的污泥體積指數(shù)(SVI)，就是衡量活性污泥法工藝中污泥沉降性能的指標;
流動電流是原水凈化過程中的絮凝沉淀工藝時常用的工藝指標;
而最近十分紅火的膜處理工藝中，最受關(guān)注的一個指標就是污染指數(shù)(SDI)，SDI代表了水中膠體、固體顆粒等能造成膜堵塞的物質(zhì)的量;其大小關(guān)系到膜的運行壽命和維護費用
有一些物理指標和成分指標，也是工藝指標;比如：濁度和余氯是飲用水處理的關(guān)鍵性工藝指標。而BOD和COD則是污水處理的重要工藝指標;
隨著水處理新工藝的不斷出現(xiàn)，還會產(chǎn)生更多的工藝指標。
6、 替代指標：對于某些測量起來很困難，或耗時間太長，或成本太高;或者沒有辦法實現(xiàn)連續(xù)測量的水質(zhì)指標，選擇和該指標相關(guān)，而且能夠反應(yīng)該指標變化的其他參數(shù)進行測量。
應(yīng)用最為廣泛的替代指標是UV254(水樣在254nm波長的吸光度)。UV254的數(shù)值和水中的腐殖質(zhì)等有機物濃度具有很高的關(guān)聯(lián)性，實踐中，常常用UV254的值來衡量水中有機污染物的情況。
再舉一個例子，飲用水中兩蟲(隱孢子蟲和甲第鞭毛蟲)的去除和濁度或者水中顆粒物數(shù)量的降低具有相關(guān)性，通過濁度值或者顆粒物數(shù)量的監(jiān)測，就可以間接確認兩蟲去除率。
關(guān)于替代指標，多說兩句：
不同于直接測量，通過間接測量方式。替代指標的出現(xiàn)為實現(xiàn)水質(zhì)在線監(jiān)測提供了廣泛的應(yīng)用空間。
當(dāng)下，各種新的分析技術(shù)(如全光譜掃描、三維熒光、流式細胞術(shù)等等)都開始應(yīng)用到了水行業(yè)，提供了數(shù)量巨大的水質(zhì)信息，同時，隨著計算能力的指數(shù)級增長，許多以前無法處理的信息得以數(shù)字化，得到分析和處理，帶動了更多的替代指標出現(xiàn)。
舉例，荷蘭科學(xué)家最近開發(fā)了基于馬赫-曾德(Mach-Zehnder)干涉原理的飲用水水質(zhì)安全預(yù)警儀器，其原理是：污染物進入水體以后，會改變水的折射率，通過干涉光可以測量到這種變化，可以實現(xiàn)連續(xù)在線監(jiān)測，其能夠響應(yīng)的污染物濃度可以低至百萬分之一(ppm)水平
需要說明的是，上面幾種水質(zhì)指標的劃分并非基于嚴格科學(xué)的方法，有些指標的界限也比較模糊，彼此之間還有許多重疊的部分;不過，這樣可以幫助我們從不同角度來了解水質(zhì)指標的來源，用途等等。
今天，地球上已知的化學(xué)物質(zhì)已經(jīng)超過700萬種;而且，人類的化學(xué)工業(yè)和實驗室每天都還在制造出新的化學(xué)物質(zhì)，其中的大部分通過各種渠道最終都會進入到水中。(由于樣品富集和質(zhì)譜等微量污染物分析技術(shù)的快速發(fā)展，近來，水中的抗生素和環(huán)境激素等低濃度化合物引起了很多關(guān)注)
可以預(yù)見：隨著分析技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘和處理技術(shù)，以及新型水處理工藝的應(yīng)用，在三種技術(shù)的共同推動下，未來水質(zhì)指標的數(shù)量還將不斷增加。
最后，送福利，回答一個熱門問題：面對數(shù)量越來越多的水質(zhì)指標，在評估水質(zhì)安全時，如何選擇哪些有用的指標呢?
答案很簡單： 根據(jù)水的用途來確定需要的水質(zhì)指標。
具體做法是：針對不同用途的水，選擇不同的水質(zhì)指標，提出不同的水質(zhì)指標限定值要求。一般而言，對于涉及人體健康和環(huán)境安全的水，水質(zhì)指標的數(shù)量就比較多;而對于生產(chǎn)或者實驗用水，就主要是幾個為數(shù)不多的關(guān)鍵性成分指標。
舉例：大家都很關(guān)心的中國《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB5749-2006)，由于涉及到公眾健康，規(guī)定了包括感官指標、微生物指標、一般性化學(xué)指標、毒理指標和放射性指標等幾大類水質(zhì)指標下的總計106項具體指標。
GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》中也有109項水質(zhì)指標。
而去年剛發(fā)布的分析儀器用水質(zhì)標準GB/T 33087-2016《儀器分析用高純水規(guī)格及試驗方法》才只有區(qū)區(qū)6項指標。(重點是：即使只有6項，這些指標也涵蓋了物理指標和成分指標這兩類最基礎(chǔ)的水質(zhì)指標：成分指標中的無機陰離子(氯離子)、無機陽離子(鈉離子)、弱電解質(zhì)(硅酸根)、有機物(總有機碳或COD)和微生物(細菌總數(shù))、以及物理指標的電阻率)，基本上能夠?qū)嶒炇矣盟|(zhì)進行全面評估了。
近來，政策和媒體都十分關(guān)注的“黑臭水體”(這可是網(wǎng)紅一枚)，由于主要涉及景觀方面的用途，更只是僅用4項水質(zhì)指標就能完成評估和分級，它們分別是：溶解氧、ORP(氧化還原電位)、氨氮以及透明度。
