第一节 天然水中的杂质

一、杂质的来源

水是地球上分布最广的自然资源，在自然界中通过降水径流、渗透的方式进行着永不停息的循环运动，形成了各种水源。

水的溶解能力较强，水在自然界的循环过程中不仅混入了泥沙、黏土等杂质，还可溶解各种固体、液体和气体等物质。动植物的残骸在水中极易腐败分解而形成腐殖质等各类有机化合物。生活污水和工业废水的排放，严重地破坏了天然水中物质平衡，致使天然水体遭受污染，给人类的生活和工农业生产造成极其恶劣的影响。

二、杂质颗粒的分类

不同来源的水中杂质，按照存在的状态和颗粒尺寸的大小，通常分为溶解物、胶体颗粒、悬浮物3类，详见表2-1。

表2-1 天然水中的杂质分类

注 1mm（毫米）=10³μm（微米），1μm（微米）=10³nm（纳米）。

表2-1中的颗粒尺寸人为地按照球形颗粒来计，实际上，分散于水中的各种杂质颗粒形状是极不规则的，并非球形。表中的数据只是颗粒大小的一个尺寸概念，而且各类杂质颗粒的尺寸界限也不是截然划分的。在胶体和悬浮物两种杂质中，尽管颗粒尺寸大小有所区别，但颗粒在水中的状态还与其颗粒本身的性质、形状和密度等因素有关。一般而言0.1～1μm之间的颗粒属于胶体和悬浮物的过渡阶段，也就是说，小颗粒的悬浮物往往也具有一定的胶体特征，只有当颗粒尺寸大于10μm的悬浮颗粒才与胶体的特征有明显的差别。

三、杂质成分

按照给水处理的需要，天然水中杂质成分可分为溶解物、悬浮物、胶体、溶解性有机高分子化合物和微生物5类。

（1）溶解物。水中的溶解物主要是盐类和气体。盐类以阳离子（Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、K⁺）、阴离子 （F^-。溶解性气体主要有O₂和CO₂两种，有时也含有少量的N₂、SO₂、H₂S等气体。这些来自于自然界的无毒无机盐类，对人体的健康无害，它与水构成了均匀的分散体系，对光的照射能全部通过，外观透明。但是，随着工农业的发展，各种对人身健康、环境及生态平衡有严重危害的物质随工业废水排入天然水体，如无机类有毒物质 Hg、Cr、Cd、Pb、Se等；有机类有毒物质如多环芳烃、芳香族氨基化合物、有机汞、酚类化合物、有机氯、有机磷农药等。如果生活饮用水水源中含有这些有害物质将给现有的水处理工艺造成极大的困难，甚至不能作为生活饮用水水源。

（2）悬浮物。天然水中的悬浮物主要是泥沙、动植物和浮游生物的残骸以及有机高分子物质（如蛋白质、腐殖酸等）。粒径较大的杂质颗粒，在动水中基本上呈悬浮状态，在静水中易于下沉，在水力的作用下能在水中悬浮或上浮水面，主要成分是有机类物质和极为微小的杂质颗粒。

悬浮物的颗粒对光线具有反射和散射作用，使水体产生浑浊现象。因此悬浮物是生活饮用水水处理的对象之一。

（3）胶体。胶体颗粒的粒径一般小于100nm，在水中相当稳定，在长时间的静置后也不会自然下沉，胶体颗粒多带负电荷，光照下水体浑浊；这些胶体颗粒又是细菌、病毒等有害物质的载体，是生活饮用水水处理的主要对象。

（4）溶解性有机高分子化合物。比较典型的腐殖质一类的杂质，是水体产生色、臭、味的主要原因之一，使水的感观性状不好。这一类杂质是呈分子状态，不属于胶体。但由于分子较大，也与胶体特征有类似之处，而与低分子溶解性物质不完全相同，也可通过投加混凝剂将其去除，但这比去除悬浮物和胶体颗粒困难，也是生活饮用水处理的对象之一。

（5）微生物。水体中的细菌、病毒、藻类，原生动物等活动生物统称为微生物。按照尺寸大小划分，藻类和原生动物属悬浮物，细菌和病毒属胶体范围，微生物对生活饮用水水源的危害远比无机悬浮物、胶体严重。尤其是来自于生活污水的病源微生物，经过混凝、沉淀、过滤常规处理不可能全部去除，必须进行消毒将其杀灭。水中的藻类和浮游生物大量地繁殖会使水体产生色、臭、味，给水处理带来极大的困难，造成混凝剂消毒剂投、Cl^-）的形式存在，有的地下水中还含有Fe²⁺、Mn²⁺和加量猛增，堵塞滤池，严重地影响水质和水量。