水是“生命之源、生产之要、生态之基”。

2015年4月16日《水污染防治行动计划》（简称“水十条”）正式发布，水污染及水质问题再次备受关注。

针对社会关心的水质问题，“水十条”要求从水源到水龙头全过程监管饮用水安全。同时设定目标，到2020年，七大重点流域水质优良（达到或优于Ⅲ类）比例总体达到70%以上。

那么如何解读水质、水质指标体系？清华大学环境学院胡洪营教授在《水质研究方法》中给出了详细的解答。

水的质量即水质，决定水的价值，被污染的水不但失去了利用价值，还会带来各种危害。

保障水质安全是关系到人类健康、生态安全和社会经济可持续健康发展的重大课题。关注水质，科学、客观评价和掌握水中化学与生物组分特征及其浓度水平和转化特性，是保障水质安全和确定处理工艺的前提和基础。

和能源不同，水资源具有不可替代性，但具有可循环利用性。水的质量即水质是决定水的性状、性能（可利用性）和安全性的根本因素（图1.1），水质污染会显著影响水的利用价值和用途。

水中的组分可分为污染物（如重金属、有毒有害有机污染物等）、天然组分和功能组分（有益组分）等。根据不同的情景、不同的用途和不同的水质要求，这三种组分之间的属性会发生转化。

特定条件下的水中有益组分，在条件发生变化时就会成为污染物。当饮料、粥、汤中的有机营养物质进入到水道、池塘或河流之后就变成了有机污染物，在日常生活中应避免将这类事情的发生，以免造成污染。另一方面，有益组分或物质的浓度超过一定水平之后就成为污染物。氮、磷是植物营养物质，在水体中保持一定的浓度，有利于浮游植物的生长和鱼类的繁殖，浓度过低会导致水体生产力下降，不利于健康生态系统的维系，但是其浓度超过一定水平之后，就会导致水体富营养化，成为污染物。

对于不同的用途，水质标准的制定原则和标准限值也不尽相同。对于某些情况，饮用水的标准不一定是最严格的标准。例如，硝酸根的地下水和饮用水标准一般是10mg/L，但此浓度水平在湖泊中就会引起富营养化，因此在湖泊水质标准中，氮的浓度标准应比饮用水更严格。

近年来，水质污染类型日益复杂，对水质评价不断提出新要求，水质评价方法发展迅速，研究不断深入。在常规水质指标的基础上，系统梳理和凝练水质研究的新理念、新指标、新方法和新技术等研究成果，并将其推广应用到水质研究实践，对不断深化水质研究，深入认识水的“质量属性”和“水质安全性”具有十分重要的理论意义、学术价值和实用价值。

水中的污染物种类

水中的污染物包括微生物、化学污染物和辐射物质。热也是的一种污染形式。根据目的和视角的不同，水中污染物的分类也不尽相同（图1.2）。污染物包括微生物、化学污染物和辐射物质。热也是的一种污染形式。根据目的和视角的不同，水中污染物的分类也不尽相同（图1.2）。

水中的微生物，根据其是否具有致病性，可以分为致病性（包括条件致病性）微生物和非致病性微生物。水中的细菌，根据是否对抗生素具有抗性，可分为抗性菌和非抗性菌等。

水中的化学污染物，根据其分子结构，可分为无机污染物和有机污染物。有机污染物，根据其浓度和生物毒性，可分为常规有机污染物和微量有毒有害有机污染物；根据生物降解难易程度，又可分为可生物降解性污染物和难生物降解性污染物；根据是否能被活性炭吸附等又可分为易吸附污染物和难吸附污染物等。总之，可以根据需要和特定的目的，对污染物进行分类。有机污染物中还包括微生物细胞等。

根据物理形态，水中的污染物可分为悬浮固体、胶体性物质和溶解性物质。值得注意的是，关于溶解性物质，根据定义和测定方法的不同，其覆盖范围也不同。例如，在污水处理领域，一般将通过微孔孔径0.45um的过滤膜的物质视为溶解性物质，但是有时也会使用微孔直径为0.2um的过滤膜。悬浮固体中常包含微生物细胞等。

水中污染物的基本特点

水中，特别是污水中的污染物具有种类多、形态复杂、理化性质多样以及浓度分布广、生物效应和组分间相互影响机制复杂等特点。

1、种类多、理化性质多样

水中的污染物是一个混合物，具有不同理化性质的多种污染物共存是其最基本的特点，在水质研究中应特别注意这一特点。水的性状、性能和安全性是这些污染物和组分共同作用的结果，测定单一或有限的污染物往往不能掌握水质状况。

2、浓度分布广、赋存形态复杂

无论是饮用水还是污水，不同污染物的浓度水平会有显著的差异。这种差异，也是水质研究中需要特别关注的问题。特别是常量组分对微量污染物的毒理学特性、吸附特性、生物利用性和化学分解性的影响不容忽视。

图1.3为城市污水处理厂二级出水中不同污染物的浓度水平。从图可以看出，不同的污染物或组分，其浓度在几ng/L到数千mg/L之间，分布跨度达9个数量级。总溶解性固体（TDS）的浓度最高可达数千mg/L，内分泌干扰物EDCs的浓度水平在ng/L。浓度低的有机污染物，其生态风险有时比浓度高的COD还要大。因此，近年来，微量有毒有害有机污染物的生态安全及其控制备受关注，成为环境领域的研究热点。

图1.3 城市污水二级出水中污染物的浓度分布及其生态风险水平

图1.4为城市污水处理厂二级出水中不同种类微生物的浓度水平。从图可以看出，每升二级出水中不同微生物的浓度跨度达10个数量级。细菌总数的浓度最高，达107个/L水平，其健康风险不高，但是其对水质稳定性以及浊度、色度、嗅味等感官指标的影响不容忽视。轮状病毒、肠道病毒和隐孢子虫的浓度水平很低，但其感染性和致病性很高，属于值得高度关注的高风险病原微生物。在水质生物风险研究过程中，需要同时关注不同微生物的风险水平和浓度水平。

图1.4 城市污水二级出水中污染物的浓度分布及其健康风险水平

另外，污染物特别是微量污染物在水中可能以溶解态，也可能以附着态（吸附在SS上或微生物细胞中）存在；可能以自由态存在，也有可能以结合态存在。污染物的赋存形态不同，其毒理学特性和去除特性也会不同。

3、生物效应和组分间相互影响机制复杂

水对生物的效应，是多种污染物共同作用的结果，不同污染物间会存在拮抗作用、促进作用等复杂的相互作用现象。因此，在水质毒性研究中，生物毒性测定结果与水中某一个（类）化学指标或有限数量的污染物浓度之间往往不存在相关性。这种现象，在水和污水消毒副产物的研究中非常普遍。

例如，水中典型消毒副产物，比如三氯甲烷、卤乙酸等的浓度，与水的遗传毒性、内分泌干扰性等的测定结果之间并不存在相关性。也就是说，典型消毒副产物的减少，并不意味着水质生物毒性的降低。同时，也很容易理解，测定水中特定消毒副产物的浓度，也不能预测水的综合生物毒性。

水中不同组分之间存在复杂的相互作用关系，这种现象在消毒、化学氧化处理和储存、输配过程中更为突出。水中不同组分之间的相互作用，会影响消毒效果和消毒副产物的生成、化学氧化的效果和产物的种类、以及水质稳定性。

水质指标

水质指标(water-quality index)是表征水的物理性状以及水中除了水分子之外的杂质浓度的物理量。水质指标种类繁多，目前还没有统一的分类标准，在实践中往往根据实际需要和使用方便，对水质指标进行分类。水质指标的分类不是绝对的，也不是一成不变的。不同分类方法和指标之间也常存在交叉、相互覆盖现象。

物理指标和化学指标

物理指标主要是指水的物理性状，主要包括浊度、色度、透明度等感官指标以及温度、密度、粘度等。

化学指标是指水的化学性状和水中化学物质浓度，如pH、重金属浓度、COD、TDS等。

单一成分指标和综合指标

单一成分指标是指水中某一特定成分（污染物）的浓度，如苯酚、三氯甲烷、六价铬、粪大肠杆菌等。单一成分指标是最为常用的水质指标之一。

水中的化学物质种类成千上万，微生物的种类也十分可观，目前的分析技术仅能测定其中的极少部分，在实践上不可能测定水中所有的组分。也就是说单一成分指标只能针对特定的组分或污染物，其数量会受到限制。

综合指标是表征某一类或具有同一性质的成分的指标。比如TDS、COD、BOD、TOC、TON；总大肠菌群、总异养菌群等。

综合生物毒性

综合生物毒性是水中化学污染物整体表现出来的，对生物的毒性效应，是评价水质安全的最直接指标。

水质安全风险是由种类多、浓度低的有毒化学物质共同产生的，难以仅根据特定化学指标来判定。特定有毒有害污染物的存在一定浓度水平，说明具有水质风险，但如果未检出该特定有毒有害污染物，也不能判定水质具有安全性。与化学指标测定相比，综合生物毒性测试能够更直接表征水质安全性，但不能给出毒性组分的信息。因此，综合利用化学指标和生物综合毒性指标对饮用水、污水、再生水等进行评价具有显著的优越性。

生物（学）指标

水质生物指标可以分为微生物群落、微生物个体和微生物组分等三类指标。水中微生物群落包括群落结构特点和代谢特性；微生物个体类指标主要包括病原指示微生物、常见病原微生物及相关新兴病原微生物及相关指标；微生物组分主要有叶绿素、内毒素和抗生素抗性基因等。

有时也把余氯视为生物学指标，作为控制的重点目标。余氯的存在，说明水中消毒剂的存在，可以维持持续的消毒效果，防止病原菌的复活、生长和再污染。

指示指标和代表指标

（1）指示指标

指示指标（Indicator）是指能够反映某类或某种污染（物）的指示性指标，该指示指标的浓度反映了该类或该种污染物存在的可能性和浓度水平。

有些水质指标，比如水中的病原微生物，由于其已知的种类多，而且还存在未知种类，直接测定比较复杂或当前的技术水平不能直接测定。因此，对水中可能造成污染的每一种病原微生物都进行监测显然是不切实际的。

合理的办法是检查人与其他温血动物粪便中通常存在的微生物，作为评价水受粪便污染程度和水处理与消毒处理效果的指示微生物。如果这些微生物存在即意味着水体受到了粪便污染，也意味着肠道病原微生物可能存在。

选择具有代表性的指示微生物作为评价水质安全的指标，既便于测试，又能有效保障水质的安全性。目前最常用的即指示微生物指标主要有大肠菌群和粪大肠菌群等。

（2）代表指标

代表指标(Representative index)是能反映某一类污染物浓度水平或去除性能的指标，有的学者有时也将其归类为指示指标。如果该指标达到了一定的标准，就可以判断，其同类污染物中其他污染物也能够达标或浓度低于该指标。

替代指标

水中的微量有毒有害污染物种类多、浓度低，测定它们在污水处理过程中的变化，在实践中是不可行的。即使是测定一种代表性的物质，由于需要复杂的预处理和气相色谱、色谱质谱仪等昂贵的仪器，也难以用于处理工艺的日常管理和控制。可行的办法是，寻找一种容易监测或可以在线监测的，且其在处理过程中的去除率或变化与拟控制污染物的去除率有稳定的相关关系的指标，这种指标称之为替代指标（Surrogates）。在日常工程管理过程中，监测替代指标就能方便的掌握微量有毒有害污染物浓度及其去除效果。

在污水再生处理过程中，报道较多的替代指标有DOC,SUVA254,UV254,荧光强度,ΔUV254,Δ色度,Δ荧光强度等。根据替代指标的定义，不同的处理工艺，其替代指标也不相同。

水质污染被视为全球十大环境问题之一。随着越来越多的新化学物质的生产和使用，新的污染物也将不断出现。另外，随着分析评价手段的不断发展，人们对污染物危害性认识的不断深入，现有污染物的新的危害性也将不断被发现，水质污染也将日益复杂。同时，气候变化对水资源和水环境质量的不良影响将会进一步增加水质污染的复杂性。

在这样情况下，水质指标会越来向精细化、多元化方向发展，在关注常规水质指标的同时，水质安全指标（如生物毒性和生物效应、高风险病原微生物等）、指示指标、替代指标等将越来越受到重视。

随着新材料的研发和应用、仪器分析技术和生物毒性监测技术的发展，水样预处理技术、定性和定量分析技术、水质安全评价技术也必将不断取得新发展。

本文由安静摘编自胡洪营等著《水质研究方法》一书。胡洪营，清华大学环境学院教授，国家级教学名师奖与国家杰出青年科学基金获得者，兼任国际标准化组织城镇水回用委员会(ISO TC282 SC2 )主席等学术职务。长期从事污水再生理论与技术、再生水水质评价与安全保障技术、环境生物技术研究。

《水质研究方法》旨在为研究人员提供一本实用的、反映研究前沿和发展方向的水质研究方法指导书。本书围绕掌握污染物浓度水平、解析组分特征、评价水质安全、预测水质潜能等水质研究的四大类目的，在系统总结水质指标体系的基础上，针对常规水质指标、有机组分特征、有毒有害化学和生物污染物、水质安全性和稳定性指标，系统阐述了指标的含义和意义、典型条件下的指标取值范围和水质要求、测定方法和典型研究案例；总结了面向处理工艺选择的污水处理特性评价方法和消毒研究方法；介绍了水质研究思路、实验设计方法、数据获取方法、数据解析和解读方法以及表征方法；特别注重“水质安全“、和“水质转化特性”研究，具有显著的特色。

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