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四、污廢水的性質(zhì)與水質(zhì)指標（章節(jié)二）

【格林環(huán)保污水處理知識講堂】

(二)污廢水的化學性質(zhì)及指標
污廢水中的污染物質(zhì)，按化學性質(zhì)可分為無機物與有機物；
按存在的形態(tài)可分為懸浮狀態(tài)與溶解狀態(tài)
  1、無機化學性質(zhì)及指標
   酸堿度；
    氮、磷；
    硫酸鹽與硫化物；
    氯化物；
    非重金屬無機有毒物質(zhì)；
    重金屬離子。
 
1、無機化學性質(zhì)及指標
1）酸堿度（酸堿污染物）：pH值是衡量水中酸堿度的一項重要指標。（補充pH值測定仿真）
主要是工業(yè)廢水排放的酸堿以及酸雨帶來的。
危害：破壞自然緩沖作用，抑制微生物生長，防礙水體自凈，使水質(zhì)惡化、土壤酸化或鹽堿化。各種生物都有自己的pH值使用范圍，超過該范圍，就會影響其生存。
2）氮：
           有機氮
總氮                   氨氮     凱氏氮※
           無機氮     亞硝酸鹽氮
                           硝酸鹽氮

氮是植物和微生物的主要營養(yǎng)物質(zhì)，當污水排入受納水體，使水中的氮濃度超標，就會引起受納水體的富營養(yǎng)化，促進各種水生生物（主要是藻類）的活性，刺激它們異常繁殖，造成一系列的危害。

氨氮在污廢水中存在形式有游離氨與離子狀態(tài)氨鹽兩種。故氨氮等于兩者之和。污廢水進行生物處理時，氨氮不僅向微生物提供營養(yǎng)，而且對污廢水的pH起緩沖作用。但氨氮過高時，如超過1600mgL(以N計)，對微生物的生活活動產(chǎn)生抑制作用。（蒸餾滴定法測定氨氮仿真）

氮是一項重要的水質(zhì)指標。

3）磷及其化合物
污廢水中含磷化物可分為有機磷和無機磷兩類.總磷是污水中各種有機磷和無機磷的總和※ 。p476
有機磷的存在形式主要有：葡萄糖-6-磷酸，2-磷酸-甘油酸及磷肌酸等；無機磷都以磷酸鹽形式存在，包括正磷酸鹽、偏磷酸鹽、磷酸氫鹽、磷酸二氫鹽等。
生活污水中有機磷含量約為3mg/L，無機磷含量約為7mg/L。磷也是植物和微生物的主要營養(yǎng)物質(zhì)，當污水排入受納水體，使水中的磷濃度超標，會引起受納水體的富營養(yǎng)化。
磷是一項重要的水質(zhì)指標。

4)硫酸鹽與硫化物
    污廢水中的硫酸鹽用硫酸根表示。生活污水的硫酸鹽主要來源于人類排泄物；工業(yè)廢水如洗礦、化工、制藥、造紙和發(fā)酵等工業(yè)廢水，含有較高硫酸鹽，濃度可達1500～7500mg/L
   污廢水中的，在缺氧的條件下，由于硫酸鹽還原菌、反硫化菌的作用，被脫硫、還原成硫化氫。 在排水管道內(nèi)，釋出的硫化氫與管頂內(nèi)壁附著的水珠接觸，在噬硫細菌的作用下形成硫酸，硫酸濃度可高達7%，對管壁有嚴重的腐蝕作用，可能造成管壁塌陷。污水生物處理的允許濃度為1500mg/L
    污廢水中的硫化物主要來源于工業(yè)廢水(如硫化染料廢水、人造纖維廢水等)和生活污水。
    硫化物在污廢水中的存在形式有硫化氫、硫氫化物與硫化物。當污水pH較低時(如低于6.5)，則以硫化氫為主(硫化氫約占硫化物總量的98%)；pH較高時(如高于9)，則以硫化物為主。硫化物屬于還原性物質(zhì)，要消耗污水中的溶解氧，并能與重金屬離子反應，生成黑色的金屬硫化物沉淀

5)氯化物
   生活污水中的氯化物主要來自人類排泄物每人每日排出的氯化物約5～9g。工業(yè)廢水(如漂染工業(yè)、制革工業(yè)等)以及沿海城市采用海水作為冷卻水時，都含有很高的氯化物。氯化物含量高時，對管道及設備有腐蝕作用：如灌溉農(nóng)田，會引起土壤板結(jié)；氯化鈉濃度超過4000mg/L時對生物處理的微生物有抑制作用。

6)非重金屬無機有毒物質(zhì)
  非重金屬無機有毒物質(zhì)主要是氰化物(CN)與砷(As)。
  (a)氰化物
   污廢水中的氰化物主要來自電鍍、焦化、高爐煤氣、制革、塑料、農(nóng)藥以及化纖等工業(yè)廢水，含氰濃度約在20～80mg/L之間。氰化物是劇毒物質(zhì)，人體攝人致死量是0.05～0.12g。
   氰化物在污水中的存在形式是無機氰(如氫氰酸、氰酸鹽)及有機氰化物(稱為腈，如丙烯腈)。 
(b)砷化物
   污廢水中的砷化物主要來自化工、有色冶金、焦化、火力發(fā)電、造紙及皮革等工業(yè)廢水。
   砷化物在污廢水中的存在形式是無機砷化物(如亞砷酸鹽、砷酸鹽)以及有機砷(如三甲基砷)。對人體的毒性排序為有機砷>亞砷酸鹽>砷酸鹽。砷會在人體內(nèi)積累，屬致癌物質(zhì)(致皮膚癌)之一。

7)重金屬離子
   重金屬指原子序數(shù)在21～83之間的金屬或相對密度大于4的金屬。污水中重金屬主要有汞(Hg)、鎘(Cd)、鉛(Ph)、鉻(Cr)、鋅(Zn)、銅(Cu)、鎳(Ni) 錫(Sn)、鐵(Fe)、錳(Mn)等。
 生活污水中的重金屬離子主要來源于人類排泄物；冶金、電鍍、陶瓷、玻璃、氯堿、電池、制革、照相器材、造紙、塑料及顏料等工業(yè)廢水，都含有不同的重金屬離子。
   上述重金屬離子，在微量濃度時，有益于微生物動植物及人類；但當濃度超過一定值后，即會產(chǎn)生毒害作用，特別是汞、鎘、鉛、鉻、砷以及它們的化合物，稱為“五毒”。

污廢水中含有的重金屬難以凈化去除。
在污廢水處理的過程中，重金屬離子濃度的60%左右被轉(zhuǎn)移到污泥中，往往使污泥中的重金屬含量超過我國農(nóng)業(yè)部規(guī)定的《農(nóng)用污泥標準》(GB 4284—84)。我國《污水排入城市排水系統(tǒng)水質(zhì)標準》(CJ 18—86)，對工業(yè)廢水排入城市排水系統(tǒng)的重金屬離子最高允許濃度有明確規(guī)定，超過此標準者，必須在工礦企業(yè)內(nèi)進行處理。

 2、有機物化學性質(zhì)及指標

(1）污廢水中有機物化學性質(zhì) (8類)：p10
  碳水化合物；
  蛋白質(zhì)與尿素；
  脂肪和油類；
  酚；
 有機酸、堿；
 表面活性劑；
 有機農(nóng)藥；
 取代苯類化合物。

碳水化合物
   污廢水中的碳水化合物包括糖、淀粉、纖維素和木質(zhì)素等。主要成分是碳、氫、氧。其中淀粉較為穩(wěn)定，但都屬于可生物降解有機物，對微生物無毒害與抑制作用。
蛋白質(zhì)與尿素 
   蛋白質(zhì)由多種氨基酸化合物結(jié)合而成，分子量可達2萬至2000萬。主要成分是碳、氫、氧、氮，其中氮約占16%。蛋白質(zhì)不很穩(wěn)定，可發(fā)生不同形式的分解，屬于可生物降解有機物，對微生物無毒害與抑制作用。
蛋白質(zhì)與尿素是生活污水中氮的主要來源。

脂肪和油類
   脂肪和油類是乙醇或甘油與脂肪酸形成的化合物，主要成分是碳、氫、氧。生活污水中的脂肪與油類來源于人類排泄物及餐飲業(yè)的洗滌水(含油濃度可達400—600mg/L，甚至1200mg/L)，包括動物油與植物油。脂肪酸甘油酯在常溫時呈液態(tài)稱為油；在低溫時呈固態(tài)稱為脂肪。脂肪比碳水化合物、蛋白質(zhì)都穩(wěn)定，屬于難生物降解有機物，對微生物無毒害與抑制作用。煉油、石油化工、焦化、煤氣發(fā)生站等工業(yè)廢水中，含有礦物油即石油，有異味，屬于難生物降解有機物，并對微生物有毒害或抑制作用。

油類在污水中存在的物理形態(tài)有5種：
漂浮油：靜水時能上浮至液面，形成油膜，約占油脂總量的60%～80%；
機械分散態(tài)油：油粒直徑大于5μm，較穩(wěn)定地分散在污水中，油一水界面間不存在表面活性劑；
乳化油：油粒直徑大于5μm，但在油一水界面間存在表面活性劑，因此更為穩(wěn)定；
附著油：即附著在懸浮固體表面的油；
以上油脂一般可用隔油、氣浮或沉淀等物理方法去除 。
溶解類油可用生物法或氣浮法去除

酚：
    酚類是芳香烴的衍生物。
    在煉油、石油化工、焦化、合成樹脂、合成纖維等工業(yè)廢水都含有酚。
    根據(jù)能否隨水蒸氣一起揮發(fā)，可分為揮發(fā)酚與不揮發(fā)酚。
    揮發(fā)酚包括苯酚、甲酚、二甲苯酚等，屬于可生物降解有機物，但對微生物有毒害或抑制作用。不揮發(fā)酚包括間苯二酚、鄰苯三酚等多元酚，屬于難生物降解有機物，并對微生物有毒害或抑制作用。   
    酚的水溶液與酚蒸氣易被皮膚或呼吸道吸入人體引起中毒。

有機酸、堿
    有機酸工業(yè)廢水含有短鏈脂肪酸、甲酸、乙酸和乳酸。人造橡膠、合成樹脂等工業(yè)廢水含有機堿，包括吡啶及其同系物質(zhì)。都屬于可生物降解有機物，但對微生物有毒害或抑制作用。
表面活性劑
    生活污水與表面活性劑制造工業(yè)廢水，含有大量表面活性劑。表面活性劑有兩類：一、烷基苯磺酸鹽，俗稱硬性洗滌劑，含有磷并易產(chǎn)生大量泡沫，屬于難生物降解有機物；二、烷基芳基磺酸鹽，俗稱軟性洗滌劑，屬于可生物降解有機物，泡沫大大減少，但仍然含有磷。
    磷是致水體富營氧化的主要元素之一。

有機農(nóng)藥
   有機農(nóng)藥有兩大類，即有機氯農(nóng)藥與有機磷農(nóng)藥。
    有機氯農(nóng)藥(如DDT、六六六等)毒性極大且難分解，會在自然界不斷積累，造成二次污染，我國已禁止生產(chǎn)與使用。
    有機磷農(nóng)藥(含殺蟲劑與除草劑)，約占農(nóng)藥總量的80%以上，種類有敵百蟲、樂果、敵敵畏、甲基對硫磷及對硫磷、馬拉酸磷等，毒性大，屬于難生物降解有機物，并對微生物有毒害與抑制作用。 

取代苯類化合物
     苯環(huán)上的氫被硝基、胺基取代后生成的芳香族鹵化物稱為取代苯類化合物。主要來源于染料工業(yè)廢水，炸藥工業(yè)廢水以及電器、塑料、制藥、合成橡膠等工業(yè)廢水。都屬于難生物降解有機物，并對微生物有毒害和抑制作用。
     人工合成高分子有機化合物種類繁多，成分復雜這使城市污水的凈化處理難度大大增加。
     這類物質(zhì)中有三致物質(zhì)(致癌、致突變、致畸形)有聚氯聯(lián)苯、聯(lián)苯氨、稠環(huán)芳烴等多達20多種，   疑致癌物質(zhì)也超過20種。

(2）有機物污染指標：
由于有機物種類繁多，現(xiàn)有的分析技術難以區(qū)分并定量。但可根據(jù)上述的都可被氧化這一共同特性，用氧化過程所消耗的氧量作為有機物總量的綜合指標，進行定量常用的指標： 
生化需氧量BOD
化學需氧量COD
總有機碳TOC
總需氧量TOD    （bc)

1）生化需氧量BOD：
生化需要量是在指定的溫度和時間段內(nèi)，在有氧條件下由微生物（主要是細菌）降解水中有機物所需的氧量。一般將有機物完全降解需要100天。實際采用20℃下20天的生化需氧量BOD20為代表。往往在生產(chǎn)應用20天時間太長，不利用指導生產(chǎn)工藝。對于城市污水，其BOD5大約為BOD20的70%--80%。 BOD5測定仿真
 城市中的污水中COD>BOD。兩者之間的差值大致為難于生物降解的有機物量。在城市污水中BOD/COD的比值作為可生化參考指標。當BOD/COD的比值大于0.3時可生化性較好，適應于生化處理工藝。

2）化學需氧量COD： 
用化學方法氧化分解廢水水樣中有機物過程中所消耗的氧量（O2 ),mg/L（氧化劑的量通過電子得失關系轉(zhuǎn)換成氧的量）
 CODcr 的測定（仿真1，2）： 將污水置于酸性條件下，硫酸銀作催化劑，用強氧化劑重鉻酸鉀將污水中的有機物氧化成二氧化碳（CO2）和水(H2O)。
高錳酸鹽指數(shù)：是指在一定條件下，以高錳酸鉀為氧化劑氧化水樣中的還原性物質(zhì)所消耗的高錳酸鉀的量，以氧的mg/L來表示。它所測定的實際上也是化學需氧量，只是我國標準中僅將酸性重鉻酸鉀法測得的值稱為化學需氧量(COD)。國際標準化組織（ISO）建議高錳酸鹽指數(shù)僅限于測定地表水、飲用水和生活污水。
化學需氧量的優(yōu)點：相比較BOD5而言，能夠較為準確地反映了水體受還原性物質(zhì)污染的程度。
缺點：除了有機物被氧化，另外還有許多無機物被氧化。

3）總有機碳TOC
  是以碳的含量表示水體中有機物質(zhì)總量的綜合指標。由于TOC的測定采用燃燒法，因此能將有機物全部氧化，它比BOD5或COD更能反映有機物的總量。
廣泛應用的測定方法是燃燒氧化—非色散紅外吸收法。將一定量水樣注入高溫爐內(nèi)的石英管，900—950℃溫度下，以鉑和三氧化鈷或三氧化二鉻為催化劑，有機物燃燒裂解轉(zhuǎn)化為二氧化碳，用紅外線氣體分析儀測定CO2含量，從而確定水樣中碳的含量。測定時間僅幾分鐘。
   難生物降解有機物不能用BOD作指標，只能用COD、TOC等作指標。

4）總需氧量TOD：有機物的主要組成元素是C、H、O、N、S等，被氧化后分別生成CO2、H2O、NO2 、 SO2，所消耗的氧的量稱為總需氧量。

3、污水的生物性質(zhì)及指標：p12
污水生物性質(zhì)的檢測指標有大腸菌群數(shù)與大腸菌群指數(shù)、病毒及細菌總數(shù)。
大腸菌群數(shù)(大腸菌群值)與大腸菌群指數(shù)
    大腸菌群數(shù)(大腸菌群值)是每升水樣中所含有的大腸菌群的數(shù)目，以個/L計；大腸菌群指數(shù)是查出1個大腸菌群所需的最少水量，以毫升(mL)計。
    大腸菌群數(shù)與大腸菌群指數(shù)是互為倒數(shù)  （見p12例題）  
    若大腸菌群數(shù)為500個/L，則大腸菌群指數(shù)為1000/500等于2mL。

病毒
    污水中已被檢出的病毒有100多種。檢出大腸菌群，可以表明腸道病原菌的存在，但不能表明是否存在病毒及其他病原菌(如炭疽桿菌)。因此還需要檢驗病毒指標。病毒的檢驗方法目前主要有數(shù)量測定法與蝕斑測定法兩種。
細菌總數(shù)
    細菌總數(shù)是大腸菌群數(shù)、病原菌、病毒及其他細菌數(shù)的總和，以每毫升水樣中的細菌菌落總數(shù)表示。細菌總數(shù)愈多，表示病原菌與病毒存在的可能性愈大。因此用大腸菌群數(shù)、病毒及細菌總數(shù)等3個衛(wèi)生指標來評價污染的嚴重程度就比較全面。