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【格林環(huán)保污水處理知識(shí)講堂】
(二)污廢水的化學(xué)性質(zhì)及指標(biāo)
污廢水中的污染物質(zhì),按化學(xué)性質(zhì)可分為無機(jī)物與有機(jī)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(jī)化學(xué)性質(zhì)及指標(biāo)
酸堿度;
氮、磷;
硫酸鹽與硫化物;
氯化物;
非重金屬無機(jī)有毒物質(zhì);
重金屬離子。
1、無機(jī)化學(xué)性質(zhì)及指標(biāo)
1)酸堿度(酸堿污染物):pH值是衡量水中酸堿度的一項(xiàng)重要指標(biāo)。(補(bǔ)充pH值測(cè)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(zhǎng),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(huì)影響其生存。
2)氮:
有機(jī)氮
總氮 氨氮 凱氏氮※
無機(jī)氮 亞硝酸鹽氮
硝酸鹽氮
氮是植物和微生物的主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),當(dāng)污水排入受納水體,使水中的氮濃度超標(biāo),就會(huì)引起受納水體的富營(yíng)養(yǎng)化,促進(jìn)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(jìn)行生物處理時(shí),氨氮不僅向微生物提供營(yíng)養(yǎng),而且對(duì)污廢水的pH起緩沖作用。但氨氮過高時(shí),如超過1600mgL(以N計(jì)),對(duì)微生物的生活活動(dòng)產(chǎn)生抑制作用。(蒸餾滴定法測(cè)定氨氮仿真)
氮是一項(xiàng)重要的水質(zhì)指標(biāo)。
3)磷及其化合物
污廢水中含磷化物可分為有機(jī)磷和無機(jī)磷兩類.總磷是污水中各種有機(jī)磷和無機(jī)磷的總和※ 。p476
有機(jī)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(jī)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(jī)磷含量約為3mg/L,無機(jī)磷含量約為7mg/L。磷也是植物和微生物的主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),當(dāng)污水排入受納水體,使水中的磷濃度超標(biāo),會(huì)引起受納水體的富營(yíng)養(yǎng)化。
磷是一項(xiàng)重要的水質(zhì)指標(biāo)。
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(dá)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(xì)菌的作用下形成硫酸,硫酸濃度可高達(dá)7%,對(duì)管壁有嚴(yán)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(dāng)污水pH較低時(shí)(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(shí)(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(yīng),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(shí),都含有很高的氯化物。氯化物含量高時(shí),對(duì)管道及設(shè)備有腐蝕作用:如灌溉農(nóng)田,會(huì)引起土壤板結(jié);氯化鈉濃度超過4000mg/L時(shí)對(duì)生物處理的微生物有抑制作用。
6)非重金屬無機(jī)有毒物質(zhì)
非重金屬無機(jī)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(jī)氰(如氫氰酸、氰酸鹽)及有機(jī)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(jī)砷化物(如亞砷酸鹽、砷酸鹽)以及有機(jī)砷(如三甲基砷)。對(duì)人體的毒性排序?yàn)橛袡C(jī)砷>亞砷酸鹽>砷酸鹽。砷會(huì)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(duì)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(shí),有益于微生物動(dòng)植物及人類;但當(dāng)濃度超過一定值后,即會(huì)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(guó)農(nóng)業(yè)部規(guī)定的《農(nóng)用污泥標(biāo)準(zhǔn)》(GB 4284—84)。我國(guó)《污水排入城市排水系統(tǒng)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ 18—86),對(duì)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(biāo)準(zhǔn)者,必須在工礦企業(yè)內(nèi)進(jìn)行處理。
2、有機(jī)物化學(xué)性質(zhì)及指標(biāo)
(1)污廢水中有機(jī)物化學(xué)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(jī)酸、堿;
表面活性劑;
有機(jī)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(jī)物,對(duì)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(dá)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(jī)物,對(duì)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(dá)400—600mg/L,甚至1200mg/L),包括動(dòng)物油與植物油。脂肪酸甘油酯在常溫時(shí)呈液態(tài)稱為油;在低溫時(shí)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(jī)物,對(duì)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(jī)物,并對(duì)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(shí)能上浮至液面,形成油膜,約占油脂總量的60%~80%;
機(jī)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(jī)物,但對(duì)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(jī)物,并對(duì)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(jī)酸、堿
有機(jī)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(jī)堿,包括吡啶及其同系物質(zhì)。都屬于可生物降解有機(jī)物,但對(duì)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(jī)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(jī)物,泡沫大大減少,但仍然含有磷。
磷是致水體富營(yíng)氧化的主要元素之一。
有機(jī)農(nóng)藥
有機(jī)農(nóng)藥有兩大類,即有機(jī)氯農(nóng)藥與有機(jī)磷農(nóng)藥。
有機(jī)氯農(nóng)藥(如DDT、六六六等)毒性極大且難分解,會(huì)在自然界不斷積累,造成二次污染,我國(guó)已禁止生產(chǎn)與使用。
有機(jī)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(duì)硫磷及對(duì)硫磷、馬拉酸磷等,毒性大,屬于難生物降解有機(jī)物,并對(duì)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(jī)物,并對(duì)微生物有毒害和抑制作用。
人工合成高分子有機(jī)化合物種類繁多,成分復(fù)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(dá)20多種, 疑致癌物質(zhì)也超過20種。
(2)有機(jī)物污染指標(biāo):
由于有機(jī)物種類繁多,現(xiàn)有的分析技術(shù)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(jī)物總量的綜合指標(biāo),進(jìn)行定量常用的指標(biāo):
生化需氧量BOD
化學(xué)需氧量COD
總有機(jī)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(shí)間段內(nèi),在有氧條件下由微生物(主要是細(xì)菌)降解水中有機(jī)物所需的氧量。一般將有機(jī)物完全降解需要100天。實(shí)際采用20℃下20天的生化需氧量BOD20為代表。往往在生產(chǎn)應(yīng)用20天時(shí)間太長(zhǎng),不利用指導(dǎo)生產(chǎn)工藝。對(duì)于城市污水,其BOD5大約為BOD20的70%--80%。 BOD5測(cè)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(jī)物量。在城市污水中BOD/COD的比值作為可生化參考指標(biāo)。當(dāng)BOD/COD的比值大于0.3時(shí)可生化性較好,適應(yīng)于生化處理工藝。
2)化學(xué)需氧量COD:
用化學(xué)方法氧化分解廢水水樣中有機(jī)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(guān)系轉(zhuǎn)換成氧的量)
CODcr 的測(cè)定(仿真1,2): 將污水置于酸性條件下,硫酸銀作催化劑,用強(qiáng)氧化劑重鉻酸鉀將污水中的有機(jī)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(cè)定的實(shí)際上也是化學(xué)需氧量,只是我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中僅將酸性重鉻酸鉀法測(cè)得的值稱為化學(xué)需氧量(COD)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)建議高錳酸鹽指數(shù)僅限于測(cè)定地表水、飲用水和生活污水。
化學(xué)需氧量的優(yōu)點(diǎn):相比較BOD5而言,能夠較為準(zhǔn)確地反映了水體受還原性物質(zhì)污染的程度。
缺點(diǎn):除了有機(jī)物被氧化,另外還有許多無機(jī)物被氧化。
3)總有機(jī)碳TOC
是以碳的含量表示水體中有機(jī)物質(zhì)總量的綜合指標(biāo)。由于TOC的測(cè)定采用燃燒法,因此能將有機(jī)物全部氧化,它比BOD5或COD更能反映有機(jī)物的總量。
廣泛應(yīng)用的測(cè)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(jī)物燃燒裂解轉(zhuǎn)化為二氧化碳,用紅外線氣體分析儀測(cè)定CO2含量,從而確定水樣中碳的含量。測(cè)定時(shí)間僅幾分鐘。
難生物降解有機(jī)物不能用BOD作指標(biāo),只能用COD、TOC等作指標(biāo)。
4)總需氧量TOD:有機(jī)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(biāo):p12
污水生物性質(zhì)的檢測(cè)指標(biāo)有大腸菌群數(shù)與大腸菌群指數(shù)、病毒及細(xì)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(gè)/L計(jì);大腸菌群指數(shù)是查出1個(gè)大腸菌群所需的最少水量,以毫升(mL)計(jì)。
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(gè)/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(yàn)病毒指標(biāo)。病毒的檢驗(yàn)方法目前主要有數(shù)量測(cè)定法與蝕斑測(cè)定法兩種。
細(xì)菌總數(shù)
細(xì)菌總數(shù)是大腸菌群數(shù)、病原菌、病毒及其他細(xì)菌數(shù)的總和,以每毫升水樣中的細(xì)菌菌落總數(shù)表示。細(xì)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(xì)菌總數(shù)等3個(gè)衛(wèi)生指標(biāo)來評(píng)價(jià)污染的嚴(yán)重程度就比較全面。