**章 污水处理与监测基础知识
**节 污水性质与监测指标
一、污水的来源及特点
城镇污水主要是指由城镇排水系统收集的生活污水、工业废水及部分城镇地表径流（雨雪水）的混合物。合流制排水系统中，还包括被截留的初期污染雨水。
生活污水主要是居民生活活动所产生的污水，包括来自住宅区、学校、医院、商场以及工厂生活间、厕所、厨房、浴室、洗衣房等处排放出的水等。这类污水中含有较多的有机物，如蛋白质、脂肪、淀粉、糖类等，还有氨、硫等无机盐类，微生物及病原体等。
工业废水主要是工业生产活动中使用过的受到不同程度污染的水，包括被生产原料、半成品或成品等废料所污染的水以及未直接参与生产工艺，未被污染或只是温度升高的水等。
初期污染雨水冲刷了地表的各种污染物，经雨水溢流井截流进入污水处理厂，其水量取决于截流倍数。
二、污水的主要监测指标
城镇污水的水质主要受到以下因素的影响：生活污水与生产污水所占的比例、排水体制（分流制、合流制、半分流制等）、城镇规模、居民生活习惯、气候条件等。水质指标是评价水质污染程度、进行污水处理工程设计、反映污水处理效果、开展水污染控制的基本依据，污水的水质指标一般分为物理性质、化学性质和生物性质三类。
（一）污水的物理性质及指标
1.水温
污水的水温对污水的物理性质、化学性质及生物性质有直接影响。各地生活污水的年平均温度在10～20℃，生产污水的水温与生产工艺有关，且变化很大。污水的水温过低（如低于5℃）或过高（如高于40℃）都会影响污水生物处理的效果。
2.色度
色度是一项感官性指标。生活污水的颜色常呈灰色，但当污水中的溶解氧降低至零，污水所含有机物腐烂，发生厌氧反应，则水色转呈黑褐色并有臭味。生产污水的色度视工矿企业的性质而异，差别极大，如印染、造纸、农药、焦化、冶金及化工等的生产污水，都有各自的颜色。
3.臭味
天然水是无臭无味的，当水体受到污染后会产生异样的气味。生活污水的臭味主要由有机物腐败产生的气体造成，工业废水的臭味主要由挥发性化合物造成。臭味同色度一样也是感官指标。
4.固体含量
污水中固体物质按存在形态的不同可分为：悬浮的、胶体的和溶解的三种。按性质的不同可分为有机物、无机物和生物体三种。一定量水样在105～110℃烘箱中烘干至恒重，所得的质量为总固体量。把水样用定量滤纸过滤后，滤液蒸干所得的固体物质即为胶体和溶解固体（dissolved solids，DS）；被滤纸截留的滤渣，在105～110℃烘箱中烘干至恒重，所得的固体物质称为悬浮固体（suspended solids，SS）。
悬浮固体由有机物和无机物组成，所以又可以分为挥发性悬浮固体（volatile suspended solids，VSS）和非挥发性悬浮固体（non-volatile suspended solids，NVSS），或称为固定性固体（fixed solids，FS）。悬浮固体在马弗炉中灼烧（600℃）所失去的质量为挥发性悬浮固体的质量，残留的质量为非挥发性悬浮固体的质量。
胶体和溶解固体（DS）也由有机物和无机物组成。生活污水中的溶解性有机物包括尿素、淀粉、糖类、脂肪、蛋白质等。工业废水的溶解性固体成分极为复杂，视工矿企业的性质而异，主要包括种类繁多的高分子有机物和金属离子等。
（二）污水的化学性质及指标
1.无机污染物指标
无机污染物指标包括酸碱度、氮、磷、重金属及无机非金属等。
1）酸碱度（pH）
酸碱度用pH表示，pH等于氢离子浓度的负对数。pH=7时，污水呈中性，天然水体的pH一般接近中性；pH＜7时，污水呈酸性，数值越小，酸性越强；pH>7时，污水呈碱性，数值越大，碱性越强。一般要求处理后污水的pH在6～9。
2）氮、磷元素
污水中的氮、磷为植物营养元素，也是污水生物处理中微生物所必需的营养物质，主要来自人类排泄物、生活洗涤排水及某些工业废水。过多的氮、磷进入天然水体会导致富营养化，其是污水处理的重要指标之一。
（1）氮及其化合物。
污水中的含氮化合物有四种：有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮及硝酸盐氮。
①总氮（totalnitrogen，TN）
总氮（TN，以N计）为水中各种形态有机氮和无机氮的总量，包括蛋白质、氨基酸、有机胺等有机氮和硝态氮、亚硝态氮、氨氮等无机氮。
②有机氮
有机氮很不稳定，容易在微生物的作用下，分解成其他三种含氮化合物。
③氨氮（NH3-N）
氨氮是水中以游离氨（NH3）和铵离子（）两种形式存在的氮，它是有机氮氧化分解的**步产物。氨也是污水中重要的耗氧物质。
④硝态氮
在硝化细菌的作用下，氨被转化成亚硝酸盐（）和硝酸盐（），所消耗的氧量为硝化需氧量。
⑤凯氏氮（Kjeldahl-nitrogen，TKN）
TKN是氨氮与有机氮的总和。凯氏氮是一种指标而非实际物质，它可以用来判断污水在进行生物处理时，氮营养是否充足。测定TKN及NH3-N，两者之差即为有机氮。
（2）磷及其化合物。
污水中的磷化合物可分为有机磷和无机磷两类。有机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；无机磷都以磷酸盐形式存在，包括正磷酸盐（）、偏磷酸盐（）、磷酸氢盐（）、磷酸二氢盐（）等。
3）重金属
重金属指原子序数在21～38或相对密度大于4的金属。城市污水中的重金属主要有汞（Hg）、镉（Cd）、铬（Cr）、镍（Ni）、铅（Pb）等生物毒性显著的元素，以及一些具有一定毒性的一般重金属，如锌、铜、铁、锰、锡等。污水处理过程中，重金属离子60%左右被转移到污泥中。我国《污水排入城镇下水道水质标准》（GB/T31962—2015），对工业废水排入城市排水系统的重金属离子*高允许浓度有明确规定，超过此标准限值的废水，必须先在工矿企业内进行局部处理。
4）无机性非金属有毒有害物
水中无机性非金属有毒有害污染物主要有砷化物、含硫化合物、氰化物等。
（1）砷化物
污水中的砷化物主要来自化工、有色冶金、焦化、火力发电、造纸及皮革等工业废水。元素砷不溶于水，几乎没有毒性，但在空气中极易被氧化为剧毒的三氧化二砷（As2O3），即砒霜。砷化物在污水中的存在形式是无机砷化物，如亚砷酸盐、砷酸盐以及有机物三甲基砷。
（2）硫酸盐和硫化物
生活污水中的硫酸盐（）主要来自人类排泄物，工业废水中含有较高的硫酸盐，浓度可达1500～7500mg/L。污水中的，在缺氧条件下，由于硫酸盐还原菌和反硫化菌的作用，被脱氧还原成硫化氢（H2S）。释放出来的H2S在排水管道中与管内壁附着的水珠接触，在噬硫菌的作用下生成H2SO4。
污水中的硫化物主要来自生活污水和工业废水，如硫化染料废水和人造纤维废水等。硫化物在污水中的存在形式有硫化氢（H2S）、硫氢化物（）与硫化物（）。当污水pH较低（如低于6.5）时，则以H2S为主；pH较高（如高于9）时，则以为主。硫化物属于还原性物质，要消耗污水中的溶解氧，且能与重金属离子反应，生成金属硫化物的黑色沉淀。
（3）氰化物
天然水体一般不含有氰化物（），污水中的氰化物主要来自电镀、焦化、高炉煤气、制革、塑料、农药以及化纤等工业废水，浓度在20～80mg/L。氰化物是剧毒物质，人体摄入致死量是0.05～0.12g。氰化物在污水中的存在形式是无机氰（如氢氰酸HCN、氰酸盐）及有机氰化物（称为腈，如丙烯腈C2H3CN）。
2.有机污染物指标
1）生化需氧量
生化需氧量（biochemical oxygen demand，BOD）是在指定的温度和时间段内，在有氧条件下由微生物（主要是细菌）降解水中有机物所需的氧量。一般采用20℃下5天的BOD5作为衡量污水中可生物降解有机物的浓度指标。对于城市污水，其BOD5为BOD20的（20℃下20天）70%～80%。BOD越高，表示水中有机物越多，污水的污染程度越大，处理难度也越大。
2）化学需氧量
化学需氧量（chemical demand oxygen，COD）是化学氧化剂氧化水中有机污染物时所消耗的氧化剂量相对应氧的质量浓度（以mg/L为单位），一般采用酸性条件下重铬酸钾为氧化剂时所消耗氧的浓度，即CODCr。COD越高，表示水中有机物越多，污水的污染程度越大，处理难度也越大。城市污水的COD大于BOD5，两者的差值大致为难生物降解的有机物量。在城市污水处理分析中，把BOD5/COD的比值作为可生化性指标，比值越大，可生化性越好，适宜采用生化处理工艺。
3）总需氧量和总有机碳
有机物的主要组成元素是C、H、O、N、S等，被氧化后分别产生CO2、H2O、NO2和SO2，所消耗的氧量称为总需氧量（total oxygen demand，TOD）。TOD的测定原理是将一定数量的水样注入含氧量已知的氧气流中，再通过以铂钢为触媒的燃烧管，在900℃高温下燃烧，使水样中含有的有机物被燃烧氧化，消耗掉氧气流的氧，剩余的氧用电极测定并自动记录。氧气流原有含氧量减去剩余含氧量即等于TOD。在高温下燃烧，有机物可被彻底氧化，所以TOD大于COD。
总有机碳（total organic carbon，TOC）为水样中所有有机污染物的含碳量，也是评价水样中有机污染物的一个综合参数。TOC的测定与TOD一样，都采用燃烧氧化法，前者的测定结果以碳表示，后者则以氧表示。TOC、TOD的耗氧过程与BOD的耗氧过程有本质不同，而且由于各种水样中有机物的成分不同，生化过程差别也较大。各种水质之间TOC或TOD与BOD不存在固定的相关性，而在水质基本相同的污水中，BOD与TOC或TOD之间存在一定的相关性，即TOD>COD>BOD5>TOC。
4）脂肪和油类污染物
生活污水中的脂肪和油类来自人类排泄物、餐饮业洗涤水等，包括动物油脂和植物油。脂肪比碳水化合物和蛋白质更稳定，属于难降解有机物。石油污染物来自炼油、石油化工、焦化等工业废水，也属于难降解有机物。
5）酚类污染物
炼油、石油化工、焦化、合成树脂、合成纤维等工业废水都含酚。酚类是芳香烃的衍生物。酚的水溶液与酚蒸汽易被皮肤或呼吸道吸入人体引起中毒。水体受酚类化合物污染后影响水产品的产量和质量。酚的毒性可抑制水中微生物（如细菌、藻等）的自然生长速率，有时甚至使其停止生长。
6）表面活性剂
生活污水与部分工业废水含有大量表面活性剂。表面活性剂有两类：烷基苯磺酸盐（alkyl benzene sulfonate，ABS），俗称硬性洗涤剂，含有磷并易产生大量泡沫，属于难生物降解有机物；直链烷基苯磺酸盐（linear alkyl benzene sulfonate，LAS），俗称软性洗涤剂，属于可生物降解有机物，泡沫量大大减少，但仍然含有磷。
7）有机酸、碱
工业废水含短链脂肪酸、甲酸、乙酸和乳酸等。人造橡胶、合成树脂等工业废水含有机碱，包括吡啶及其同系物。它们都属于可生物降解有机物，但对微生物有毒害或抑制作用。
8）有机农药
有机农药有两大类，即有机氯农药与有机磷农药。有机氯农药（如DDT和六六六等）毒性极大且难分解，会在自然界不断积累，造成二次污染，故我国于20世纪70年代起禁止生产与使用。有机磷农药（含杀虫剂与除草剂）有敌百虫、乐果、敌敌畏等，毒性大，属于难生物降解有机物，并对微生物有毒害与抑制作用。
9）苯类化合物
苯环上的氢被氯、硝基、氨基等取代后生
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