第一章 緒論

水在社會(huì)循環(huán)中，由于種種原因喪失了使用價(jià)值而外排，這種廢棄外排的水稱為廢水。在這些原因中，最根本的原因是水中混入了各種污染物質(zhì)。廢水有兩種概念：一種是“廢水”，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)被廢棄而外排，“廢水”的污染物含量并不一定會(huì)很高，如工業(yè)生產(chǎn)過程中排放的冷卻水；另一種是“污水”，更多地強(qiáng)調(diào)其中的污染物含量較高。由于約定俗成的原因，現(xiàn)在所稱的“廢水”，通常是“廢水”和“污水”的統(tǒng)稱，并更偏重于“污水”。

第一節(jié) 廢水性質(zhì)與污染指標(biāo)

一、廢水的類型和特征

廢水的分類方法很多，根據(jù)廢水中含有的污染物的化學(xué)特性，可將廢水分為無機(jī)廢水和有機(jī)廢水；根據(jù)行業(yè)或產(chǎn)生廢水的生產(chǎn)工藝，可將廢水分為造紙廢水、食品廢水、化工廢水、制藥廢水、冶金廢水、采礦廢水、電鍍廢水、制造業(yè)廢水等。

目前普遍采用的分類方法是根據(jù)來源不同，將廢水分為生活污水、工業(yè)廢水、初期雨水和城鎮(zhèn)污水。

1．生活污水

生活污水是指人們在日常生活中所產(chǎn)生的廢水，主要包括廚房用水，洗滌用水，洗衣、沐浴以及衛(wèi)生間沖洗廁所等所產(chǎn)生的污水。生活污水含有大量的有機(jī)物，其主要成分為纖維素、淀粉、糖類、脂肪、蛋白質(zhì)等，同時(shí)含有氯化物、硫酸鹽、磷酸鹽、碳酸氫鹽、硝酸鹽以及鈉、鉀、鈣、鎂等無機(jī)鹽類，以及多種微生物、病原體和寄生蟲卵等。城市每人每日排出的生活污水量為150～400 L，其產(chǎn)生量與人民生活水平及生活習(xí)慣有密切關(guān)系。大量生活污水如果不經(jīng)處理直接排入河流、湖泊，必定會(huì)導(dǎo)致河流、湖泊不同程度的污染，嚴(yán)重的可能造成河流、湖泊水體富營養(yǎng)化，暴發(fā)藍(lán)藻水華。藍(lán)藻水華爆發(fā)會(huì)造成水體中藻毒素含量過高，降低水中溶解氧，給人們飲水和水產(chǎn)養(yǎng)殖造成重大損失。

2．工業(yè)廢水

工業(yè)廢水是指在工業(yè)生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的廢水和廢液。工業(yè)廢水（industrial wastewater）包括生產(chǎn)廢水、生產(chǎn)污水及冷卻水，其中含有隨水流失的工業(yè)生產(chǎn)用料、中間產(chǎn)物、副產(chǎn)品以及生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染物。工業(yè)廢水一般是按行業(yè)劃分的，如造紙工業(yè)廢水、化工行業(yè)廢水、石油工業(yè)廢水、紡織工業(yè)廢水、鋼鐵工業(yè)廢水、冶金工業(yè)廢水、機(jī)械加工工業(yè)廢水、食品加工業(yè)廢水、制藥工業(yè)廢水、制革工業(yè)廢水等。一般而言，工業(yè)廢水種類繁多，成分復(fù)雜。例如，電解鹽工業(yè)廢水中含有汞，重金屬冶煉工業(yè)廢水中含有鉛、鎘等各種金屬，電鍍工業(yè)廢水中通常含有氰化物和鉻等各種重金屬，石油煉制工業(yè)廢水中含有酚，農(nóng)藥制造工業(yè)廢水中含有各種農(nóng)藥等。由于工業(yè)廢水的排放量大，污染物種類繁多，常含有多種有毒物質(zhì)，對人類健康有很大危害，所以要綜合利用，化害為利，并根據(jù)廢水中污染物的成分和濃度，采取相應(yīng)的凈化措施進(jìn)行處置后才可排放。隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，廢水的種類和數(shù)量迅猛增加，對水體的污染也日趨廣泛和嚴(yán)重，威脅人類的健康和安全。因此，對于保護(hù)環(huán)境來說，工業(yè)廢水的處理顯得尤為重要。

3．初期雨水

初期雨水是指雨雪降至地面形成的初期地表徑流的雨水，一般是指地面10～15mm厚已形成地表徑流的降水。初期雨水的成分較復(fù)雜，且水質(zhì)水量隨地區(qū)環(huán)境、季節(jié)、氣候等變化。在降雨初期，雨水中溶解了空氣中大量的酸性氣體、汽車尾氣、工廠廢氣等污染性氣體，降落地面后，又沖刷屋面、瀝青混凝土道路等，使得初期雨水中含有大量的污染物質(zhì)，污染程度較高，甚至超出普通城市生活污水的污染程度。初期雨水經(jīng)雨水管直排入河道，給水環(huán)境造成了一定程度的污染，特別是那些工業(yè)廢渣或城鎮(zhèn)垃圾堆放場地，經(jīng)雨水沖淋后產(chǎn)生的初期雨水更具危險(xiǎn)性。因此，如果將初期雨水直接排入自然受納水體，將會(huì)對水體造成非常嚴(yán)重的污染。必須對初期雨水進(jìn)行棄流處理，可以設(shè)置初期棄流過濾裝置，將初期雨水棄流至污水管道，降雨后期污染程度較輕的雨水經(jīng)過截污掛籃截留水中的懸浮物、固體顆粒雜質(zhì)后，排入自然受納水體，有效地保護(hù)自然水體環(huán)境。

4．城鎮(zhèn)污水

城鎮(zhèn)污水（municipal wastewater）是指城鎮(zhèn)居民生活污水，機(jī)關(guān)、學(xué)校、醫(yī)院、商業(yè)服務(wù)機(jī)構(gòu)及各種公共設(shè)施排水，以及部分允許排入城鎮(zhèn)污水收集系統(tǒng)的工業(yè)廢水和初期雨水等。由于我國幅員遼闊，各地自然條件及經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平懸殊，城鎮(zhèn)區(qū)域特點(diǎn)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及主要功能也各不相同，因此，城鎮(zhèn)污水的特性、收集方式、排放水體狀況等均不相同。由于各地產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)區(qū)域特定差異、受雨季影響及用水量時(shí)變化系數(shù)較大，城鎮(zhèn)污水水量、水質(zhì)變化大，成分、性質(zhì)比較復(fù)雜，不但各城鎮(zhèn)間不同，同一城市中的不同區(qū)域也有相當(dāng)大的差異。一般來講，城鎮(zhèn)污水相對于城市生活污水而言，具有人口數(shù)量較少、用水量標(biāo)準(zhǔn)較低、污水排放規(guī)模較小等特點(diǎn)。

很多小城鎮(zhèn)由于尚無排水系統(tǒng)，污水均沿道路邊溝或路面就近排入受納水體；一些城鎮(zhèn)（特別是山區(qū)和貧困地區(qū)等）由于街道過于狹窄、兩側(cè)建筑密集、施工復(fù)雜，無條件修建分流制排水系統(tǒng)，采用完全合流制排水體制。我國對城鎮(zhèn)污水的處理日益重視，并制定了相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002），對城鎮(zhèn)污水處理廠排放BOD5、CODCr、SS、pH、總磷、總氮、氨氮、糞大腸菌群數(shù)等均限定了嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。對于一些城鎮(zhèn)化發(fā)展中的地區(qū)而言，建設(shè)及運(yùn)營資金短缺，土地資源緊張，可考慮維護(hù)管理技術(shù)人員及運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)嚴(yán)重缺乏等原因，將排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整或適當(dāng)放寬。

二、水質(zhì)污染指標(biāo)

廢水所含污染物千差萬別，可通過分析檢測對廢水中的污染物做出定性、定量評(píng)價(jià)，以反映廢水水質(zhì)。水質(zhì)是指水和其中所含的污染物共同表現(xiàn)出來的物理、化學(xué)和生物學(xué)的綜合性質(zhì)。水質(zhì)污染指標(biāo)則是評(píng)價(jià)水質(zhì)污染程度、進(jìn)行污水處理工程設(shè)計(jì)的基本依據(jù)，可體現(xiàn)出其中污染物的種類和數(shù)量，是判斷水質(zhì)的具體參數(shù)。污水水質(zhì)污染指標(biāo)一般分為物理性指標(biāo)、化學(xué)性指標(biāo)和生物性指標(biāo)三類。

（一）物理性指標(biāo)

表示污水物理性質(zhì)的污染指標(biāo)主要有溫度、色度、嗅和味、懸浮固體等。

1．溫度

溫度（temperature）是反映水體熱污染的指標(biāo)。水的溫度對水中化學(xué)反應(yīng)的速率及水生生物的生存都有重要的影響，工業(yè)生產(chǎn)和生活中排放的廢熱直接排在水環(huán)境里，造成了對局部水域生物群落的破壞，威脅其穩(wěn)定性，從而產(chǎn)生嚴(yán)重后果，這就是水體的熱污染。水體熱污染一般是指水溫超過60℃的污染現(xiàn)象。許多工業(yè)排出的廢水都有較高的溫度，這些廢水排入水體使水溫升高，引起水體的熱污染。

水溫升高影響水生生物的生存和對水資源的利用。氧氣在水中的溶解度隨水溫的升高而減小，這樣一方面水中溶解氧減少，另一方面水溫升高加速耗氧反應(yīng)，最終導(dǎo)致水體缺氧或水質(zhì)惡化。還需要注意的是，當(dāng)水的溫度產(chǎn)生突變時(shí)，會(huì)引起水生生物的大量死亡。反常的高溫還會(huì)導(dǎo)致某些對生態(tài)不利的水生植物和真菌的大量生長，加速水體富營養(yǎng)化的進(jìn)程。溫度對廢水處理微生物的影響很大。除了高溫厭氧微生物的最佳溫度為50℃～55℃外，常見的廢水處理微生物的適宜生存溫度為25℃～35℃。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，好氧微生物和硝化菌在溫度升高到50℃時(shí)，其好氧和硝化作用就會(huì)停止。而在厭氧工藝中，若溫度低于15℃，產(chǎn)甲烷菌的活性就會(huì)大大降低，而到了5℃，自養(yǎng)硝化菌就會(huì)停止活動(dòng)，到2℃時(shí)，化能異養(yǎng)菌就進(jìn)入休眠狀態(tài)。地表水的溫度隨季節(jié)、氣候條件而有不同程度的變化，一般為0.1℃～30℃，地下水的溫度比較穩(wěn)定，一般為8℃～12℃，而工業(yè)廢水的溫度與生產(chǎn)過程有關(guān)。

2．色度

色度是反映感官污染的指標(biāo)。純凈的天然水是無色透明的，但含有金屬化合物或有機(jī)化合物等有色污染物的廢水會(huì)呈現(xiàn)不同的顏色，造成感官上的不悅。水的顏色分為表觀顏色和真實(shí)顏色。水的表觀顏色是由溶解物質(zhì)及不溶解性懸浮物產(chǎn)生的顏色，而水的真實(shí)顏色是指僅由溶解物質(zhì)產(chǎn)生的顏色。水質(zhì)色度的測定是用鉑鈷標(biāo)準(zhǔn)比色法，即用氯鉑酸鉀（K2PtCl6）和氯化鈷（CoCl2·6H2O）配制成測色度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，與被測樣品進(jìn)行目視比較，以測定樣品的色度。規(guī)定每升溶液中含有2.419mg的氯鉑酸鉀和2.00mg的氯化鈷時(shí)，將鉑（Pt）的濃度為每升1mg[以六氯鉑（Ⅳ）酸的形式]時(shí)所產(chǎn)生的顏色深淺定為1度。飲用水的色度大于15度時(shí)多數(shù)人即可察覺，大于30度時(shí)人會(huì)感到厭惡。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定飲用水的色度不應(yīng)超過15度。

3．嗅和味

嗅和味也是感官性指標(biāo)。天然水是無臭無味的，而廢水往往會(huì)產(chǎn)生異樣的氣味，水中臭味主要來源于生活污水和工業(yè)廢水中的污染物、天然物質(zhì)的分解或與之有關(guān)的微生物活動(dòng)，其中主要是還原性硫和氮的化合物、揮發(fā)性有機(jī)物等。研究表明，嗅和味產(chǎn)生的原因主要有三類：一是排入水體的無機(jī)物、化學(xué)制品及溶解性的礦物鹽，如氯化鈉帶咸味，硫酸鎂帶苦味，鐵鹽帶澀味，硫酸鈣略帶甜味；二是腐殖質(zhì)等有機(jī)物、藻類放線菌和真菌的分泌物以及殘?bào)w產(chǎn)生的Geosmin（地霉菌）、MIB（2-甲基異茨醇）；三是過量投氯引起的。

目前，國內(nèi)對水體異味的檢測方法主要有嗅覺法、氣相色譜法、氣質(zhì)聯(lián)用法、比色法、化學(xué)發(fā)光法、蒸餾萃取法（SDE）、液—液萃取法（LLD）、吹掃捕集法（PT）、固相微萃取法（SPME）、酶聯(lián)免疫法等。其中氣相色譜法最為常用，多采用火焰離子化檢測器和質(zhì)譜檢測器。而近幾年發(fā)展起來的固相微萃取法因不需要有機(jī)溶劑，無須濃縮，簡便易行而廣泛應(yīng)用于食品、環(huán)境安全等領(lǐng)域。

4．懸浮固體

在國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中，懸浮固體又稱為懸浮物，用SS（Suspended Solids）表示，是指濾渣脫水烘干后的固體。國家標(biāo)準(zhǔn)定義為：水質(zhì)中的懸浮物是指水樣通過孔徑為0.45μm的濾膜，截留在濾膜上并于103℃～105℃烘干至恒重的物質(zhì)。懸浮固體表示水中不溶解的固態(tài)物質(zhì)，如淤泥、黏土、無機(jī)沉淀、有機(jī)沉淀、污垢、微生物等。懸浮固體是重要的水質(zhì)指標(biāo)，排入水體后會(huì)在很大程度上影響水體外觀，除了會(huì)增加水體的渾濁度，妨礙水中植物的光合作用，對水生生物生長不利外，還會(huì)造成管渠和抽水設(shè)備的堵塞、淤積和磨損等。此外，懸浮固體還有吸附和凝聚重金屬及有毒物質(zhì)的能力，因此，飲用水、工業(yè)用水等對懸浮固體都有嚴(yán)格的要求。懸浮固體含量也是污水處理廠設(shè)計(jì)的一個(gè)重要參數(shù)。

（二）化學(xué)性指標(biāo)

表示污水化學(xué)性質(zhì)的污染指標(biāo)可分為有機(jī)物指標(biāo)和無機(jī)物指標(biāo)。

1．有機(jī)物指標(biāo)

污水中有機(jī)污染物種類繁多，組成也較為復(fù)雜，現(xiàn)有技術(shù)很難分別測定各類有機(jī)物的含量，通常也沒有必要性。有機(jī)物的主要危害是消耗水中溶解氧（DO），因此，在工作中一般采用間接指標(biāo)來反映水中有機(jī)物的含量。常用指標(biāo)如下：

（1）生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand, BOD）。水中有機(jī)污染物被好氧微生物分解時(shí)所需的氧量稱為生化需氧量（以mg/L為單位）。它反映了在有氧條件下，微生物分解水中的某些可氧化的物質(zhì)，特別是分解有機(jī)物的生物化學(xué)過程消耗的溶解氧，其值表示了可生物降解的有機(jī)物的量。BOD值越大，表示水中耗氧有機(jī)污染物越多，污染越嚴(yán)重。有機(jī)污染物被好氧微生物氧化分解的過程，一般可分為兩個(gè)階段：第一階段主要是有機(jī)物被轉(zhuǎn)化成二氧化碳、水和氨；第二階段主要是氨被轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和硝酸鹽。廢水的生化需氧量通常只指第一階段有機(jī)物生物氧化所需的氧量。有機(jī)物被微生物降解消耗氧的過程主要有：一部分有機(jī)物被氧化成最終產(chǎn)物，以獲得維持細(xì)胞活動(dòng)和合成新的細(xì)胞組織所需要的能量；一部分有機(jī)物被轉(zhuǎn)化為新的細(xì)胞組織，實(shí)現(xiàn)微生物的增殖；當(dāng)有機(jī)物耗盡時(shí)，新生的細(xì)胞就進(jìn)入“內(nèi)源呼吸期”，即微生物消耗其自身的組織來獲得維持其活性的能量。這三個(gè)過程可以用下述化學(xué)反應(yīng)方程式來表示：

氧化過程：有機(jī)物+O2+微生物—→CO2+H2O+NH3+最終產(chǎn)物+能量

合成過程：有機(jī)物+O2+微生物+能量—→新細(xì)胞組織

內(nèi)源呼吸：細(xì)胞組織+5O2—→5CO2+2H2O+NH3

微生物的活動(dòng)與溫度有關(guān)，測定生化需氧量時(shí)以20℃作為測定的標(biāo)準(zhǔn)溫度。生活污水中的有機(jī)物一般需20天左右才能基本上完成第一階段的分解氧化過程，即測定第一階段的生化需氧量至少需要20天，這在實(shí)際工作中是比較困難的。目前以5天作為測定生化需氧量的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，簡稱5日生化需氧量（用BOD5表示）。據(jù)試驗(yàn)研究，生活污水5日生化需氧量約為第一階段生化需氧量的70%左右。通常情況下，將水樣充滿完全密閉的溶解氧瓶中，在（20±1）℃的暗處培養(yǎng)5d±4h或（2+5）d±4h[先在0℃～4℃的暗處培養(yǎng)2d，接著在（20±1）℃的暗處培養(yǎng)5d]，分別測定培養(yǎng)前后水樣中溶解氧的質(zhì)量濃度，由培養(yǎng)前后溶解氧的質(zhì)量濃度之差，計(jì)算每升水樣消耗的溶解氧量，以BOD5形式表示。

若樣品中的有機(jī)物含量較多，BOD5大于6mg/L，樣品需適當(dāng)稀釋后測定；對水樣中不含或含微生物量少的工業(yè)廢水，在測定BOD5時(shí)應(yīng)進(jìn)行接種，以引進(jìn)能分解廢水中有機(jī)物的微生物。當(dāng)廢水存在難以被一般生活污水中的微生物以正常速度降解的有機(jī)物或含有劇毒物質(zhì)時(shí)，應(yīng)將馴化后的微生物引入水樣中進(jìn)行接種。

（2）化學(xué)需氧量（Chemical Oxygen Demand, COD）。化學(xué)需氧量是指用化學(xué)強(qiáng)氧化劑氧化水中有機(jī)污染物時(shí)所消耗的氧化劑量折合成的氧量，以mg/L為單位。COD值越高，表示水中有機(jī)污染物越多。常用的強(qiáng)氧化劑主要是重鉻酸鉀和高錳酸鉀。以高錳酸鉀作氧化劑時(shí)，測得的值稱為CODMn或OC；以重鉻酸鉀作氧化劑時(shí)，測得的值稱為CODCr。在廢水處理中，通常采用重鉻酸鉀法測定廢水的化學(xué)需氧量。

CODCr的定義是：在一定條件下，經(jīng)重鉻酸鉀氧化處理時(shí)，水樣中的溶解性物質(zhì)和懸浮物所消耗的重鉻酸鉀相對應(yīng)的氧的質(zhì)量濃度。國標(biāo)法的測量原理是：在水樣中加入已知量的重鉻酸鉀溶液，并在強(qiáng)酸性介質(zhì)下以銀鹽作催化劑，經(jīng)沸騰回流后，以試亞鐵靈為指示劑，用硫酸亞鐵銨滴定水樣中未被還原的重鉻酸鉀，由消耗的硫酸亞鐵銨的量換算成消耗氧的質(zhì)量濃度。在酸性重鉻酸鉀條件下，芳烴及吡啶難以被氧化，其氧化率較低，在硫酸銀的催化作用下，直鏈脂肪族化合物可有效地被氧化。

COD能夠較為精確地反映廢水中有機(jī)物的含量，測定時(shí)間較短，且不受水質(zhì)的限制。但它不能像BOD那樣反映出水中可以被微生物降解的有機(jī)物的量。例如，當(dāng)廢水中含有還原性無機(jī)物（如硫化物）時(shí)，加入強(qiáng)氧化劑后這類物質(zhì)也會(huì)被氧化，因此，COD值也存在一定的誤差。

如果污水中有機(jī)物的組成相對穩(wěn)定，則BOD和COD之間應(yīng)有一定的比例關(guān)系，生活污水通常在0.4～0.5之間。一般而言，CODCr與BOD之差，可以粗略地表示不能被微生物氧化分解的有機(jī)物量，差值越大，難以被微生物降解的有機(jī)物含量越多，越不宜采用生物處理法。因此，BOD5與COD的比值（B/C值，稱為可生化性指標(biāo)）可作為廢水是否宜于采用生物處理的判別標(biāo)準(zhǔn)，比值越大，越容易被生物處理。一般認(rèn)為B/C值大于0.3的廢水才適合采用生物處理法。

（3）總有機(jī)碳（TOC）與總需氧量（TOD）。總有機(jī)碳（TOC）是指水樣中所有有機(jī)物的含碳量，并以此來間接表示水樣中所含有機(jī)物的總量，它反映了水被有機(jī)物質(zhì)污染的程度。它是把水樣中所有有機(jī)碳轉(zhuǎn)化為CO2后，測定CO2的量來確定水樣中碳的含量。有機(jī)物中含有C、H、N、S等元素，當(dāng)有機(jī)物全都被氧化時(shí)，C被氧化為CO2, H、N及S則被氧化為H2O、NO、SO2等，此時(shí)的需氧量稱為總需氧量（TOD）。TOC和TOD的測定僅需幾分鐘。

現(xiàn)行檢測標(biāo)準(zhǔn)為《水質(zhì)總有機(jī)碳的測定 燃燒氧化—非分散紅外吸收法》（HJ 501—2009），適用于地表水、地下水、生活污水和工業(yè)廢水中總有機(jī)碳（TOC）的測定，檢出限為0.1mg/L，測定下限為0.5mg/L。該標(biāo)準(zhǔn)測定TOC分為差減法和直接法。當(dāng)水中苯、甲苯、環(huán)己烷和三氯甲烷等揮發(fā)性有機(jī)物含量較高時(shí)，宜用差減法測定；當(dāng)水中揮發(fā)性有機(jī)物含量較少而無機(jī)碳含量相對較高時(shí)，宜用直接法測定。

差減法測定總有機(jī)碳的方法是：將試樣連同凈化氣體分別導(dǎo)入高溫燃燒管和低溫反應(yīng)管中，經(jīng)高溫燃燒管的試樣被高溫催化氧化，其中的有機(jī)碳和無機(jī)碳均轉(zhuǎn)化為二氧化碳，經(jīng)低溫反應(yīng)管的試樣被酸化后，其中的無機(jī)碳分解成二氧化碳，兩種反應(yīng)管中生成的二氧化碳分別被導(dǎo)入非分散紅外檢測器。在特定波長下，一定濃度范圍內(nèi)二氧化碳的紅外線吸收強(qiáng)度與其濃度成正比，由此可對試樣總碳（TC）和無機(jī)碳（IC）進(jìn)行定量測定。總碳與無機(jī)碳的差值，即為總有機(jī)碳。

直接法測定總有機(jī)碳的方法是：試樣經(jīng)酸化曝氣，其中的無機(jī)碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳被去除，再將試樣注入高溫燃燒管中，可直接測定總有機(jī)碳。由于酸化曝氣會(huì)損失可吹掃有機(jī)碳（POC），故測得的總有機(jī)碳值為不可吹掃有機(jī)碳（NPOC）。

（4）油類污染物。油類通過不同途徑進(jìn)入水體環(huán)境形成含油污水，油類污染物有石油類和動(dòng)植物油脂兩種。油類污染物是一種量大、面廣且危害嚴(yán)重的污染物。全世界每年有500萬～1000萬噸石油通過各種途徑進(jìn)入水體。油類污染物的來源可分為自然來源（約占8%）和人類活動(dòng)來源（約占92%）。自然來源主要有海底、大陸架滲漏，含油沉積巖缺損等。人類活動(dòng)來源主要有油輪事故和海上石油開采的泄漏與井噴事故，港口和船舶的作業(yè)含油污水排放，石油工業(yè)的廢水，餐飲業(yè)、食品加工業(yè)、洗車業(yè)排放的含油廢水等。

油類污染物在水體中通常以四種狀態(tài)存在，即懸浮油、乳化油、溶解油和凝聚態(tài)的殘余物（包括海面漂浮的焦油球以及在沉積物中的殘余物）。油品在水中分散顆粒較大，粒徑大于100μm的稱為懸浮油。這種油占水中總含油量的60%～80%，是水中油類污染物的主要部分，易于從水中分離出來。油品在水中分散的粒徑很小，呈乳化狀態(tài)的，稱為乳化油。乳化油比較穩(wěn)定，不易從水中分離出來。小部分油品在水中呈溶解狀態(tài)，稱為溶解油，溶解度為5～15mg/L。石油產(chǎn)品不同于其他溶解性物質(zhì)，它的黏滯性大于水，密度小于水，在水中的溶解度較小。因此，工業(yè)廢水中的礦物油基本上是由兩大部分組成：一部分以油膜狀態(tài)浮于水面，油膜厚度與水中油的含量有關(guān)；另一部分呈乳化狀態(tài)溶于水中或吸附于懸浮微粒上。

油類污染物進(jìn)入河流、湖泊或地下水后，其含量超過了水體的自凈能力，使水質(zhì)和底質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)或生物群落組成發(fā)生變化，從而降低水體的使用價(jià)值和使用功能。石油類污染物在進(jìn)入水體后，會(huì)在水面上形成厚度不一的油膜。據(jù)測定，每噸石油能覆蓋5×106m2的水面。油膜使水面與大氣隔絕，使水中溶解氧減少，從而影響水體的自凈作用，致使水底質(zhì)變黑發(fā)臭。油膜、油滴還可貼在水體中的微粒上或水生生物上，不斷擴(kuò)散和下沉，會(huì)向水體表面和深處擴(kuò)展，污染范圍越擴(kuò)越大，破壞水體正常生態(tài)環(huán)境。另外，水面浮油還可萃取分散于水體中的氯烴，如狄氏劑、毒殺芬等農(nóng)藥和聚氯聯(lián)苯等，并把這些毒物濃集到水體表層，毒害水生生物。

油類污染物還會(huì)對漁業(yè)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。首先是石油污染會(huì)破壞漁場，玷污漁網(wǎng)、養(yǎng)殖器材和漁獲物，水體污染可直接引起魚類死亡，造成漁獲量的直接減產(chǎn)。其次表現(xiàn)為產(chǎn)值損失，油污染能使魚蝦類生物產(chǎn)生特殊的氣味和味道，且不易消除，因此會(huì)降低水產(chǎn)品的食用價(jià)值，嚴(yán)重影響其經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值。最后，對水上旅游和娛樂業(yè)產(chǎn)生不良的影響。

油類污染物對水生動(dòng)物也有不良影響。水體中的石油類污染物主要通過動(dòng)物呼吸、取食、體表滲透和食物鏈傳輸?shù)确绞礁患趧?dòng)物體內(nèi)。水體中石油類污染物含量為0.01～0.10mg/L時(shí)，會(huì)對水生動(dòng)物產(chǎn)生有害影響，導(dǎo)致其中毒。石油中有些烴類與一些海洋動(dòng)物的化學(xué)信息（外激素）相同，或是化學(xué)結(jié)構(gòu)類似，從而影響這些海洋動(dòng)物的行為。

石油一般可以通過呼吸、皮膚接觸、食用含污染物的食物等途徑進(jìn)入人體，影響人體多種器官的正常功能，引發(fā)多種疾病。石油的濃度是考察其毒性的關(guān)鍵因子。不同組分的石油其毒性效果不一樣，隨著石油濃度的升高和暴露時(shí)間的延長，其毒性增強(qiáng)。研究表明，人們在食用受石油烴衍生出的致癌物質(zhì)特別是多環(huán)芳烴污染的水產(chǎn)品時(shí)，這些致癌物質(zhì)可通過食物鏈的傳遞危及人體的健康和安全。

油類污染物現(xiàn)行檢測標(biāo)準(zhǔn)為《水質(zhì) 石油類和動(dòng)植物油類的測定 紅外分光光度法》（HJ 637—2012）。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了測定水中石油類和動(dòng)植物油類的紅外分光光度法，適用于地表水、地下水、工業(yè)廢水和生活污水中石油類和動(dòng)植物油類的測定。

當(dāng)樣品體積為1000mL，萃取液體積為25mL，使用4cm比色皿時(shí)，檢出限為0.01mg/L，測定下限為0.04mg/L；當(dāng)樣品體積為500mL，萃取液體積為50mL，使用4cm比色皿時(shí)，檢出限為0.04mg/L，測定下限為0.16mg/L。

測量原理：用四氯化碳萃取樣品中的油類物質(zhì)，測定總油，然后將萃取液用硅酸鎂吸附，除去動(dòng)植物油類等極性物質(zhì)后，測定石油類。總油和石油類的含量均由波數(shù)分別為2930cm-1（CH3基團(tuán)中C—H鍵的伸縮振動(dòng)）、2960cm-1（CH3基團(tuán)中C—H鍵的伸縮振動(dòng)）和3030cm-1（芳香環(huán)中C—H鍵的伸縮振動(dòng)）譜帶處的吸光度A2930、A2960、A3030進(jìn)行計(jì)算，其差值為動(dòng)植物油類濃度。

（5）有機(jī)性有毒有害物質(zhì)。主要有酚、有機(jī)農(nóng)藥、苯類化合物等。有毒有機(jī)污染物是指在水中通常只以微克級(jí)（10-6g/L）或更低級(jí)水平存在，常規(guī)的BOD、COD等有機(jī)物監(jiān)測指標(biāo)不能對它們實(shí)施有效監(jiān)測的有機(jī)污染物，主要包括以下幾類：

多氯聯(lián)苯（PCBs）：多氯聯(lián)苯是聯(lián)苯上的氫被氯取代后生成物的總稱。一般以4氯或5氯化合物為主，若10個(gè)氫皆被置換，則可形成210種化合物。多氯聯(lián)苯被廣泛用作電器絕緣材料和塑料增塑劑等，是一種穩(wěn)定性極高的合成化學(xué)物質(zhì)。該類污染物在環(huán)境中不易分解，一般極難溶于水，但易溶于有機(jī)溶劑和脂肪，其進(jìn)入生物體內(nèi)也相當(dāng)穩(wěn)定，故一旦侵入肌體就不易排泄，而易聚集于脂肪組織、肝和腦中，引起皮膚和肝臟損壞。隨著水體水分循環(huán)，PCBs已成為環(huán)境污染最具代表性的物質(zhì)之一。

多環(huán)芳烴（PAHs）：多環(huán)芳烴是含碳化合物在溫度高于400℃時(shí)，經(jīng)熱解環(huán)化和聚合作用而成的產(chǎn)物，多為石油、煤等燃料以及木材和可燃性氣體等在不完全燃燒或高溫處理?xiàng)l件下所產(chǎn)生，排入大氣后經(jīng)沉降和雨洗等途徑到達(dá)地表，引起地表水和地下水的污染。生物毒性實(shí)驗(yàn)表明，許多PAHs具有致癌作用，是公認(rèn)的有毒有機(jī)污染物。PAHs的種類多達(dá)數(shù)百種，它們的基本結(jié)構(gòu)是芳香烴的多環(huán)同系物，具有相似的物理化學(xué)性質(zhì)。美國環(huán)保局公布的129種優(yōu)先污染物中有16種多環(huán)芳烴。

有機(jī)氯農(nóng)藥：有機(jī)氯農(nóng)藥是一類對環(huán)境具有嚴(yán)重威脅的人工合成有毒有機(jī)化合物，在世界各國優(yōu)先控制污染物黑名單中均有公布。引起水體污染的有機(jī)氯農(nóng)藥主要包括DDT、DDD、艾氏劑、六六六等，都屬于持久性農(nóng)藥。有機(jī)氯農(nóng)藥易溶于脂肪和有機(jī)溶劑而不易溶于水，它們的光學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在環(huán)境中的殘留時(shí)間長。

酚類化合物：酚類化合物廣泛存在于自然界中，煤氣、焦化、石油化工、制藥、油漆等行業(yè)大量排放的工業(yè)廢水中主要含有苯酚。苯酚是產(chǎn)生臭味的物質(zhì)，溶于水，毒性較大，能使細(xì)胞蛋白質(zhì)發(fā)生變性和沉淀。當(dāng)水中酚濃度達(dá)0.1～0.2mg/L時(shí)，魚肉產(chǎn)生酚味，濃度更高時(shí)可使魚類大量死亡。人長期飲用含酚水，可引起頭昏、貧血及各種神經(jīng)系統(tǒng)癥狀，甚至中毒死亡。

有毒有機(jī)污染物在水體中雖然含量甚微，但生態(tài)毒理學(xué)研究的結(jié)果證明，它們中有些極難為生物分解，對化學(xué)氧化和吸附也有阻抗作用，在急性及慢性毒性實(shí)驗(yàn)中往往并不表現(xiàn)出毒性效應(yīng)，但卻可以在水生生物、農(nóng)作物和其他生物體中遷移、轉(zhuǎn)化和富集，并具有“三致”（致癌、致畸、致突變）作用，在長周期、低劑量條件下，往往可以對生態(tài)環(huán)境和人體健康造成嚴(yán)重的甚至是不可逆的影響。

2．無機(jī)物指標(biāo)

常用的無機(jī)物指標(biāo)如下：

（1）pH值。氫離子濃度（hydrogenion concentration）是指溶液中氫離子的總數(shù)和總物質(zhì)的量的比。pH是1909年由丹麥生物化學(xué)家Soren Peter Lauritz Sorensen提出的。p來自德語potenz，意思是濃度、力量，H（hydrogenion）代表氫離子。

在標(biāo)準(zhǔn)溫度（25℃）和壓力下，pH=7的水溶液（如純水）為中性，這是因?yàn)樗跇?biāo)準(zhǔn)溫度和壓力下自然電離出的氫離子和氫氧根離子濃度的乘積（水的離子積常數(shù)）始終是1×10-14，且兩種離子的濃度都為1×10-7mol/L。pH值小說明H+的濃度大于OH-的濃度，故溶液酸性強(qiáng)；而pH值大則說明H+的濃度小于OH-的濃度，故溶液堿性強(qiáng)。所以pH值越小，溶液的酸性越強(qiáng)；pH值越大，溶液的堿性越強(qiáng)。

通常pH值是一個(gè)介于0和14之間的數(shù)（濃硫酸pH值約為2）。在25℃的溫度下，當(dāng)pH＜7時(shí)，溶液呈酸性；當(dāng)pH＞7時(shí)，溶液呈堿性；當(dāng)pH=7時(shí)，溶液呈中性。但在非水溶液或非標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力的條件下，pH=7可能并不代表溶液呈中性，這需要通過計(jì)算該溶劑在這種條件下的電離常數(shù)來決定pH為中性的值。

在水質(zhì)指標(biāo)中，pH值主要指示水樣的酸堿性。天然水的pH值主要取決于水中二氧化碳、重碳酸根離子、碳酸根、氫氧根離子的平衡含量；受工業(yè)廢水污染的水，引起pH值變化的因素比較復(fù)雜。一般要求處理后污水的pH值在6～9之間。

（2）氮、磷含量。氮、磷含量表示水體中含氮化合物和含磷化合物在水中存在的形式和濃度，是重要的水質(zhì)指標(biāo)。污水中氮的形式有四種：有機(jī)氮（主要是蛋白質(zhì)和尿素）、氨氮、硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮。這四種氮的總和（以N計(jì)量）稱為總氮（TN），有機(jī)氮和氨氮之和（以N計(jì)量）稱為凱氏氮（TKN）。含磷化合物包括有機(jī)磷和無機(jī)磷，二者之和（以P計(jì)量）稱為總磷（TP）。

氮、磷污染物來源分為外源性污染和內(nèi)源性污染。外源性污染又分為點(diǎn)源污染和面源污染。其中點(diǎn)源污染主要來源于生活污水和工業(yè)廢水，面源污染主要來源于農(nóng)業(yè)和漁牧業(yè)。內(nèi)源性污染是指水底沉積物中氮和磷的釋放、水生動(dòng)植物新陳代謝分解等產(chǎn)生的氮磷污染。

據(jù)估算，我國人均體內(nèi)排出的磷為1.8g/d左右。生活污水中含有有機(jī)氮和氨態(tài)氮，其來自食物中蛋白質(zhì)代謝產(chǎn)物，一般人均產(chǎn)生11g/d氮態(tài)廢物。新鮮生活污水中有機(jī)氮約占40%，氨氮約占60%。

食品加工企業(yè)，特別是乳制品行業(yè)和豆制品行業(yè)，以及化肥生產(chǎn)企業(yè)等排放的工業(yè)廢水中含有大量高濃度的氮污染物。磷污染主要來源于磷化工，其排放的污水中含有大量的磷酸鹽。

面源性的農(nóng)業(yè)污染物，包括化肥、農(nóng)藥和動(dòng)物糞便等。化肥和農(nóng)藥通過雨水沖淋、農(nóng)業(yè)退水和地表徑流進(jìn)入河道和水體。畜禽養(yǎng)殖業(yè)廢物和水環(huán)境中野生動(dòng)物的排泄物，氮、磷含量相當(dāng)高，也會(huì)給水體帶來大量氮、磷污染物。

沉積物是湖泊的主要污染內(nèi)源，是污染物的蓄積庫。各種途徑的營養(yǎng)鹽經(jīng)湖泊物理、化學(xué)和生物化學(xué)的作用沉積于湖底，成為湖泊營養(yǎng)鹽的內(nèi)負(fù)荷。在湖泊環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，如入湖營養(yǎng)鹽負(fù)荷減小或者完全被截污后，沉積物中的營養(yǎng)鹽會(huì)逐步釋放出來，補(bǔ)充湖水中的營養(yǎng)鹽。

污水中的氮、磷為植物營養(yǎng)元素。從農(nóng)作物生長角度看，植物營養(yǎng)元素是寶貴的養(yǎng)分，但過多的氮、磷進(jìn)入天然水體會(huì)導(dǎo)致富營養(yǎng)化，引起水生植物和藻類的大量繁殖，嚴(yán)重影響魚類生存。氮污染物對水體環(huán)境和人類都具有很大的危害，主要表現(xiàn)在以下幾方面：①氨氮會(huì)通過氨化作用和硝化作用消耗水體中的溶解氧；②含氮化合物對人體和其他生物具有毒害作用，氨氮對魚類有一定的毒害作用，NO-3和NO-2可被轉(zhuǎn)化為一種“三致”物質(zhì)——亞硝胺；③加速水體的富營養(yǎng)化。水體富營養(yǎng)化是指在人類活動(dòng)的影響下，生物所需的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)大量進(jìn)入湖泊、河口、海灣等緩流水體，引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，水體溶解氧量急劇下降，水質(zhì)惡化，魚類及其他水生生物大量死亡的現(xiàn)象。

（3）重金屬。重金屬指密度大于4.5g/cm3的金屬，約有45種，如銅、鉛、鋅、鐵、鈷、鎳、錳、鎘、汞、鎢、鉬、金、銀等。盡管錳、銅、鋅等重金屬是生命活動(dòng)所需要的微量元素，但是大部分重金屬如汞、鉛、鎘等并非生命活動(dòng)所必需，而且所有重金屬超過一定濃度都對人體有毒。水質(zhì)指標(biāo)中重金屬主要指汞、鎘、鉛、鉻、鎳等生物毒性顯著的元素，也包括具有一定毒害性的一般重金屬，如鋅、銅、鈷、錫等。其中，汞（Hg）、鎘（Cd）、鉛（Pb）、鉻（Cr）和砷（As）俗稱“五毒”。

由于重金屬在生物體內(nèi)會(huì)累積，并且很難自行代謝，所以生物在受到重金屬危害后會(huì)造成很多健康問題，毒理作用會(huì)表現(xiàn)為生殖障礙、影響胎兒發(fā)育、降低生物體機(jī)能。重金屬對人體的危害十分巨大，日本發(fā)生的“水俁病”和“骨痛病”就是典型的重金屬威脅人體健康的例子。而我國很多省份也出現(xiàn)過“血鉛病”，血鉛中毒的兒童會(huì)出現(xiàn)多動(dòng)、注意力不集中、反應(yīng)遲鈍的現(xiàn)象，甚至?xí)l(fā)生攻擊性行為，嚴(yán)重者會(huì)出現(xiàn)顱神經(jīng)癱瘓等癥狀。

（4）無機(jī)性非金屬有毒有害物質(zhì)。主要有硫化物、氰化物和揮發(fā)酚等。

煉油、紡織、印染、焦炭、煤氣、紙漿、制革等多種化工原料的生產(chǎn)過程中會(huì)排放含有硫化物的工業(yè)廢水，含有硫酸鹽的污水在厭氧條件下會(huì)還原產(chǎn)生硫化物，成為含有硫化物的污水。水中含有高濃度硫化物時(shí)一般會(huì)帶有令人厭惡的臭蛋氣味，且具有腐蝕性。有機(jī)硫化物種類繁多，同樣具有難聞的臭味，容易使人覺察。含硫污水在一定條件下可以釋放出硫化氫氣體，硫化氫不僅可以直接腐蝕金屬管道，而且在污水管壁上能被微生物氧化成H2SO4，從而嚴(yán)重地腐蝕金屬管道或水泥管道，所以硫化物含量較高的工業(yè)廢水的排放都應(yīng)采用耐腐蝕的塑料或玻璃鋼材質(zhì)的管道。

自然水體中一般不含氰化物，水中氰化物是人類活動(dòng)所引起的。采礦提煉、攝影沖印、電鍍、金屬表面處理、焦?fàn)t、煤氣、染料、制革、塑料、合成纖維及工業(yè)氣體洗滌等行業(yè)都排放含氰污水。含氰污水的處理原理是將氰化物氧化成毒性較低的氰酸鹽，或完全氧化成二氧化碳和氮。常用的處理方法是氯氧化法、臭氧氧化法和電解氧化法，過量的氰化物對活性污泥的毒害作用很大，但在不超過一定濃度時(shí)，只要保證pH值大于7、水溫低于35℃和合理的曝氣量，活性污泥中的微生物就可以將氰化物氧化生成銨離子和碳酸根。

煉油、化工、炸藥、樹脂、焦化等行業(yè)會(huì)排放含酚污水，其中以土法煉焦排放的污水中含酚濃度最高。另外，機(jī)械維修、鑄造、造紙、紡織、陶瓷、煤制氣等行業(yè)也排放大量的含酚污水。水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中的揮發(fā)酚是指在蒸餾時(shí)，能與水蒸氣一起揮發(fā)的酚類化合物。常用的揮發(fā)量測定方法是4-氨基安替比林分光光度法和溴化容量法。4-氨基安替比林分光光度法干擾因素少、靈敏度較高，適用于測定揮發(fā)酚含量小于5mg/L的水樣。

（三）生物性指標(biāo)

表示污水生物性質(zhì)的污染指標(biāo)主要有細(xì)菌總數(shù)和大腸菌群。

1．細(xì)菌總數(shù)

水中細(xì)菌總數(shù)反映了水體受細(xì)菌污染的程度。通常，細(xì)菌總數(shù)越多，表示病原菌存在的可能性越大。但細(xì)菌總數(shù)不能說明污染的來源，必須結(jié)合大腸菌群數(shù)來判斷水體的污染來源和安全程度。

2．大腸菌群

大腸菌群被視為最基本的糞便污染指示菌群。大腸菌群數(shù)可以反映水體被糞便污染的程度，間接表明有腸道病菌（如痢疾、霍亂等）存在的可能性。

第二節(jié) 廢水的出路與排放標(biāo)準(zhǔn)

一、污水出路

污水經(jīng)過處理后的最終出路是排入水體，或者經(jīng)過適當(dāng)處理后回用。

排入水體是污水凈化后的傳統(tǒng)出路，是目前最常用的方法。污水排入水體的前提是不破壞水體的原有功能，因此，污水必須經(jīng)過適當(dāng)處理，達(dá)到相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)后才能排放。

水資源短缺已成為全球面臨的嚴(yán)重問題，污水經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚砗蠡赜靡殉蔀槿澜绲墓沧R(shí)。污水的回用領(lǐng)域主要包括市政用水（如道路清洗、綠地澆灌等），工業(yè)用水（如冷卻用水、鍋爐用水等），農(nóng)業(yè)、林業(yè)、漁業(yè)和畜牧業(yè)用水，地下水回灌等。隨著廢水處理技術(shù)的不斷進(jìn)步，水質(zhì)凈化手段日益增多，經(jīng)過處理后的廢水回用率正在不斷提高，有些企業(yè)（如冶金礦山的磁選廠）的污水回用率已超過95%。

二、污水排放標(biāo)準(zhǔn)

污水直接排放會(huì)造成水體的污染，破壞水體的環(huán)境功能，因此，污水必須經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后才能排放。根據(jù)排放途徑和排放要求，可以確定污水經(jīng)過處理后排放所執(zhí)行的排放標(biāo)準(zhǔn)。例如，處理后的水排入地表，須達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）和《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）；處理后的水排入城市下水道，須達(dá)到《污水排入城市下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 31962—2015）；處理后的水要進(jìn)行回用，須達(dá)到有關(guān)污水回用的標(biāo)準(zhǔn)。對于污水處理廠，處理后的出水必須達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）。為控制流域污染物排放量，一些地區(qū)還制定了更為嚴(yán)格的地方性標(biāo)準(zhǔn)，如四川省為控制和治理岷江、沱江流域水污染，改善水環(huán)境質(zhì)量，四川省環(huán)境保護(hù)廳、四川省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局組織編制了《四川省岷江、沱江流域水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 51/2311—2016）。

污水排放標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)控制形式，可分為濃度標(biāo)準(zhǔn)和總量控制標(biāo)準(zhǔn)；根據(jù)地域管理權(quán)限，可分為國家排放標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)和地方排放標(biāo)準(zhǔn)。我國現(xiàn)有的國家標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn)基本上都是濃度標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了排放污染物的濃度限值，其單位一般為mg/L。在進(jìn)行廢水處理工程設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)具體情況選擇參考和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

表1-1和表1-2列出了常用標(biāo)準(zhǔn)中部分常見污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)。

思考題

1．廢水有哪幾種類型？各有什么特征？

2．水質(zhì)污染指標(biāo)主要有哪些？它們在水體污染控制和污水處理工程設(shè)計(jì)中有何作用？

3．生化需氧量和化學(xué)需氧量的含義是什么？二者有何區(qū)別？

4．廢水處理中，關(guān)于氮的指標(biāo)有哪些？它們之間有何關(guān)系？

5．污水的出路有哪些？

6．污水的排放標(biāo)準(zhǔn)如何分類？