[科普中国]-废水分析

在物理处理法中应用最多的是吸附法，这种方法是将活性炭、粘土等多孔物质的粉末或颗粒与废水混合，或让废水通过由其颗粒状物组成的滤床，使废水中的污染物质被吸附在多孔物质表面上或被过滤除去。 目前，国外主要采用活性炭吸附法（多半用于三级处理），该法对去除水中溶解性有机物非常有效，但它不能去除水中的胶体和疏水性染料，并且它只对阳离子染料、直接染料、酸性染料、活性染料等水溶性染料具有较好的吸附性能。SaitoT 等人的研究表明，活性炭的吸附率、BOD，去除率、COD 去除率分别达 93%、92%和 63%，活性炭吸附能力可达到 500mgCOD/g 炭，污水如先曝气，则会加快吸附速率。但若废水 BOD>200mg/L，则采用这种方法是不经济的。 吸附处理使用的吸附剂多种多样，工程中需考虑吸附剂对染料的选择性，应根据废水水质来选择吸附剂。研究表明，在 pH=12 的印染废水中，用硅聚物（甲基氧）作吸附剂，阴离子染料去除率可达 95%～100%。高岭土也是一种吸附剂，研究表明经长链有机阳离子处理，高岭土能有效地吸附废水中的黄色直接染料。 此外，国内也应用活性硅藻土和煤渣处理传统印染工艺废水，费用较低，脱色效果较好，其缺点是泥渣产生量大，且进一步处理难度大。

废水的主要物理特性温度废水的温度对废水处理过程的影响很大，温度的高低直接影响微生物活性。一般城市污水处理厂的水温为10oC～25oC之间，工业废水温度的高低与排放废水的生产工艺过程有关。

颜色废水的颜色取决于水中溶解性物质、悬浮物或胶体物质的含量。新鲜的城市污水一般是暗灰色，如果呈厌氧状态，颜色会变深、呈黑褐色。工业废水的颜色多种多样，造纸废水一般为黑色，酒糟废水为黄褐色，而电镀废水蓝绿色。

气味废水的气味是由生活污水或工业废水中的污染物引起的，通过闻气味可以直接判断废水的大致成分。新鲜的城市污水有一股发霉的气味，如果出现臭鸡蛋味，往往表明污水已经厌氧发酵产生了硫化氢气体，运行人员应当严格遵守防毒规定进行操作。

浊度浊度是描述废水中悬浮颗粒的数量的指标，一般可用浊度仪来检测，但浊度不能直接代替悬浮固体的浓度，因为颜色对浊度的检测有干扰作用。

电导率废水中的电导率一般表示水中无机离子的数量，其与来水中溶解性无机物质的浓度紧密相关，如果电导率急剧上升，往往是有异常工业废水排入的迹象。

固体物质废水中固体物质的形式（SS、DS等）和浓度反映了废水的性质，对控制处理过程也是非常有用的。

可沉淀性废水中的杂质可分为溶解态、胶体态、游离态和可沉淀态四种，前三种是不可沉淀的，可沉淀态杂质一般表示在30min或1h内沉淀下来的物质。2

废水的化学特性废水的化学性指标很多，可以分为四类：①一般性水质指标，如pH值、硬度、碱度、余氯、各种阴、阳离子等；②有机物含量指标，生物化学需氧量BOD5、化学需氧量CODCr、总需氧量TOD和总有机碳TOC等；③植物性营养物质含量指标，如氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、磷酸盐等；④有毒物质指标，如石油类、重金属、氰化物、硫化物、多环芳烃、各种氯代有机物和各种农药等。2

废水的微生物特性废水的生物性指标有细菌总数、大肠菌群数、各种病原微生物和病毒等。医院、肉类联合加工企业等废水排放前必须进行消毒处理，国家有关污水排放标准对此已经作出了规定。污水处理厂一般不对进水中的生物性指标进行检测和控制，但对处理后的污水排放之前要进行消毒处理，以控制处理污水对受纳水体的污染。如果对二级生物处理出水再进行深度处理后回用，就更需要在回用前进行消毒处理。2

细菌总数细菌总数可作为评价水质清洁程度和考核水净化效果的指标，细菌总数增多说明水的消毒效果较差，但不能直接说明对人体的危害性有多大，必须结合粪大肠菌群数来判断水质对人体的安全程度。

大肠菌群数水中大肠菌群数可间接地表明水中含有肠道病菌（如伤寒、痢疾、霍乱等）存在的可能性，因此作为保证人体健康的卫生指标。污水回用做杂用水或景观用水时，就有可能与人体接触，此时必须检测其中粪大肠菌群数。

各种病原微生物和病毒许多病毒性疾病都可以通过水传染，比如引起肝炎、小儿麻痹症等疾病的病毒存在于人体的肠道中，通过病人粪便进入生活污水系统，再排入污水处理厂。污水处理工艺对这些病毒的去除作用有限，在将处理后污水排放时，如果受纳水体的使用价值对这些病原微生物和病毒有特殊要求时，就需要消毒并进行检测。2

废水分析的方法简介水体中氨氮以游离态氮NH3—N 和铵盐态氮NH4—N 两种形式存在。一般情况下NH4不与阴离子生成沉淀,但它的某些复盐不溶于水,如MgNH4PO4（MAP）、MnNH4PO4、MoNH4PO4、ZnNH4PO4等。因此可以采用向含NH4废水中加入PO4、Mg,使之生成难溶复盐MgNH4PO4（MAP）,此方法称为化学沉淀法。该方法的优点是工艺简单、反应迅速、净化率高、尤其适用于高浓度氨氮废水的处理,而且生成的沉淀物磷酸铵镁可作为缓释肥回收,进一步降低废水处理的费用。在大量实验的基础上,通过对反应的几个动力学参数的详细研究,总结出了pH 值、反应药剂配比等与氨氮去除率的关系,并通过正交试验设计与单因素分析得出该方法在处理高浓度氨氮废水中最佳的工艺条件。在5 种沉淀剂（MgO 和H3PO4、MgSO4和Na2HPO4、MgSO4和NaH2PO4、MgCl2和Na2HPO4、MgCl2和NaH2PO4、）中,MgCl2和Na2HPO4为强碱盐,溶解性比较好。而且在同样的反应条件下氨氮去除率较高,所以选择MgCl2和Na2HPO4为沉淀剂。研究结果表明:处理初始氨氮浓度为1000mg/L 的废水,在pH 值为9.5,搅拌速度为100r/min,反应时间为15min。MgCl2和NaH2PO4以n(Mg):n（NH4）:n(PO4)为1.3:1:1.1 配比投加,氨氮的去除率可达98.87%。絮凝剂对沉淀剂有共凝效果,絮凝剂的添加能提高氨氮去除率,在n(Mg):n(PO4):n（NH4）为1:1:1 的配比、搅拌速度为100r/min、反应时间为15min 的条件下,考察了聚丙烯酰胺（PAM）、聚合氯化铝（PAC）对氨氮去除率的影响,试验结果表明:在PAM 添加量为20mg/L 的条件下,氨氮去除率达到99.08%,氨氮去除率提高了5.38%;在PAC 添加量为200mg/L 条件下,氨氮去除率能达到98.77%,氨氮去除率提高了5.07%,而且节省了沉淀剂的投加量。3

气相色谱法原理：

更好地解决煤化工废水处理问题,有效地将气相色谱法应用到其中,从而为其工作的开展,提供了重要的参考信息。气相色谱主要利用光谱、色谱柱、柱温选择等,对煤化工废水中的污染物进行全面的检测,从而避免对周围的环境造成严重的影响。最后提出了气相色谱应用于煤化工废水分析中的发展趋势。4

操作方法：

详细地研究了环己烷氧化废液中的有机酸的分离和定量分析。环己烷氧化废液是在己内酰胺生产过程中环己烷液相氧化时产生的副产物，体系非常复杂。根据样品的特点采用毛细管气相色谱法测定了综合利用环己烷氧化产生的皂化废液过程中的多种一元有机酸和反相高效液相色谱法分离分析多种一元有机酸和二元有机酸。废碱液经过氧化、离心、酸化、抽滤等处理以后，采用强极性的聚乙二醇20M(PEG20M)毛细管柱，程序升温，用丙酸做内标，用丙酮做溶剂对每一步工艺过程中的产物采用毛细管气相色谱法进行了跟踪分析。实验结果表明，该方法中乙酸、丙酸、正戊酸、正己酸的线性范围分别为0.1～8，0.1～10，0.2～12，0.2～12g/L，相关系数分别为0.9992，0.9988，0.9986，0.9990。各酸的相对标准偏差小于2.2%(n=5)，测定各个样品中各有机酸的回收率在88.0%～105.0%之间。采用反相高效液相色谱法在YWG—C18色谱柱(25cm×4.6mm，i．d．，5μm)上以20 mmol/L磷酸盐缓冲溶液(pH=2.30)和甲醇的二元流动相分离测定了废碱液综合利用过程中的各种有机酸。流动相流速为1.0 mL/min，紫外检测波长为210nm。实验结果表明，该方法中正戊酸、正己酸，丁二酸、戊二酸、己二酸的线性范围分别为2.00～20.00，2.12～21.20，1.97～19.70，2.00～20.00，2.50～35.00g/L，相关系数分别为0.9986，0.9988，0.9992，0.9986，0.9988。该方法各酸的相对标准偏差小于1.5%，回收率在95.5～103.2%之间。

研究了反相高效液相色谱分离和检测合成医药产品布替蔡芬过程中的复杂体系的色谱条件。采用甲醇一水一三乙胺体系(85:13:2，v/v)作流动相，UV检测，检测波长254nm，流速1.smL/min，分离分析了布替蔡芬。方法线性范围0.29/L一2.09/L，相关系数为0.9986，相对标准偏差小于1.8%，平均回收率为98.5%。该方法简便、准确、快速，己成功地应用于有机合成过程中复杂体系中的布替蔡芬的测定。 第三章详细地研究了毛细管气相色谱法测定水溶液中仿生农药N，N一二甲基一2，3一二氯丙胺盐酸盐含量的分析方法。该方法是在国家标准方法(GB820O一87)存在准确度问题的情况下开展研究的。样品经过氢氧化钠溶液中和，并用三氯甲烷溶剂萃取后，用甲苯作内标，采用毛细管气相色谱法进行分析。采用ACI弹性石英毛细管柱，30 mxO.32Inm i.d.，固定液:100%二甲基聚硅氧烷;柱温1巧℃，汽化室温度160℃，检测室温度160℃;载气(高纯N2)压力16psig;FID检测;Range20;衰减2;进样量1 pL;分流比75:1。相对标准偏差RSD(n=5)小于2.0%，回收率在96.6%~103.6%之间。该方法简单、快速、准确、重现性好，弥补了国家标准方法的不足。方法已成功地应用于生产厂家不同批次的N，N一二甲基一2，3一二氯丙胺盐酸盐的测定。 总之，通过大量深入、广泛的研究，建立了几种用色谱分析化工过程中产品含量的分析方法。其方法简便、准确、颇有实用价值。5

离子色谱法用IC-6离子色谱分析仪,研究石化工业废水中阴离子的测定技术,并首次建立炼油、化肥外排废水中F-Cl-、NO-2、PO3-4、NO-3、SO2-4等阴离子含量测定的岗位。以含0.0054mol/L碳酸氢钠和0.0050mol/L碳酸钠为淋洗液在电流70mA、流速1.5mL/min、泵压0～42MPa的条件下,测得各阴离子的相关系数均大于0.995、相对标准偏差(RSD)SAC>PCBs,其中吸附率依次为99.8%(6 h)、99.7%(8 h)、90.3%(12 h),还原率依次为99.9%(4 h)、99.9%(6 h)、80.4%(36 h)。模拟废水中Pt(Ⅳ)、Ag(Ⅰ)、Cu(Ⅱ)、Au(Ⅲ)和Fe(Ⅱ)对钯的还原和吸附过程都存在影响。具体地,钯的还原效率受影响程度依次为Au(Ⅲ)>Pt(Ⅳ)>Cu(Ⅱ)>Ag(Ⅰ)>Fe(Ⅱ)。进一步将回收所得的纳米钯掺杂四氧化三铁,可应用于非均相芬顿反应中染料亚甲基蓝降解,80 min内亚甲基蓝的降解率为96.7%,显示出良好的催化性能。9

SPME 法SPME( Solid Phase Micro Ex traction )法是由加拿大Waterloo大学的J.Paw liszy n教授等所建立的一种新型试样萃取浓缩法。它的特点是,无须使用复杂、高昂的装置 ,无须使用溶剂 ,可在短时间内完成分析 ,可进行液相或气相中的待测物质萃取及浓缩 ,是 GC, GC /M S,GC /HPLC分析理想的样品处理方法之一。 本文通过某农药厂排放的废水分析实例 ,系统地介绍了如何应用 SPM E法对废水中有机物进行分析。1SPME的构造与原理SPME法固相萃取法的一种形式 , 其微量注射器的针部是由弹性石英纤维表面涂覆上一层液相而构成。液相有两种 ,一种是聚丙烯酸酯 ( PA) ,另一种是聚甲基硅氧烷( PDM S)。根据液相的种类和涂覆的厚度不同 ,SPME萃取头有以下几种 ,如 100μm PDMS的萃取头适用于极性物质的分析 , 30μm PDM S用于非极性半挥发物质的分析 , 7μm PDM S用于中等或非极性半挥发物质的分析 , 65μmPDM S /DV B用于极性挥发物质的分析 , 85μm,PA用于极性半发物质的分析。在分析时 , 将针部浸入水样或气样中 , 根据分配作用使试样中的化学物质进入到纤维的液相中 , 并随即将注射器插入GC的进样口, 通过加热解吸使被萃取出的化学物质进入色谱柱, 最后进行 M S分析。10

实例高磷赤铁矿选矿废水分析长期以来,我国赤铁矿选矿工业普遍存在耗水量大,废水量多,废水污染严重的问题。本研究分别以鄂西高磷矿选矿废水中常见的重选-磁选废水和浮选废水为研究对象,主要采用混凝沉淀法研究了这两种废水的处理方法,再出水作选矿用水进行回用评价研究,然后评价了难免离子或分子对浮选选矿指标的影响,最后对水处理与回用过程进行了经济分析。研究表明,重选-磁选废水经混凝处理后的出水可作为该工艺用水；浮选废水经优化工艺混凝处理后的出水对浮选指标不会产生不利影响；该研究成果对实现赤铁矿选矿工业的清洁生产具有较重要的参考值表明,重选-磁选废水水质中的浊度和总磷未达到回用要求,其中浊度为42.2NTU至86.3NTU,总磷为3.5mg/L。混凝沉淀法处理该废水的最佳方案为：确定三氯化铝为较佳的混凝剂,其用量为9.75mg/L;反应pH值取7.54,即原水的pH值；在正交实验确定的最佳水力条件下,出水水质达到了回用要求,其中出水浊度可降至0.17NTU,出水总磷可降至0.32mg/L。浮选废水水质中的浊度、总磷和CODcr,均未达到回用要求,其中浊度为126000NTU,总1540.24mgL,CODcr为2094.86 mg/L。混凝沉淀法处理浮选废水的方案一为：石灰用量为1500mg/L,HF-1用量为20mg/L,在原水pH及通过正交实验确定的最佳水力条件下,出水浊度可降至2.1NTU,出水总磷可降至0.43mg/L,出水CODcr可降至12.35mg/L；方案二为两段混凝沉淀法,第一段中CFA的用量为400mg/L,第二段中三氯化铁的用量为40mg/L,HF-2的用量为0.25mg/L,方案二在原水pH及通过正交实验确定的最佳水力条件下,出水浊度可降至0.63NTU,出水总磷可降至0.47mg/L,出水CODcr,可降至95.41mg/L；出水回用实验表明,这两种方案的出水经回用后对选矿指标基本无不利影响,可回用于浮选工艺。本研究还分析了几种常见难免离子或分子对浮选指标的影响。研究表明,硫酸根离子对浮选指标会产生不利影响,其它难免离子或分子只有在较高浓度下才对浮选指标有较大的影响,即通过控制混凝剂用量可避免其不利影响。本研究最后对废水处理与回用过程进行了经济效益分析。用三氯化铝法月处理和回用18000吨重选-磁选废水,可创造经济效益22942.53元；用石灰和HF-1联用法月处理18000吨浮选废水,可创造经济效益289136.64元；用二段混凝法月处理18000吨浮选废水,则可创造经济效益285950.64元。选矿废水得以处理和回用的同时也提高了水资源的利用率,减少了废水排放量,避免了因污水肆意排放所引发的社会问题,促进了经济、环境和社会的协调发展。11

印染废水分析针对高浓度难降解的工业有机废水,利用自行开发的新型结构生物流化床技术,通过工程设计实施了若干废水处理的应用实践.从成功运行的12个工程中选取了3个分别为1 200、2 000和13 000 m3/d的印染废水处理工程作为案例,分析流化床组合工艺处理难降解有机废水的原理,从技术经济可行性方面总结新型生物流化床技术处理印染废水的工程经验.3个工程规模案例印染废水处理生物系统停留时间分别为23、34和21.8 h,进水容积负荷(COD)分别为1.75、4.75、2.97kg/(m3.d),相应的COD去除率达97.3%、98.1%、95.8%.在正常运行工况条件下,工艺出水的各项污染指标均达到广东省一级排放标准(高于国家相应标准)的限值要求,整个工程的运行费用分别为0.91、1.17及0.88元/m3.工程实践表明,采用新型生物流化床组合技术处理印染废水,克服了传统方法的缺点,具有停留时间短、氧利用率高、有机污染物转化速率快以及污泥产量少等的特点.基于未来的发展,提出了在组合工艺中实现低碳废水处理技术的流程,考虑生态安全和资源循环利用的结合。12