水污染控制工程课件教学作者孙体昌娄金生第3章废水性质表征课件

第3章废水性质表征废水是一个非常复杂的体系，不同废水的性质变化很大，即使是同一种废水，其性质也随时间的变化而变化。在确定废水处理工艺之前，首先要对废水的性质有一个准确的了解和描述，即废水的表征问题。本章主要介绍表征废水的常用指标和特点。废水中的污染物种类繁多，表示各种污染物的指标也有很多。可以按产生污染的原因分类，也可以按污染物的化学性质分类。本章根据污染物的性质把表征废水中污染物的指标分为物理、无机化学成分、有机化学成分和生物等几类指标分别论述。2第3章废水性质表征3.1物理指标3.1.1固体物质3.1.2浊度3.1.3电导率3.1.4颜色3.1.5温度33.2无机化学组分3.2.1pH值和碱度3.2.2硫化物和氯化物3.2.3氮和磷3.2.4气体和气味3.2.5重金属离子3.3有机化学组分3.3.1综合有机成分3.3.2单个有机组分3.4生物组分3.1物理指标3.1.1固体物质4几乎所有废水中都含有一定量的固体物质，废水中所含固体物质的种类很多，其大小从体积很大的杂物到胶体不等。在表征废水时，大颗粒的杂物一般在水样进行固体分析之前除去。下面分别介绍表征废水中固体物质的几个指标和测定方法。表征废水的物理指标包括固体物质、浊度、电导率、颜色和温度。1．总固体(Totalsolids,TS)废水中的总固体是指其中所含的所有固体物质。测定方法是把一定体积的废水试样在103～105C下蒸发干燥，所得到的残渣总量即是废水中的总固体量。一般用质量浓度表示，即mg/L。废水中的总固体包括了无机物和有机物，实际中需要把将其区分开，由于废水中成分的复杂性，逐个区分有机物和无机物很困难，所以采用特定的方法区分，最常用的是用挥发性固体和固定性固体来区分。5总固体挥发性固体固定性固体2．总挥发性固体（Totalvolatilesolids,TVS）和总固定性固体(Totalfixedsolids,TFS)废水中的有机固体和无机固体通过总挥发性固体和总固定性固体来区分。所以把总固体在，可以挥发的部分固体称为总挥发性固体，不能挥发的部分固体称为总固定性固体。6总固体挥发性固体固定性固体有机固体无机固体一般的有机物在500C左右可以挥发50050C时灼烧大多数无机物在该温度时不能挥发3．总悬浮固体(Totalsuspendedsolids,TSS)和总溶解性固体(Totaldissolvedsolids,TDS)总悬浮固体和总溶解性固体分别表示废水中的固体是呈颗粒状还是溶解态。区分方法是把废水试样经特定孔径的滤膜过滤，能被滤膜截留的部分固体称为总悬浮性固体，透过膜的固体称为总溶解性固体。最常用来区分TSS和TDS的滤膜是孔径为0.45μm的玻璃纤维滤膜。7滤膜TSSTDS最常用来区分TSS和TDS的滤膜是孔径为0.45μm的玻璃纤维滤膜悬浮性固体和溶解性固体也可以再细分为挥发性和固定性两种，区分方法与总固体相同。总悬浮固体在500C50C灼烧时能挥发的固体为挥发性悬浮固体（VolatilesuspendedsolidsVSS），残留的为固定性悬浮固体（FixedsuspendedsolidsFSS）。溶解性固体也可以用同样的方法分为挥发性溶解固体（Totalvolatiledissolvedsolids,VDS）和固定性溶解固体（Fixeddissolvedsolids,FDS）。8总固体TD悬浮性固体TSS溶解性固体TDS挥发性悬浮固体VSS固定性悬浮固体FSS挥发性溶解固体VDS固定性溶解固体FDS94．可沉降固体（Settleablesolids）废水中的悬浮固体的多少又可用可沉降固体表示，它是指经过一段特定时间后可以沉降的悬浮固体。测定方法是把废水试样放入如图3-1所示的容积为1L的英霍夫锥形管（Imhoffcone）里，沉降一定时间后记录沉降固体的体积，结果用mL/L表示，常用的沉降时间为1h。通常情况下，城市废水中悬浮固体的60%都是可沉降的。可沉降固体表示废水用沉降法处理时可以去除的固体量和污泥产生量。除可沉降固体以外，所有其他固体都用mg/L表示。图3-2的说明了废水中各种固体物质之间的相互关系。10测定方法是把废水试样放入容积为1L的英霍夫锥形管里，如右图所示，沉降一定时间（1h）后记录沉降固体的体积，用mL/L表示。通常情况下，城市废水中的悬浮固体的60%都是可沉降的。可沉降固体表示废水用沉降法处理时可以去除的固体的量和污泥的产生量。图3-1测定废水中可沉降固体的英霍夫锥形管11过滤水样沉降管灼烧蒸发滤液蒸发灼烧可沉降固体滤饼干燥残留残留挥发挥发图3-2废水中各种固体的相互关系示意图125．固体测定中存在的问题由于在区分总悬浮固体和总溶解性固体时需要过滤，所以总悬浮固体的测定结果带有某种程度的不确定性，主要原因如下：①TSS的测试数据依赖于测定过程采用滤膜的种类和孔径。同一废水采用不同孔径的滤膜过滤所得数据不同；②取决于确定TSS所用水样体积的大小。原因是存在自过滤现象，即悬浮固体被滤网截留后其本身也可以起到滤膜的作用。自过滤可以使TSS的测定量在实际值的基础上有明显的增加；③取决于颗粒物的性质。小的颗粒物可以通过已经截留在滤网上物质的吸附作用而去除；④TSS是一个综合参数。因为TSS中所包含的颗粒的数目和颗粒的粒度分布是未知的；⑤挥发性和固定性固体区分不严格。假定挥发性物质为有机物，但有些有机物在测定温度下不能燃烧，而有些无机固体在该温度下也会分解。3.1.2浊度（Turbidity）₪虽然废水中固体的测量和表征存在上述缺点，TSS还是经常用于评价常规处理工艺的效果，特别是在废水回用时，是否需要过滤取决于废水中TSS的数量。TSS也是判断处理厂控制管理情况时最常用到的两个水质标准之一。在实际使用时要注意固体指标测定的条件和具体含义。13浊度是废水允许光线穿透能力的度量，它也是表征废水中胶体和固体悬浮物数量的参数。因为浊度是一种光学性质，它的大小不仅与废水中不溶物的数量、种类和浓度有关，同时与这些不溶物的颗粒尺寸和对光的折射性质有关。浊度的测定有多种方法，基本原理都是把待测水样与已知浊度的标准水样进行比较。用不同的标准溶液所得的浊度单位也不同，这里只介绍常用的杰克逊浊度单位和散射浊度单位。141．杰克逊浊度单位(Jacksonturbidityunit,JTU)由于废水的浊度是由其中的不溶物质造成的，而能产生浊度的物质又是千变万化的，为了便于比较，必须规定一个统一的标准。杰克逊浊度单位中规定1L蒸馏水中含有1mg悬浮SiO2所产生的浊度为一个标准浊度单位，简称1度。因此可以配制成不同浊度的标准悬浮液，按一定的方式把待测水样与不同浊度的标准悬浮液进行比较，水样的浊度与哪个标准悬浮液相同，则水样的浊度就是多少，用此种方法测得的浊度称为杰克逊浊度单位。最常用的是目视比浊法，即把已知不同浊度的标准悬浮液放入专用的比色管中，然后把废水也放入同样的比色管中，在白色背景下分别与已知浊度的悬浮液比较，与哪一个相同，废水的浊度就是多少。152．散射浊度单位(Nephelometricturbidityunit,NTU)★散射浊度单位是用光电浊度计测得的，它是依据光的散射原理制成的。★当光线穿过废水时，其中的的悬浮颗粒会散射光线，其散射的强度与悬浮颗粒的总数和粒度有关系，颗粒越多散射强度越大，因此测定废水对光的散射强度的大小就可以表示废水浊度的大小。★废水的散射浊度也是将待测试样的光散射强度与相同条件下参比悬浮液的光散射强度相比较而得到的。★常用的参比悬浮液是福尔马肼（Formazin），因此有些文献中也把散射浊度单位称为福尔马肼浊度单位（Formazinturbidityunits,FTU）。同一种废水用不同的方法所测得得浊度数值是不同的，因此在表示废水的浊度时应注明浊度单位的类型。16与直接测定废水中的悬浮固体相比，浊度的测量相对比较简单、快速，特别是用浊度计测量时更是如此，因此人们希望找到废水的浊度与其中总悬浮固体浓度的定量关系。由于废水的复杂性，在未经处理的废水中这种定量关系并不存在。但是对经过活性污泥法处理的二沉池出水和过滤后的二沉池出水来说，其散射浊度与总悬浮固体量之间就存在定量的函数关系，可用式3-1表示。TSS=TfT(3-1)其中，TSS是水样中总悬浮固体浓度，mg/L；Tf是将浊度转换成总悬浮固体浓度的常数，(mg/L)/NTU；T是浊度，NTU。转换常数Tf的具体数值随着处理厂的不同而改变，主要取决于生物处理过程的运行情况。一般二沉池出水的转换常数为2.3～2.4，用粒状介质过滤后的二沉池出水的转换常数为1.3～1.6。浊度测量存在的问题有两个：①测定结果的波动较大，当过滤后出水的浊度值很低时更为严重，波动大小取决于所用的光源（白炽灯还是光散射二极管）和测量方法；②悬浮物对光的吸收问题。例如，完全黑体溶液的浊度几乎为0。因此对不同文献中提到的浊度值进行比较是几乎不可能的。但是对于同一个设备所产水的浊度数值还是可以用作过程控制的参数的。173.1.3电导率(ElectricconductivityEC)18电导率是废水导电能力的量度。因为电流是靠废水中的离子来传导的，所以电导率随着离子浓度的增加而上升。废水的电导率是用电导率仪测定的，所以测定比较方便、快捷，实际中常常通过废水的电导率来推断其总溶解固体含量。电导率的常用单位是微西门子/厘米(S/cm))。同样由于废水成分的复杂性，其电导率和总溶解固体之间也没有固定的函数关系，但经处理后的水中溶解固体的浓度和电导率之间的关系可以用式3-2估计。TDS(mg/L)=(0.55～0.70)EC(S/cm)（3-2）天然水的电导率在50～500S/cm之间，蒸馏水的电导率在0.5～2.0S/cm之间，海水的电导率约为30000S/cm。目前，电导率是决定水是否适宜灌溉的重要参数之一。处理后用于灌溉的废水，就是通过测量电导率来估计其盐度的。需要指出的是电导率只能表示废水中离子状态的物质的数量，不能表示溶解性的非离子态物质，如有机物。3.1.4颜色（Color）19纯水是无色的，而废水由于存在各种各样的污染物而呈现不同的颜色。例如，新产生的生活废水经常是浅棕灰色的，但随着其在收集系统的流动，会出现厌氧的状态，因此废水的颜色也不断变化，从灰色到深灰色，最终变成黑色。当废水颜色变黑时常称废水已经腐败。几乎所有的工业废水都会有不同的颜色。废水的颜色是造成人的感观污染的主要原因，因此去除废水的颜色是废水处理的一个重要任务。废水的颜色可以用色泽和色度来表征。废水的色泽是指废水的颜色种类，通常用文字描述，如，棕色、黑色、深蓝色、棕黄色、浅绿色、暗红色等。色泽只能定性的描述，在实际使用时很不方便，为能定量地表示废水的颜色，实际中常用色度来表示。废水的颜色又分为真色和表色两种，真色是去除悬浮物后的颜色。没有去除悬浮物以前水的颜色称为表色。色度是指废水所呈现的颜色深浅程度，有两种表示方法：1．铂钴标准比色法以铂和钴的化合物在水中所产生的颜色为标准，规定在1L水中含有氯铂酸钾（K2PtCl6）2.491mg和氯化钴（CoCl2•6H2O）2.00mg时，也就是在1L水中含1mg铂及0.5mg钴时所产生的颜色深浅为1度。可以配成不同色度的一系列标准水样，然后用待测水样与之比较，与哪个标准样的色度相同则待测水样的色度就是多少。2．稀释倍数法用纯净水将废水稀释，用把废水稀释到接近无色时所需的稀释倍数表示色度，单位是倍。倍数越高说明废水的颜色越深。比色是在专用的比色管中进行的，水柱高10cm，把稀释不同倍数的废水在白色背景下与同体积的蒸馏水比较，一直稀释到不能看到颜色为止，此时的稀释倍数就是该废水的色度。由于同一废水用不同的方法得到的色度是不一致的，所以在表示废水色度时要注明测定方法。203.1.5温度（Temperature）21废水的温度是一项非常重要的指标，因为它对水中化学反应的形式和反应