冶金企业水质指标和处理效果

在冶金过程中所使用的水，当其丧失了使用价值时，将废弃外排，把这种废弃外排的水称为冶金废水。此种废水和各种工业废水一样，它们的成分、性质都十分复杂。用肉眼观察只能对它的某些物理性状得到一些感性的认识。要认识和控制废水的水质，必须通过水质分析。已确定的表示水质污染的重要指标有有毒污染物、耗氧污染物、悬浮物、pH值、感官污染物等。

3.1.3.1　水质指标

A　有毒污染物

一方面，有毒物质通过饮水或食物直接使人中毒，或使生物资源遭受损害，给人类间接带来危害。这些有害物质，还会抑制水体中微生物的生长繁殖，从而阻碍了水体的自净作用。故对这类有毒污染物应严格控制其含量。另一方面，这些对人类有害的物质，又是有用的工业原料，随废水排放造成资源浪费，应当回收利用。因此，有毒污染物的含量是废水处理与利用中的重要水质指标。

B　耗氧污染物

除上述有机有毒污染物外，还有一些有机化合物以悬浮状或溶解状态存在于废水中，它们能被微生物所分解。分解过程中要消耗大量的氧，故称为耗氧污染物。除冶金工业的某些工序所排放的废水含这类污染物外，这类污染物主要来自造纸、皮革、制糖、石油化工等行业及生活污水，这些废水中所含有的耗氧污染物包括各种碳水化合物、蛋白质、油脂等。这类污染物进入水体以后，在微生物的作用下，进行氧化分解，使水体中溶解的氧逐渐减少。若水中有机物较多时，氧化作用进行很快，使水体不能及时从大气中吸收充足的氧来补充氧的消耗，故水中的溶解氧就可能降得很低，当低于3～4mg/L时，就会影响鱼类生存。而当水中溶解氧耗尽后，有机物又会在厌氧条件下分解，放出甲烷、硫化氢、氨等污染大气，并使水质进一步恶化。有机物又是各种微生物包括传染病细菌生长繁殖的良好食料。故废水中的耗氧污染物的浓度也是一个重要的水质指标。

耗氧污染物种类繁多，组成复杂，因此要分别测定各种有机物的含量比较困难。但由于它们都具有能被水中微生物及化学氧化剂氧化分解的共性，故常用废水中耗氧污染物氧化分解时所消耗的氧量来间接表示其含量。常用的指标有：

（1）生化需氧量（BOD）。其指水中的有机物因微生物氧化作用进行氧化时所需的氧量。常用单位体积废水所消耗的氧量来表示（即mg/L）。

微生物的氧化分解过程，一般可分为互相联系又互相区别的两个阶段：第一阶段主要是有机物被转化成二氧化碳、水和氨；第二阶段主要是氨被转化为亚硝酸盐和硝酸盐。第二阶段对环境的影响较小，所以水的BOD通常指第一阶段所需的氧量。微生物分解耗氧污染物的过程为生物化学反应，反应速度比一般化学反应慢得多，在20℃下，约需20天才能基本完成第一阶段的氧化分解过程。用20天来测定一个数据太费时间。而20天的前5天约完成70%左右，已具有一定的代表性，所以目前都以5天作为测定生化需氧量的标准时间，所测得的数据就称为生化需氧量，用BOD5来表示。

生化需氧量所表示的是能被微生物氧化分解的有机物的量。而废水中的有机物并不是全部都能作为微生物的养料的，其中还有不能被微生物氧化分解的，用BOD还不能完全表示出废水中好氧污染物的全部含量，故又有耗氧量指标。

（2）耗氧量。耗氧量即利用化学氧化剂氧化有机物所需的氧量。用重铬酸钾（K2Cr2O7）作为氧化剂时，所测得的耗氧量称为化学需氧量，以COD表示；用高锰酸钾（KMnO4）作氧化剂时，测得的耗氧量称高锰酸钾耗氧量，或简称耗氧量，用OC表示。

一般采用生化需氧量作为有机物的指标较为合适。但测定BOD5需要5天，且毒性强的废水会抑制微生物的作用，因而影响测定结果。COD的测定不受废水水质的限制，并在2～3h内就能完成。高锰酸钾耗氧量测定所需的时间最短，但不能反映出被微生物氧化分解的有机物量，只能氧化一部分有机物。因此，在需要迅速得出数据或受废水水质限制，不能做BOD测定时，可用COD或OC代替。而为了全面掌握有机碳、有机氮、有机硫等污染物在水中消耗溶解氧的量，常用需氧总量（TOD）表示。此量用燃烧法测定，其结果相当于理论量的90%～100%。

当废水中各种有机物的相对组成没有变化，那么耗氧量与生化需氧量间应有如下关系：COD＞BOD20＞BOD5＞OC。而化学需氧量COD与BOD20之差，大约表示未被微生物分解的有机物。

C　固体污染物

固体物质在水中有三种存在状态：溶解态、胶体态和悬浮态。各种存在状态与颗粒大小之间有着密切的关系。一般认为：溶解态的粒子直径小于1nm；胶体态的粒子直径介于1～100nm之间；大于100nm者均属于悬浮态。在水处理中，小于1000nm的颗粒往往也划入胶体范围以内。但是，在水质分析中，习惯于将固体物质分为两部分：溶解物和悬浮物。凡能透过滤膜（孔眼450nm）的固体物质，称为溶解物，其中包括真正的溶解态固体和一部分胶体态固体；凡被截留于滤膜上者，称为悬浮物，其中包括真正的悬浮态固体和另一部分胶体态固体。溶解物也称溶解固体，悬浮物也称悬浮固体，两者合起来称为总固体。悬浮物是一项极为重要的水质污染指标。在某些情况下，溶解固体也应作为水质污染指标。

D　酸碱污染物

酸碱的污染主要是由无机的酸类和碱类进入废水而造成的。一般用pH值反映其效应。酸性废水来自湿法冶金厂、矿山、金属酸洗工艺及化工厂等，其最大危害是对金属和混凝土的腐蚀。碱性废水来自炼铝工业、制碱厂、印染厂等，它易引起泡沫，使土壤盐碱化。酸碱废水排放不当，会导致严重后果。各种动物、植物和微生物都有其适应的pH值环境。pH值突变和超出适应范围，都能影响其生物化学反应，严重时会造成死亡。而且pH值与废水中的重金属存在状态有关，也对水中微生物的生长活动有影响，故不单影响处理该种废水的方式，而且会影响废水的生物处理和水的自净过程。故pH值是一项重要的水质指标，一般要求排放废水的pH值介于6.5～8.5之间。

E　油脂

油脂漂浮在水面，形成油膜，影响水中氧的补充，妨碍水中浮游生物的光合作用，鱼类因缺氧而无法生存，同时也影响了水的自净作用，使水体表而的蒸发量降低从而影响了水的自然循环，因而对自然环境产生影响。

F　感官污染物

感官污染物包括异色、浑浊、泡沫、恶臭等。有的有害，有的不一定有害，但却令人不快。对于接纳水体为供游览和文体活动的地方，感官污染造成的危害性更为严重。色度和臭味的测定没有客观的标准，一般因人而异，它只能反映出一个大致的范围。

G　温度

由于废水温度过高而引起的危害有：破坏管道接头；破坏生化处理过程，有时还严重干扰沉淀池的工作；危害农作物及水生动植物；加速湖泊水体的富营养化进程。个别情况下，水温过低，也会使生物处理发生困难。故根据废水温度可确定在回收处理之前是否需冷却或加热。

H　细菌

有的废水含有危害人和牲畜的致病性微生物。通常以细菌总数和大肠菌指数两个指标来判断。必要时，还应对存疑的个别致病体进行单项的培养和鉴定。

I　硬度

工业用水，特别是锅炉用水对其硬度有一定的要求。硬度高的水易起锅垢，致使传热不匀，造成故障。在有色冶金企业，特别是湿法冶金大量使用水，如果水的硬度高了，会堵塞管道，使冶金过程受到阻碍。而且有的厂用中和法处理废水，使用石灰石或电石渣等作中和剂时，会增加水的硬度，降低了水的循环利用率。因此，硬度也是工业用水的一个重要水质指标。

以上所列是表示一般废水水质的一些重要指标，也是废水水质分析的主要项目。在进行水质分析时，究竟哪些项目是主要的，应根据当时、当地的具体情况而定。

3.1.3.2　污水的处理程度

按污水的处理程度，现代污水处理技术可分为一级处理、二级处理和三级处理。

（1）一级处理主要是去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质，物理处理法大部分只能完成一级处理的要求，经过一级处理后的污水，BOD一般可以去除30%左右，达不到排放标准。一级处理属于二级处理的预处理。所以一级处理又称为预处理。

（2）二级处理主要是去除污水中的呈胶体和溶胶状态的有机污染物质，去除率可达90%以上，使有机物达到排放标准。其主体是生物处理。

（3）三级处理又称为深度处理，但又不完全相同，深度处理以污水回收、再利用为目的，是在一级或二级处理后增加的处理工艺。

三级处理则是在一级处理、二级处理的基础上，用物理化学法，将难降解的有机物、磷和氮等能够导致水体富营养化的可溶性无机物、病菌等进一步深度处理，最后达到地面水、工业用水或接近生活用水的水质标准。三级处理的主要方法有生物脱氮除磷法、混凝沉淀法、砂滤法、活性炭吸附法、离子交换法和电渗析法等。

污水的处理程度决定于治理后的污水的处理和要利用的情况。若污水用作灌溉和纳入城市污水的下水道，一般着眼于一级治理或二级治理。若污水就近排入水体，应根据水体的不同要求决定其治理程度，并应考虑近期与远期的具体情况，分期实施。三级处理只有在严重缺水的地区，要求工业污水闭路循环或接纳污水的水体作为水源或旅游风景区时才加以考虑。所以治理污水采用什么方法组成系统，要根据污水的水质、水量，回收其中的有用物质的可能性、经济性、受纳水体的具体条件，并结合调查研究和经济分析比较来决定。

3.1.3.3　冶金废水的处理程度

A　冶金废水的处理原则(www.xing528.com)

冶金废水的处理必须从革新工艺着手，并考虑综合回收废水中的有价元素，提高水的循环利用率，尽可能减少外排水量。

有色冶金企业排放废水的特性，决定了其废水的处理原则是：采用最有效的、最简便和最经济的处理方法，使处理后的水和重金属两者都回收利用。故要满足以下几点基本要求：

（1）工厂或车间生产过程中排出的废水应该做到“清污分流，分片治理”。不应使其与其他废水混合，使废水总量增加并使处理回收复杂化，更不能直接向外排放。

（2）所选用的处理方法和工艺流程应该紧密结合工厂的主体生产流程，使处理后的水循环利用，尽可能提高循环利用率，形成封闭循环系统。

（3）对目前技术水平和经济条件尚无法回收的少量废水，则应进行无害化处理。

向水体排放废水，在排放之前需将废水处理到什么程度，是选择废水处理方法的重要依据。其基本原则是废水排入水体后能防止水体受到污染，保证不发生公害，同时也要适当考虑水体的自净能力。

通常以有害物质和溶解氧即有毒污染物和耗氧污染物这两项指标来确定水体的允许负荷，即确定废水排入水体的允许浓度。然后再进一步确定废水排入水体前所需要的处理程度，以决定选择相应的处理方法。

决定废水处理程度时，要以国家规定的最高容许排放浓度以及与水体的自净能力有关的混合系数作为依据。

B　工业废水的最高允许排放浓度

为加强水体防护，国家规定了工业废水中有害物质最高容许排放浓度，如表3-1、表3-2所示。

第一类　能在环境或动植物体内蓄积，对人体健康产生长远影响的有害物质。含此类有害物质的废水，在车间或车间处理设备排出口，其浓度应符合表3-1的标准，但不得用稀释方法代替必要的处理。

表3-1　工业废水中一类有害物质最高容许排放浓度

表3-2　工业废水中二类有害物质最高容许排放浓度

第二类　其长远影响小于第一类的有害物质，在工厂排出口的水质应符合表3-2的规定。

要求工厂排出口的水质应符合表3-1和表3-2的要求，仅表明它是一个基本的水质要求，一般情况下，它是比较安全的，或者造成的危害较小。但是，当其排放到各类接纳水体后，是否会造成危险，还要结合水体的具体情况而定。一般规定，在城镇集中式饮用水水源的卫生防护地带和风景游览区，不得排入废水。在城镇、工矿区或农村集中取水点上游排放废水时，必须保证下游用水点的水质符合现行《工业企业设计卫生标准》中规定的地面水水质卫生要求（见表3-3和表3-4），并规定不得用渗坑、渗井或漫流方式排放有害工业废水，以避免污染地下水源。为保护渔业水产资源，不得向养殖场排放有害工业废水。当向渔场附近的地面水排放工业废水时，渔业水体的水质必须符合要求，且不得影响经济鱼类的回游通道。

表3-3　地面水质卫生要求

表3-4　地面水中有害物质的最高容许浓度（摘要）

生产废水排入城市下水道时，应符合表3-5的规定。

表3-5　生产废水排入城市排水管道的水质标准

工业废水灌溉农田时，应持慎重态度，废水水质应符合有关的规定，或通过小型试验后，确定水质标准。

C　废水在水体中的混合稀释

在考虑水体自净时，水体对废水的稀释和水体中溶解氧的变化是主要问题。而水体的稀释作用则与废水的流量以及两者混合程度密切相关。

废水进入河道后，并不马上与河水混合，而是逐渐达到完全混合的。影响混合的因素主要有：

（1）河水流量与废水流量的比值。此比值越大，达到某一混合程度或完全混合所需的时间越长。

（2）废水的排放口形式。河床式排放口比岸边式好；分散式排放口比集中式好；废水温度高时，深层式排放口比表面式好；废水密度大时，表面式排放口比深层式好。

（3）河床及水文特征。急流优于缓流；深流优于浅流；交替转变的河道优于平直河道；单道主流优于分道主流。

水体的种类不同，稀释效果也不相同。一般而言，稀释效果最好的是湍流的河道，其次是潮汐作用较大的海域，再其次是流动的湖泊，最差的是滞流的水库和港湾。

另外，在考虑水体的自净时，水体的生物降解也是水体自净的基本过程之一。

有机污染物进行生物降解时，要消耗水体中的溶解氧，生物降解速度越快，耗氧速度也越快。另外，大气中的氧能溶入水体，而溶氧速度又和耗氧量成正比例。由此可见，研究水体中的溶氧规律和耗氧规律，以及两者同时作用时水体中实际溶存氧的变化规律，就成为了解生物降解产生的水体自净规律的基本途径。

一般而言，影响水体生物降解过程的因素有水温、混合水的最初生化需氧量，以及水面曝气状况等。

其他还有沉淀自净作用、致病菌自净作用等，也是废水在水体中混合稀释时有影响的自净作用。