用物理化学概念剖析污水水质特性

陈为庄¹，曹佳红²
(1.中国市政工程西南设计研究院，四川 成都 610081；2.成都市城市排水监测站，四川 成都 610063)

　　摘要：应用分散体系、分散相、分散介质等物理化学概念，将污水水体视为复合三元分散体系，即粗分散体系、胶体分散体系和分子分散体系，认为污水水质指标应按这三个分散体系来分别对待。试验表明，城市污水处理厂的重点在于分离，而不是分解真溶液中的污染物。并建议排污收费应考虑分子分散体系的处理难度。
　　关键词：物化概念；污水水质；特性
　　中图分类号：X83
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2000)12-0052-02

　　1 污水是复合三元分散体系理论的提出

　　污水是由水和各种杂质组成的一种成分复杂的液体。这些杂质分为有机物和无机物，以分子、胶粒及悬浮颗粒形式分散于水介质中，因此污水也是一种具有不同分散度的复合多元分散体系或混合分散体系。污水水质特征是指污水水体中各种组分(如悬浮物、COD_Cr等)颗粒级配的分布特点。从物理化学中分散体系、分散相、分散介质的概念出发，可将污水水体理解为以水为分散介质、各种组分为分散相的复合三元分散体系，具体分为：
　　① 以水为分散介质，以各种粒径＞1μm的易沉固体粒子和上浮固体粒子为分散相组成的粗分散体系。该体系中分散相可通过重力下沉或气浮上升与水体相分离。
　　②在污水这个复合三元分散体系排除粗分散体系之后的复合二元分散体系中，以能够产生丁达尔效应的胶体物质为分散相组成胶体分散体系，其固体颗粒粒径为1×10^-3～1μm。该体系存在胶体粒子所特有的ζ电位，因此十分稳定。如果要破坏该体系的存在，只有加入电解质击穿双电层，中和ζ电位，产生絮凝沉淀之后才能达到消除丁达尔现象之目的。故这部分胶粒可通过凝聚和絮凝作用除去，也可通过活性污泥的生物凝聚和生物絮凝作用除去。
　　③在污水这个复合三元分散体系排除粗分散体系和胶体分散体系之后的水体中，以水为分散介质，以在水体中能形成真溶液的物质为分散相，组成分子分散体系(简称真溶液)。本体系中的各种化学组分(如COD_Cr)只有通过化学反应、生物化学的过程才能去除，即必须通过分解或构成污泥而产生相变后分离。

　　2 复合三元分散体系的应用

　　给水中，高浊度原水存在以上三种体系，一般原水则只存在后两种体系，其中真溶液体系不属于处理范围。但在污水处理中，以上三种体系都大量存在，均属处理范围，所以污水处理的难度大得多。因此，污水处理中的每一个水质指标都是由粗分散体系、胶体分散体系、分子分散体系三部分的检测指标组成，也只有通过这三部分组成，才能真正弄清每一部分的去除效果，在污水处理工艺上做到有的放矢。以CODCr指标为例，可以按如下程序操作：
　　① 取污水水样5000mL分为3份：(A)1000mL (B)2000mL (C)2000mL
　　② 用(A)样混匀测定COD_Cr得到X：X＝∑COD_Cr＝粗颗粒固体COD_Cr+胶体COD_Cr+溶液COD_Cr
　　③ 将(B)样放入英霍夫管，按CJ26.3—91《城市污水易沉固体的体积测定法》进行操作，沉降1h后，在刻度为300mL以上采用虹吸方式取出上清液测定，其值为胶体COD_Cr+溶液COD_Cr的总和(Y)。
　　④ 将(C)样投入铝盐或铁盐电解质，使之恰好产生絮体后静置，待絮体沉降，取上清液后用快速滤纸过滤，测其滤液的COD_Cr即得到溶液部分的COD_Cr值(Z)。
　　根据以上测试结果，可以得到胶体部分的COD_Cr＝Y-Z，粗颗粒固体部分的COD_Cr＝X-Y。以此类推，可以得BOD₅各组成部分的数值，表1、2分别是以某城市污水处理厂的水质为例得到的测试结果。由表中数据可以看出，城市污水处理厂的进水中，粗颗粒固体和胶体部分约占了COD_Cr和BOD₅的80%。

通过比较污水处理过程中进水(即原水)和出水(处理后的水)水质指标每一部分的数值，即可看出每一部分的真实处理效果，据此指导污水处理工艺的调整。
当然，并不是每一个指标都需要通过以上较为复杂的过程来获取每一部分的值。根据水质指标的性质和所采用的检测方法，将部分水质指标在污水体系中的存在情况进行归纳，见表3(表中√为存在，?×为不存在)。
从上面的分析不难理解，为什么在水质检测中，有的分析项目可以通过絮凝过滤等预处理(如NH⁺₄-N的检测)实现，而有的项目则不能(如总磷的测定要通过消解)。严格地说，过滤也是一种水处理手段，因此在使用上要慎重。而且，在检测中有的可用标准曲线，而有的则要采用工作曲线(如六价铬的测定)，原因皆在于此。

　　3 结论

　　城市生活污水中粗颗粒固体和胶体部分约占了COD_Cr和BOD₅数值中的80%，因此城市污水处理厂的重点是在分离(也可通过活性污泥的生物凝聚和生物絮凝作用进行分离)，而不是分解真溶液中的部分。由于分子分散体系中的污染物(如造纸、印染、制药行业的废水，以及垃圾填埋场的垃圾渗透液等)去除很难，因此建议在排污收费中应根据前述的三个分散体系中污染量的多少来制定收费标准，这样于排水户、污水处理单位都公平合理。目前的排污收费标准基本合理，但不足之处在于未考虑分子分散体系的处理难度。