污水特徵

污水特徵(Feature of wastewater)，簡稱水征(Water Feature)，是指污水中污染物的濃度水平、組分特徵、安全性和穩定性及其時空變化等，可支撐水質安全評價、處理特性預測、處理工藝設計和工藝診斷最佳化的信息集成，包括量、時間和空間3個維度。

基於水征的定義，其評價指標包括污染程度、組分特徵、轉化潛勢和毒害效應等4個一級指標，可能的具體二級指標包含特徵污染物及其時空變化、組分構成及其相互作用、化學/生物穩定性、化學/生物/生態效應等（圖 1）。

基本介紹

• 中文名：污水特徵
• 外文名：Feature of wastewater / Water Feature
• 簡稱：水征

背景

傳統水質指標、工藝理論和技術知識等，在解釋或解決污水高標準處理中面臨越來越多的新現象和新問題。為適應污水高標準處理需求，在分析污水水質特點、高標準處理面臨的問題及其根源的基礎上，污水特徵——即“水征”的概念被提出，支撐污水處理工藝研究。

圖2 城市污水廠二級出水中的污染物濃度分布及其生態風險水平示意

污水中的污染物是一個複雜混合物體系。水污染物的複雜性包括濃度差異大、性質/轉化性質差異大、組分間的相互作用複雜。例如，城市污水處理廠二級出水中各污染物濃度跨越數ng/L（內分泌干擾物、藥物及個人護理品）到數千mg/L（總溶解固體TDS）的9個數量級（圖2）。

水污染物的複雜性導致污水處理工藝面臨設計難和診斷難兩大問題。污水處理工藝設計往往依據化學需氧量COD、總氮TN等污染物濃度，參考其他工藝進行設計。但是，污染物濃度往往不能表明污水的處理特性，使得高標準水處理工藝設計具有較大的盲目性。污水處理工藝診斷中，缺乏難去除組分識別和工藝運行最佳化等方面的理論指導，工藝改造針對性不強。

定義與研究方法

水征定義

水征(Water Feature)，是指污水中污染物的濃度水平、組分特徵、安全性和穩定性及其時空變化等，可支撐水質安全評價、處理特性預測、處理工藝設計和工藝診斷最佳化的信息集成，包括量、時間和空間3個維度。

水征研究方法

污染程度：污染程度即污水中的污染物濃度，如特徵污染物、特定污染物和特定組分的濃度水平及其隨時間和空間的變化。

圖3污水中污染物組分識別方法

組分特徵：污水中的污染物種類多。應從不同的角度，利用不同的指標，表征污染物組分的全貌。此外，還需確定不同組分間的相互作用，評價水中污染物的處理性、水質安全性和穩定性等。具體研究方法包括組分表征和組分分離。組分表征主要表征污染組分的光譜特徵、分子量分布、親水性/疏水性等；組分分離包括基於酸鹼、分子量、親水性/疏水性等理化特徵分離純化組分，精細化解析各污染組分特徵（圖3）。

毒害效應：毒害效應是指污水對生產、人體健康、生物和生態造成的不良效應。根據目的不同，採取的水質毒害效應評價方法也不同，如可利用綜合生物毒性測試方法評，價污水處理廠出水的生態安全性等。毒害效應評價方法包括已知的有毒有害污染物和關鍵毒性因子濃度分析法(重金屬、特定有機污染物等)、綜合生物毒性檢測法等。 從廣義上講，氮磷等營養物質在天然水體中會引起水華爆發，從而破壞水生態系統，也是水質毒害效應的一種。

轉化潛勢：污水在處理、以及後續的儲存、輸配和利用過程中，水質發生變化的難易程度稱為水質轉化潛勢，包括水質穩定性和處理特性兩個方面。水質穩定性又可分為化學穩定性（沉澱結構、溶解腐蝕特性）和生物穩定性（微生物生長潛力）。污水中化學污染物的處理特性是指利用物理、化學和生物方法能夠從水中將其去除的潛力，是選擇處理技術和組合工藝的依據，如生化需氧量BOD。

工藝套用

處理特性預測

水征組分分析可提供有機污染物的分子量、親水性/疏水性和酸鹼性特徵等。這些特徵信息可反映污水的處理特性，支撐處理工藝設計（圖4）。分子量大於30k Da的污染物可以利用混凝法去除，小於1k D的生物難降解污染物可以利用活性炭吸附去除。分子量1k~10k Da的難生物降解性污染物不易被活性炭吸附，也不易絮凝處理，膜過濾去除性能也不理想，是污水處理的難點。

圖4 污水組分特徵與處理工藝選擇

工藝診斷

水征分析可進一步提供污水中污染物指紋特徵，識別在處理水中殘留的、難處理的組分（圖5）。結合生產原料特徵，追溯難處理組分原因，可為工藝診斷和最佳化提供必要信息。如某造紙廢水含有較高的疏水性大分子組分（>5k Da），生物處理串聯強化混凝的處理效果不佳，難以穩定達到高標準處理；工藝改造中，在生物處理前端加上深度氧化處理工藝，可強化去除二級生物出水中的高分子疏水組分，滿足後續混凝高標準處理。

圖5某造紙廢水二級處理出水的有機組分特徵

結語

污水是一個複雜體系，污水處理是一個量變過程也是一個質變過程。水征研究可不斷發現常規處理過程中，原來沒有發現的新現象、新問題，可用於評價和重新認識現有污水處理工藝和水質標準、最佳化現有技術和工藝組合及其運行操作。