目 录
第一篇 环保基本常识 １
第一章 水污染状况 １
第一节 水污染现状 １
第二节 水污染分类 ２
第二章 常用环保术语 ５
第三章 水处理技术概述 ７
第二篇 废水处理单元技术 ９
第一章 筛 除 ９
第二章 水质水量调节 ９
第三章 沉淀和气浮 １４
第一节 沉淀 １４
第二节 气浮 １６
第四章 混凝和混凝剂 １８
第五章 中和及pH值的控制 ２３
第六章 膜法水处理技术 ２７
第一节 概论 ２７
第二节 膜分离过程 ２８
第三节 膜组件 ３４
第七章 废水生物处理技术 ３５
第一节 概论 ３５
第二节 生物脱氮工艺 ３５
第三节 MBR工艺 ３７
第三篇 水质分析 ３８
第一章 水质分析的基本方法 ３８
第二章 水样的采集、保存和预处理 ４５
第三章 常用监测项目的分析方法介绍 ６０
第一节 化学需氧量 ６０
第二节 溶解氧 ６０
第三节 五日生化需氧量 ６０
第四节 氨氮 ６１
第五节 显微镜的使用及微生物形态的观察 ６１
第一篇 环保基本常识
第一章 水污染状况第一节 水污染现状水是自然界最普遍的物质，但又是生命存在和发展的必要条件。没有水就没有生命。如果地球上没有水，就会和月球一样，成为一个没有生命的死寂球体。所以，水对于人类来说是一种须臾也不能离开不可缺少的重要物质，它是人类环境的一个重要组成部分。
人们的日常生活需要水。人体中含量最多的一种物质是水，它约占体重的三分之二。水是构成人类机体的基础，又是传递营养和新陈代谢过程的一种介质，水还起着放散热量、调节体温的作用。从医学的观点看，人类为维护正常生命，每人每天至少需要5升水。
工业生产更是离不开水。据统计，工业用水一般要占城市用水量的80%左右。各种工业，无论是发电、冶金、化工、石油，还是纺织、印染、食品、造纸等等，可以说，几乎没有一种工业完全不需要水。
“水是农业的命脉”，更是充分体现了水对农、林、牧、渔各业的重要性。
但我国是水资源贫乏的国家，且南北分布不平衡。根据统计我国人均年淡水资源占有量为2720立方米，只相当于世界人均占有量的百分之一，排到世界第84位左右。而广大北方地区持续多年缺水已十分严重，该地区缺水总面积达58km2，人均水资源量仅相当于全国人均的1/5，而淮河流域包括京津两市的年人均水资源仅300m3，为全国人均水量的1/7。目前我国有200多个城市缺水，40多个城市严重缺水，每天缺水2000多万m3。由于缺水造成经济损失每年达200多亿元左右，水资源匮乏已成为统制社会经济发展的主要因素之一。但另一方面，我国目前年污水排放量为400亿m3，约每天排放污水1亿多m3，大量未经处理或经处理未达标的污水排入江河湖海，造成水体严重污染，全国85%（436条）河流受到不同程度污染，65%以上的人饮用受污染的水。水污染促使水资源短缺进一步加剧，形成恶性循环，危害生态环境，影响人民生活和身体健康，制约工业发展，据专家推测我国每年由于水污染造成的直接经济损失约150亿元，在1985-2000年间，水污染造成的损失达2735亿元。
我国水污染现状是“局部有所改善，整体仍在恶化”，随着乡镇企业的发展和工业重心的转移，污染已有向农村、向内地转移的趋势，由地表水受污染向地下水受污染转移，我国的湖泊大多呈营养化，面积也不断萎缩，近海水域亦受污染，赤潮频发。例如，由于沿淮河数省1、2千家工厂排放废水，使淮河水质已劣于三类水标准，有时污水团下溯时迫使水厂暂时关门，老百姓饮用水都发生问题；太湖、滇池、巢湖等富营养化日趋严重，有时疯狂的藻类使水厂的取水管边造成堵塞。
因此，治理水污染，保护水资源已是迫在眉睫的问题。
第二节 水污染分类一、自然污染和人为污染
由于水的流动性很大，溶解能力又很强，因此在自然循环中水与大气、土地和岩石接触的每一个环节都会有各种杂质混入和溶入，使自然界几乎不存在纯粹的水。而特别是在社会循环中，更会有大量的社会和各种生产的废弃物排入水体，而使水受到污染。
前面说过，自然环境是一个动态平衡体系，对其中各种物质的变化具有一定的自动调节能力和缓冲作用，这种能力称为“环境容量”。水体也有这种在一定程度下能自身降低污染程度的能力。通常称为水的自净能力。
当进入水体的外来杂质含量超过了水体的自净能力而使水质恶化，对人类环境和水的利用产生不良影响，这就叫水的污染。
水体作为一种宝贵的资源，用途是很多的。主要有：（1）生活和饮用给水，（2）工业用水（包括冷却用水），（3）农业用水（包括灌溉用水），（4）渔业用水，（5）水生生物和海生生物的生存和繁殖，（6）娱乐、旅游和水上运动，（7）水能利用（8）航运。各种不同的用途对水量和水质都有一定的要求。
1984年颁布的《中华人民共和国水污染防治法》中所阐明的“水污染”是指水体因某种物质的介入，而导致其化学、物理、生物或者放射性等方面特性的改变，从而影响水的有效利用。危害人体健康或者破坏生态环境，造成水质恶化的现象。
很明显，这里也是把水的污染与水的有效利用相联系的。
水的污染有两类：一类是自然污染；另一类是人为污染。
自然污染主要是自然原因造成的。如特殊的地质使某些地区有某种化学元素大量富集，天然植物的腐烂过程中产生某种有害物质，以及降雨淋洗大气和地面后挟带各种物质流入水体等，都会影响当地水质。造成自然污染的有害物质含量一般称为自然本底值或背景水平。例如一般天然水中，氟的本底值为0.15～0.4毫克/升，镉的本底值为0.007～0.013毫克/升。
人为污染是人类生活生产活动中产生的废物对水的污染。它们包括生活污水、工业废水、农田排水和矿山排水。此外，废渣和垃圾倾倒在水中或岸边，甚至堆积在土地上，废气排放到大气中，这些经降雨淋洗后流入水体，也会造成污染。
当前，对水体造成较大危害的不是自然污染，而是人为污染。
二、水体污染物质的分类和影响
水污染主要可分化学性污染、物理性污染和生物性污染三大方面。
1、化学性污染
未经处理的工业废水、矿山废水、农田排水和生活污水主要有下列物质，如任意排入水体，就会引起水体化学性污染。
（1）无机污染物质：污染水体的无机物质主要为酸、碱和一些无机盐类。酸污染主要来自矿山排水和工业废水，矿山排水中的酸主要是含硫矿物经空气氧化与水作用而形成。含酸多的工业废水有酸洗、粘胶纤维及酸法造纸等，雨水淋洗含二氧化硫较多的空气后，流入水体也能形成水体中酸的污染。碱污染主要来自碱法造纸，化学纤维生产、制碱、制革、炼油等工业废水。酸碱污染使水体的pH值发生变化，破坏其自然缓冲作用，抑制或杀灭细菌和其它微生物的生长，妨碍水体自净，还会腐蚀船舶和建筑物，影响渔业，破坏生态。矿山排水和一些工业废水中还常含有不少无机盐类。这些无机盐类大量排入水体后，将提高水的硬度和增加水的渗透压，降低水中的溶解氧，对淡水生物有不良影响。
（2）无机有毒物质：污染水体的无机有毒物质主要是重金属等有潜在长期影响的有毒物质，其中汞、镉、铅等危害性较大，其它还有砷（特别是三价）、钡、铬（六价）、硒（四价、六价）、钒、氟化物、氰化物等。有毒重金属在自然界中一般不会消失，也可能通过食物链而富集、积累。这类物质会直接作用于人体而引起严重的疾病或有促进慢性病的作用。
（3）有机有毒物质：污染水体的有机有毒物质种类很多。主要是各种有机农药、多环芳烃、酚类等。这些物质来自农田排水和有关的工业废水。它们之中有些是化学性质稳定的，如有机氯农药和多氯联苯等都是自然界中本来没有而人工合成的物质，极难被生物所分解。有些有机物质如稠环芳烃和芳香胺等中有不少被认为是致癌物质。
（4）需氧污染物质：生活污水、牲畜污水和某些工业废水中所含的碳水化合物、蛋白质、脂肪、木质素和酚等有机物质可在微生物的生物化学作用下进行分解。在其分解过程中需要消耗氧气，故称之为需氧污染物质。如果这类污染物质排入水体过多，将会消耗水中的溶解氧，造成溶解氧缺乏，从而影响水中鱼类和其它水生生物的生长。水中的溶解氧耗尽后，有机物将时行一步恶化。需氧污染物质是水体中最大量、最经常和最普遍的一种污染物质。
（5）植物营养物质：生活污水及某些工业废水中经常含有一定量的磷、氮等植物营养物质。施用磷肥和氮肥的农田排水中也会有残留的磷和氮。近一、二十年来，合成洗涤剂得到了大量的使用，因其中加有三聚磷酸盐等添加剂而使在含洗涤剂的污水中也含有不少的磷。水体中含磷、氮的量较高时，对一般河流的影响还不大，但对湖泊、水库、港湾、内海等水流漫的水域，则影响较大。这些水体内往往会因磷、氮等植物营养物质的含量过高而使藻类等浮游生物及水生物大量繁殖。这种情况称为水体的“富营养化”。一般认为：总磷和无机氮含量分别在20和300毫克/米3以上，就有可能出现富营养化作用。大量繁殖的藻类（通常以兰绿藻为主）等水生生物，使鱼类生活的空间减少，且这种兰绿藻不适宜作鱼类食料，有些还有毒性。藻类死亡腐败后又分解出大量营养物质，促使藻类进一步发展。如此恶性循环的结果，使水体外观呈红色和其它色泽，通气不良，溶解氧下降，引起水质恶化，鱼类大量死亡。在七十年代，北美的伊利湖就因富营养化问题而被美国一些环境研究者认为该湖正面临“湖泊死亡”阶段。日本漱湖内海频繁发生的“红潮”更被称为“死亡的水域”，经济损失极大。我国渤海和天津海于1975年和1977年也曾分别发生过红潮现象。1984年7月下旬又分别在南海珠江口海域和北部湾雷州半岛附近发现过两次红潮。富营养化作用一旦发生后，由于生物循环而延续的时间可能很长。且难于治理，因此已成为一个急待解决的难题。
（6）油类污染物质：随着石油事业的发展，油类物质对水体的污染已日益增多。炼油和石油化工工业、海底石油开采、油轮压舱洗舱以及大气石油烃的沉降等都可使水体遭到严重的油污染，尤其海洋采油污染为最甚，影响水质、破坏海滩、危害水生生物，已受到各国关注。
2,物理性污染
（1）悬浮物质污染：悬浮物质是指水中含有的不溶性物质，包括固体物质和泡沫等。它们是由生活污水、垃圾和一些工农业生产活动和采矿、采石、建筑、食品、造纸等产生的废物泄入水中或农田的水土流失所引起的。悬浮物质影响水质外观，妨碍水中植物的光合作用，减少氧气的溶入，对水生生物不利。如果悬浮颗粒上吸附一些有毒有害的物质，则更是有害。
（2）热污染：来自热电厂、原子能发电站及各种工业过程中的冷却水，若不采取措施，直接排入水体，可能引起水温升高，溶解氧含量降低。水内存在的某些有毒物质的毒性增加。危害鱼类及水生生物的生长，此称为热污染。
（3）放射性污染：大多数水体（特别是海洋）中在自然状态下都含有极微量的天然放射性物质，如钾40、铷87、铀238以及镭、氡等。本世纪四十年代以后，由于原子能工业的发展，放射性矿藏的开采、核爆炸的试验、核电站的建立以及同位素在医药、工业、研究等领域中的应用，使放射性废水、废物显著增加，其中对人体健康有重要意义的放射性物质有锶90、铯137、碘131等。
3,生物性污染
生活污水，特别是医院污水，和某些工业废水污染水体后，往往可带入一些病原微生物。例如某些原来存在于人畜肠道中的病原微生物，如伤寒、副伤寒、霍乱、细菌性痢疾等都可通过人畜粪便的污染而进入水体，随水流动而传播、传染。常见污染水体的病毒则有肠道病毒、腺病毒和肝炎病毒等。某些寄生虫病如阿米巴痢疾、血吸虫病等以及钩端螺旋体引起的钩端螺旋体病等，也都可通过水进行传播。防止病原微生物对水体的污染。是保护环境、保障人体健康的一大课题。
第二章 常用环保术语一、环境
“环境”这个词是相对人类的存在而言的，是给环境于人类周围的所在物理因素。化学因素，生物因素和社会因素的总和，一般是指由大气圈、水圈、土壤圈、岩石圈和生物圈共同组成的自然界。
二、环境污染
人类与环境构成体系是一个错综复杂的多元结构的平衡体系。人类改造自然的活动打乱原有的平衡，必然会引起一定的后果，虽然环境对一定的刺激有调节作用和缓冲能力，可以经过一系列的连锁反应，建立起新的动态平衡，但若超过了环境本身的缓冲能力，就会由量变而引起质变，从而改变了环境的性质和质量，导致人类的生活质量和生产能力下降，生产环境污染可分为两大：一类是工业生产、交通、运输和生活所排放的有毒有害物质超过了环境的自净能力而引起的环境污染。另一类是由于对自然资源不适当的开发活动引起的生态环境的破坏，主要表现为植被破坏、水土流失、土壤退化、沙漠化、气候异常等方面。
三、微生物
微生物是一类形体微小、结构简单、必须借助显微镜才能看清它们面目的生物。它包括细菌、病毒、藻类、原生动物和后生动物等生物，不是分类学的概念，而是一切微小生物的总称。
四、生化处理
生化处理也称为生物化学处理，简称为生化法。生化处理法是处理污水中应用最广泛且比较有效的一种方法，它是利用自然界中存在的各种微生物，将污水中有机物分解和向无机物转化，达到净化水质，消除其对环境污染和危害的目的。可分为好氧生化处理及厌氧生化处理两大类型。
五、化学需氧量（COD）
化学需氧量（COD），是指在一定条件，用强氧剂处理水样时所消耗氧化剂的量，以氧的毫克/升表示。化学需氧量反映了水中受还原性物质污染的程度。水中还原性物质包括有机物，亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等，而水被有机物污染是很普遍、主要的，因此化学需氧量也作为有机物相对含量的指标之一。
六、生化需氧量（BOD）
生化需氧量（BOD）是废水中可生物降解的那部分有机物在微生物作用下氧化分解所需的氧量。BOD5为五天生化需氧量，这相当于比较容易被微生物分解利用的有机物量，是指在温度20±1℃，培养5天，水中有机物被微生物降解所消耗的氧量，以氧的毫克/升（mg/L）表示。
第三章 水处理技术概述
废水处理的目的，就是利用各种方法将污水中所含的污染物质分离出来，或将其转化为无害的物质，从而使污水得到净化。
按废水净化程度可将处理分成三级：
一级处理：除去油类、酸碱物质以及可以截留的悬浮物。
二级处理：除去可溶性有机物和部分可溶性无机物以及经一级处理残留的悬浮物。
三级处理：除去难降解的有机物和较高程度的除去可溶性N和P等无机物。
按废水处理时的作用性质，可分成物理法、化学法和生物法。
1,物理法
物理法主要是利用物理作用分离废水中呈悬浮状态的污染物质，在其处理过程中不改变污染物的化学性质。常用的物理法有采用格栅、筛网、砂滤等方法截留各类漂浮物、悬浮物等；利用沉淀、气浮等方法分离比重与水不同的各类污染物质；利用离心法分离各类悬浮物质等。
2,化学法
化学法是利用化学反应的作用，去除污染物或改变污染物的性质。它包括向废水中投加各类絮凝剂，使之与水中的污染物起化学反应，生成不溶于水或难溶于水的化合物，析出沉淀，使废水得到净化的化学沉淀法；利用中和过程处理酸性或碱性废水的中和法；利用液氯、臭氧等强氧化剂氧化分解废水污染物的化学氧化法；利用电解的原理，在阴阳两极分别发生氧化和还原反应，使水体达到以净化的电解法等。
3,生物法
生物法也称为生物化学法，简称为生化法。生化处理法是处理污水中应用最广泛且比较有效的一种方法，它是利用自然界中存在的各种微生物，将污水中有机物分解和向无机物转化，达到净化水质、消除其对环境污染和危害的目的。
第二篇 废水处理单元技术第一章 筛 除筛除设备通常是指由金属栅条构成的格栅和金属筛（网）设备，一般安置在废水处理流程的前端，用以去除废水中较大的悬浮物、飘浮物、纤维物质和固体颗料物质，从而保证后续处理构筑物的正常运行，减轻后续处理构筑物的处理负荷。
一、筛除设备的类型
（一）格栅按格栅形状，可分为平面格栅和曲面格栅；按栅条间隙，可分为粗格栅（50～100mm）、中格栅（10～40mm）和细格栅（3～10mm）；按栅渣清除方式，可分为人工清除格栅、机械清除格栅和水力清除格栅。
（二）筛（网）
筛网设备按孔眼大小可分为粗筛网和细筛网；按工作方式可分为固定筛和旋转筛。
二、设备和装置
（一）常用的机械格栅设备
（1）链条式格栅除污机
（2）循环齿耙除污机
（3）转臂式弧形格栅
（4）钢丝绳牵引式格栅除污机
（二）常用的筛网设备
（1）固定式筛网
（2）旋转筒筛
第二章 水质水量调节无论是工业废水，还是城市污水或生活污水，水量和水质在24小时之内都有波动。一般说来，工业废水的波动比城市污水大，中小型工厂的波动就更大，甚至在一日内或班产之间都可能有很大的变化。这种变化对污水处理设备，特别是生物处理设备正常发挥其净化功能是不利的，甚至还可能遭到破坏。同样对于物化处理设备，水量和水质的波动越大，过程参数难以控制，处理效果越不稳定；反之，波动越小，效果就越稳定。在这种情况下，应在废水处理系统之前，设置均化调节池，用以进行水量的调节和水质的均化，以保证废水处理的正常进行。此外，酸性废水和碱性废水可以在调节池内中和；短期排出的高温废水也可通过调节以平衡水温。另外，调节池设置是否合理，对后需处理设施的处理能力、基建投资、运转费用等都有较大的影响。
废水处理设施中调节作用的目的是：
（1）提供对有机物负荷的缓冲能力，防止生物处理系统负荷的急剧变化；
（2）控制pH值，以减小中和作用中化学品的用量；
（3）减小对物理化学处理系统的流量波动，使化学品添加速率适合加料设备的定额；
（4）当工厂停产时，仍能对生物处理系统继续输入废水；
（5）控制向市政系统的废水排放，以缓解废水负荷分布的变化；
（6）防止高浓度有毒物质进入生物处理系统。
均化池类型均化是用以尽量减少污水处理厂进水水量和水质波动的过程。其构筑物为均化池，亦称调节池。调节池的形式和容量的大小，随废水排放的类型、特征和后续污水处理系统对调节、均和要求的不同而异。
主要起均化水量作用的均化池，称为水量均化池，简称均量池；主要起均化水质作用的均化池，称为水质均化池，简称均质池。
一般常有一种误解，认为沉淀池也可起均量或均质的作用，实际上沉淀池的作用主要是分离固体，既不能均量，均质的作用也很小，且无保证。
（一）均量池常用的均量池实际是一座变水位的贮水池，来水为重力流出水由泵抽。池中最高水位不高于来水管的设计水位，水深一般2m左右，最低水位为死水位。见图3-1。
图3-2为本法的一种变化——旁通贮留方式。贮留池移到泵后的旁通线上，泵房主泵按平均流量配置，多余的水量用辅助泵抽入贮池，在来水量低于平均流量时再回流入泵房集水井。这种作法适用于例如工厂两班生产而污水处理厂24h运行的情况。优点是贮留池不受来水管高程限制，一般为半地上式，施工和维护排渣均较方便；缺点是贮留池水量需两次抽升，多耗了能源。
图3-1 均量池 图3-2 旁通贮留方式
（二）均质池最常见的一种均质池可称异程式均质池，为常水位，重力流。与沉淀池主要不同之处在于沉淀池水流每一质点流程都相同；而均质池中水流每一质点的流程则由短到长，都不相同，再结合进出水槽的配合布置，使前后时程的水得以相互混合，取得随机均质的效果。根据试验和工程实验，其效果是肯定的。这种均质池设在泵前、泵后均可。但应注意，这种池只能均质，不能均量。
由于均质的机理有很大的随机性。故均质池的设计关键在于从构造上使周期内先后到达的废水，有机会充分混合。以下为几种常用的池型。
1,同心圆平面布置方式见图3-3。
2,矩形平面布置方式见图3-4。
图3-3 同心圆平面布置均质池 图3-4 矩形平面布置均质池
3,方形平面布置方式见图3-5。
以上均质池均有大量隔板，在水质清时，虽能保证均质作用，但当废水含杂质多时有维护问题，故隔板底宜距池底保持一定距离。根据试验及实践，在正方形及其他形式较小规模均质池中，隔板可以取消，而仍有明显均质效果。
4,结合沉淀池的沿程进水式我国近年也有将沉淀池与均质池相结合的作法，见图3-6。在这种池中，均质作用主要靠池沿的沿程进水，使同时进池的污水转变为前后出水，达到与不同时序的污水混合的目的。池中设泥斗及刮泥机，与一般沉淀池相同。根据运行实测结果看，均质效果也相当好。
图3-5 方形平面布置均质池 图3-6 均质沉淀结合式
5,回流式将均质池部分出水，用适当低扬程提升机械提升[图3-7（a）]，或用池后泵抽部分压力水[当泵的能力较大，有富余能力时，见图3-7(b)]回流至均质池端，重新沿程分配进水，可使均质效果提高。
图3-7 回流式均质池
（三）均化池（均量、均质）
均化池既能均量，又能均质，在池中设置搅拦装置，出水泵的流量用仪表控制。池前须设置格栅、沉砂池，以及（或）磨碎机，以去除砂砾及其他杂质。池后可接二级或三级处理。具体作法一般分为以下两种。
1.线内设置池内在流程线内，见图3-8。
图3-8 线内设置均化池
2.线外设置池设在旁通线上，见图3-9。线内设置的均量、均质效果最好，线外设置使泵抽水量大为减少，但均质效果降低。
图3-9 线外设置均化池
（四）间歇式均化池（均量、均质）
当水量规模较小时，可以设间歇贮水、间歇运行的均化池，池可分二或三格，交替使用。池中设搅拌装置。池的总容量可根据具体情况，按一至二个周期设置。
沉淀和气浮第一节 沉淀沉淀就是利用重力沉降将比水重的悬浮颗粒从水中去除的操作。沉淀是废水处理用途最广泛的单元操作之一。
一、沉淀池沉淀池按在废水处理流程中的位置，主要分为初次沉淀池和二次沉淀池。
（一）初次沉淀池城市污水中既含有分散颗粒又含有絮凝性颗粒。设计初次沉淀池的容量时，有效容积是表面负荷（过流率）和沉淀时间的函数。由于大多数沉淀池的池深为3m左右，虽然停留时间通常作为设计时的指标，但表面负荷也是一个有用的标志。
用于生物处理前的沉淀池常采用2h的沉淀时间。当只采用初次沉淀处理时，常选用3h。我国对于前者常采用1～1.5h，对于后一种情况则为1.5～5h.
（二）二次沉淀池从生物滤池和曝气池带至二次沉淀池中的悬浮固体通常具有良好的凝聚性，因此竖流式沉淀池特别适宜。但它因有容量小、造价高、施工较困难等缺点，故国外使用也不广泛。近年来，应用较多的是辐流式沉淀池。表3-1列出对不同污水量的活性污泥法二次沉淀池的设计参数。根据处理方法和污水流量，可按此表选择堰负荷的最大值，以减少进入出水堰的水流速度。通常，在池壁内把出水堰建成两侧有堰的排水槽。近年来国外已较广泛采用。我国天津纪庄子处理厂的辐流式沉淀池也是这种形式。
表3-1 初次沉淀池和二次沉淀池的适用条件及设计要点池型
适 用 条 件
设 计 要 点
初次沉淀池
对污水中密度大的固体悬浮物进行沉淀分离
（1）考虑沉淀污泥发生腐败，设置刮、排泥设备，迅速排除污泥
（2）考虑固体悬浮物及污泥上浮，设置浮渣去除设备
（3）表面负荷以25～50m3/（m2·d）为标准
（4）进水端考虑整流措施，采用阻流板、有孔整流壁、圆筒形整流板
（5）采用溢流堰，堰上负荷≤250m3(m·d)为标准
（6）长方形池，最大水平流速为7mm/s
（7）污泥区容积，静水压排泥时，≤2d污泥量；机械排泥时，考虑4h排泥量
（8）排泥静水压≥1.50m
二次沉淀池
对污水中以微生物为主体的、密度小的、因水流作用易发生上浮的固体悬浮物进行沉淀分离`
（1）考虑沉淀污泥发生腐败，设置刮、排泥设备，迅速排除污泥
（2）考虑污泥上浮，设置浮渣去除设备
（3）表面负荷以25～30m3/（m2·d）为标准
（4）进水端考虑整流措施，采用阻流板、有孔整流壁、圆筒形整流板
（5）采用溢流堰，堰上负荷≤150m3(m·d)
（6）长方形池，最大水平流速为5mm/s
（7）主要溢流设备的布置，防止污泥上浮出流而使处理水恶化
（8）考虑SVI值增高引起的问题
（9）排泥静水压，生物膜法后≥1.20m，曝气池后≥0.9m
二、沉淀池的类型和结构按水流方向划分沉淀池，有平流式、辐流式、竖流式三种形式。每种沉淀池均包括五个区，即进水区、沉淀区、缓冲区、污泥区和出水区。
表3-2 各种沉淀池比较池型
优 点
缺 点
适 用 条 件
平流式
（1）沉淀效果好
（2）对冲击负荷和温度变化的适用能力较强
（3）施工简易，造价较低
（1）池子配水不易均匀
（2）采用多斗排泥时，每个泥斗需要单独设排泥管各自排泥，操作量大；采用链带式刮泥机排泥时，链带的支撑件和驱动件都浸于水中，易锈蚀
（1）适用于地下水位高及地质较差地区
（2）适用于大、中、小型污水处理厂
竖流式
（1）排泥方便，管理简单
（2）占地面积小
（1）池子深度大，施工困难
（2）对冲击负荷和温度变化的适用能力较差
（3）造价较高
（4）池径不宜过大，否则布水不匀
适用于处理水量不大的小型污水处理厂
辐流式
（1）多为机械排泥，运行较好，管理较简单
（2）排泥设备已趋定型
机械排泥设备复杂，对施工质量要求高
（1）适用于地下水位较高地区
（2）适用于大、中型污水处理厂
气浮气浮法是以微细气泡作为载体，粘附水中的悬浮颗粒上，使其视密度小于水，然后颗粒被气泡挟带浮升至水面与水分离去除的方法。
气浮法目前在给水、工业废水和城市污水处理方面都有应用。
一、适用对象
1.固液分离：污水中固体颗粒粒度小，密度接近或低于水，很难利用沉淀法实现固液分离的各类污水。
2.在给水方面，可以用于高含藻水源、低温低浊水源、受污染水源和工业原料盐水的净化。
3.液液分离：从污水中分离油类。
4.生物处理剩余污泥浓缩。
5.要求获得比重力沉淀更高的水力负荷和固体负荷，或用地受到限制的场合。
二、分类气浮法按照产气方式不同分为：溶气气浮、充气气浮和电解气浮等主要气浮法比较见表3-3。
表3-3 主要气浮法的比较类型
溶气气浮
充气气浮
电解气浮
产气方式
1.加压溶气
2.真空释气
1.压缩空气通过微孔板
2.机械力高速剪切空气
电解池极板产生的氢气和氧气
气泡尺寸
加压：50-150μm
真空：20-100μm
0.5-1.0mm
氢气泡≤30μm
氧气泡≤60μm
表面负荷
5-10m3/（m2·h）
5-10m3/（m2·h）
10-50m3/（m2·h）
适用范围
给水净化、生活污水、工业废水处理。可取代给水和废水处理中的沉淀和澄清；可用于废水深度处理的预处理及污泥浓缩
矿物浮选、生活污水、工业废水处理。如油脂、羊毛等废水的初级处理。表面活性剂的泡沫分离
工业废水处理。含各种金属离子、油脂、乳酪、色度和有机物的废水处理
混凝和混凝剂混凝的目的在于通过向水中投加一些药剂（通常称为混凝剂及助凝剂），使水中难以沉淀的胶体颗粒能互相聚合，长大至能自然沉淀的程度。这个方法称作混凝沉淀。在给水处理和废水处理中混凝沉淀都是最常用的方法之一。
混凝处理中包括凝聚和絮凝两个阶段。在凝聚阶段水中的胶体双电层被压缩失去稳定而形成较小的微粒；在絮凝阶段这些微粒互相聚结（或由于高分子物质的吸附架桥作用相助）形成大颗粒絮体，这些絮体在一定的沉淀条件下可以从水中分离去除。
一、混凝剂与助凝剂
（一）常用的无机盐类混凝剂常用的无机盐类混凝剂见表4-3。
表4-3 常用的无机盐类混凝剂名称
分 子 式
一 般 介 绍
精制硫酸铝
Al2(SO4)3·18H2O
（1）含无水硫酸铝50%~52%
（2）适用于水温为20~40℃
（3）当pH=4~7时，主要去除水中有机物
pH=5.7~7.8时，主要去除水中悬浮物
pH=6.4~7.8时，处理浊度高、色度低
（小于30度）的水
（4）湿式投加时一般先溶解成10%~20%的溶液
工业硫酸铝
Al2(SO4)3·18H2O
（1）制造工艺较简单
（2）无水硫酸铝含量各地产品不同，设计时一般可采用20%~25%
（3）价格比精制硫酸铝便宜
（4）用于废水处理时，投加量一般为50~200mg/L
（5）其他同精制硫酸铝
明矾
Al2(SO4)3·
K2SO4·24H2O
（1）同精制硫酸铝（2）、（3）
（2）现已大部分被硫酸铝所代替
硫酸亚铁
（绿矾）
FeSO4·7H2O
（1）腐蚀性较高（2）矾花形成较快，较稳定，沉淀时间短（3）适用于碱度高，浊度高，pH=8.1~9.6的水，不论在冬季或夏季使用都很稳定，混凝作用良好，当pH值较低时（<8.0），常使用氯来氧化，使二价铁氧化成三价铁，也可以用同时投加石灰的方法解决
三氯化铁
FeCl3·6H2O
（1）对金属（尤其对铁器）腐蚀性大，对混凝土亦腐蚀，对塑料管也会因发热而引起变形
（2）不受温度影响，矾花结得大，沉淀速度快，效果较好
（3）易溶解，易混合，渣滓少
（4）适用最佳pH值为6.0~8.4
聚合氯化铝
[Aln(OH)mCl3n-m]
（通式）
简写PAC
（1）净化效率高，耗药量少，过滤性能好，对各种工业废水适应性较广
（2）温度适应性高，pH适用范围宽（可在pH=5~9的范围内），因而可不投加碱剂
（3）使用时操作方便，腐蚀性小，劳动条件好
（4）设备简单，操作方便，成本较三氯化铁低
（5）是无机高分子化合物
（二）常用的有机合成高分子混凝剂及天然絮凝剂常用的有机合成高分子混凝剂（又称絮凝剂）及天然絮凝剂见表4-4。
表4-4 常用有机合成高分子混凝剂及天然絮凝剂名 称
分子式或代号
一 般 介 绍
聚丙烯酰胺
代号PAM
（1）目前被认为是最有效的高分子之一，在废水处理中常被用作助凝剂，与铝盐或铁盐配合使用
（2）与常用混凝剂配合使用时，应按一定的顺序先后投加，以发挥两种药剂的最大效果
（3）聚丙烯酰胺固体产品不易溶解，宜在有机械搅拌的溶解槽内配制成0.1%~0.2%的溶液再进行投加，稀释后的溶液保存期不宜超过1~2周
（4）聚丙烯酰胺有极微弱的毒性，用于生活饮用水净化时，应注意控制投加量
（5）是合成有机高分子絮凝剂，为非离子型；通过水解构成阴离子型，也可通过引入基团制成阳离子型；目前市场上已有阳离子型聚丙烯酰胺产品出售
脱色絮凝剂
代号脱色I号
（1）属于聚胺类高度阳离子化的有机高分子混凝剂，液体产品固含量70%，无色或浅黄色透明粘稠液体
（2）贮存温度5~45℃，使用pH值7~9，按1：50~1：100稀释后投加，投加量一般为20~100mg/L，也可与其他混凝剂配合使用
（3）对于印染厂、染料厂、油墨厂等工业废水处理具有其他混凝剂不能达到的脱色效果
天然植物改性高分子絮凝剂
（1）由691化学改性制得，取材于野生植物，制备方便，成本较低
（2）宜溶于水，适用水质范围广，沉降速度快，处理水澄清度好
（3）性能稳定，不易降解变质
（4）安全无毒
天然絮凝剂
F691
刨花木、白胶粉
F703
绒稿（灌木类、皮、根、叶亦可）
（三）常用的助凝剂常用的助凝剂见表4-5。
表4-5 常用的助凝剂名 称
分 子 式
一 般 介 绍
氯
Cl2
（1）当处理高色度废水及用作破坏水中有机物或去除臭味时，可在投混凝剂前先投氯，以减少混凝剂用量
（2）用硫酸亚铁作混凝剂时，为使二价铁氧化成三价铁可在水中投氯
生石灰
CaO
（1）用于原水碱度不足
（2）用于去除水中的CO2，调整pH值
（3）对于印染废水等有一定的脱色作用
活化硅酸、活化水玻璃、泡花碱
Na2O·xSiO2·yH2O
（1）适用于硫酸亚铁与铝盐混凝剂，可缩短混凝沉淀时间，节省混凝剂用量
（2）原水浑浊度低、悬浮物含量少及水温较低（约在14℃以下）时使用，效果更为显著
（3）可提高滤池滤速，必须注意加注点
（4）要有适宜的酸化度和活化时间
二、影响混凝效果的因素与混凝剂的选择
（一）影响混凝效果的主要因素影响混凝效果的因素比较复杂，其中主要由水质本身的复杂变化引起，其次还要受到混凝过程中水力条件等因素的影响。
1.水质工业废水中的污染物成分及含量随行业、工厂的不同而千变万化，而且通常情况下同一废水中往往含有多种污染物。废水中的污染物在化学组成、带电性能、亲水性能、吸咐性能等方面都可能不同，因此某一种混凝剂对不同废水的混凝效果可能相关很大。另外有机物对于水中的憎水胶体具有保护作用，因此对于高浓度有机废水采用混凝沉淀方法处理效果往往不好。有些废水中含有表面活性剂或活性染料一类污染物质，通常使用的混凝剂对它们的去除效果也大多不理想。
2.pH值
pH值也是影响混凝的一个主要因素。在不同的pH值条件下，铝盐与铁盐的水解产物形态不一样，产生的混凝效果也会不同。由于混凝剂水解反应过程中不断产生H+，因此要保持水解反应充分进行，水中必须有碱去中和H+，如碱不足，水的pH值将下降，水解反应不充分，对混凝过程不利。
3.水温对混凝效果也有影响，无机盐混凝剂的水解反应是吸热反应，水温低时不利于混凝剂水解。水的粘度也与水温有关，水温低时水的粘度大，致使水分子的布朗运动减弱，不利于水中污染物质胶粒的脱稳和聚集，因而絮凝体形成不易。
4.水力学条件及混凝反应的时间把一定的混凝剂投加到废水中后，首先要使混凝剂迅速、均匀地扩散到水中。混凝剂充分溶解后，所产生的胶体与水中原有的胶体及悬浮物接触后，会形成许许多多微小的矾花，这个过程又称为混合。混合过程要求水流产生激烈的湍流，在较快的时间内使药剂与水充分混合，混合时间一般要求几十秒至2分钟。混合作用一般靠水力或机械方法来完成。
在完成混合后，水中胶体等微小颗粒已经产生初步凝聚现象，生成了细小的矾花，其尺寸可达5μm以上，但还不能达到靠重力可以下沉的尺寸（通常需要0.6～1.0mm以上）。因此还要靠絮凝过程使矾花逐渐长大。在絮凝阶段，要求水流有适当的紊流程度，为细小矾花提供相碰接触和互相吸附的机会，并且随着矾花的长大这种紊流应该逐渐减弱下来。
反应时间（T）一般控制在10～30mim。
反应中平均速度梯度（G）一般取30～60s-1，并应控制GT值在104～10 5范围内。
（二）混凝剂的选择针对处理某种特定的废水选择适应的混凝剂时，通常由综合以下几方面的考虑来确定。
（1）处理效果好，对希望去除的污染物有较高的去除率，能满足设计要求。为了达到这一目标，有时需要两种或多种混凝剂及助凝剂同时配合使用。
（2）混凝剂及助凝剂的价格应适当便宜，需要的投加量应当适中，以防止由于价格昂贵造成处理运行费用过高。
（3）混凝剂的来源应当可靠，产品性能比较稳定，并应宜于储存和投加方便。
（4）所有的混凝剂都不应对处理出水产生二次污染。当处理出水有回用要求时，要适当考虑出水中混凝残余量所造成的轻微色度等影响（例如采用铁盐作混凝剂时）。
结合以上因素的考虑，通常采用实际废水水样由实验室烧杯试验，对宜于采用的混凝剂及投加量来进行初步筛选确定。在有条件的情况下，一般还应对初步确定的结果进行扩大的动态连续试验，以求取得可靠的设计数据。
第五章 中和及pH值的控制
含酸碱废水来源很广，化工厂、化纤厂、电镀厂、炼油厂以及金属酸洗车间等都排出酸性废水。有的废水含有无机酸如硫酸、盐酸等；有的则含有蚁酸、醋酸等有机酸；有的则兼而有之。废水含酸浓度差别很大，从小于1%到10%以上。造纸厂、印染厂、金属加工厂等排出碱性废水，大多数情况下为无机碱，也有些废水含有机碱。其中某些废水含碱浓度很高，最高可达百分之几。废水中除含酸、碱外，还可能含有酸式盐、碱式盐，以及其他的无机物、有机物等物质。将酸和碱随意排放会对环境造成污染和破坏，而且也是一种资源的浪费。因此，对酸、碱废水首先应考虑回收和综合利用。当酸、碱废水的浓度较高时，例如达3%～5%以上，往往存在回用和综合利用的可能性。例如用以制造硫酸亚铁、硫酸铁、石膏、化肥，也可以考虑供其他工厂使用等。当浓度不高（例如小于2%），回收或综合利用经济意义不大时，才考虑中和处理。
一、原理用化学法去除废水中过量的酸或碱，使其pH值达到中性左右的过程称为中和。处理含酸废水时通常以碱和碱性氧化物为中和剂，而处理碱性废水则以酸或酸性氧化物作中和剂。
在工业废水处理中，中和处理常常用于以下几种情况：
（1）在废水排入水体之前，因为水生生物对pH值的变化极其敏感，当大量废水排入后使水体的pH值变得偏酸或偏碱时，会产生不良影响；
（2）在废水排入城市排水管道之前，由于酸、碱对排水管道产生腐蚀作用，一般城市排水管道对排入工业废水的pH值都有明确的规定；
（3）在废水需要进行化学或生物处理之前，对于化学处理（例如凝聚、除磷等），要求废水的pH值升高或降低到某一需要的最佳值。对于生物处理，废水的pH值通常应维持在6.5～8.5范围内，以保证处理构筑物的微生物维持最佳活性。
对于中和处理，首先应当考虑以废治废的原则，例如将酸性废水与碱性废水互相中和，或者利用废碱渣（电石渣、碳酸钙碱渣等）中和酸性废水。在没有这些条件时，才采用药剂（中和剂）中和处理法。
酸性废水中和处理经常采用的中和剂有石灰、石灰石、白云石、氢氧化钠、碳酸钠等。碱性废水中和处理则通常采用盐酸和硫酸。选用哪种中和剂要进行经济比较和优缺点的比较。表3-6和表3-7中列出了常用的中和剂及消耗量参考数据。
表3-6 碱性中和剂的单位消耗量酸类名称
中和1g酸所需碱性物质的量/g
CaO
Ca(OH)2
CaCO3
MgCO3
CaCO3-MgCO3
硫酸（H2SO4）
0.571
0.755
1.02
0.86
0.94
盐酸（HC1）
0.77
1.01
1.37
1.15
1.29
硝酸（HNO3）
0.445
0.59
0.795
0.668
0.732
醋酸（HCH3COOH）
0.466
0.616
0.83
0.695
表3-7 酸性中和剂的单位消耗量碱类名称
中和1g碱所需酸性物质的量/g
H2SO4
HC1
HNO3
100%
98%
100%
36%
100%
65%
NaOH
1.22
1.24
0.91
2.53
1.37
2.42
KOH
0.88
0.90
0.65
1.80
1.13
1.74
Ca(OH)2
1.32
1.34
0.99
2.74
1.70
2.62
NH3
2.88
2.93
2.12
5.90
3.71
5.70
二、类型酸性废水的中和法可分为三类：酸性废水与碱性废水混合、投药中和及过滤中和。
（一）酸、碱性废水中和法这种中和方法是将酸性废水和碱性废水共同引入中和池中，并在池内进行混合搅拌。中和结果，应该使废水呈中性或弱碱性。根据质量守恒原理计算酸、碱废水的混合比例或流量，并且实际需要量略大于计算量。
当酸、碱废水的流量和浓度经常变化，而且波动很大时，应该设调节池加以调节，中和反应则在中和池进行，其容积应按1.5-2.0h的废水量考虑。
（二）投药中和法酸性废水中和处理采用中和剂有石灰、石灰石、白云石、氢氧化钠、碳酸钠等。其中碳酸钠因价格较贵，一般较少采用。石灰来源广泛，价格便宜，所以使用较广。用石灰作中和剂能够处理任何浓度的酸性废水。最常采用的是石灰乳法。氢氧化钙对废水杂质具有混聚作用，因此它适用于含杂质多的酸性废水。
用石灰中和酸的反应：
H2SO4+Ca(0H)2→CaSO4↓+2H2O
2HNO3+Ca(OH)2→Ca(NO3)2+2H2O
2HC1+Ca(OH)2→CaC12+2H2O
当废水中含有其他金属盐类例如铁、铅、锌、铜等时，也能生成沉淀：
ZnSO4+Ca(OH)2→Zn(OH)2↓+CaSO4↓
FeC12+Ca(OH)2→Fe(OH)2↓+CaC12
PbC12+Ca(OH)2→Pb(OH)2↓+CaC12
计算中和药剂的投量时，应增加与重金属化合产生沉淀的药量。
（三）过滤中和法这种方法适用于含硫酸浓度不大于2～3g/L和生成易溶盐的各种酸性废水的中和处理。
使酸性废水通过具有中和能力的滤料，例如石灰石、白云石、大理石等，即产生中和反应。例如石灰石与酸的反应：
2HC1+CaCO3→CaC12+H2O+CO2↑
H2SO4+CaCO3→CaSO4+H2O+CO2↑
2HNO3+CaCO3→Ca(NO3)2+H2O+CO2↑
白云石与硫酸的反应：
2H2SO4+CaCO3·MgCO3→CaSO4↓+MgSO4+2H2O+2CO2↑
采用白云石为中和滤料时，由于MgSO4的溶解度很大，不致造成中和的困难，而产生的石膏量仅为石灰石反应生成物的一半，因此进水的硫酸允许浓度可以提高；不过白云石的缺点是反应速度比石灰石慢。
用石灰石做滤料时，进水含硫酸浓度应小于2000mg/L；用白云石做滤料时，应小于4000mg/L。当进水的硫酸浓度短期超过限值时，应及时采取措施，降低进水量（多余的废水可在调节池内暂时储存），同时用清洁水反冲、稀释。当滤料使用到一定期限，滤料中的无效成分积累过多时，可逐渐降低滤速，以最大限度地消耗掉滤料。在生产实践中，一般都是根据运行经验，总结出每处理一定的水量补充一定量的滤料。同时，按照每消耗一定量的滤料，进行一次清渣。
过滤中和时，废水中不宜有浓度过高的重金属离子或惰性物质，要求重金属离子含量小于50mg/L，以免在滤料表面生成覆盖物，使滤料失效。
含HF的废水中和过滤时，因CaF2溶解度很小，要求HF浓度小于300mg/L。如浓度超过限值，宜采用石灰乳进行中和。
过滤中和法的优点是操作管理简单，出水pH值较稳定，不影响环境卫生，沉渣少，一般少于废水体积的0.1%；缺点是进水酸的浓度受到限制。
（四）碱性废水的中和处理碱性废水的中和处理法有用酸性废水中和、投酸中和和烟道气中和三种。
在采用投酸中和法时，由于价格上的原因，通常多使用93%～96%的工业浓硫酸。在处理水量较小的情况下，或有方便的废酸可利用时，也有利用盐酸中和法的。在投加酸之前，一般先将酸稀释成10%左右的浓度，然后按设计要求的投量经计量泵计量后加到中和池。
在原水pH值和流量都比较稳定的情况下，可以按一定比例连续加酸。当水量及pH值经常有变化时，应当考虑设计自动加药系统，例如采用HBPH-3型工业酸度计与CHEM-TECH型系列计量泵组合成的自动pH控制系统，已比较广泛地用于废水处理工程。
由于酸的稀释过程中大量放热，而且在热的条件下酸的腐蚀性大大增强，所以不能采用将酸直接加到管道中的做法，否则管道很快将被腐蚀。一般应该设计混凝土结构的中和池，并保证一定的容积，通常可按3～5min的停留时间考虑。如果采用其他材料制作中和池或中和槽时，则应该充分考虑到防腐及耐热性能的要求。
烟道气中含有CO2和SO2，溶于水中形成H2CO3和H2SO3，能够用来使碱性废水得到中和。用烟道气中和的方法有两种，一是将碱性废水作为湿式降尘器的喷淋水，另一种是使烟道气通过碱性废水。这种中和方法效果良好；其缺点是会使处理后的废水中悬浮物含量增加，硫化物和色度也都有所增加，需要进行进一步处理。
第六章 膜法水处理技术第一节 概论膜，更准确而言是半渗透膜，它是一薄层物质，当一定的推动力应用于膜两侧时，它能按照物质的物理化学性质使物质进行分离。通常，膜是按照物质的分离范围和应用的推动力来分类。
在解决水资源缺乏的问题上，膜分离过程起到了非常重要的作用。在废水或污水排放之前，膜分离过程可以用于废水或污水处理；在废水进入污水系统之前，膜分离过程可以用于回收工业上有用的物质；当然膜分离过程也可以用于生产饮用水。在生产饮用水方面，使用膜人们可以利用大量的海水资源；此外，在水与废水循环回用方面，膜的特殊作用显得十分重要。
膜分离技术在水处理中的应用，即可用于给水处理也可用于废水处理。
膜技术应用于水处理具有以下优点：
处理各种滤液，能得到高质量的滤出水；
膜过程可通过模拟装置加以实现，而且可以连续操作；
对渗透液具有以一定比例循环作为工艺用水或再利用的潜力。
膜技术应用于水处理具也存在以下缺点：
膜的相容性与孔的大小、水的pH值以及水的温度等许多因素有关；
在某些情况下易生成污垢，使得在一些特殊应用中膜的寿命较短与传统的物理化学处理相比，一般投资费用较高。
膜的使用寿命，短的只有几个月，但通常是3-7年，有的管式膜系统可超过15年。影响膜的使用寿命的因素很多，通常有加料贮槽和泵的匹配性能，预处理效果，渗透液的贮存装置以及膜的清洗系统和效果等。
21世纪膜分离的应用将持续增长，尤其是微滤/超滤、微滤/反渗透、微滤/超滤/反渗透或钠滤结合的膜处理过程。增长的领域包括：
饮用水处理工业废水的脱色垃圾填埋场渗滤液处理膜生物反应器的应用
5.水的回收与循环利用等
第二节 膜分离过程膜分离技术受到广泛的注意，发展迅速，是因为膜分离对混合物中各组分的选择性很高，在分离过程中混合物主体没有相变，所用的设备装填密度大、效率高。
1,水处理和膜分离
1）用水水的净化与纯化包括从水中去除悬浮物、细菌、病毒、无机物、农药、有机物和溶解气体，在这方面，膜分离技术发挥了其独特的作用。
2）工业用水日产高达数千吨以致数万吨的反渗透水处理装置广泛地应用于电子、电力、医药、化工、饮料、冶金等领域，反渗透是超纯水和纯水制备的优选方法；膜软化是基于钠滤膜对二价离子，特别是二价阴离子的高脱除性而开发新型的膜分离过程，膜软化工艺在美国应用已很普遍，特别是新建的软化厂多采用此新工艺。
3）工业废水和市政废水城市污水处理达标排放仅仅是基本要求，污水是否能再生回用，能再生到什么程度，是否经济可行，这是废水资源化的关键。实践表明，常规处理与膜法结合可给出各种标准、供不同用途的再生水，最后反渗透的产水完全符合饮用水标准。
近年来浸没式膜生物反应器在污水处理和资源化方面倍受重视，已有商品化设，适用于中小型污水处理厂。
2,膜的定义和分类膜是分离两相和作为选择性传递物质的屏障。
膜可以是固态的,也可以是液态的；膜的结构可能是均质的，也可能是非均质的；膜可以是中性的，也可以是带电的；膜传递过程可以是主动传递过程，也可以是被动传递过程。
膜的形态结构决定了分离机理，从而也决定了其应用。按膜结构分类可分为对称膜和不对称膜。
按化学组成分类可分为有机材料类和无机材料类。
按分离机理分类，膜大致可分为多孔膜、无孔膜和载体膜。多孔膜在处理溶液时根据颗粒大小进行分离，主要用于超滤和微滤。无孔膜利用分离体系中各组分溶解度或扩散系数的差异进行分离，主要用于气体分离、透析、蒸汽渗透等过程。载体膜是通过载体分子对某一组分高度专一的亲和性来实现不同组分间的分离的，通过膜的组分可以是气体、液体、离子或非离子。
按几何形状分类，有平板式、管式、毛细管式和中空纤维式。后三种皆为管状膜，直径大于10mm的为管式膜；直径在0.5-10mm之间的是毛细管式膜；直径小于0.5mm的为中空纤维膜。管状膜直径越小，则单位体积里的膜面积越大。
3,膜分离的定义和分类所有分离过程都是利用在某种环境中混合物各组分性质的差异进行分离。膜分离过程是以选择性透过膜为分离介质，在两侧加以某种推动力时，原料侧组分选择性地透过膜，从而达到分离或提纯的目的。
1）反渗透和纳滤反渗透已成为海水淡化最经济的技术，也是苦咸水淡化的主要手段，它已成为超纯水和纯水制备的优选技术；另外在各种料液的分离、纯化和浓缩以及废液的再生回用方面都发挥了重大作用。
我国反渗透技术能在海水淡化、脱水浓缩、高温水再用、市政和工业废水处理与再用领域发挥其应有的作用。
纳滤膜介于反渗透膜和超滤膜之间，是近10多年发展较快的膜品种。
a,反渗透原理当用一个半透性膜分离两种不同浓度的溶液时，膜仅允许溶剂分子通过。由于浓溶液中溶剂的化学势低于它在稀溶液中的化学势，稀溶液中的溶剂分子自发地透过半透膜向浓溶液中迁移。
b,反渗透膜与纳滤膜及其组件
c,反渗透膜与纳滤膜由于反渗透膜与纳滤膜多种多样，主要有平板不对称膜、不对称平板复合膜、管式不对称膜、中空纤维不对称膜、中空纤维复合膜等。目前平板不对称膜和中空纤维膜占据了市场绝大部分的份额。
d,反渗透膜与纳滤膜组件反渗透过程的经济性和实用性决定于组见的价格和性能。它对组件的机械强度、流体力学结构及经济性都有较高的要求。
e,反渗透与纳滤工艺流程反渗透与纳滤工艺流程通常包括前处理工艺、膜分离工艺和后处理工艺三部分。为减少料液在膜分离过程中对膜的污染和化学损伤，必须对料液进行适当的预处理。在实际生产中对溶液的分离有不同的要求，必须选用合适的膜和组件形式，应该通过计算确定组件的排列和操作条件。
f,反渗透与纳滤应用反渗透应用领域可分为两大类：水纯化和溶质浓缩。主要用于水的纯化，如海水和苦咸水脱盐制饮用水，以及制备半导体工业、医药、化学工业中所需的超纯水。
纳滤膜对Na+和Cl-单价离子的截留率较低，实践证明纳滤可以代替沉淀、pH调节和蒸发等过程，达到产品纯化和浓缩的目的，是一新的高效节能的过程。此外纳滤在有机小分子与盐的分离与浓缩、去除无脂奶粉的异味等方面得到了广泛的应用。
2）超滤
a,超滤原理超滤膜多为不对称结构，由一层极薄、具有一定尺寸孔径的表皮层和一层较厚、具有海绵状或指定结构的多孔层组成。前者起分离作用，后者起支撑作用。在超滤膜分离过程中，膜的孔径大小和膜表面的化学性质等将分别起着不同的分离作用。一般情况下，超滤膜的性能指标有渗透通量和截留率。
超滤膜的耐压性、耐清洗性、耐温性等性能对于工业应用是非常重要的。目前商品化的有机材质的超滤膜都是采用相转化法制得的。
b,超滤操作工艺
超滤的基本操作有以下三种。
重过滤操作，用于大分子和小分子的分离。
间歇操作，常用于小规模生产。
连续式操作，常用于大规模生产。
c,超滤应用超滤在需将尺寸较大的分子或微粒与低分子物质或溶剂分离的领域得到广泛应用。超滤装置可单独运行，也可与其他处理设备结合应用于各种分离过程中。超滤已成为蛋白和酶纯化和浓缩的高效过程。超滤浓缩的优点是无相变、一般不需加热、工序简单、适用pH范围宽和防止失活等，很适用于热敏性物质的分离浓缩。
3）微滤微滤（MF）是一种与常规的粗滤十分相似的膜过程。微孔滤膜具有比较整齐、均匀的多孔结构，孔径范围0.05-10um，使过滤从一般只有比较粗造的相对性质过度到精密的绝对性质，主要用于对悬浮液和乳液进行截留。
微滤原理微滤又称为精过滤，其基本原理属于筛网状过滤，在静压差作用下，小于膜孔的粒子通过滤膜，大于膜孔的粒子则被截留到膜表面，使大小不同的组分得以分离，操作压力为0.7-7kPa。除此以外，还有膜表面层的吸附截留和架桥截留，以及膜内部的网络中截留。
微滤操作工艺微滤有两种操作工艺：
死端过滤在死端过滤时，溶剂和小于膜孔的溶质在压力驱动下透过膜，大于膜孔的颗粒被截留，通常堆积在膜表面上。死端过滤是间隙式的，必须周期性地停下来清洗膜表面的污染层或更换膜。
错流过滤
在泵的推动下料液平行于膜面流动，与死端过滤不同的是料液流经膜面时产生的剪切力把膜表面上的滞留的颗粒带走，从而使污染层保持在一个较薄的水平。
微滤膜
微滤膜属于筛网状过滤介质，具有形态整齐的结构，使所有比网孔大的粒子全部拦截在膜表面上。
目前市场上的微孔滤膜的材质可分为有机和无机两大类。有机材质主要是聚合物，常通过相转化、拉伸、烧结、径迹刻蚀等方法制备。
微滤膜的应用
微滤是所有膜过程中应用最普遍、销售额最大的一项技术。工业上，微滤主要用于将大于0.1um的粒子与溶液分开的场合，它的最大市场是制药行业的除菌过滤和电子工业用高纯水的制备。其最新的应用领域是生物技术和生物医学领域技术。
4）渗析
渗析；也是透析，是溶质自身浓度梯度作用下膜的上游传下下游的过程。由于分子大小及溶解度不同，使得不同溶质的扩散速率不同，从而实现分离。
传质理论原料液和透析掖流向通常是逆向的，也可以是同向的。若溶剂与溶液中其他组分之间不存在耦合作用，则在渗透压的作用下溶剂从低浓度侧流向高浓度侧；若原料液侧压力高于渗透压侧，则溶剂从原料液侧流向渗透压侧。
渗析膜
透析主要用于从高分子量物质中分离出低分子量组分，基于不同组分物化性质和分子尺寸的差异，导致其在膜的扩散速率不同而实现分离的。
c,渗析应用
目前渗析最主要的用途是血液透析，即以透析膜代替肾除去尿素、肌酸酐、磷酸盐和尿酸等有毒的低分子量组分，以缓解肾衰竭和尿毒病患者的病情。
5）电渗析
电渗析是在直流电场作用下，以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，把电解质从溶液中分离出来，从而实现溶液的浓缩、淡化、精制和提纯。
电渗析的基本原理
在阴极和阳极之间交替排列一系列阴离子交换膜和阳离子交换膜。阴离子交换膜能使阴离子透过，阳离子交换膜能使阳离子透过。
离子交换膜
目前离子交换膜的种类很多，常用的膜按功能分有阴离子交换膜和阳离子交换膜。
强酸性阳膜
阳离子交换膜 中等酸性阳膜
弱酸性阳膜
强碱性阴膜阴离子交换膜中等碱性阴膜
电渗析的应用
目前电渗析已是一种相当成熟的膜分离技术，主要用途是苦咸水淡化、生产饮用水、浓缩海水制盐以及体系中脱除电解质。
第三节 膜组件
工业应用中通常需要较大面积的膜。安装膜的最小单元称为膜组件。膜组件的设计有很多种形式，它们均根据两种膜结构形式设计：
平板膜和管式膜。板框式和卷式膜组件使用平板膜，管式、毛细管式和中空纤维膜组件均使用管式膜。
板框式膜组件板框式膜组件的突出优点是操作灵活，其主要特点有：
1）组装简单、坚固，对压力变动和现场作业的可靠性较大；
2）可以简单的增加膜的层数实现增大处理量；
3）每两片膜之间的渗透物都是被单独引出来的，可以通过关闭个别膜来消除操作中的故障，而不必使整个组件停止运行。
板框式膜组件可用于反渗透、超滤和渗透汽化过程。在不同的过程中，组件的具体设计也不相同。
2,卷式膜组件
卷式膜组件是目前反渗透、超滤及气体分离过程中最重要的膜组件形式，也有少量用于渗透汽化过程。
对于不同的处理对象，可对卷式膜组件的结构作相应的改进。
3,管式膜组件
管式膜组件是由园管式的膜及膜的支撑构成。由于膜本身的强度不够，因此在压力下工作时需要具有良好透水性能和高强度的材料支撑。
管式膜的流道较大，对料液中杂质含量的要求不高，可用于处理高固含量的料液。膜面的清洗不仅可以用化学方法，而且也可以用海绵球之类的机械清洗方法。
4,毛细管膜组件
毛细管膜组件的结构类似于管式膜。由于膜的孔径较小（0.5-6mm），能承受高压，所以不用支撑管。毛细管膜组件装填密度较大，制造费用较低，但压缩强度较小，在多数情况下料液的流动为层流。目前用于超滤、渗析、渗透汽化过程以及某些气体渗透过程。
5,中空纤维膜组件中空纤维膜组件与毛细管膜组件的形式相同，差别在于膜的规格不同。通常中空纤维的外径约40-250um，外径与内径之比为2-4。
中空纤维最主要的优点是装填密度很高，可达16000-30000m2/m对反渗透、气体分离、膜接触器、液膜等单位面积渗透通量很小的过程是非常有利的。
第七章 废水生物处理技术第一节 概论生物处理的目的是去除有机物植物性营养物以及通过生物絮凝去除胶体，同时也可以获得能量和产品。其主要机理是微生物代谢。生物处理工艺广泛应用于城市污水和各类有机工业废水处理。
按照微生物对氧的需求，生物法分为好氧、厌氧（含缺氧）两类；按微生物生长方式分为悬浮生长、固着生长、混合生长3类。还可以按照操作条件和用途分类。
常用的好氧生物处理工艺包括：普通活性污泥法、氧化沟、间歇式活性污泥法、生物接触氧化法、生物转盘以及曝气生物滤池等。
常用的厌氧生物处理工艺包括：水解酸化池、普通厌氧消化池、厌氧接触法、厌氧滤池、升流式厌氧污泥床反应器（UASB）、厌氧流化床以及EGSB反应器、IC反应器等。
通常在废水处理工程实践中，往往是将厌氧、缺氧、好氧工艺进行合理组合，以弥补不同处理方法的缺陷，达到理想的处理效果。A/O脱氮工艺、A/A/O同步脱氮除磷工艺等都是多种处理方法相结合的组合工艺。
第二节 生物脱氮工艺废水中的氮主要以氨氮和有机氮形式存在，通常不含或仅含有少量的亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。在未经处理的废水中，氮有可溶性的或颗粒状的。可溶性有机氮主要以尿素和氨基酸的形式存在。一部份颗粒性有机氮在初沉池中可以去除。在生物处理过程中，大部分颗粒性有机氮转化成氨氮和其它无机氮。
活性污泥法（A/O工艺）是生物脱氮的主要形式。生物脱氮主要是靠一些专性细菌实现氮的形态转化，最终生成无害的氮气，从水体中脱出。
工艺原理
1.氨化在氨化菌的作用下，有机氮化合物分解，转化为NH3-N，以氨基酸为例，其反应式为：
RCHNH2COOH+O2→RCOOH+CO2+NH3
2.硝化生物硝化作用是利用化能自养微生物将氨氮氧化成硝酸盐的一种生化反应过程。硝化作用由两类化能自养细菌参与，亚硝化单胞菌首先将氨氮NH3-N氧化成亚硝酸盐NO2--N，硝化杆菌再将NO2--N氧化成稳定状态的硝酸盐NO3--N。后一反应较快，一般不会造成NO2—N的积累。反应过程如下：
第一步，氨转化为亚硝酸盐：
NH4++3/2O2→NO2-+2H++H2O-ΔE ΔE=278.42kJ
第二步，亚硝酸盐为硝酸盐：
NO2-+1/2O2→NO3-+2H+ -ΔE ΔE=72.58kJ
这两个过程都是释放能量过程，亚硝酸盐和硝酸菌就是利用这两个过程释放的能量来合成新细菌体和维持正常的生命活动。总反应式为：
NH4++2O2→NO3-+2H++H2O -ΔE ΔE=351kJ
综合氨氧化和细胞体合成反应式如下：
NH4++1.83O2+1.98HCO3-→0.02C5H7O2N+0.98NO3-+1.88H2+1.04H2O
3.反硝化生物硝化工艺可去除废水中的有机氮和氨氮，出水中的氮以硝酸盐的形式存在，本工程中不仅要去除有机氮和氨氮还要去除硝酸盐氮，因此必须在生物硝化工艺的基础上采用生物反硝化工艺，即A/O工艺。
生物反硝化系指污水中的硝酸盐，在缺氧条件下，被微生物还原为氮气的生化反应过程，参与这一生化反应的微生物是反硝化细菌，这是一类大量存在于活性污泥中的兼性异养菌，如产碱杆菌、假单胞菌等菌属均能均能进行生物反硝化。在有氧存在的好氧状态下，反硝化菌能进行好氧生物代谢，氧化分解有机污染物，去除BOD5；在无分子氧但存在硝酸盐的条件下，反硝化细菌能利用NO3-中的氧（又称为化合态或硝态氧），继续分解代谢有机污染物，去除BOD5，并同时将NO3-中的氮转化为氮气。
反硝化过程分两步进行：第一步由硝酸盐转化为亚硝酸盐，第二步由亚硝酸盐转化为一氧化氮、氧化二氮和氮气：
NO3-→NO2-→NO→N2O→N2
事实上这只是硝酸盐还原的其中一个过程——异化过程。在异化过程的同时，还有一个同化过程，硝酸盐转化成氨氮用于细胞合成。在反硝化过程中要有含碳有机物作为该过程中的电子供体，碳源既可以是污水或细胞体内碳源，也可以外部投加。以采用甲醇作为碳源，反应过程如下：
第一步,6NO2-+2CO2+4H2O
第二步：6NO2-+3CH3OH→3N2+3CO2+3H2O+6OH-
总反应式为：
6NO3-+5CH3OH→5CO2+3N2+7H2O+6OH-
典型的同化作用反应如下：
3NO2-+14CH3OH+CO2+3H+→3C5H7O2N+19H2O
同化作用和异化作用综合反应式为：
NO2-+1.08CH3OH+CO2+H+→0.065C5H7O2N+0.47N2+2.44H2O+0.76CO2
第三节 MBR工艺一、原理
MBR（膜生物反应器）工艺的工作原理：首先通过活性污泥来去除水中可生物降解的有机污染物，然后采用膜将净化后的水和活性污泥进行固液分离。
中空丝膜的孔径在0.4μm左右，能够截留住活性污泥以及绝大多数的悬浮物，取得清澈的出水。为了使得膜能够连续长期稳定的使用，在中空丝膜的下方以一定强度的空气不断对膜进行抖动，既起到为生物氧化供氧作用，又防止活性污泥附着在膜的表面造成膜的污染。
二、MBR工艺的优点
1.运行管理方便传统的好氧活性污泥处理工艺，会出现污泥膨胀现象，使得系统不能正常运行、出水不达标。而污泥膨胀不会影响MBR系统的正常运行和出水水质，因此运行管理极为方便。
2.占地面积小传统的活性污泥工艺的活性污泥浓度一般在3000～5000mg/l，而MBR工艺的活性污泥浓度一般在8000～12000mg/l，且不需生化沉淀池，故大大减少了占地面积和土建投资。
3.处理水质稳定中空丝膜能够截留几乎所有的微生物，尤其是针对难以沉淀的、增殖速度慢的微生物，因此系统内的生物相极大丰富，活性污泥驯化、增量的过程大大缩短，处理的深度和系统抗冲击的能力得以加强，处理水质稳定。
4.动力消耗低中空丝膜所需的吸引压力仅为－0.1～－0.4公斤/cm2左右，动力消耗低。
第三篇 水质分析
第一章 水质分析的基本方法一、水质分析基本方法前已述及，水质分析应包括水的物理、化学和微生物学性质的分析。就基本分析而言，可分为（1）物理和化学分析（2）生物和微生物学分析两大类。
分析化学是一门研究各种化合物或混合物的化学组成的分析方法和分析步骤的科学。它是水质物理和化学分析的理论基础。
分析化学可以分为定性分析和定量分析两个部门。定性分析又可以分为无机定性分析和有机定性分析。其目的是鉴定化合物或混合物是由哪些组分（元素、离子、基团或化合物）所组成。定量分析也可以分为无机定量分析和有机定量分析两部分，它们的任务是测定物质各组分的含量。
在一般化学分析的工作程序上总是定性分析先于定量分析，因为只有首先了解物质的定性组成，然后才能选择适当的定量分析方法。测出所含元素或离子等的含量。然而，在水质分析工作中，由于天然水、工业用水和生活污水所含成分一般都已知道；工业废水性质虽然复杂，但其成分也可以从该工厂所使用的原料和生产工艺过程等概略地推测，故除特殊情况外，水的定性分析很少应用。不过，由于环境保护工作的深入发展，有时为了了解某些工业废水和天然水的全面组成或某些水质处理过程的中间产物等，也需要进行定性分析。
定性分析是应用化学反应，将待测的元素或离子转变为具有某些特殊性质的新化合物。如（1）发生特殊的颜色，（2）析出具有一定形状的沉淀物，（3）发生可以识别的气体，（4）原有颜色的变化及（5）原有沉淀物的溶解等，根据这些化学反应结果和新化合物的特殊性质，即可判断试样中是否含有某种成分。
定量分析主要是应用化学反应中物质不灭定律和当量定律来测定试样中各组分的含量。定量分析按其分析时采用的方法。主要可分为：（1）重量分析，（2）容量分析，（3）光学分析（如比色分析、比浊分析、光谱分析等），（4）电化学分析（如极谱分析、电位分析等），以及（5）色谱分析（如气相色谱、液相色谱）。
光学分析、电化学分析、色谱分析等都是利用待测组分的某种物理性质或物理化学性质来进行分析测定的。在分析时往往需要应用比较精密和比较复杂的仪器。所以有时也称为仪器分析。在水质分析中最常用到的仪器有紫外－可见分光光度计、原子吸收分光光度计、气相色谱仪等。有时还根据水质分析的特点制成专用的仪器。如测汞仪、溶解氧仪、生化需氧量测定仪、总有机碳测定仪等。
仪器分析具有快速、准确、灵敏等优点，还便于自动连续测定。因而发展很快，有着广阔的应用前途。但目前有的仪器价格较高，平时维护（如需恒温、恒湿、防震等）和对操作人员的要求也较高。因此，在大多数水质分析工作中，仪器分析和普通的化学分析是相辅相成、互为补充的。其中，普通的化学分析法仍居于重要的、基础的地位。
二、容量分析计算
1,容量分析概述
在普通的化学定量分析中，重量分析可以得到相当准确的测定结果。因此常被用来作为基准测定。但重量分析手续繁杂、十分费时，在一般情形下都尽量避免采用。在水质分析中，由于水中所含杂质通常都非常微少，所以除了固体测定等少数项目外，很少应用重量分析法。而容量分析比重量分析要简便得多，精确度又比较高，故在水质分析中用得很多。
容量分析是将一种已知准确浓度的试剂溶液加到被测物质的溶液中，使它们发生化学反应，然后根据该试剂溶液的浓度以及与被测物质完全反应时所消耗的体积，通过等当量数的关系来计算被测物质的含量。
很显然，并不是任何化学反应都能适用于容量分析的。在水质分析中，能用作容量分析的反应，必须符合下列要求：（1）反应进行迅速，能在瞬间完成。速度较慢的反应，可通过加热或催化剂等方法来解决；（2）反应必须按等当量数进行，不能有副反应发生；（3）要有恰当的指示剂或其他物理化学方法来指示等当点的到达；（4）必须排除对反应有干扰的物质。
容量分析按其反应形式的不同，可分为两大类：
（1）基于离子之间发生结合反应的方法，属于这一类的有：中和滴定法、络合滴定法和容量沉淀法。
（2）基于离子或单质之间发生电子转移反应的方法。属于这一类的有:氧化还原滴定法。
2,容量分析计算的基本公式——当量定律的作用容量分析计算的基础是当量定律。
当量定律是：各物质相互作用时，它们的重量比等于它们的当量比。
根据当量定律我们知道：参加反应的物质总是以相同的克当量数或毫克当量数进行反应的。也就是说：在一个化学反应中，参加反应的一种物质（甲）的克当量数总是等于另一种物质（乙）的克当量数。
因此，我们可以说：克的甲物质与克的乙物质是“化学相当”的。
如果甲物质也能与丙物质互相反应，那么，在反应中甲物质的克当量数也应等于丙物质的克当量数。
同样，我们可以说：克的甲物质与克的丙物质也是化学相当的。
这时，不论乙物质与丙物质能否直接发生反应，我们都可以说：克的乙物质与克的丙物质是化学相当的。
所以，在化学中，根据当量定律，我们可以求出任何两种物质之间的化学相当关系。
在容量分析的计算中，有两个基本公式。
（1）
式中：、——分别为1、2两种溶液的当量浓度；
、——分别为1、2两种溶液的体积，毫升。
和就分别表示了1、2两种物质的毫克当量数。
这个公式可以用来：①计算两种溶液相互作用的体积，②用一种标准溶液来标定另一种溶液，③计算一种溶液稀释后的浓度，和④计算两种浓度不同的同质溶液混合后的浓度等。
（2）
式中：——当量浓度
——体积，毫升；
——固体物质的重量，克；
——该固体物质的当量。
显然，等式的两边都是毫克当量数。
这个公式可以用来：① 计算配制一种溶液所需固体物质的重量，或②计算一定重量的固体物质配成溶液后的当量浓度，③计算溶液和固体物质之间相互作用时的定量关系（如用固体基准物质来标定一溶液的当量浓度；求为与一溶液完全作用时所需的固体物质质量），和④求被测物质的含量等。
下面举几个例子来说明这两个基本公式的应用。
例1 中和1000毫升0.125ON的HCl溶液，需用0.1000N的NaOH溶液多少毫升？
解 根据，得
答 需用0.1000N的NaOH溶液1250毫升。
例2 现有480.0毫升0.1725N的H2SO4溶液，要将它配制成0.1700N的溶液，需要加入多少毫升的蒸馏水？
解 设需要加入毫升蒸馏水。
稀释前酸液的毫克当量数为
稀释后酸液的毫克当量数为
因为 ，故，
所以
答 需要加入蒸馏水7.06毫升。
例3 今有0.2850N的HCl溶液300.0毫升，需加入多少毫升0.4200N的HCl溶液才能得到0.3000N的HCl溶液？
解 设所需加入的0.4200N的HCl溶液为毫升，根据混合前后的毫克当量数应相等的原则，得
，故
答 需加入0.4200N HCl溶液37.50毫升。
例4 欲配制约0.1N的HCl溶液600毫升。需量取比重为1.19(含HCl 37%)的浓盐酸多少毫升？
解 600毫升0.1N的HCl溶液的毫克当量数为
设所需要取的浓盐酸为毫升，则这些浓盐酸的毫克当量数为：
根据，故
答 需量取浓盐酸5.0毫升。
例5 欲制0.1000N的K2Cr2O7溶液1升，用于氧化还原反应中，问需称取纯K2Cr2O7多少克？
解 在氧化还原反应中K2Cr2O7的当量为
设需称取克纯K2Cr2O7，则这些重铬酸钾的毫克当量数为：
1升0.1000N K2Cr2O7溶液的毫克当量数为
根据，故
，
答 需称纯K2Cr2O74.9030克。
例6 标定一KMnO4溶液的浓度时，将称得的纯草酸（H2C2O4·2H2O）0.2534克溶于蒸馏水中，用欲标定的KMnO4溶液滴定到终点。用去19.85毫升，试计算此KMnO4溶液的当量浓度。
解 KMnO4与草酸的反应是氧化还原反应，可用离子方程式表示如下：
这时，草酸的当量
根据公式
答 该KMnO4溶液的当量浓度为0.2026N。
例7 假设完全中和0.2648克不纯的碳酸钠，用去0.1970NHCl溶液24.45毫升，试计算此样品中纯碳酸钠的百分含量。
解 在此中和反应中。碳酸钠Na2CO3的当量为
根据公式 ，得
，
（克）
今样品重W1=0.2648克，因此样品中纯碳酸钠的百分含量η应为
答 此样品中纯碳酸钠的含量为96.41%。
例8 在用温克勒法测定水中的溶解氧时，经过一系列的化学操作，使溶解氧转化为游离碘。最后用硫代硫酸钠标准溶液滴定。如果取100.0毫升水样。滴定时用去0.0250N的Na2S2O2标准溶液4.20毫升，求水样中的溶解氧含量。
解 根据化学相当的原则。尽管硫代硫酸钠是与游离碘相作用而未与溶解氧直接反应，但此游离碘的量是与水中溶解氧量化学相当的。故可直接用公式求出溶解氧量。氧的当量为E=8，故（此处W的单位为毫克）
由于水样量A=100.0毫升，故每升此水样中溶解氧的含量为
（毫克/升）
答 此水样中的溶解氧含量为8.40毫克/升。
三、水质分析结果的表示方法
水质分析结果的表示方法因不同的水质项目而异。
一些物理性水质指标常常有它们各自的单位。例如水温以摄氏度数表示，浑浊度以毫克（SiO2）/升或度表示，电导率用微姆欧/厘米表示，嗅味则可描述其性质等等。
对于化学性水质指标。由于天然水和各种废水、污水中所含的化合物或元素的量通常都是很低的，因此水质化学分析的结果一般都不象普通分析化学中那样用百分含量表示，而是采用以下几种常用的单位。
一、毫克/升（mg/1）
每升水中所含被测物质的毫克数。这是最广泛采用的一种单位。它不仅适用于水中离子状态的物质，也可用于不离解的分子状态或胶体状态的物质乃至溶解于水中的气体。
二、百万分率（ppm）
水中所含被测物质的重量占水样重量的百万分之分数。这在一些英文资料文献中是常见的。当水样的比重为1.00000时，1毫克/升恰好等于百万分之一，即1毫克/升=1ppm。由于天然水和大多数废水、污水的比重都近似于1，因此实际上常将毫克/升数与百万分率相混用，但对于某些比重与1相差稍大的工业废水、污泥或海水等，两者就不能视为相等了。
三、微克/升（μg/1）
每升水中所含被测物质的微克数。对于一些极微量的物质需要用到这种更小的单位。与此相应，也有十亿分率（ppb）。对于比重近似于1的水样。1微克/升=1ppb。
四、毫克当量/升（me/1或meq/1）
每升水中所含被测物质的毫克当量数。这种表示方法可以清楚地说明水中离子间数量上的比例和便于检查分析结果的准确度，也便于根据化学相当的原则，将一种被测物质直接转换成用另一种物质来表示。
此外，有些水质项目的分析结果还有另外的一些单位，如硬度和碱度就常有用“度”等好几种表示方法的。水质的生物和微生物学指标也有它们自己的表示方法。
第二章 水样的采集、保存和预处理水样的采集和保存是水质分析的重要环节。要想获得准确、全面的水质分析资料，首先必须使用正确的采样方法和水样保存方法并及时送样分析化验。如果这个环节没有做好，那么，即使分析化验操作严格细致、准确无误，其结果也是毫无意义的。甚至得出错误的结论，耽误了工作。
水样采集和保存的主要原则是：(1)水样必须具有足够的代表性，(2)水样必须不受任何意外的污染。
水样的代表性是指样品中各种组分的含量都应符合被测水体的真实情况。为了得到具有真实代表性的水样就必须选择恰当的采样位置，合理的采样时间和先进的采样技术。
一、采样布点在采集水样之前，必须做好有关的调查和了解。例如对于水体的采样，应事先了解流域范围内城市和工业的布局及废水排放情况，农业区化肥和农药的使用及污水灌溉情况以及河流的流量、河床宽度和深度等水文情况。对于工业废水的采样，则应事先了解工厂性质、产品和原材料、工艺流程、物料衡算、下水管道的市局、排水规律以及废水中污染物的时、空量的变化等。
由于被分析的水体性质和分析目的、分析项目的不同，采样布点的要求和原则也不尽相同。
1.水体采样布点采样布点通常应包括两个方面的含意：(1)在水体系统中选择合适的采样地段(断面)和(2)在所选地段上的具体采样位置，即采样点。布点的方法要视具体情况而定。
（1）采样断面的布设对于一般的江河水系，至少应在污染源(有时也可将一座城市或工业区看作是二个大污染源)的上游、中游和下游布设三个采样断面：
①上游断面作为对照断面(或称清洁断面)，用以了解河流在基本上未受到污染时的水质情况；
②中游断面作为检测断面(或称污染断面)，应设在污染源排放目的紧接下游但与河水混合较均匀的地段。将此断面的水质与清洁断面相对照，便可用以了解水质污染的情况与程度；
③下游断面作为结果断面，通常应设污染源的更下游处，用来表明河流流经该城市或工业区范围后污染的最终结果，也反映给下游河段造成污染的情况。有时下游断面设在河流基本达到自净的地段。这时该断面可称为自净断面，用以了解水体自净的能力，(图5-2)。
图5-2 采样断面的布设
2.工业废水和生活污水的采样布点工业废水的采样点往往要根据分析的目的来确定，并与生产工艺有关，通常选择在工厂的总排放口，车间或工段的排放口以及有关工序或设备的排水点。
在排水管道或渠道中流动的废水，由于管壁的滞留作用，同一断面的不同部位，流速和浓度都有可能互不相同。因此可在水面以下四分之一或二分之一水深处取样，作为代表平均浓度的废水水样。
在接纳废水入口后的排水管道或渠道中，采样点应布设在离废水(或支管)入口约20～30倍管径的下游处以保证两股水流的充分混合。
为考察污水处理设备的处理效果时，应对该设备的进水、出水同时取样。如为了解处理厂总的处理效果，则应取总进水和总出水的水样。
3.给水管网的采样布点给水管网系统中的采样点通常应设在下列位置：(1)每一个给水厂在接入管网时的结点；（2）污染物有可能进入管网的地方；（3）有选择的用户自来水龙头。在选择龙头时应考虑到：与给水厂的距离，需水的程度，管网中不同部分所用结构材料等因素。
二、采样时间和频率由于废水的性质和排放特点各不相同，因此无论是天然水水质还是工业企业废水和城市生活污水的水质在不同时间里也往往是有变化的。为了使水样有代表性，就要根据分析目的和现场实际情况来选定采样的方法。通常，水样采集的方式有：
1.瞬时水样
有些工厂的生产工艺过程连续恒定，废水中的组分和浓度不随时间变化，这时可以用瞬时采样的方法。瞬时水样采集简单方便，因此即使对一些水质略有变化的废水或天然水，也可采取隔时的瞬时水样，特别是有自动监测仪器的情况，以积累有统计意义的分析数据，或绘制浓度一时间关系曲线，并计算其平均浓度和高峰浓度。
2.平均混水样
在一段时间内(一般为一昼夜或一个生产周期)，每隔相同的时间分别采集等量的水，然后混合均匀而组成的水样叫平均混合水样。此方式多用于几个性质相同的生产设备排出的废水，或同一设备排出的流量恒定但水质有变化的废水。
3.平均比例混合水样
有些工厂由于生产的周期性，不仅影响到废水的组分和浓废，也影响废水的排放量。这时就应采集平均比例混合水样，即在一段时间内，每隔相同的时间分别采样，然后按相应的流量比例混合均匀而组成的水样，或在一段时间内，流量大时多取，流量小时少取，然后将所取水样混合均匀。生活污水亦常采集平均比例混合水样或平均混合水样。
4.连续比例混合水样
在有自动连续采样器的条件下，在一段时间内按流量比例连续采集而混合均匀的水样。
5.单独水样有些天然水和废水中，某些组分的分布很不均匀，如油类或悬浮固体；某些组分在放置过程中很容易发生变化，如溶解氧或硫化物等。如果从全分析的采样瓶中取出部份水样来进行这些项目的分析，其结果往往不够准确。这时必须采集单独水样(有的还应作现场固定)，分别进行分析。
采样时间和频率的选取主要也应根据分析的目的和排污的均匀程度。一般说来，采样次数越多的混合水样，结果更加准确，即真实代表性越好。多数情况下可在一个生产周期内每隔半小时或一小时采样一次，然后加以混合。如果要采集几个周期的水样，也可每隔2小时取样一次，但总采样次数不应少于8～10次。对于排污情况复杂、浓度变化很大的废水，采样的时间间隔要适当短些，有时需5～l0分钟就采一次水样。城市污水厂受纳数十个甚至上千个工厂的废水以及城市的生活污水，废水在流到污水厂的，途中已有一定的混和。通常可每隔一小时采样一次，连续采集24小时或8小时，然后混合，测各组分的平均浓度。
有关天然水体调查的采样时间和频率已在上一节中介绍过，不再赘述。
三、采样设备和技术
l.采样器采样器一般是比较简单的，只要将容器(如水桶、瓶子等)浸入要取样的水或废水中，让它灌满水，取出后将水样倒进合适的盛水器(贮样容器)里即可。有时也可直接用盛水器浸入水中采样。
如果需要从一定深度的水中采样时，就需要用专门的采样器。图5-4是最常见的一种。这种采样器是将一个容积为2～3升的细口瓶套入金属框内，框底装有重物(铅、铁或石块)以增加重量，使采样器能浸沉到深水中。瓶塞与铅一根细绳相连，绳上标有水深尺度。当采样器沉至水中预定的深度时，将细绳提起，瓶塞便打开，水即可注入瓶中。--般不宜将水注满全瓶，以防温度升高而将瓶塞挤出。如果需要测定水中的溶解氧，则应完全充满，而且另有专门的采样装置。
有时也可以用泵来抽取水样。这时应在吸水口包两层尼龙纱网以防止泥砂、碎片等杂物进入瓶中。如果要测定痕量金属，则宜用塑料泵。此外，也有用虹吸管来采样的，不过要尽量避免虹吸管道过长。图5-5是一种利用虹吸原理制成的连续采样装置。它可以用螺旋夹来调节采样速度。
图5-4 采样器 图5-5 虹吸连续采样器
总之，采样器或采样装置的种类和方式是很多的。市面上有定型的采样器供应，也有不少是自制的。其基本原则是经济而合理、安全且方便。下面几点是在选择和使用时应普遍考虑的，(1)进入采样器或采样装置的水样中，其被测物的浓度应该与要取样的水中相同。一般来说，这一点是容易做到的。但如果被测物是不溶解的或者其比重明显地与水的比重不同时，它的浓度可能会改变。为了防止这种影响，要调节采样速度，使在采样装置内的流速尽量与在被采样的水中流速相同。这称为“等动力学采样（isokinetic sampling）”。同样的道理，当为测定不溶解物质而采样时，采样装置的进口应该面向水流方向。(2)水样在采样装置内流动输移的过程中，其被测物的浓度不应发生变化。
下列情况会影响这一要求的实现。有些被测物可能会存积在采样装置里。例如不溶解固体会沉积在器壁上；溶解性物质可能被器壁吸附。有些被测物可能会进行化学反应或生化反应。例如含强酸、强碱的废水可能会腐蚀采样器，而水样中的氨可以被器壁上的生物膜所氧化。此外，有的被测物可以从吸附在器壁上的物质中或从采样装置本身的材料中被释放出来而进入水样中。侧如溶解氧可因器壁上生物膜内细菌的呼吸作用而释放:金属材料或塑料制成的采样装置有可能分别析出金属或有机物质等等。
为了减少这种影响，首先，应尽量缩短水样与采样装置接触的时间。如需要用的采样管应尽量短，管内的线速度应尽可能大（当然，如果必要的话也还需要服从等动力学采样规划）。其次采样器或采样装置所用的材料应该是对水样不会发生污染的；如要测定痕量金属时，就应该选用塑料的器具；但对于高温或高压的水样或要测定低浓度的有机化合物时则宜选用不锈钢的采样器。玻璃制品虽然易碎，但有时是可用的。总之，无论哪种采样装置，使用前都应检查一下，既不应产生对水样的污染，也不应引起其它任何偏颇。第三，一切采样器或采样设备应保持清洁，使用前必须清洗干净。
玻璃器皿的洗涤，一般可先用肥皂液或洗涤剂洗刷，再用热水和冷水洗涤数次。如果瓶内还有不能洗去的有机污染物固着在器壁上，则应用铬酸洗涤剂洗涤，然后再用清水冲洗干净。铬酸洗液是-种具有强烈氧化能力的棕色液体。其配制方法是在375毫升自来水中溶解100克工业用重铬酸钾，然后用工业用浓硫酸慢慢加入至l升为止。在加入浓硫酸时应不断搅拌。铬酸洗液可以反复使用多次，但应尽可能避免冲稀。当使用过久，或受强烈的还原性物质污染以致整个液体的颜色变为绿色时，表明其中大部分高价铬已被还原成低价铬，失去了氧化能力，应予重配。
一些不溶解的无机盐残渣和内壁吸附的金属离子，可用6N盐酸或硝酸洗涤。油脂等可用2%氢氧化钠溶液洗涤，也可用丙酮清洗。聚乙烯塑料制品可用大约1N的盐酸来清洗。不要用浓硝酸，因为这有可能在塑料中产生带有离子交换功能的化学基团。如果是橡皮、橡胶制品，则应用1%碳酸钠溶液煮沸，然后用1%盐酸及清水分别清洗。还要注意应避免使用含有被测物的洗涤溶液。如测磷时不要用普通家用洗涤剂，因为它含有一定数量的磷，测铬的器皿不要在铬酸洗液中浸泡。
另外，在设计采样装置时应考虑内表面尽量平滑，尽量少有管嘴、阀门和不要有死角、滞流面。瓶盖和瓶塞的材料一般应与瓶子的材料相同。为了避免细菌和藻类的繁殖，宜采用不透光的采样管。
2.盛水器
盛水器(水样瓶)常用聚乙烯或玻璃制成。在一般情况里，这两种材料都是相当满意的。但对于某些水样或某些被测物，就需要有所选择。与前面选择和使用采样器或采样装置时应作的考虑相似，盛水器的选择应考虑到：
(1)盛水器的材料可能引起对水样的某种污染，如玻璃中可溶出纳和硅，塑料中可溶出有机物质；
(2)某些被测物可能被吸附在盛水器璧上如重金属(特别是汞和银)离子被玻璃表面的离子交换过程所吸附，苯可被塑料吸附，
(3)水样中的某些成分，可能与盛水器材料发生反应，如氟可以与玻璃反应等。
一般说来，测定有机物质时宜用硬质玻璃瓶，而被测物是痕量金属或是玻璃的主要成分，如钠、钾、硼、硅等时，就应该选用塑料盛水器。当然，这不等于说盛水器材料的次要成分就毫无影响。而且，各个制造厂家的同类器皿之间也可能不完全相同，特别是在被测物的浓废很小时，这个影响就显得越重要。已有资料报道，玻璃中也可溶出铁、锰、锌和铅，聚乙烯中可溶出锂和铜。
此外，保持盛水器的清洁也是十分重要的。如果所来水样系供水质微生物学检验之用。则盛水器等还必须事先经过灭菌处理，并按微生物学的要求进行采样。
3.采样量
采样量应足够满足分析的需要。普通情况下，如供单项分析，可取500～1000毫升水样量；如供一般理化全分析用，则不得少于3升。但如果被测物的浓度很小而需要预先浓缩时，采样量就应增加。
对水样体积的特殊要求，通常会在分析方法中给出。这里要指出几点：
(1)当水样应避免与空气接触时(如测定溶解气体、低缓冲能力水样的PH值或电导率)，采样器和盛水器都应完全充满，不留气泡。
(2)当水样在分析前需要猛力摇荡时(如测定油类、不溶解物质)，则不应完全充满。
(3)当被测物的浓度小而且是以不连续的物质形态存在时(如不溶解物质、细菌、藻类等)，应从统计学的角度考虑一定体积里可能的质点数目而确定最小采样体积，例如，假使水中所含的某种质点为10个/升，但每100毫升水样里所含的却不一定都是1个；有的可能含有2个、3个；而有的一个也没有。采样量越大，所含质点数目的变化率就越小。同样，在为测定底栖生物而考虑底质的采样面积时也应注意这一点。
(4)如果有必要将采集的水样总体积分装于几个盛水器内时，应考虑到各盛水器内水样之间的均匀性和稳定性。
(5)工业废水成份复杂，干扰物质较多，有时需要改变分析方法或做重复测定，故应考虑适当多取水样，留有余地。
4.水样采集的一般方法为了保证水样的真实代表性，采样应仔细认真进行。训练有素、技术纯熟的操作者往往可以获得较佳的水样。
根据前述采样布点的原则。确定采样点后，在着手采样时，首先要选择好具体的采样位置。要避免周围环境对采样器或采样装置进水口的污染，包括采样者手指污染的可能性也要防止。采样前，应让水放流数分钟，特别是采集自来水或具有抽水设备的井水时，以冲去水管或采样装置管线并积留的杂质。采样期间的水流速度应考虑前面讲过的注意事项并保持恒定，必要时可将一部分水从采样器或采样管旁侧流走。采样时通常还应先用所取之水样将盛水器(水样瓶)洗涤2～3次，然后再将水样灌进容器。不过，当水样含有可能会被容器壁吸附的被测物质。如固体、金属、油脂等时，就应该用十分消洁和无水干燥的盛水器，一次灌进。水样灌好后，瓶塞和瓶盖对水样的污染也应防止。
采样还应注意操作者的人身安全，特别是在冬季冰封的河湖中采样时更要小心。
水样采得后应立即在盛水器(水样瓶)上贴上标签或在水样说明书上作好详细记录。水样说明书内容应包括水样采集的地点、日期、时间、水源种类、水体外观、水位高度、水源周围及排出口的情况、采样时的水温、气温，气候情况，分析目的和项目、采样者姓名等等。
5.自动采样技术目前的采样技术大多是定点瞬时手工采样，有一定的局限性。为了提高采样的代表性、可靠性和采样效率，国外已大量采用自动采样设备。现有的商品自动采样设备主要有两种类型。
一种是用于水的流速基本恒定或者要测定的是被测物的浓度而不是总量的情况。这种设备可以在一个时间内，按选定的时间间隔每次采取相同体积的水样。
另一种适用于流速有明显变化或者要测定的是被测物的总量的情况。这又可以由两种方式来达到：一是调节设备的采样频率，使之与流速成正比，每次采取等体积的水样；另一是在相同的时间间隔内采取的水样体积与流速成正比。自动采样设备对于制备混合水样(尤其是连续比例混合水样)、研究水质的连续动态变化以及在一些难以抵达的地区采样等等都是十分有用的。
四、水样的运送和保存
1.水样的运送
水样在运送过程中不应破损或丢失，这是众所周知的常识，这里无需讨论。但有以下三点值得注意。
(1)水样采集后应尽快进行分析检验，以免水中所含物质由于发生物理的，化学的和生物学的变化而影响分析结果的正确性。因此水样也应尽快得到运送。水样运送过程中还可能需要冷冻设备。如果实在来不及将水样送到中心实验室时，一些不稳定的测定项目(如细菌、生化需氧量)应该在当地实验室里得到化验。
(2)盛水器应当妥善包装，以免它们的外部受到污染，特别是水样瓶颈部和瓶塞。
(3)冬季水样可能结冰。如果盛水器用的是玻璃瓶，则要小心防冻以免破裂。
2.水样的保存前面说过，水样采集后，应尽快进行分析检验。某些项目还要求现场测定(如水中的溶解氧、二氧化碳、硫化氢、游离氯等)。但由于各种条件所限(如仪器、场地等)，往往只有少数测定项目可在现场进行(温度、电导率、pH值等)，大多数项目仍需送往实验室内进行测定。有时因人力、时间不足，还需要在实验室内存放一段时期后才能分析。因此，从采样到分析检验之间这段时间里，水样的保存是个很重要的问题，水样在采集后，如不妥善保存，水中所含物质发生物理的、化学的和生物学的变化是很普遍的。例如：(1)水中的细菌、藻类和其他生物可能消耗、释放或改变水中一些组分的化学形态，如溶解氧、二氧化碳、生化需氧量、pH、碱度、硬度、氮、磷和硅化物等。通常，污水或污染严重的水样比天然水和较清洁水样更为不稳定些。(2)水样中的某些组分可能因水中的溶解氧或通过与空气接触而被氧化，如有机化合物、亚铁离子、硫化物等。(3)有些组分可能沉淀。如碳酸钙、金属等。(4)PH、电导率、二氧化碳、碱度、硬度等等可能因从空气中吸收二氧化碳而改变。(5)溶解状态和胶体状态的金属以及某些有机化合物可能被吸附在盛水器内壁或水样中固体颗粒的表面上。(6)一些聚合物可能会分解。如缩聚的无机磷和聚合的硅酸。如此等等。
这些变化通常与水样的性质、环境温度、光线的作用以及盛水器的性质等有关。要想完全制止水样在存放期间内的物理、化学和生物学变化是很困难的。水样保存的基本要求只能是应尽量减少其中各种待测组分的变化。亦即应做到：(1)减缓水样的生物化学作用，(2)减缓化合物或络合物的氧化—还原作用；(3)减少被测组分的挥发损失；(4)避免沉淀、吸附或结晶物析出所引起的组分变化。
在环境监测中，水样保存的方法主要有以下几种。
(1)冷藏或冰冻保存
原则上讲，从采样到分析的时间间隔应越短越好。水样若不能及时进行分析，一般应保存在5℃以下(大约3～4℃左右为宜)的低温暗室内。这样可使生物活性受到抑制，生物化学作用显著降低。
不同的水样允许存放的时间也有所不同。根据一般经验，用于物理化学测定的、不同水样所允许的存放时间可参照表5-1所示。
表5-1水样的允许存放时间水样种类
允许存放时间
清洁水样
72小时
轻度污染的水样
48小时
受污染的水样
12小时
污水
存放时间越短越好
除了低温冷藏外，有的水样还需要深冷冰冻贮存。有些文献报导，将水样保存在—18～—22℃的深冷条件下。对磷、氮、硅化合物以及生化需氧量等的稳定性都大有益处。分析时，应先将水样瓶置于温度为40～5O℃的水浴中，振荡、融化并混匀后才能使用。
(2)加入保存药剂
水样保存的另一种方法是加入保存药剂。加入的方法可以是在采样后立即往水样中投加化学药剂，也可以是事先将化学药剂加到盛水器里。
对保存药剂的一般要求是，有效、方便、经济并且应对测定无干扰和无不良影响。不同水样和不同的被测物要求使用不同的保存药剂，最常用的保存药剂是酸。加酸保存能控制水样的pH值，也能大大抑制和防止微生物的絮凝和沉降，减少容器表面的吸附。在为测定痕量金属的水样中，通常需加入0.05～0.1摩尔/升的硝酸或盐酸。测COD和脂肪也需将水样酸化保存。
加碱保存也能抑制和防止微生物的代谢过程。在为测定氰化物的水样中，必须加入NaOH调节pH至10～11。测酚的水样也需加碱保存。
加酸加碱均会使水样体积增加，要注意计入分析结果。
加氯仿或氯化汞也常被用来抑制和防止微生物的代谢过程，但它们本身是有毒的，因此要小心使用。
有的测定项目需用专门的保存药剂，如测硫化物需用硝酸锌等。
表5-2列出了一些常见测定项日的水样保存方法，可供参考。
表5-2 一些常见测定项目的水样保存方法测定项目
盛水器材料
保存方法
最大存放时间
温度
塑或玻
4℃冷藏
立即测定
嗅味
玻
4℃冷藏
6～24小时c
色度
塑或玻
4℃冷藏
24小时
浑浊度
塑或玻
4℃冷藏
4-24小时c
电导率
塑或玻
4℃冷藏
1-7天c
总固体
塑或玻
4℃冷藏
7天
悬浮固体
塑或玻
4℃冷藏
1-7天c
溶解固体
塑或玻
4℃冷藏
1-7天c
pH
塑或玻
4℃冷藏
最好现场测定
酸度
塑或玻
4℃冷藏
24小时
碱度
塑或玻
4℃冷藏
24小时
硬度
塑或玻
4℃冷藏
7天
钙
塑或玻
4℃冷藏
7天
镁
塑或玻
4℃冷藏
7天
钾
塑
4℃冷藏
7天
钠
塑
4℃冷藏
7天
游离氯
玻
立即测定
氯化物
塑或玻
4℃冷藏
7天
硫酸盐
塑或玻
4℃冷藏
7天
亚硫酸盐
塑或玻
4℃冷藏
24小时
硫化物
玻
加1摩尔/升的Zn(OAc)2d，
2毫升/升水样、再加1摩尔/升的NaOH，2毫升/升水样，然后4℃冷藏
24小时
氰化物
塑
加NaOH至pH=10～11，
然后4℃冷藏
24小时
氟化物
塑
4℃冷藏
7天
溶解氧
玻
尽快测定，现场固定
生化需氧量
玻
4℃冷藏
4～24小时c
化学需氧量
玻
加H2SO4，1～2毫升/水样
（或至pH＜2）然后4℃冷藏
1～7天c
总有机碳
玻
4℃冷藏
1～7天c
氨氮
塑或玻
加HgC12，20～40毫克/升水样（或加H2SO4至pH＜2），
然后4℃冷藏
1～7天c
硝酸盐氮
塑或玻
4℃冷藏
1～7天c
亚硝酸盐氮
塑或玻
加HgC12，20～40克/升水样，
然后4℃冷藏
24小时
有机氮
玻
4℃冷藏
24小时
总金属
塑
加HNO3，2～10毫升/升水样，然后4℃冷藏
数星期
溶解金属
塑
现场过滤，再加，2-10毫升/
升水样，然后4℃冷藏
数星期
汞
塑
加HNO3，5～10毫升/升水样，然后4℃冷藏
7天
总铬
塑
加HNO3至pH＜2，
然后4℃冷藏
12小时
六价铬
塑
加NaOH至pH=8.5，
然后4℃冷藏
12小时
镉
塑
塑或玻
加HNO3至pH＜2，
然后4℃冷藏加H2SO4至pH＜2，
然后4℃冷藏
7天
7天
硒
塑或玻
4℃冷藏
7天
硅
塑
现场过滤，然后4℃冷藏
1～7天
硼酸盐
塑
4℃冷藏
7天
总磷
塑或玻
4℃冷藏
1～7天c
正磷酸盐
塑或玻
现场过滤，然后4℃冷藏
24小时
酚
玻
加CuSO4·5H2O，1克/升水样，及加H3PO4至Ph=4，
然后4℃冷藏（或加NaOH，
2克/升水样，然后4℃冷藏）
24小时
油和脂
玻
加H2SO4，1～2毫升/升水样（或至pH＜2）；
然后4℃冷藏
24小时
合成洗涤剂
玻
加HgC12，20～40毫克/升水样，然后4℃冷藏
24小时
苯胺
玻
4℃冷藏
24小时
硝基苯
玻
4℃冷藏
24小时
有机氯
玻
加H2SO4至pH＜2
24小时
多环芳烃
玻
4℃冷藏
7天
注：a 从采样到分析之间的最长允许时间；
b 塑-塑料、玻-玻璃；
c 取决于水样的种类；
d 或用醋酸锌Zn(Ac)2。
(3)其他措施
有时，水样采集后在现场立即采取一些措施，如过滤等，对水样的保存也是很有益的。
水样中的藻类和细菌常可以因经过过滤而被截留，这样就可大大减小和防止水样中的生物活性作用。这种方法十分方便。过滤用的滤膜孔径常用0.5μm。
如果要区分被测物是溶解状态还是悬浮状态时，如金属、磷等，也需要采样后立即过滤，否则这两种形态在水样贮存期间会互相转化。
当然，过滤器材应清洁，避免引入新的污染。同时还应防止过滤过程中由于CO2的逸失或溶入而引起pH值的改变。
有的测定项目可在现场做完一部分分析步骤，使被测物“固定”在水样中，转变为稳定的形态。剩下的步骤可携回实验室内继续完成。例如温克勒法测定溶解氧就是例子。
五、水样的预处理
水样在着手进行分析检验以前，有时还需要作一定的预处理。
大部分天然水和各种污水、废水常会含有不同数量的固体物质，从而使水质浑浊。这些固体物质可能是无机物，也可能是有机物，如砂石矿粒、铝硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐、氧化铁水化物以及各种微生物和动植物残体等等。
水质的浑浊会影响水质的重量分析、容量分析和比色分析的结果。当水中有大量浑浊物时，会对金属离子产生吸附作用而使含量减少；在加入酸时，有些元素如铝、铁、砷等又会因溶解而增加。有些有机物质还会与金属离子形成络合物。因此，水样需作必要的预处理。常用的预处理方法有离心分离、过滤、溶剂萃取、蒸发或挥发等。具体方法的选择应根据处理方法对被测成分的实际影响、测定项目的要求和水源特点来确定。
前面说过，很多水质分析是微量分析或痕量分析的。这样有时就需将水样浓缩富集。即从大量母体物质（水样）中搜集被测定的少量物质至一较小的体积。从而提高其浓度使之达到或大于测定方法（或测定仪器）的下限。常用的方法有蒸发、蒸馏、灰化、萃取、活性炭或分子筛吸附、泡沫浮选、冰冻等。
由于污水和废水的成分十分复杂，水中的有机物质会与金属离子络合，因此在测定前常需对水样进行消解处理。这种消解处理可消除有机物质的干扰，此外，还可消除CN-、NO2-、S2-、SO32-、S2O32-、SCN-等离子的干扰。这些离子在消解时，会由于氧化和挥发作用而被消除。
常用的消解法是酸性湿式消解法。消解药剂用的是硫酸-硝酸，对于难消解的也可用硝酸-高氯酸。消解时先在水样中加入混合酸，蒸发至较少体积后再加入混合酸消解，直到溶液无色透明，驱尽残余的氮氧化物气体。消解完毕后用蒸馏水稀释，如用硫酸-硝酸。在100毫升消解液中。最终酸度应相当于3N硫酸；如果用硝酸-高氯酸，则在100毫升消解液中，最终酸度相当于0.8N高氯酸。最后用此消解进行分析测定。用于消解的消解药剂要求较高，其总铁及重金属杂质的含量不应超过0.0001%，否则会增加空白值，降低方法的准确度和灵敏度。
除上述酸性湿式消解法外，还有干式消解法（灼烧法）。该法是先将水样蒸干，然后在600℃左右灼烧到残渣再不变色，使有机物完全分解除去，但不能完全除去无机物的干扰。最后用蒸馏水溶解残渣，取此溶液进行分析测定。
水样的预处理情况比较复杂，以上只是作了一般的介绍。针对不同水样和不同测定项目，应按照分析方法中的要求进行。
第三章 常用监测项目的分析方法介绍第一节 化学需氧量
化学需氧量（COD），是指在一定条件下，用强氧化剂处理水样时所消耗氧化剂的量，以氧的毫克/升来表示。化学需氧量反映了水中受还原性物质污染的程度。水中还原性物质包括有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等。水被有机物污染是很普遍的，因此化学需氧量也作为有机物相对含量的指标之一。
水样的化学需氧量，可受加入氧化剂的种类及浓度，反应溶液的酸度、反应温度和时间，以及催化剂的有无而获得不同的结果。因此，化学需氧量亦是一个条件性指标，必须严格按操作步骤进行。
对于工业废水，我国规定用重铬酸钾法，其测得的值称为化学需氧量。
具体监测方法参见《水和废水监测分析方法》（第三版）P354～356。
第二节 溶解氧
溶解在水中的分子态氧称为溶解氧。天然水的溶解氧含量取决于水体与大气中氧的平衡。溶解氧的饱和含量和空气中氧的分压、大气压力、水温有密切关系。清洁地面水溶解氧一般接近饱和。由于藻类的生长，溶解氧可能过饱和。水体受有机、无机还原性物质污染，使溶解氧降低。当大气中的氧来不及补充时，水中溶解氧逐渐降低，以至趋近于零，此时厌氧菌繁殖，水质恶化。废水中溶解氧的含量取决于废水排出前的工艺过程，一般含量较低，差异很大。
测定水中溶解氧常采用碘量法及其修正法和膜电极法。清洁水可直接采用碘量法测定。
具体监测方法参见《水和废水监测分析方法》（第三版）P246～248。
第三节 五日生化需氧量
生活污水与工业废水中含有大量各类有机物。当其污染水域后，这些有机物在水体中分解时要消耗大量溶解氧，从而破坏水体中氧的平衡，使水质恶化。水体因缺氧造成鱼类及其它水生生物的死亡。
水体中所含的有机物成分复杂，难以一一测定其成分。人们常常利用水中有机物在一定条件下所消耗的氧，来间接表示水体中有机物的含量，生化需氧量即属于这类的一个重要指标。
生化需氧量的经典测定方法，是稀释接种法。
测定生化需氧量的水样，采集时应充满并密封于瓶中。在0-4℃下进行保存。一般应在6h内进行分析。若需要远距离转运。在任何情况下，贮存时间不应超过24h。
具体监测方法参见《水和废水监测分析方法》（第三版）P362～366。
第四节 氨氮氨氮（NH3-N）以游离氨（NH3）或胺盐（NH4+）形式存在于水中。水中氨的来源主要为生活污水中含氮有机物受微生物作用的分解产物，某些工业废水，如焦化废水和合成氨化肥厂废水等，以及农田排水。此外，在无氧环境中，水中存在的亚硝酸盐亦可受微生物作用，还原为氨。在有氧环境中，水中氨亦可转变为亚硝酸盐，或继续转变为硝酸盐。
在废水中氨氮含量较高的前提下，推荐氨氮的监测方法为蒸馏—酸滴定法。具体监测方法参见《水和废水监测分析方法》（第三版）P252～254和P258。
第五节 显微镜的使用及微生物形态的观察一、目的
1,学习普通光学显微镜的使用方法。
2,结合生物滤池生物膜及曝气池活性污泥的观察，认识原生动物、菌胶团等微生物的形态，并学习测量微生物大小的方法。
二、实验器材
1,生物滤池滤料、活性污泥法曝气池混合液。
2,显微镜、目测微尺、物测微尺、载玻片、盖玻片等。
三、实验步骤
（一）显微镜的结构和各部分的作用图5-6所示，是微生物检验常用的显微镜，其构造分机械和光学两部分。
图5-6 显微镜机械部分主要包括：
1,镜筒 镜筒长度一般是160mm。它的上端装有接目镜，下端有回转板。回转板上一般装有3个接物镜。
2,载物台 载物台是放置标本的平台，中央有一圆孔，使下面的光线可以通过。两旁有弹簧夹，用以固定标本或载玻片。有的载物台上装有自动推物器。
3,调节器 镜筒内旁有两个螺旋，大的叫粗调节器，小的叫细调节器，用以升降镜筒，调节接物镜与需观察的物体之间的距离。
光学部分主要包括：
1,接目镜 一般使用显微镜具有2～3个接目镜，其上常刻有“5×”、“10×”或“15×”等数字及符号，意即使用时可放大5倍、10倍或15倍。观察微生物时常用放大10倍或15倍的接目镜。
2,接物镜 接物镜装在回转板上，可分低倍镜、高倍镜和油镜3种，其相应的放大倍数常是10、40（或45）100倍数的乘积。例如，用放大40倍的接物镜（高倍镜）与放大10倍的接目镜时所得的物象的放大倍数为40×10=400，如果用放大15倍的接目镜则放大倍数为40×15=600。接目镜装在镜筒上端，在使用过程中并不经常变动，所以通常所谓的低倍镜、高倍镜或油镜的观察主要是指使用不同的接物镜而言的。
油镜的放大倍数最大（90或100）。放大倍数这样大的镜头，焦距就很短，直径就很小，所以自标本玻片透过的光线，因介质密度（从玻片至空气，再进入油镜）不同，有些光线因折射或全反射，就不能进入镜头，致使射入的光线较少，物象显现不清。所以为了不使通过的光线有所损失，须在油镜与玻片中间加入和玻璃折射率（n=1.52）相仿的镜油（香柏油，n=1.515）。因为这种接物镜使用时须加镜油，所以我们称它为油镜（图8-2）。一般的低倍或高倍镜使用时不加油，所以也称干镜。
使用低倍镜和高倍镜时，一般作活体的观察，不进行染色。在观察细小动物时，低倍镜主要用来区别动物的种类和看出它们的活动状态，而高倍镜则可看清动物的结构特征，低倍镜容易看到标本的全貌，油镜在大多数情况下是用来观察染色的涂片。
3,集光器 集光器在载物台的下面，用来集合由反光镜反射来的光线。集光器可以上下调整，中央装有光圈，用以调节光线的强弱。当光线过强时，应缩小光圈或反集光器向下移动。
4,反光镜 反光镜装在显微镜的最下方，有平凹两面，可自由转动方向，以反射光线至集光器。
（二）显微镜使用和保护的方法
1,低倍镜的使用法
（1）置显微镜于固定的桌几上，窗外不宜有障碍视线之物。
（2）拨动回转板，把低倍镜移到镜筒正下方，和镜筒连接而对直。
（3）拨动反光镜向着光线的来源处。同时用眼对准目镜（选用适当放大倍数的接目镜）仔细观察，使视野完全成为白色，这是光线已经通到镜里的表示。
（4）把载玻片放到载物台上，要观察的标本放到圆孔的正中央。
（5）将粗调节器向下旋转，同时眼睛注视接物镜，以防接物镜和载玻片相碰。当接物镜的尖端距载玻片约0.5cm时即停止旋转。
（6）把粗调节器向上旋转，同时左眼向接目镜里观察。如标本显出，但不十分清楚，可用细调节器调节，至标本完全清晰为止。
（7）假如因旋转粗调节器太快，致使超过焦点，标本不能出现时，不应在眼睛注视接目镜的同时向下旋转粗调节器，必须从第（5）步作起，以防因没有把握的旋转，使接物镜与载玻片碰触。
（8）在观察时，最好两眼都能同时睁开。如用左眼看显微镜，右眼看桌上纸张，便可一面看一面画出所看到的物象。
2,高倍镜的使用法
（1）使用高倍镜以前，先用低倍镜检查，把要观察的标本放到视野正中。
（2）拨动回转板使高倍和低倍两镜头互相对换。当高倍镜移动到载玻片时，往往镜头十分靠近载玻片。这时必须注意是否因高倍镜靠近的缘故而使载玻片也随着移动。如果载玻片有移动的现象，则应立刻停止推动回转板，把高倍镜退回原处，再按照使用低倍镜的方法，校正标本的位置，然后旋动调节器，使镜筒稍微向上，再对换高倍镜。
（3）当高倍镜已被推到镜筒下面时，向镜内观察所显现的标本，往往不很清楚，这时可旋转细调节器，上下移动，但不要过分移动。
3,油镜的使用法
（1）如用高倍镜放大，倍数还不够，则须采用油镜。用油镜以前，先用高倍镜检查，把要观察的标本放到视野正中。
（2）用油镜时，在载玻片上加一滴镜油，然后拨动板对换高倍镜和油镜，使油镜头尖端和油接触，而后向接目镜观察。假如不清晰，可稍微转动调节器，但切记不要用粗调节器。
（3）用过油镜后，必须用擦镜纸或软绸将载玻片和油镜所粘着的油拭净。必要时，可略蘸二甲苯少许，揩拭镜头，最后用擦镜纸或软绸擦干。
4,显微镜的保护法
（1）显微镜应放置在干燥的地方，使用时须避免强烈的日光照射。
（2）接物镜或接目镜不清洁时，应当用擦镜纸或软绸揩擦。
（3）用完显微镜后，应当立即放到镜匣中。
（三）目测微尺和物测微尺及其使用的方法
1．目测微尺 目测微尺是一圆形玻片，其中央刻有精确的刻度。刻度的大小，随使用的接目镜和接物镜放大的倍数以及镜筒的长而改变。使用前，应先利用物测微尺进行标定。
2．物测微尺 物测微尺系一厚玻片，中央有一圆形盖玻片。上有100等分刻度，每等分的长度为1/10mm，即10μm，。使用时，先将目测微尺装入接目镜的隔板上，使刻度朝下；把物测微尺放在载物台上，命名刻度朝上，用平常观察标本的方法，先找得物测微尺的刻度，再移动物测尺与目测微尺使两者的第一线相合，然后计算物测微尺的每一小格内有目测微尺的小格若干个，于是计算后者刻度所表示的长度。如物测微尺的一小格相当于5个目测微尺的小格，则目测微尺在此种条件下，其每格的长度即等于10/5或2μm。如在同样条件下测量物体，而物体之长适为目测微尺的两小格，宽为半小格，则可知此物体的大小为1μm×4μm。
（四）活性污泥和生物膜的观察活性污泥法曝气池中的活性污泥和生物膜法构筑物中的生物膜是生物处理废水的工作主体。它们是由细菌、霉菌、酵母菌、放线菌、原生动物等微生物，以及后生动物如轮虫、线虫等与废水中的固体物质所组成。本实验主要是观察活性污泥和生物膜的结构及菌胶团的形状和辨认活性污泥与生物膜的组成之一——原生动物的形态和特征和运动方式等。
1．标本的制备
（1）活性污泥
1）取活性污泥法曝气池混合液一小滴，放在洁净的载玻片的中央（如混合液中污泥较少，可待其沉淀后，取沉淀污泥一小滴加到载玻片上；如混合液中污泥较多，则应稀释后，进行观察）。
2）小心地用洗净的盖玻片覆盖。这样，就制成了活性污泥的标本。加盖玻片时应使其中央已接触水滴后才放下，否则会在片内形成气泡，影响观察。
（2）生物膜
1）从生物膜法的构筑物内刮取生物膜一小块，用蒸馏水稀释，制成供显微镜观察用的菌液。对于用石子作滤料的生物滤池，也可取石子一小块，置于冲洗干净的烧杯中，加蒸馏水少许和干净的玻璃珠，摇荡数分钟，使滤料上的生物膜脱落在水中，去掉滤料，再摇荡数分钟，做成菌液（如太浓、不易在显微镜下观察，可进行稀释）。
2）取菌液一小滴，置于洁净载玻片的中央，用洗净的盖玻片覆盖（注意不要有气泡）以备显微镜观察之用。
2．显微镜观察
（1）低倍镜观察
1）在选定的接目镜下，利用低倍镜，确定目测微尺一格的长度（单位以μm计）。
2）观察所制备的微生物标本玻片，画出所见原生动物、菌胶团等微生物的形态草图。选择一个原生动物，量出其尺寸。
3）计下观察所用接目镜和接物镜的放大倍数和算出显微镜的放大倍数。
（2）高倍镜观察
1）改用高倍镜观察，画出微生物的形态草图，并与用低倍镜所看到的比较，注意其不同点。
2）记下显微镜的放大倍数。
