工业废水的来源性质及危害
出处：按学科分类—工业技术 企业管理出版社《工程师手册》第1124页（8542字）
1．工业废水的来源和种类
几乎所有的工矿企业在生产过程中都要利用水，也都不可避免地要产生并排放废水。水在工业生产中的用途很广。它可用作生产原料、溶剂、洗涤剂、冷却介质或传送介质。经过使用的水，往往只消耗了一小部分，其余大部分则由于使用而改变了水质，或是升高了温度，或是混进了杂质，不宜于继续使用，不得不废弃和排放。这种从工矿企业生产过程中排放出来的废水，统称为工业废水。
工业废水一般可分为两大类。第一类是直接排放自生产过程的工业废水。例如，排放自生产工艺过程、洗涤过程、冲洗设备和车间地板的废水。这类水在使用过程、洗涤过程、冲洗设备和车间地板的废水。这类水在使用过程中与原料、设备、半成品、药剂或成品直接接触，废水中必然挟带大量杂质。这类废水污染较严重，危害较大，可称为生产污水，是水污染防治的主要对象。第二类工业废水，又称洁净废水，主要来自工业企业中的间接冷却水系统，因为水在使用过程中未直接接触上述物质，其水质相当洁净，只是水温略有升高。这类废水应尽量循环使用。
工业废水(主要指工业污水)的污染性质和危害程度，随工业生产的性质和类别而有很大的差异，即使是同一类型的工业企业，也会因为原料、工艺流程及生产管理方法的不同而产生不同性质的废水。从废水污染防治的需要出发，可以按照废水的来源将工业废水分为：钢铁工业废水、食品工业废水、印染废水、电镀废水、化工废水……也可以按照废水中的主要污染物及废水的主要特征将工业废水分为：酸性废水、碱性废水、含重金属废水、放射性废水……，表7．3．1－1所列是最常见的工业废水及其来源。
表7．3．1－1 常见的工业废水及其来源
2．工业废水中的主要污染物及其危害
工业废水所含的污染物种类繁多，性质各异。它们中的绝大多数都会从某种途径影响水环境的正常状态，甚至严重地污染水体，破坏其原有的使用价值。
水污染的性质、程度及其对人类的危害，主要决定于工业废水中污染物的性质和数量。从保护水环境的要求出发，以下这些工业废水污染物是最值得注意的。
(1)有毒物质
有毒物质可能是有机物，也可能是无机物。这类污染物对人类及环境的危害最甚，最受到人们的关注。根据毒性大小及其作用机理，有毒物质可分为两类。一类毒性作用快，只要极低浓度就能在短时期内对人、畜、鱼类或其他生物产生毒害。另一类毒性作用慢，其毒性要通过食物链在生物体内逐渐富集后才显示出来，不易被人们及时发现，却也能造成致命的后果。
以下是在工业废水中常见的一些有毒物质。
①氰化物
氰化物分两类。一类为无机氰，如氢氰酸及其盐类氰化钠、氰化钾等，为剧毒物质，对人的口服致死量为50～120毫克。另一类为有机氰或称腈，如丙烯腈、乙腈等，是化工产品的原料，在水中能离解为氰离子和氢氰酸，因此其毒性与无机氰同样强烈。
②重金属
包括汞(Hg)、镉(Cd)、铬(Cr)、铅(Pb)等。
汞是对人体健康危害极严重的一种重金属污染物，属于累积性毒物。但无机汞化合物进入人体后，不易被吸收，只是汞能在厌氧微生物作用下转化为甲基汞，甲基汞通过食物进入人体后，很易被吸收并输送至全身各器官，尤其是肝和肾，约有15%将进入脑组织。汞离子能与酶蛋白的巯基相结合，使酶丧失活性，危及人体健康。甲基汞侵入人的中枢神经系统后，会导致神经系统功能的破坏，直至死亡。而且甲基汞所致脑损伤是不可逆的，迄今尚无有效疗法。
镉是比较常见的一种污染物，也属于累积富集型毒物。受镉污染的水体会使其中鱼及水生物含镉，用这种污染水灌溉的农作物也会富集镉，镉通过水及食物进入人体后，形成镉硫蛋白进入血液，并蓄积于肾、肝中。镉与蛋白质分子相结合，能使许多酶系统受到抑制，影响肝、肾的正常功能，还会使骨骼的正常生长代谢受到阻碍，造成骨骼疏松、萎缩、变形等，也会致人于死地。镉中毒的潜伏期很长，短则10年，长则30年，发病后也很难治疗。
铬也是较普遍的一种有毒物质。铬在水中可以三价铬或六价铬的形式存在，二者都对人体健康有害，且已证实有致癌作用。一般认为六价铬更易为人体吸收，能在体内累积，毒性更强。但三价铬对鱼类的毒性比六价铬高。
铅是另一种累积性毒物。经饮水、食物进入消化道的铅，有5～10%被人体吸收，其主要危害是损坏骨髓造血系统和神经系统。因为铅能干扰血红素的合成，并抑制酶的活动而导致溶血，因此铅中毒的一个主要症状是贫血。另一个主要症状是末梢神经炎，出现运动和感觉障碍。
其他重金属如镍、铜、锌等，也是应该加以注意的污染物。
③有毒合成有机物
随着现代合成化学工业的发展，人工合成有机物的种类一天天地增多，如合成塑料、合成纤维、合成橡胶、合成染料、合成洗涤剂、合成农药等。其中相当一部分高分子的合成有机物具有很稳定的结构，不易被微生物所降解，能在环境中长期存在并积累，形成潜在的威胁，有的更具有致癌、致畸、致突变的作用或其他毒性。
有机氯农药就是具有毒性的一种难降解有机物，包括应用最早、最广的杀虫剂滴滴涕和六六六，以及林丹、甲氧滴滴涕、氯丹、七氯、艾氏剂、狄氏剂……这类农药施用于土壤后，为土壤颗粒所吸附，滞留期可长达数年；随地面经流进入水体后，能被胶体颗粒或油粒吸附并在水中扩散。水生生物对有机氯农药有很强的富集能力，在水生生物体内有机氯农药的含量可比水中的含量高几千倍到几百万倍。它通过食物链进入人体后，能在肝、肾、心脏等组织中蓄积。由于其脂溶性大，所以它在脂肪中蓄积最多，达一定浓度后即能显示出毒性，还会影响下一代的健康。
有机磷农药是急性中毒类污染物。它能导致神经功能紊乱，出现呼吸困难、瞳孔缩小、肌肉痉挛、神志不清等一系列症状，还会引起精神错乱、语言失常，即对中枢神经系统功能的破坏。有机磷农药品种很多，包括：敌百虫、敌敌畏、稻瘟净、克瘟散、地散磷、草特磷等。一般有机磷农药能在自然环境中迅速降解，其残留时间仅数天或数周。
多氯联苯(PCB)是一类人工合成有机物，在工业上广泛用作热载体、绝缘油和润滑油等。通常，以废油、渣浆、涂料剥皮等形式存在的多氯联苯进入水体后，先是沉积在水底。然后缓慢地向水中迁移，污染生态系统，并通过食物链的传递和富集进入人体。其急性中毒症状为腹泻、脱水、中枢神经系统抑制，直至死亡。长期小剂量接触引起的慢性中毒症状为眼眶周围浮肿、脱毛、痤疮样皮肤损害等。关于多氯联苯的致癌作用也正在进行研究。
增塑剂主要是肽酸酯类化合物，也是有毒污染物。工业废水将肽酸酯类增塑剂带入河流，它们的溶解度较有机氯化物高，稳定性又很强，不易被微生物降解。它们通过食物链进入人体后，能引起中毒性肾炎，对中枢神经系统也有抑制和麻醉作用。
多环芳烃类化合物是一类已经证实的致癌毒物，主要来源于煤和石油的燃烧，存在于炼油厂、煤气厂、煤焦油加工厂和沥青加工厂等排出的废水中。通过各种途径进入人体后，多环芳烃能经肝和肺细胞微粒体中混合功能氧化酶激活而转化为数十种代谢产物，转化为环氧化物的就可能成为致癌物。多环芳烃的化学结构与其致癌性有关，分子结构的改变，常常引起致癌活性的显着变化，有致癌活性和主要是4－6环的多环芳烃中的一部分。
除了上述有毒物质外，工业废水中还含有砷、酚、醛等多种有毒污染物。三价砷化合物毒性很强，其主要机理是与酶系统的的巯基结合，使细胞代谢失调，对神经细胞的危害最大，还会恶变为皮肤癌。酚、醛是极常见的有机污染物，虽然较易降解，但在达到一定浓度后，也会对人类的健康及生物繁殖产生毒害。
另外，还有不少盐类对水生生物有毒害作用。例如，氯化物浓度达4000毫克／升对淡水鱼类就有毒；氟化物不仅会引起牙齿、骨骼中毒症状，也还可能的致癌、致畸、致突变作用。
(2)有机物质
主要指耗氧的有机物。这类物质虽无直接毒性，但由于其不稳定的化学特性，它们易在微生物的作用下向稳定的无机物质转化，转化过程中常需消耗氧，因而会造成水体中缺氧的状况，导致鱼类窒息死亡，以及河水变黑发臭等严重的污染症状。
工业废水中所排放的有机污染物量大、面广、种类多、性质复杂。除了前述的有毒合成有机污染物必须分别进行考察加以防治外，其他有机物的主要污染特征既然都是消耗氧，就可以采用耗氧量的指标来代表这些有机污染物的含量。事实上，要对各种不同的有机物都分别进行测定既无必要，也不可能。
目前常用的表示废水中有机污染物的指标有生化需氧量、化学需氧量、总需氧量和总有机碳等。
①生化需氧量(Biochemical Oxygen Demand，简称BOD)
生化需氧量的定义为：废水中有机物在微生物作用下进行分解稳定所需的氧量。一般有机物在微生物作用下的分解稳定，是分两个阶段进行的。第一阶段是有机物转化CO2、NH3、和H2O的过程，第二阶段是NH3进一步在亚硝化菌和硝化菌的作用下转化为亚硝酸盐和硝酸盐，称为硝化过程。因为NH3已经是无机物，平时所采用的生化需氧量，一般只指第一阶段生化应所需要的氧量。
微生物的活性受温度的影响很大，其最适宜的温度为15～30℃，在测定生化需氧量时，一般以20℃作为标准温度。在20℃及有充足的氧供应(但不搅动)的条件下，有机物完成第一阶段氧化需时长达100天左右，但20天的生化需氧量(BOD20)一般已达第一阶段完全生化需氧量(
)的99%。在实际工作中，这两项指标都很难采用，因此一般规定以5天作为测定BOD的标准时间，所测定的生化需氧量简称BOD5。显然，BOD5＜BOD20＜BODu，其间的差异可以反映出某种工业废水所含有机物在微生物作用下分解稳定所需的时间长短。
生物需氧量可以较接近地表示废水中有机污染物在天然水体中耗氧的情况，但测定需时较长，对于不易被微生物降解的有机物，这个指标不具有代表性。
②化学需氧量(Chemical Oxygen Demand，简称COD)
化学需氧量的定义是：废水中有机物在一定条件下被化学氧化剂氧化所需的氧量。一般采用强氧化剂重铬酸钾在酸性条件下对水样进行加热回流，可以比较完全地氧化水中的有机物，但同时也氧化了废水中的还原性物质，因此化学需氧量虽然能够较精确地代表废水中的有机物量，却也有一定的误差，而且它不能象BOD那样直接说明废水排入河流后引起的卫生问题。以重铬酸钾为氧化剂测定的COD有时表示为CODcr。
化学需氧量测定需两个多小时，比生化需氧量需时短得多。
从数量上比较，化学需氧量一定大于生化需氧量。二者的差额反映了废水中所含微生物不能降解的有机物量、被微生物利用合成细胞物质的一部分有机物量和废水中的还原物质含量。在实际工作中，常常利用BOD5／TOD这个比值来衡量工业废水是否宜采用生物处理法进行处理。
③总需氧量(Total Oxygen Demand，简称TOD)
总需氧量的意义是有机物被完全氧化，即其中C、H、N、S等元素分别被氧化为CO2、H2O、NO和SO2所需的氧量。总需氧量的测定由仪器完成，其原理是将一定量的水样注入氧含量一定的气流中，送入以铂钢为触媒的燃烧管，在900℃高温下燃烧，水样中的有机物消耗了载气中的氧，用电极测定剩余氧量，即可计算出总需氧量。测定十分迅速，一个水样仅需几分钟。
不言而喻，总需氧量的数值常大于化学需氧量。
④总有机碳(Total Organic Carbon，简称TOC)
总有机碳表示的是废水中的有机污染物的总含碳量。其测定原理是：将水样加酸，通过压缩空气吹脱水中的无机碳酸盐，以排除干扰，然后将水样注入以铂为触媒的燃烧管，在900℃高温下燃烧，由含氧一定的气流供给氧，利用红外气体分析仪测定燃烧过程产生的CO2，再折算其中的C量，测定一个水样也只需几分钟。
TOD和TOC的测定，都是利用化学燃烧氧化反应，在仪器中完成的，但测定结果的表示方法不同，TOD以燃烧中消耗的氧量表示，TOC以C量表示。这两项指标都可以基本上代表全部有机物的量，但不能直接反映废水在自然条件下的耗氧特征及其卫生影响。
排放耗氧有机物的工业企业很多，其排放总量要远大于居民生活污水的排放总量。据美国统计，美国各种工业所排放的废水量约为全国居民排放的生活污水量的2．5倍，而工业排放的BOD5总量却是全国居民排放的BOD5的3．0倍。各种不同的工业企业排放的BOD5量是很不相同的，COD量也不相同，表7．3．1－2列举了某些工业企业所排废水的BOD5浓度、COD浓度以及BOD5／COD值。由表可见，不向工业废水的BOD5／COD比值有较大的差异，一般，此比值较高的废水较容易通过生物处理法得到净化。
表7．3．1－2 某些工业废水的BOD5和COD浓度
(3)无机盐类
天然水中存在各种盐类，但是其含量低，不构成污染。而某此工业废水中无机盐类含量极高，这种废水排放至水体会造成不良影响，甚至形成污染。
无机盐类容易引起的污染问题有以下三种：
①酸碱污染
水的酸碱性质以pH值表示。很多工业废水呈强酸性或强碱性，排入水体会影响水的酸碱度，使其不宜用于游泳和划船等娱乐性用途，以及其他工业、农业用途，甚至危及鱼类及水生物的生命。
酸性废水排自金属工厂的酸洗车间、人造纤维工厂及农药工厂等，排放碱性废水的有造纸厂、化纤、印染、制革等工厂。
一般认为，应保持水体的pH值在6．5～8．5之间，工业废水排放的容许pH值则为6．0～9．0。
②营养污染
氮、磷等无机元素对人类无毒害，它们都是植物生长所必需的营养，但是如果水体中氮、磷浓度达到一定值后，就会引起藻类的大量繁殖，而藻类死亡后被微生物分解，不断消耗水中溶解氧，会使水质逐渐恶化，鱼类就不能生存。藻类死亡后释放出来的氮、磷物质又会促使新生藻类的繁殖。这样，水体就很难恢复到正常状态。死亡的藻类沉入水体，一代代地堆积起来，还会使水体淤积变浅，直至成为沼泽。
在湖泊、河口、海湾等流动缓慢的水体中，，营养污染往往是一个严重问题。营养污染又称为富营养化。
③增加水的硬度和产生其他影响
含无机盐类过多的工业废水排入水体会使水的硬度增加，造成工业、城市及农业用水的很多麻烦。例如，硬度过高的水会在锅炉和管道中结垢，而对其进行软化处理又要增加费用；硬水会影响纺织工业中染色的效果；硬水会降低啤酒及食品罐头的质量。
水中某些无机盐类还会引起一些特殊问题。例如，硫酸镁会引起腹泻，氯离子过多会使绝缘纸的电导率增加，铁离子会使白色的纺织品或高级纸张染上锈斑等。
(4)悬浮物质(SS)
悬浮物质可能是有机物或无机物，有可沉的、悬浮于水中的或飘浮于水面的。大量悬浮物质排入水体，会增加水的浊度，形成底部淤积，其中的有机成分还会消耗水中的溶解氧。因为悬浮状的污染物质是人能够看到的，它可以使水体的感官性状变坏，使水体的使用价值降低。
(5)油类
油类包括石油类产品及动植物油脂。它们进入水体后漂浮在水面，隔绝了阳光透入水体的途径，使水生植物有易在水中生长，也干扰了大气中的氧通过水面向水中的溶解过程，还有引起火灾的危险。它们对某些鱼类或水生生物有毒性，或者会使鱼类有异味。含油过多的水不宜用作锅炉给水或冷却水源，也不适于娱乐性用途。这种水还会使传统的水处理发生困难。
(6)带色污染物
带有颜色的水使人生厌，影响阳光的透射，而且颜色往往是存在某些污染物的证明。色度较大的工业废水排入水体会使水体颜色改变，使水不适于某些工业应用及生活应用。显然，人们也不会愿意在带颜色的水中进行娱乐性活动和体育活动。
纺织印染工业排出的废水带有各种各样的颜色，屠宰厂废水呈红色或深棕色，制浆及造纸废水的颜色为深棕色。一般，在传统的废水处理过程中去除颜色有很大的困难。
(7)热水
热水本身虽不能称为污染物，但温度过高的工业废水排放至水体，便水体温度提高之后，会产生一系列不利的影响。首先是不利于利用该水体水作工业冷却水，其次是水温越高，水中溶解氧越少，不利于鱼类生长，不能满足微生物的需氧量，而且微生物在温度较高的环境中活性增强，更会加速水体中溶解氧的消耗。因此，温度过高的工业废水会引起所谓的“热污染”。
(8)微生物
少数工业废水，常含有细菌和其他微生物，有的甚至是致病的。例如，制革废水中可能含有从动物身上带来的炭疽菌，这类细菌很难杀灭。
(9)放射性物质
核能的和平利用、核电站工业的发展以及可裂变物质制造工业的开发，使水环境面临新的污染－放射性废物的污染。由于放射性物质的危害既可以在短时期内发生，又可以延续很多年，而且它是对活细胞具有累积性破坏作用的看不见的污染物，所以放射性污染问题是很不寻常的。例如，受到放射性污染的河流在很长时期内不能恢复其正常状态。因此，对放射性废物的污染必须严加防范。