当前世界环境

介绍

在世界范围内，水资源短缺是一个日益严重的问题，它与水污染和污染密切相关。据世卫组织估计，每人每天平均用水量约为280升。¹⁹使用后，水作为“废水”返回环境。这种生活污水从源头到处理系统的过程中与一些工业废物，制药废物和农业径流混合，称为“污水”。最后，污水被重金属、药物化合物、营养物质和所有特定地区的当地废物严重污染。

污水本质上是复杂的，根据其成分需要专门的处理系统。不同地区的污水组成存在差异，受到生物和非生物因素的严重影响。¹⁸生物因素包括人类及其社会经济行为，而非生物因素包括在处理过程中添加的从食物废物到工业废物的所有废物。

全球有18亿人使用被粪便污染的饮用水源。^20.粪便污染是指未经处理或处理不当的污水与饮用水混合。由此可见污水处理厂正常运行的重要性和必要性。处理系统的设计应根据污水的特性和运行地点进行。¹¹原水特性给出了特定区域的污水组成，而处理后的流出物特性有助于改进现有的处理系统。基于以上几点，本研究旨在检测三个不同污水处理厂在处理前后两个不同季节的污水的物理化学特性。

材料与方法

样品收集

样品从三个不同的地点无菌收集，即TNAU污水处理厂、Karunya污水处理厂和Ukkadam污水处理厂的收集池(未经处理的污水)和输出(处理过的污水)。对于季节变化研究，在季风前(2015年5月)和季风后(2015年11月)从同一地点采集样本。于上午8点采集样本。M至上午11点)，并储存在无菌聚四氟乙烯瓶在4°C进行分析。采样进行了10天，以排除偶然污水流的可能性。样品在位于印度泰米尔纳德邦哥印拜陀的泰米尔纳德邦农业大学环境科学系发酵实验室进行理化和生物学特性分析。

理化分析

用pH计和电导率计测定pH值和电导率。pH计(Elico®LI 20)和EC计(Hanna instruments, EC 215)在读取读数之前使用pH缓冲液(4.0,7.0和9.2)和饱和KCl进行校准。溶解氧(DO)、生化需氧量(BOD)、化学需氧量(COD)、总溶解固体(TDS)、总悬浮固体(TSS)、总碱度(TA)、总凯氏定氮(TKN)、氨态氮(NH)₄-N)、硝酸盐(NO_3.)、钠(Na)、钾(K)、钙(Ca)、镁(Mg)、氯化物(Cl)^-)、硫酸盐(SO₄^２－)用表1所示的标准方法进行分析。^3.重金属分析:在100 ml锥形烧瓶中取10 ml样品，加入15 ml王水(HCl: HNO3 @ 3:1)。然后用Whatman No.40滤纸过滤酸消化物，用空气-乙炔火焰原子吸收分光光度计(AAS)分析重金属。

细菌学的分析

用于水的细菌学分析的培养基分别为营养琼脂(NA)、乳糖肉汤(LB)、玫瑰琼脂和Kenknight培养基，分别用于细菌、大肠菌群、真菌和放线菌。细菌、真菌和放线菌的总活菌计数采用连续稀释法，大肠菌群计数采用MPN法。将未接种的试管或平板与接种的试验一起孵育，确认每批试验培养基的无菌性。未接种的试管或平板总是检查没有细菌生长的证据。

数据分析

使用单因素方差分析比较三个采样点之间的差异。数据集显示了显著的差异，经受了多重比较的Tukey事后检验。采用配对t检验分析季节变化(季风前和季风后)和处理差异(未经处理和处理的污水)。所选样品理化参数之间的关系(p<0.05)采用Pearson’s correlation进行分析。

结果

污水样品的物理特性

从污水处理厂收集的水样的物理特性列于表1。数据显示，pH、EC、TSS、TDS和TA均在1986年《环境保护条例》规定的环境污染物排放一般标准范围内。Ukkadam原水pH、EC、TDS、TDS和TA含量显著高于其他3个样点(p<0.05)。配对t检验显示，季风前的pH、EC、TDS、TDS和TA显著高(p<0.05)。三个采样点收集池内的原污水在季风前pH值均显著(p<0.05)降低，尤卡达姆池的pH值明显低于其他植物。EC相对要高得多(2.92 dSm)¹2.55)(前季风时期,dsm¹(季风后)，处理后Ukkadam收集池原污水显著降低(p<0.05)。配对比较显示，季风后季节TSS显著高(p<0.05)，季风前季节TDS显著高(p<0.05)。治疗后TDS (p=0.0054)、TA(p=0.0029)均显著降低(p<0.05)。原水中的DO值大多低于水生生物生存所需的最低水平3ppm。季前原水DO值显著(p<0.05)低(TNAU、Karunya、Ukkadam分别为1.93、1.92和0.1)。处理过的污水有相当高的DO水平，Ukkdam处理过的污水在季风季节后显著增加(p<0.05)。方差分析显示，三个不同地点的原水和处理污水的DO (p=0.0005)和TA (p=0.0204)值无显著差异。Tukey的临时测试结果表明，Ukkadam站点的原始污水与TNAU (p=0.0058)和Karunya (p=0.0060)的值有显著差异。季节变化表明，乌克达姆池原污水BOD (p=0.0062)和COD (p=0.0012)水平在季风前显著偏高，BOD最大值为320 ppm。处理后，Ukkadam的COD值显著(p=0.0012)从760 ppm降至47 ppm。 Pearson’s correlation coefficient analysis was done to determine the level of association between the selected parameter which are dependent on each other. Significant positive correlation was observed between the following pairs: BOD/TDS (r = 0.853) and BOD/EC (r = 0.881). There is a negative correlation observed between the BOD and DO values (r = -0.761).

表1:各参数的分析方法 点击这里查看表格

污水样品的化学特性

TKN (mg/L)、NH₄-N (mg/L)， NO_3.^-(毫克/升),阿宝₄^-(毫克/升),Cl^-(mg/L)和SO₄^２－(mg/L)的含量见表2。方差分析表明，上述各项参数在三个不同地点间均无显著差异。不同季节的硝酸盐、磷酸盐和氯化物含量差异显著(p<0.05)。治疗后TKN, NH₄- n,阿宝₄^-, Cl^-所以₄^２－均显著(p<0.05)降低。

表2:样品的物理特性 从污水处理厂收集 点击此处查看图

重金属

从三个不同地点收集的污水样本进行了总Cr、Ni、Cd、Pb和Fe的分析，见表3。经处理后，所有五种重金属均在1986年中央污染控制委员会(CPCB)规定的公共下水道允许限量内。采用单因素方差分析对三个地点进行多重比较，发现镉在三个不同地点的分布差异显著(p=0.2935)。污水中5种金属的季节变化差异不显著(p<0.05)，但处理后cr (p=0.0071)、Ni (p=0.0016)、Cd (p=0.0272)、Pb (p=0.0373)、Fe (p=0.0012)的季节变化差异显著。除镉外，EC与其他重金属呈显著正相关。

表3:样品的化学特性 从污水处理厂收集 点击此处查看图

细菌学的分析

三个采样点的比较表明，每个采样点的细菌数量差异显著(p=0.0197)(表4)。Tukey的事后检验表明，Ukkadam收集池与其他两个采样点存在显著差异。真菌和放线菌数量差异不显著(p<0.05)。季风前、后季节微生物数量差异不显著(p<0.05)。

表4:所采集样品的重金属含量 从污水处理厂 点击此处查看图

讨论

从污水处理厂收集的样品的物理化学特性

季风后的pH值为7.41 ~ 7.55，季风前的pH值为7.62 ~ 7.96。这些结果与pH值为8.0 ~ 9.4的污水分析呈正相关。⁸这一结果表明，季风前的pH值比季风后的碱性更强，因为添加到污水中的肥皂和洗涤剂等排放物在旱季集中。卡纳等(2012)⁷夏季亚穆纳河碱性pH值分别为8.25±0.12和8.4±0.08。所有采样点所录得的平均pH值均在公共污水管制委员会的限值内⁵在6点至9点之间，将污水排放到环境中。

水的电导率可以用来估计溶解在水中的固体的总量。它给出了一个关于样本可能的TDS的概念。它取决于水的温度，即如果温度高，电导率就会高。最大电导率似乎是2.92 dSm¹．

碱度表示氢氧根(OH)的量^-)、碳酸盐(CO)_3.^２－)和碳酸氢盐(HCO)_3.^-样品中存在的离子。原污水和处理后出水的TDS分别为1045 ~ 1554 mg/L和720 ~ 857 mg/L。含高TDS的污水在施用于农田前应进行适当处理。否则，它会在土壤中积累，破坏土壤健康。总悬浮固体的高含量主要是由于工业废水排放到污水中。¹³

原始样品溶解氧在季风前为0.1 ~ 1.93，季风后为0.3 ~ 2.01。经处理后，后季风季节Ukkadam STP原污水的最大DO为4.8 mg/L。DO一般对温度敏感，随着温度的升高，溶解氧的溶解度降低。温度的升高加速了代谢途径，从而导致氧气消耗的增加。¹⁴根据Cunningham和Saigo (1999)，⁶向水中添加某些有机物质会刺激分解者消耗氧气，从而减少水中的溶解氧。

有机物质和废物的分解需要消耗氧气来进行呼吸。¹²生化需氧量(BOD)被定义为微生物在好氧条件下稳定废物中生物可分解有机物所需的氧气量。因此，BOD主要是一种生物测定程序，涉及O的测量₂被细菌消耗，同时在有氧条件下稳定有机物。¹在季风前季节，污水的BOD为230 ~ 320 mg/L，季风后由于生物活性较低，其数值低于季风前。较高的BOD值是由较高的生物活性和大量可降解废物获得的。¹⁵这可能是未经处理的污水、固体废物和工业废物排放的结果。¹⁰COD表示废水中存在的有机和无机化学物质氧化所需的氧气量。原污水的COD值在季风前为600 ~ 760 mg/L，季风后为532 ~ 779 mg/L。与BOD一样，由于污水中存在有机物和无机物，其分解比生物降解消耗更多的氧气，污水的COD也在季风前达到最大值。

氨氮为2.1 ~ 5.6 mg/L，硝态氮为0.25 ~ 2.55 mg/L。污水中的氨明显表明污水中粪便物质的积累较多。它是由植物、动物和人类的不同代谢过程产生的，自然高于硝酸盐氮。根据CPCB规定，氨氮的最高限量为50 mg/L。相反，萨哈et al。(2012)¹⁷报告氨态氮的浓度范围为5.24 €´61.94 mg/l，硝态氮的浓度范围为2.55 €´11.02 mg/l。这说明废水中以氨氮形式存在的有机氮含量较低。季风前的污水氯化物含量在48至69毫克/升之间，低于CPCB设定的200毫克/升的可接受限值。在季风前和季风期，污水中的磷含量在2至5毫克/升之间，也符合公共下水道的CPCB限制。

污水中的重金属

与其他污水处理厂相比，Ukkadam样品的原始污水含有较高浓度的重金属，如Cr、Cd、Pb、Ni和Fe(图2)。这是由于工业径流混入下水道造成的。Ukkadam原水中含有Cr (2.83 ppm)、Ni (1.66ppm)、Cd (0.04ppm)、Pb (0.53ppm)、Fe (10.51ppm)。经处理的污水含有重金属(表5)，符合污染物控制委员会为公共污水所订明的限量。从图1可以清楚地知道铁在污水中更多的出现。这是因为工业废水，制药工业使用铁作为铁片和粪便的原料。仅次于铁的是铬，其来源是铬鞣业、电镀业和化学清漆业。⁴这五种重金属在乌克兰污水中的含量都高于公共机构废水。

图1所示。样品中重金属的分布 收集到的污水处理厂 点击此处查看图

表5所示。样品的微生物特性 从污水处理厂收集 点击此处查看图

微生物的特点

污水中的细菌可以存活数周，因此环境中的微生物污染会增加。²未经处理污水中的细菌数量达到最高(77 × 10)⁶CFU毫升¹)与季风后季节相比(68 x 10⁶CFU毫升¹）.这表明温度的升高有助于微生物的繁殖。⁹真菌种群也有同样的趋势(7x10)⁶CFU毫升¹至45x10⁶CFU毫升¹)和放线菌(5 × 10⁶CFU毫升¹到62 × 10⁶CFU毫升¹）.

污水中的大肠菌群是粪便污染的主要指标。在季风前季节，未经处理的污水中大肠菌群的数目由每100毫升2400至每100毫升160不等。大量的大肠菌群主要来自人类污水中的有机物质，即城市污水处理厂的大肠菌群数量多于其他污水处理厂(图1)。所记录的高总大肠菌群负荷主要归因于主要来自人类和动物污水的有机沉积物以及高悬浮固体物质。在季风前和季风后季节，大肠菌群的数量都较多。在季风前和季风后，乌米安湖水中总大肠菌群数量均较高。¹⁶

结论

污水特性在污水处理设施的设计中起着重要的作用。废水处理工艺的选择取决于废水的组成，例如生化需氧量、化学需氧量、pH值、悬浮固体、氮、磷、有毒物质的存在和细菌数量。¹¹在季风前，除TSS外，污水的不良特征都高于季风期。处理在减少污水的不良特征方面非常有益，但需要根据时间和特定地区的废物产生进行一些修改。结果表明，来自Ukkadam市政处理厂的未经处理的污水从家庭和工业中吸收了更多的污染物。实验数据表明，需要实施单独的渠道来收集来自不同地点的工业废水，这些废水到达市政处理厂。这可以为工业废水提供更好的处理方案，并对城市废水的适当管理更有用。而且，不含太多有毒物质的家庭用水可以有效地灌溉农田。

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