污水處理過程中的重金屬變化規律研究

原武斌

(山西河津 043300)

0 引言

近年來，重金屬污染事故在我國頻繁爆發，重金屬已成為國家和民眾共同關注的重點污染問題，被國家列為當前優先解決的突出環境問題。國務院批復的《重金屬污染綜合防治“十二五”規劃》是我國出臺的第一個“十二五”專項規劃，重金屬整治的力度必將是前所未有的，也必將引發針對重金屬污染物的新一輪科研與市場開發高潮。重金屬是指比重大于4或5的金屬，通常主要是指汞、鉛、鎘、鉻、砷等生物毒性顯著的重金屬，還包括鋅、銅、鈷、鎳、錫、釩等毒性一般的重金屬。我國水體重金屬污染問題十分突出，江河湖庫底質的污染率超過80%。人們長期食用重金屬污染的農作物，會導致重金屬在人體內的富集。重金屬污染與人類健康和生命直接相關，但其治理難度大，治理成本高。進入污水處理廠的污水中，由于混有不同程度的工業廢水，其中的重金屬含量不容忽視。在污水處理工藝過程中，大部分重金屬離子會從液相變為固相，最終濃縮至污泥中。對重金屬含量在污水處理廠各工藝環節中的變化規律進行深入分析研究有著重要的意義。

1 污水處理過程對重金屬的消減原理

對于采用活性污泥法處理工藝的污水處理廠，常規的構筑物包括沉砂池、初次沉淀池、曝氣池、二沉池等。當污水在這些工藝構筑物中運行時，污水中的COD、氨氮等污染物被去除，各種重金屬離子也同時發生著遷移、轉化。其中涉及到的轉化、消減原理包括多種物理、化學、生物機理。

在沉砂池中，重金屬離子的去除率一般比較高(相對曝氣池而言)，這主要是由于沉砂池會使大量顆粒物沉淀析出，使得寄存于污水顆粒物上的重金屬離子借助重力沉降或吸附沉降得到去除。當采用曝氣沉砂池時，由于曝氣作用，砂粒承受曝氣剪切力，水中的有機顆粒處于懸浮狀態，部分重金屬離子會粘附于密度較小的有機物顆粒，隨著水流被帶入下一處理單元，這會在一定程度上降低重金屬離子在曝氣沉砂池中的去除率，但對整體污水處理廠的重金屬去除率影響不大。

在曝氣池中，主要是借助活性污泥對重金屬離子的沉淀、吸附、胞內吸附等機理［1］，具體過程比較復雜。其核心機理包括三個方面［2］:1)微生物體對可溶性重金屬離子的同化吸收作用;2)微生物代謝產生的胞外高聚物(ECP)對重金屬離子的生物吸附作用;3)生物混合基質對顆粒態重金屬離子的截留作用。其中，一般認為后兩種機理是重金屬離子在曝氣池中被去除的主要因素。ECP中由于含有大量的－OH，－COOH等配位基團，存在吸附不同重金屬離子的結合點位，可與溶解態的重金屬離子實現沉淀、共沉淀、配位、離子交換、吸附效應。

污泥回流對重金屬去除也是有意義的，研究表明［3］部分活性污泥回流到厭氧池后，重金屬在厭氧池中的去除率都較高。

2 污水處理過程中重金屬變化規律

當污水在采用活性污泥法的污水處理廠中穿行時，其在沉砂池、初次沉淀池、曝氣池、二沉池等處的重金屬離子含量變化規律是不同的。本文對晉中市某污水處理廠的各個工藝環節的重金屬含量檢測結果見表1。

表1 各工藝環節重金屬含量 mg/L

可見，Zn，Cu，Pb，Ni，Cr等重金屬離子在經過活性污泥法處理之后，大部分都可以得到較好的去除。有研究者認為，A2/O法對污水中重金屬離子的去除率是比較高的，大都在78%以上，各種金屬去除率并不完全相同，其去除率的順序是:Zn＞Hg＞Cu＞Cr＞ Cd ＞ Pb［4］。

在初沉池或沉砂池中，一般而言，Cu，Cr，Zn的去除率處于50%～70%之間，Pb，Ni的去除率處于30%～48%之間。Cr水合物的溶度積較小，在初沉池或沉砂池中的去除率一般處于最高位置。污水經過一級處理之后，其重金屬離子的濃度多數達不到污水處理廠污染物排放標準的要求。

在曝氣池中，由于活性污泥對不同的重金屬離子的去除能力是不同的，這一方面是與重金屬離子的配位能力不同而引起的，另一方面也由于曝氣池中的污泥泥齡、回流參數、溫度、pH等因素的影響。一般而言，Zn在曝氣池中的去除率較高，達到41%～45%;Cu，Pb的去除率為30%～36%;Cr的去除率為8%～15%。

3 影響污水處理中重金屬去除率的因素

在污水處理過程中，影響重金屬去除率的因素有“外因”“內因”兩個方面。內因一般是指重金屬本身的化學性質以及在污水(進水)中的存在形態(溶解態、有機結合態、碳酸鹽結合態、硫化物結合態、殘渣態等)。外因一般是指污水處理構筑物中的物理化學條件，主要包括:污水處理工藝差異、水溫、酸堿度、泥齡、回流比、毒性物質濃度與種類、菌膠團的生長狀況等。

不同的重金屬離子及其配位能力、離子交換能力、吸附能力的不同，會直接影響到其在污水處理過程中的沉降、吸附、交換效率。一般而言，Hg，Zn，Cd，Cu，Pb的配位能力比較強，易與溶解性有機物形成穩定配合物，去除率較高。

由于不同城市的污水來源不同，其生產廢水占據的比例與成分差異很大，導致進入污水廠的混合污水的組分差異較大，其基本性質如pH，Eh，SS等也會不同。即使是在近似的酸堿度條件下，各種重金屬離子以顆粒態和膠體態存在的數量比例是有差別的。通常Cu2+在中性條件下去除率較高，Cr6+在偏酸性條件下去除率較高，Zn2+在偏堿性條件下去除率較高。

在沉淀池中，當進水中重金屬以顆粒態存在的量較多時，易于去除;當水中的pH值較高時，金屬離子趨向于以顆粒態存在而沉降，這也是Cr在沉淀池中去除率高的原因之一。

在曝氣池中［4］，活性污泥對不同的金屬離子吸附能力不同而影響著對重金屬的去除。

4 結語

1)大多數重金屬(Cu，Zn，Pb，Cr，Ni)經過常規污水處理工藝，都可以得到較好的去除，其機理涉及到沉淀、吸附等多種效應的綜合作用。

2)不同的污水處理構筑物對各種重金屬離子的去除率是不同的，一般而言常規活性污泥法對Cu，Cr，Zn的去除率較高，對Pb，Ni的去除率較低。

3)即使是在同一個污水處理廠，由于進水水質的不同、運行條件的變化，也會導致重金屬去除率的較大變化，因此要想利用常規活性污泥法處理工藝對污水中的重金屬進行去除，必須使各項運行參數利于重金屬離子的去除。如果常規的污水處理工藝不能滿足重金屬去除的要求，必須補充建設針對重金屬去除的后續深度處理工藝，以保證出水達標。

［1］盧吉文，陳萍麗，趙秀蘭.傳統活性污泥法處理城市污水過程中重金屬的變化研究［J］.環境污染與防治，2008，30(5):29-32.

［2］Dong W K.Fate of Heavy Metals in Activated Sludges:Sorption of Heavy Metals Ions by Nocardly Amarae［D］.Graduate School of the Ⅱ inois Institute of Technology，1997:24-36.

［3］朱延強，張媛媛.延安市污水處理廠各工段重金屬元素的含量分析［J］.微量元素與健康研究，2012，29(6):59-61.

［4］楊啟霞，常顯波，劉英霞，等.某城市污水A2/O處理過程中重金屬去除率分析［J］.環境科學與技術，2009，32(11):143-145.