污水廠污泥重金屬治理的研究方向

文_鐘李枝 柳添輝 孫艷慧 廈門科儀檢測技術有限公司

目前我國在對污水廠的污泥重金屬進行治理的過程中主要采用化學治理方法、物理化學治理方法和生物治理方法。這些治理方法主要包括化學沉淀法、電解電離法、離子交換法、分子膜分離法、活性炭吸附法、硅膠吸附、生物絮凝法、生物吸附法、植物整治法等。但是在實際的污水廠污泥重金屬整治過程中，采用化學治理法和物理化學治理法都會將原有的污染物進行轉移，從而在部分區域造成二次污染，造成污水廠內污泥重金屬以低濃度的特點來污染大流域區域。所以現階段對于污水廠中污泥重金屬最佳治理方法是通過生物方法進行治理，利用生物法治理還具有效果好、投資少和運作費用低等一系列特點。

1 現階段我國城市污水廠中污泥重金屬的種類和形態

1.1 我國城市污水廠中污泥重金屬的種類

我國城市中的污泥中重金屬的主要來源和種類都不盡相同。在相關的研究中顯示，我國城市中污泥明顯超標的重金屬有汞離子、鐵離子、鋅離子、銅離子、鎵離子、鉛離子，不同地區重金屬的超標量還具有一定的差異。我國生物學家姚金玲在對近30年我國的城市污水廠中重金屬分布特征和年代規律進行分析的過程中發現，污水廠污泥重金屬汞離子、鐵離子、鋅離子、銅離子、鎵離子、鉛離子的含量明顯超過《城鎮污水處理廠污染物排放標準》，同時這些重金屬中汞離子、鐵離子、鋅離子超標的倍數最高。

1.2 我國城市污水廠中污泥重金屬的形態

在我國城市污水廠中，污泥重金屬所帶有的生物毒性不僅與其數量有關，還和其分布形態有所關系。目前我國污水廠污泥中重金屬的形態廣泛分布為可交換形態、鐵錳氧化結合形態、碳酸鹽結合形態、殘渣態、有機物結合形態等，這些不同的形態所賦予重金屬的遷移能力是不同的。在有關調查中顯示，重金屬在可交換狀態下的遷移能力大于碳酸鹽結合狀態，重金屬在碳酸鹽結合狀態下的遷移能力大于鐵錳氧化狀態，重金屬在鐵錳氧化狀態下的遷移能力大于有機物結合狀態，而重金屬呈現殘渣狀態就較為穩定，幾乎不會隨著污泥進行遷移。

2 污水廠污泥重金屬對周邊環境的影響

2.1 污泥重金屬對生物反應動力學常數的影響

污水廠污泥重金屬對生物反應動力學常數的影響主要體現在，污水廠中的污水處理過程中有機物、氮元素和磷元素等營養物質都會被微生物分解利用，從而最終表現為微生物大量的繁殖和增長。但是在科學研究中顯示，重金屬對大腸桿菌的生長繁殖速率具有一定的影響，這主要源于重金屬會在一定程度上抑制大腸桿菌的繁殖，從而延長大腸桿菌的生長周期和繁殖周期。同時在低濃度下，重金屬對耗氧速率具有一定的促進作用，并且隨著濃度的加深，重金屬便會對微生物繁殖起到顯著的抑制作用。

2.2 污泥重金屬對污泥微生物群落的結構影響

污水廠中污泥重金屬對淤泥微生物群落的結構具有一定的影響。污水廠中污泥微生物群落主要包括細菌群落、真菌群落、后生動物群落、輪蟲群落、原生動物群落等，這些微生物群落在有機物的凈化過程中起到重要的作用。同時污水廠中的管理人員會根據分解池內微生物的群落結構變化來判斷污水池中的污水是否達到了可排放的生物指標，但是重金屬會對污泥微生物群落造成一定的影響，甚至重金屬還會改變污泥微生物群落的結構和種群變化，這樣便會影響污泥微生物對污水的處理效率。同時，通過微生物群落對污水進行降解的過程中，重金屬元素還會在微生物體內聚集，從而對微生物起到一定的毒殺作用。

2.3 污泥重金屬對污水生物處理效率的影響

在目前的研究中發現，污水廠中污泥重金屬的毒性越大，污水的處理效率越低。在進行治理的過程中，不像水中的有機物一樣易于分解，這些重金屬會長期潛藏在污水中，然后通過各種物理反應、化學反應和生物反應與物理進行結合。如果污水廠主要是通過微生物來降解污水，那么重金屬便會與污水廠中的微生物發生一定的生物反應，這主要是通過微生物內部的細胞結構和代謝產物，將外界的重金屬進行固定，在固定的過程中便會對重金屬的有機質子和離子起到交換的作用，同時在這個過程中重金屬便會進一步在微生物中沉淀，然后微生物在污水池通過吸收能量，利用代謝系統將這些重金屬物質運輸入到體內，重金屬便會被微生物吸收進生物體內，從而與微生物產生金屬絡合物。當一些有毒的金屬離子與微生物中的生物大分子活性點進行結合后，便會改變微生物的正常代謝過程和生理過程，因而導致污水廠中污水池里的微生物大范圍死亡。

3 污水廠中污泥重金屬治理中的具體措施

3.1 化學方法

化學方法在污水廠中治理污泥重金屬污染物，主要采用的方式是化學沉淀法和化學電解法，這兩種方式適合于污水中含有較高濃度的重金屬離子廢水的處理過程。采用化學沉淀法的基本原理是通過化學反應將污水池中呈溶解狀態的重金屬轉化成不溶于水的重金屬化合物，然后將這些不溶于水的重金屬化合物通過過濾和分離的方式，從污水溶液中去除。但是在污水池中利用化學沉淀法受沉淀藥劑和污水池環境的影響，如果污水池中的出水濃度達不到相應的使用要求，那么污水池中的重金屬污染物就無法正常進行化學反應，甚至還會造成二次污染。使用電解法主要是利用污水池中重金屬的電化學特性，金屬離子在電解的過程中會逐漸從高濃度溶液中分離出來，然后便可以對這些重金屬進行重新利用。利用電解法處理污水池中的重金屬的缺點，主要在于不能將污水池中的重金屬離子的濃度降到安全排放標準以內。

3.2 物理化學方法

污水廠在治理過程中，通過物理化學方法來治理污泥重金屬，主要是通過離子交換法和膜分離技術，來對含重金屬離子廢水進行處理。在通過離子交換方法進行處理污水廠污泥中的重金屬的過程中，首先需要在污水池中放入離子交換器，將離子交換器中的離子與污泥中的重金屬發生互相交換，從而達到去除污泥中重金屬離子的目的。但是這種方法在應用過程中受到交換劑成本、數量和產量的制約，無法在實際應用過程中進行大范圍的使用。

我國白龍灣污水處理廠治理污泥重金屬所采用的主要方式便是膜分離技術，這種技術也稱為物理重金屬處理技術，主要是制作一款特殊的半透膜，讓污水在外界壓力的作用下通過半透膜，在不改變污水溶液化學性質的基礎上，將溶液中的溶劑和溶質進行分離。在分離的過程中可以采用電滲析和隔膜電解的方式，電滲析主要是把污水放置于直流電場下，然后通過陰陽離子交換膜對污水溶液中的陰陽離子進行選擇，將污水中的重金屬離子與水分進行分離。采用隔膜電解的方式，主要是用隔膜來隔開電解裝置的陽極和陰極，然后對污水進行電解。通過這種方式，雖然可以較好地去除污水中的重金屬離子，但是在應用過程中往往會受到電極極化、設備結構、設備腐蝕等問題的干擾。

3.3 生物吸附法

在污水廠中對重金屬元素進行治理的過程中，還可以通過生物吸附法來治理污泥中的重金屬。生物吸附法主要是通過微生物細胞來進行一系列的生物化學作用，將重金屬離子進行吸附，在實際吸附過程中主要會發生絡合反應、重金屬離子交換反應和吸附反應等。在我國上海白龍港污水處理廠中，主要是通過微生物來將污水溶液中的金屬離子進行吸引，污水溶液中的金屬離子并會在微生物細胞外聚集和沉淀，再通過微生物表面的生物作用來將金屬離子進行絡合和吸附。在應用過程中，污水處理廠工作人員發現，不管是活的微生物還是死的微生物，對重金屬離子都具有較大的吸附能力，并且微生物不僅可以在高濃度的污水中進行吸附金屬離子，還可以在低濃度的污水中來吸附污水離子，所以利用微生物吸附的方法來治理污泥重金屬，具有較強的實用價值。

3.4 植物整治技術

植物整治技術是目前污水廠治理污泥中重金屬的一項前沿技術。在具體的治理過程中，主要是通過植物發達的根系對污水溶液中的重金屬進行吸收和過濾，然后將污水中的重金屬在植物的根系部位進行聚集和積累。植物整治技術與微生物的治理技術大致相同，主要在治理過程中都是利用生物的活性原則和與重金屬的親和作用，將重金屬轉化成具有較低毒性的產物。并且通過植物整治技術在整治污泥重金屬之后，直接將積累和富集重金屬的植物枝條進行去除和銷毀，便可以降低土壤和水體中的重金屬濃度，從而有效達到治理污染的目的。植物整治技術中所利用的植物主要包括：藻類植物、水生草本植物、木本植物等，這些植物共有的特點便是對重金屬具有較強的耐毒性和積累性。

4 結語

我國工廠企業在生產過程中會排放大量的廢水，而這些廢水中含有數量驚人的污泥和重金屬，一旦排放到自然界中便會在土壤和水源中聚集。因此現階段開展污泥重金屬整治工作，可以更好地改善生態環境。