原武斌

(山西河津 043300)

0 引言

近年来，重金属污染事故在我国频繁爆发，重金属已成为国家和民众共同关注的重点污染问题，被国家列为当前优先解决的突出环境问题。国务院批复的《重金属污染综合防治“十二五”规划》是我国出台的第一个“十二五”专项规划，重金属整治的力度必将是前所未有的，也必将引发针对重金属污染物的新一轮科研与市场开发高潮。重金属是指比重大于4或5的金属，通常主要是指汞、铅、镉、铬、砷等生物毒性显著的重金属，还包括锌、铜、钴、镍、锡、钒等毒性一般的重金属。我国水体重金属污染问题十分突出，江河湖库底质的污染率超过80%。人们长期食用重金属污染的农作物，会导致重金属在人体内的富集。重金属污染与人类健康和生命直接相关，但其治理难度大，治理成本高。进入污水处理厂的污水中，由于混有不同程度的工业废水，其中的重金属含量不容忽视。在污水处理工艺过程中，大部分重金属离子会从液相变为固相，最终浓缩至污泥中。对重金属含量在污水处理厂各工艺环节中的变化规律进行深入分析研究有着重要的意义。

1 污水处理过程对重金属的消减原理

对于采用活性污泥法处理工艺的污水处理厂，常规的构筑物包括沉砂池、初次沉淀池、曝气池、二沉池等。当污水在这些工艺构筑物中运行时，污水中的COD、氨氮等污染物被去除，各种重金属离子也同时发生着迁移、转化。其中涉及到的转化、消减原理包括多种物理、化学、生物机理。

在沉砂池中，重金属离子的去除率一般比较高(相对曝气池而言)，这主要是由于沉砂池会使大量颗粒物沉淀析出，使得寄存于污水颗粒物上的重金属离子借助重力沉降或吸附沉降得到去除。当采用曝气沉砂池时，由于曝气作用，砂粒承受曝气剪切力，水中的有机颗粒处于悬浮状态，部分重金属离子会粘附于密度较小的有机物颗粒，随着水流被带入下一处理单元，这会在一定程度上降低重金属离子在曝气沉砂池中的去除率，但对整体污水处理厂的重金属去除率影响不大。

在曝气池中，主要是借助活性污泥对重金属离子的沉淀、吸附、胞内吸附等机理［1］，具体过程比较复杂。其核心机理包括三个方面［2］:1)微生物体对可溶性重金属离子的同化吸收作用;2)微生物代谢产生的胞外高聚物(ECP)对重金属离子的生物吸附作用;3)生物混合基质对颗粒态重金属离子的截留作用。其中，一般认为后两种机理是重金属离子在曝气池中被去除的主要因素。ECP中由于含有大量的－OH，－COOH等配位基团，存在吸附不同重金属离子的结合点位，可与溶解态的重金属离子实现沉淀、共沉淀、配位、离子交换、吸附效应。

污泥回流对重金属去除也是有意义的，研究表明［3］部分活性污泥回流到厌氧池后，重金属在厌氧池中的去除率都较高。

2 污水处理过程中重金属变化规律

当污水在采用活性污泥法的污水处理厂中穿行时，其在沉砂池、初次沉淀池、曝气池、二沉池等处的重金属离子含量变化规律是不同的。本文对晋中市某污水处理厂的各个工艺环节的重金属含量检测结果见表1。

表1 各工艺环节重金属含量 mg/L

可见，Zn，Cu，Pb，Ni，Cr等重金属离子在经过活性污泥法处理之后，大部分都可以得到较好的去除。有研究者认为，A2/O法对污水中重金属离子的去除率是比较高的，大都在78%以上，各种金属去除率并不完全相同，其去除率的顺序是:Zn＞Hg＞Cu＞Cr＞ Cd ＞ Pb［4］。

在初沉池或沉砂池中，一般而言，Cu，Cr，Zn的去除率处于50%～70%之间，Pb，Ni的去除率处于30%～48%之间。Cr水合物的溶度积较小，在初沉池或沉砂池中的去除率一般处于最高位置。污水经过一级处理之后，其重金属离子的浓度多数达不到污水处理厂污染物排放标准的要求。

在曝气池中，由于活性污泥对不同的重金属离子的去除能力是不同的，这一方面是与重金属离子的配位能力不同而引起的，另一方面也由于曝气池中的污泥泥龄、回流参数、温度、pH等因素的影响。一般而言，Zn在曝气池中的去除率较高，达到41%～45%;Cu，Pb的去除率为30%～36%;Cr的去除率为8%～15%。

3 影响污水处理中重金属去除率的因素

在污水处理过程中，影响重金属去除率的因素有“外因”“内因”两个方面。内因一般是指重金属本身的化学性质以及在污水(进水)中的存在形态(溶解态、有机结合态、碳酸盐结合态、硫化物结合态、残渣态等)。外因一般是指污水处理构筑物中的物理化学条件，主要包括:污水处理工艺差异、水温、酸碱度、泥龄、回流比、毒性物质浓度与种类、菌胶团的生长状况等。

不同的重金属离子及其配位能力、离子交换能力、吸附能力的不同，会直接影响到其在污水处理过程中的沉降、吸附、交换效率。一般而言，Hg，Zn，Cd，Cu，Pb的配位能力比较强，易与溶解性有机物形成稳定配合物，去除率较高。

由于不同城市的污水来源不同，其生产废水占据的比例与成分差异很大，导致进入污水厂的混合污水的组分差异较大，其基本性质如pH，Eh，SS等也会不同。即使是在近似的酸碱度条件下，各种重金属离子以颗粒态和胶体态存在的数量比例是有差别的。通常Cu2+在中性条件下去除率较高，Cr6+在偏酸性条件下去除率较高，Zn2+在偏碱性条件下去除率较高。

在沉淀池中，当进水中重金属以颗粒态存在的量较多时，易于去除;当水中的pH值较高时，金属离子趋向于以颗粒态存在而沉降，这也是Cr在沉淀池中去除率高的原因之一。

在曝气池中［4］，活性污泥对不同的金属离子吸附能力不同而影响着对重金属的去除。

4 结语

1)大多数重金属(Cu，Zn，Pb，Cr，Ni)经过常规污水处理工艺，都可以得到较好的去除，其机理涉及到沉淀、吸附等多种效应的综合作用。

2)不同的污水处理构筑物对各种重金属离子的去除率是不同的，一般而言常规活性污泥法对Cu，Cr，Zn的去除率较高，对Pb，Ni的去除率较低。

3)即使是在同一个污水处理厂，由于进水水质的不同、运行条件的变化，也会导致重金属去除率的较大变化，因此要想利用常规活性污泥法处理工艺对污水中的重金属进行去除，必须使各项运行参数利于重金属离子的去除。如果常规的污水处理工艺不能满足重金属去除的要求，必须补充建设针对重金属去除的后续深度处理工艺，以保证出水达标。

［1］卢吉文，陈萍丽，赵秀兰.传统活性污泥法处理城市污水过程中重金属的变化研究［J］.环境污染与防治，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］朱延强，张媛媛.延安市污水处理厂各工段重金属元素的含量分析［J］.微量元素与健康研究，2012，29(6):59-61.

［4］杨启霞，常显波，刘英霞，等.某城市污水A2/O处理过程中重金属去除率分析［J］.环境科学与技术，2009，32(11):143-145.