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(mén)科儀檢測(cè)技術(shù)有限公司

目前我國(guó)在對(duì)污水廠的污泥重金屬進(jìn)行治理的過(guò)程中主要采用化學(xué)治理方法、物理化學(xué)治理方法和生物治理方法。這些治理方法主要包括化學(xué)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(shí)際的污水廠污泥重金屬整治過(guò)程中，采用化學(xué)治理法和物理化學(xué)治理法都會(huì)將原有的污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)移，從而在部分區(qū)域造成二次污染，造成污水廠內(nèi)污泥重金屬以低濃度的特點(diǎn)來(lái)污染大流域區(qū)域。所以現(xiàn)階段對(duì)于污水廠中污泥重金屬最佳治理方法是通過(guò)生物方法進(jìn)行治理，利用生物法治理還具有效果好、投資少和運(yùn)作費(fèi)用低等一系列特點(diǎn)。

1 現(xiàn)階段我國(guó)城市污水廠中污泥重金屬的種類和形態(tài)

1.1 我國(guó)城市污水廠中污泥重金屬的種類

我國(guó)城市中的污泥中重金屬的主要來(lái)源和種類都不盡相同。在相關(guān)的研究中顯示，我國(guó)城市中污泥明顯超標(biāo)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(qū)重金屬的超標(biāo)量還具有一定的差異。我國(guó)生物學(xué)家姚金玲在對(duì)近30年我國(guó)的城市污水廠中重金屬分布特征和年代規(guī)律進(jìn)行分析的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，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(guò)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，同時(shí)這些重金屬中汞離子、鐵離子、鋅離子超標(biāo)的倍數(shù)最高。

1.2 我國(guó)城市污水廠中污泥重金屬的形態(tài)

在我國(guó)城市污水廠中，污泥重金屬所帶有的生物毒性不僅與其數(shù)量有關(guān)，還和其分布形態(tài)有所關(guān)系。目前我國(guó)污水廠污泥中重金屬的形態(tài)廣泛分布為可交換形態(tài)、鐵錳氧化結(jié)合形態(tài)、碳酸鹽結(jié)合形態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)、有機(jī)物結(jié)合形態(tài)等，這些不同的形態(tài)所賦予重金屬的遷移能力是不同的。在有關(guān)調(diào)查中顯示，重金屬在可交換狀態(tài)下的遷移能力大于碳酸鹽結(jié)合狀態(tài)，重金屬在碳酸鹽結(jié)合狀態(tài)下的遷移能力大于鐵錳氧化狀態(tài)，重金屬在鐵錳氧化狀態(tài)下的遷移能力大于有機(jī)物結(jié)合狀態(tài)，而重金屬呈現(xiàn)殘?jiān)鼱顟B(tài)就較為穩(wěn)定，幾乎不會(huì)隨著污泥進(jìn)行遷移。

2 污水廠污泥重金屬對(duì)周邊環(huán)境的影響

2.1 污泥重金屬對(duì)生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)常數(shù)的影響

污水廠污泥重金屬對(duì)生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)常數(shù)的影響主要體現(xiàn)在，污水廠中的污水處理過(guò)程中有機(jī)物、氮元素和磷元素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)都會(huì)被微生物分解利用，從而最終表現(xiàn)為微生物大量的繁殖和增長(zhǎng)。但是在科學(xué)研究中顯示，重金屬對(duì)大腸桿菌的生長(zhǎng)繁殖速率具有一定的影響，這主要源于重金屬會(huì)在一定程度上抑制大腸桿菌的繁殖，從而延長(zhǎng)大腸桿菌的生長(zhǎng)周期和繁殖周期。同時(shí)在低濃度下，重金屬對(duì)耗氧速率具有一定的促進(jìn)作用，并且隨著濃度的加深，重金屬便會(huì)對(duì)微生物繁殖起到顯著的抑制作用。

2.2 污泥重金屬對(duì)污泥微生物群落的結(jié)構(gòu)影響

污水廠中污泥重金屬對(duì)淤泥微生物群落的結(jié)構(gòu)具有一定的影響。污水廠中污泥微生物群落主要包括細(xì)菌群落、真菌群落、后生動(dòng)物群落、輪蟲(chóng)群落、原生動(dòng)物群落等，這些微生物群落在有機(jī)物的凈化過(guò)程中起到重要的作用。同時(shí)污水廠中的管理人員會(huì)根據(jù)分解池內(nèi)微生物的群落結(jié)構(gòu)變化來(lái)判斷污水池中的污水是否達(dá)到了可排放的生物指標(biāo)，但是重金屬會(huì)對(duì)污泥微生物群落造成一定的影響，甚至重金屬還會(huì)改變污泥微生物群落的結(jié)構(gòu)和種群變化，這樣便會(huì)影響污泥微生物對(duì)污水的處理效率。同時(shí)，通過(guò)微生物群落對(duì)污水進(jìn)行降解的過(guò)程中，重金屬元素還會(huì)在微生物體內(nèi)聚集，從而對(duì)微生物起到一定的毒殺作用。

2.3 污泥重金屬對(duì)污水生物處理效率的影響

在目前的研究中發(fā)現(xiàn)，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(jìn)行治理的過(guò)程中，不像水中的有機(jī)物一樣易于分解，這些重金屬會(huì)長(zhǎng)期潛藏在污水中，然后通過(guò)各種物理反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)和生物反應(yīng)與物理進(jìn)行結(jié)合。如果污水廠主要是通過(guò)微生物來(lái)降解污水，那么重金屬便會(huì)與污水廠中的微生物發(fā)生一定的生物反應(yīng)，這主要是通過(guò)微生物內(nèi)部的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和代謝產(chǎn)物，將外界的重金屬進(jìn)行固定，在固定的過(guò)程中便會(huì)對(duì)重金屬的有機(jī)質(zhì)子和離子起到交換的作用，同時(shí)在這個(gè)過(guò)程中重金屬便會(huì)進(jìn)一步在微生物中沉淀，然后微生物在污水池通過(guò)吸收能量，利用代謝系統(tǒng)將這些重金屬物質(zhì)運(yùn)輸入到體內(nèi)，重金屬便會(huì)被微生物吸收進(jìn)生物體內(nèi)，從而與微生物產(chǎn)生金屬絡(luò)合物。當(dāng)一些有毒的金屬離子與微生物中的生物大分子活性點(diǎn)進(jìn)行結(jié)合后，便會(huì)改變微生物的正常代謝過(guò)程和生理過(guò)程，因而導(dǎo)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(xué)方法

化學(xué)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(xué)沉淀法和化學(xué)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(guò)程。采用化學(xué)沉淀法的基本原理是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將污水池中呈溶解狀態(tài)的重金屬轉(zhuǎn)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(guò)過(guò)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(xué)沉淀法受沉淀藥劑和污水池環(huán)境的影響，如果污水池中的出水濃度達(dá)不到相應(yīng)的使用要求，那么污水池中的重金屬污染物就無(wú)法正常進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，甚至還會(huì)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(xué)特性，金屬離子在電解的過(guò)程中會(huì)逐漸從高濃度溶液中分離出來(lái)，然后便可以對(duì)這些重金屬進(jìn)行重新利用。利用電解法處理污水池中的重金屬的缺點(diǎn)，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(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)。

3.2 物理化學(xué)方法

污水廠在治理過(guò)程中，通過(guò)物理化學(xué)方法來(lái)治理污泥重金屬，主要是通過(guò)離子交換法和膜分離技術(shù)，來(lái)對(duì)含重金屬離子廢水進(jìn)行處理。在通過(guò)離子交換方法進(jìn)行處理污水廠污泥中的重金屬的過(guò)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(fā)生互相交換，從而達(dá)到去除污泥中重金屬離子的目的。但是這種方法在應(yīng)用過(guò)程中受到交換劑成本、數(shù)量和產(chǎn)量的制約，無(wú)法在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中進(jìn)行大范圍的使用。

我國(guó)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(shù)，這種技術(shù)也稱為物理重金屬處理技術(shù)，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(guò)半透膜，在不改變污水溶液化學(xué)性質(zhì)的基礎(chǔ)上，將溶液中的溶劑和溶質(zhì)進(jìn)行分離。在分離的過(guò)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(chǎng)下，然后通過(guò)陰陽(yáng)離子交換膜對(duì)污水溶液中的陰陽(yáng)離子進(jìn)行選擇，將污水中的重金屬離子與水分進(jìn)行分離。采用隔膜電解的方式，主要是用隔膜來(lái)隔開(kāi)電解裝置的陽(yáng)極和陰極，然后對(duì)污水進(jìn)行電解。通過(guò)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(yīng)用過(guò)程中往往會(huì)受到電極極化、設(shè)備結(jié)構(gòu)、設(shè)備腐蝕等問(wèn)題的干擾。

3.3 生物吸附法

在污水廠中對(duì)重金屬元素進(jìn)行治理的過(guò)程中，還可以通過(guò)生物吸附法來(lái)治理污泥中的重金屬。生物吸附法主要是通過(guò)微生物細(xì)胞來(lái)進(jìn)行一系列的生物化學(xué)作用，將重金屬離子進(jìn)行吸附，在實(shí)際吸附過(guò)程中主要會(huì)發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)、重金屬離子交換反應(yīng)和吸附反應(yīng)等。在我國(guó)上海白龍港污水處理廠中，主要是通過(guò)微生物來(lái)將污水溶液中的金屬離子進(jìn)行吸引，污水溶液中的金屬離子并會(huì)在微生物細(xì)胞外聚集和沉淀，再通過(guò)微生物表面的生物作用來(lái)將金屬離子進(jìn)行絡(luò)合和吸附。在應(yīng)用過(guò)程中，污水處理廠工作人員發(fā)現(xiàn)，不管是活的微生物還是死的微生物，對(duì)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(jìn)行吸附金屬離子，還可以在低濃度的污水中來(lái)吸附污水離子，所以利用微生物吸附的方法來(lái)治理污泥重金屬，具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

3.4 植物整治技術(shù)

植物整治技術(shù)是目前污水廠治理污泥中重金屬的一項(xiàng)前沿技術(shù)。在具體的治理過(guò)程中，主要是通過(guò)植物發(fā)達(dá)的根系對(duì)污水溶液中的重金屬進(jìn)行吸收和過(guò)濾，然后將污水中的重金屬在植物的根系部位進(jìn)行聚集和積累。植物整治技術(shù)與微生物的治理技術(shù)大致相同，主要在治理過(guò)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(zhuǎn)化成具有較低毒性的產(chǎn)物。并且通過(guò)植物整治技術(shù)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(jìn)行去除和銷(xiāo)毀，便可以降低土壤和水體中的重金屬濃度，從而有效達(dá)到治理污染的目的。植物整治技術(shù)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(diǎn)便是對(duì)重金屬具有較強(qiáng)的耐毒性和積累性。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)工廠企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)排放大量的廢水，而這些廢水中含有數(shù)量驚人的污泥和重金屬，一旦排放到自然界中便會(huì)在土壤和水源中聚集。因此現(xiàn)階段開(kāi)展污泥重金屬整治工作，可以更好地改善生態(tài)環(huán)境。