污水厂污泥重金属治理的研究方向

2020-02-12钟李枝柳添辉孙艳慧厦门科仪检测技术有限公司

节能与环保 2020年4期

文_钟李枝柳添辉孙艳慧厦门科仪检测技术有限公司

目前我国在对污水厂的污泥重金属进行治理的过程中主要采用化学治理方法、物理化学治理方法和生物治理方法。这些治理方法主要包括化学沉淀法、电解电离法、离子交换法、分子膜分离法、活性炭吸附法、硅胶吸附、生物絮凝法、生物吸附法、植物整治法等。但是在实际的污水厂污泥重金属整治过程中，采用化学治理法和物理化学治理法都会将原有的污染物进行转移，从而在部分区域造成二次污染，造成污水厂内污泥重金属以低浓度的特点来污染大流域区域。所以现阶段对于污水厂中污泥重金属最佳治理方法是通过生物方法进行治理，利用生物法治理还具有效果好、投资少和运作费用低等一系列特点。

1 现阶段我国城市污水厂中污泥重金属的种类和形态

1.1 我国城市污水厂中污泥重金属的种类

我国城市中的污泥中重金属的主要来源和种类都不尽相同。在相关的研究中显示，我国城市中污泥明显超标的重金属有汞离子、铁离子、锌离子、铜离子、镓离子、铅离子，不同地区重金属的超标量还具有一定的差异。我国生物学家姚金玲在对近30年我国的城市污水厂中重金属分布特征和年代规律进行分析的过程中发现，污水厂污泥重金属汞离子、铁离子、锌离子、铜离子、镓离子、铅离子的含量明显超过《城镇污水处理厂污染物排放标准》，同时这些重金属中汞离子、铁离子、锌离子超标的倍数最高。

1.2 我国城市污水厂中污泥重金属的形态

在我国城市污水厂中，污泥重金属所带有的生物毒性不仅与其数量有关，还和其分布形态有所关系。目前我国污水厂污泥中重金属的形态广泛分布为可交换形态、铁锰氧化结合形态、碳酸盐结合形态、残渣态、有机物结合形态等，这些不同的形态所赋予重金属的迁移能力是不同的。在有关调查中显示，重金属在可交换状态下的迁移能力大于碳酸盐结合状态，重金属在碳酸盐结合状态下的迁移能力大于铁锰氧化状态，重金属在铁锰氧化状态下的迁移能力大于有机物结合状态，而重金属呈现残渣状态就较为稳定，几乎不会随着污泥进行迁移。

2 污水厂污泥重金属对周边环境的影响

2.1 污泥重金属对生物反应动力学常数的影响

污水厂污泥重金属对生物反应动力学常数的影响主要体现在，污水厂中的污水处理过程中有机物、氮元素和磷元素等营养物质都会被微生物分解利用，从而最终表现为微生物大量的繁殖和增长。但是在科学研究中显示，重金属对大肠杆菌的生长繁殖速率具有一定的影响，这主要源于重金属会在一定程度上抑制大肠杆菌的繁殖，从而延长大肠杆菌的生长周期和繁殖周期。同时在低浓度下，重金属对耗氧速率具有一定的促进作用，并且随着浓度的加深，重金属便会对微生物繁殖起到显著的抑制作用。

2.2 污泥重金属对污泥微生物群落的结构影响

污水厂中污泥重金属对淤泥微生物群落的结构具有一定的影响。污水厂中污泥微生物群落主要包括细菌群落、真菌群落、后生动物群落、轮虫群落、原生动物群落等，这些微生物群落在有机物的净化过程中起到重要的作用。同时污水厂中的管理人员会根据分解池内微生物的群落结构变化来判断污水池中的污水是否达到了可排放的生物指标，但是重金属会对污泥微生物群落造成一定的影响，甚至重金属还会改变污泥微生物群落的结构和种群变化，这样便会影响污泥微生物对污水的处理效率。同时，通过微生物群落对污水进行降解的过程中，重金属元素还会在微生物体内聚集，从而对微生物起到一定的毒杀作用。

2.3 污泥重金属对污水生物处理效率的影响

在目前的研究中发现，污水厂中污泥重金属的毒性越大，污水的处理效率越低。在进行治理的过程中，不像水中的有机物一样易于分解，这些重金属会长期潜藏在污水中，然后通过各种物理反应、化学反应和生物反应与物理进行结合。如果污水厂主要是通过微生物来降解污水，那么重金属便会与污水厂中的微生物发生一定的生物反应，这主要是通过微生物内部的细胞结构和代谢产物，将外界的重金属进行固定，在固定的过程中便会对重金属的有机质子和离子起到交换的作用，同时在这个过程中重金属便会进一步在微生物中沉淀，然后微生物在污水池通过吸收能量，利用代谢系统将这些重金属物质运输入到体内，重金属便会被微生物吸收进生物体内，从而与微生物产生金属络合物。当一些有毒的金属离子与微生物中的生物大分子活性点进行结合后，便会改变微生物的正常代谢过程和生理过程，因而导致污水厂中污水池里的微生物大范围死亡。

3 污水厂中污泥重金属治理中的具体措施

3.1 化学方法

化学方法在污水厂中治理污泥重金属污染物，主要采用的方式是化学沉淀法和化学电解法，这两种方式适合于污水中含有较高浓度的重金属离子废水的处理过程。采用化学沉淀法的基本原理是通过化学反应将污水池中呈溶解状态的重金属转化成不溶于水的重金属化合物，然后将这些不溶于水的重金属化合物通过过滤和分离的方式，从污水溶液中去除。但是在污水池中利用化学沉淀法受沉淀药剂和污水池环境的影响，如果污水池中的出水浓度达不到相应的使用要求，那么污水池中的重金属污染物就无法正常进行化学反应，甚至还会造成二次污染。使用电解法主要是利用污水池中重金属的电化学特性，金属离子在电解的过程中会逐渐从高浓度溶液中分离出来，然后便可以对这些重金属进行重新利用。利用电解法处理污水池中的重金属的缺点，主要在于不能将污水池中的重金属离子的浓度降到安全排放标准以内。

3.2 物理化学方法

污水厂在治理过程中，通过物理化学方法来治理污泥重金属，主要是通过离子交换法和膜分离技术，来对含重金属离子废水进行处理。在通过离子交换方法进行处理污水厂污泥中的重金属的过程中，首先需要在污水池中放入离子交换器，将离子交换器中的离子与污泥中的重金属发生互相交换，从而达到去除污泥中重金属离子的目的。但是这种方法在应用过程中受到交换剂成本、数量和产量的制约，无法在实际应用过程中进行大范围的使用。

我国白龙湾污水处理厂治理污泥重金属所采用的主要方式便是膜分离技术，这种技术也称为物理重金属处理技术，主要是制作一款特殊的半透膜，让污水在外界压力的作用下通过半透膜，在不改变污水溶液化学性质的基础上，将溶液中的溶剂和溶质进行分离。在分离的过程中可以采用电渗析和隔膜电解的方式，电渗析主要是把污水放置于直流电场下，然后通过阴阳离子交换膜对污水溶液中的阴阳离子进行选择，将污水中的重金属离子与水分进行分离。采用隔膜电解的方式，主要是用隔膜来隔开电解装置的阳极和阴极，然后对污水进行电解。通过这种方式，虽然可以较好地去除污水中的重金属离子，但是在应用过程中往往会受到电极极化、设备结构、设备腐蚀等问题的干扰。

3.3 生物吸附法

在污水厂中对重金属元素进行治理的过程中，还可以通过生物吸附法来治理污泥中的重金属。生物吸附法主要是通过微生物细胞来进行一系列的生物化学作用，将重金属离子进行吸附，在实际吸附过程中主要会发生络合反应、重金属离子交换反应和吸附反应等。在我国上海白龙港污水处理厂中，主要是通过微生物来将污水溶液中的金属离子进行吸引，污水溶液中的金属离子并会在微生物细胞外聚集和沉淀，再通过微生物表面的生物作用来将金属离子进行络合和吸附。在应用过程中，污水处理厂工作人员发现，不管是活的微生物还是死的微生物，对重金属离子都具有较大的吸附能力，并且微生物不仅可以在高浓度的污水中进行吸附金属离子，还可以在低浓度的污水中来吸附污水离子，所以利用微生物吸附的方法来治理污泥重金属，具有较强的实用价值。

3.4 植物整治技术

植物整治技术是目前污水厂治理污泥中重金属的一项前沿技术。在具体的治理过程中，主要是通过植物发达的根系对污水溶液中的重金属进行吸收和过滤，然后将污水中的重金属在植物的根系部位进行聚集和积累。植物整治技术与微生物的治理技术大致相同，主要在治理过程中都是利用生物的活性原则和与重金属的亲和作用，将重金属转化成具有较低毒性的产物。并且通过植物整治技术在整治污泥重金属之后，直接将积累和富集重金属的植物枝条进行去除和销毁，便可以降低土壤和水体中的重金属浓度，从而有效达到治理污染的目的。植物整治技术中所利用的植物主要包括：藻类植物、水生草本植物、木本植物等，这些植物共有的特点便是对重金属具有较强的耐毒性和积累性。