淺析重金屬在氧化溝式污水處理工藝中的遷移轉(zhuǎn)化

路光超

（廣州市番禺環(huán)境科學研究所有限公司 廣東廣州 511400）

1 引言

重金屬一般是指汞、鎘、鉛、鉻以及類金屬砷等生物毒性顯著的重元素。重元素進入人體內(nèi)后，和蛋白質(zhì)以及酶發(fā)生強烈的化學作用，使他們失去活性或在人體器官內(nèi)慢慢積累，造成慢性中毒，長期飲用含有重金屬的水會危及人民的生命健康。隨著工業(yè)經(jīng)濟迅速發(fā)展，各類水體中重金屬污染日趨加劇，由于雨污分流體制的不完善，一些含重金屬的工業(yè)污水常常混入生活污水進入傳統(tǒng)污水處理廠。污水處理過程中，大部分重金屬會經(jīng)歷各種形態(tài)的轉(zhuǎn)變，故對重金屬在污水處理工藝中的轉(zhuǎn)變遷移研究可以揭示其規(guī)律，對進一步的分析和研究有著重要意義。

2 氧化溝處理工藝

氧化溝工藝是在傳統(tǒng)活性污泥法基礎(chǔ)上的一種改進，不同于傳統(tǒng)的封閉式溝渠，采用敞開式，故在水流形態(tài)上有所改進，是一種首尾相連的循環(huán)曝氣溝渠。活性污泥是由大量的微生物構(gòu)成的絮狀結(jié)構(gòu)，其具有較大的比表面積和負電荷性，可以通過電荷的吸附作用吸附重金屬。在吸附過程中不同的重金屬離子和污泥形成不同粒徑的結(jié)合體，通過兩個階段進行去除：（1）沉淀階段；（2）絮凝吸附階段，微生物菌絮團的吸附作用使大部分重金屬離子從污水中轉(zhuǎn)移到污泥中，達到重金屬的去除效果。

3 重金屬離子遷移轉(zhuǎn)化研究

3.1 重金屬存在形態(tài)

研究重金屬的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律必然要研究其在水中的存在形態(tài)，一般來講，重金屬在水中的存在形態(tài)主要有兩種：溶解態(tài)和顆粒態(tài)。溶解態(tài)又可以分為不安態(tài)和絡(luò)合態(tài)兩種。不安態(tài)是游離性的、具有電活性或是其他簡單的無極絡(luò)合狀態(tài)；其他形態(tài)就是絡(luò)合態(tài)。顆粒態(tài)的情況較為復(fù)雜，一般是通過多級連續(xù)的提取方法后被分為7種形態(tài)。

3.2 重金屬的去除機理研究

針對污水中重金屬存在的兩種形態(tài)有不同的去除機理：其中溶解態(tài)的重金屬主要是通過生物處理方式和二沉池除去，其機理是重金屬的顆粒態(tài)吸附和共沉淀等物理作用；而微生物處理單元的去除機理是：

3.2.1 同化吸收：利用微生物對金屬的可溶態(tài)同化作用吸收去除。

3.2.2 生物吸附：利用生物多聚性和污泥顆粒的吸附作用沉淀去除。

3.2.3 截留作用：在微生物處理過程中，由于混合污泥和微生物的截留作用除去一定粒徑的顆粒態(tài)重金屬。

在生物處理單元的三種方式中，起主要作用的是生物吸附。

3.3 重金屬去除研究

為了研究重金屬去除率，首先需要購買或是制備單元素標準溶液，然后利用去除后的溶液進行對比。一般利用紫外分光光度計或是原子光譜法進行測定。選取某污水處理廠實際污水經(jīng)過細格柵、沉砂池、氧化溝、二沉池得到結(jié)果如下：

3.3.1 Cu：在泥相中Cu的分布有著明顯的規(guī)律，當含Cu的污水依次經(jīng)過細格柵、沉砂池、氧化溝和二沉池后，Cu的平均濃度依次升高。而水樣中溶解態(tài)Cu的平均濃度則隨著相應(yīng)的處理過程依次降低。由此可以得到，污水中的Cu隨污水處理過程會逐漸從水相遷移到泥相中，最終導(dǎo)致出水側(cè)的Cu含量降低，污泥中的Cu含量升高。分析認為，進水處的Cu主要以顆粒態(tài)存在，經(jīng)過氧化溝和沉淀池后溶解態(tài)的Cu增加。大部分Cu都從水相遷移到了泥相中，在氧化溝高濃度的活性污泥處理下，幾乎全部顆粒態(tài)的Cu都被吸附。但由于重金屬存在吸附-解析的可逆過程，在一定的條件下，被吸附在污泥中的Cu可以再一次解析到水中，故出水側(cè)的Cu大部分是溶解態(tài)。總的來說，Cu還是被大量吸附在活性污泥中而被去除。

3.3.2 Zn：經(jīng)處理后泥相中Zn的含量有明顯的分布規(guī)律，細格柵中Zn的含量最低，二沉池中Zn的含量最高，并隨處理過程Zn的含量逐漸增加。污水處理過程中，溶解態(tài)的Zn含量依次降低，泥相中Zn的含量依次升高，說明在處理過程中，水相中的Zn會逐漸遷移到泥相中。依據(jù)和Cu同樣的解釋，Zn也存在上述現(xiàn)象。

3.3.3 Cr:水相中Cr的含量同樣也會隨著處理過程依次降低，但是不同于其他重金屬離子。Cr在氧化溝中的含量已經(jīng)降到最低，在進一步通過二沉池時其含量不會有明顯的下降。而同樣氧化溝泥相中Cr的含量達到最大值，通過二沉池時并沒有明顯變化。分析可能是由于水相中顆粒態(tài)的Cr在經(jīng)過氧化溝時已經(jīng)大部分轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙鈶B(tài)被吸附，但進入二沉池后有可能進一步發(fā)生溶解態(tài)的解析，導(dǎo)致泥相中的Cr重新解析入水相中，故此二沉池水相中的Cr含量有略微提高。

其他重金屬離子例如Mn、Hg等也都有上述的現(xiàn)象，隨污水處理進程，原本在水相中的重金屬會由于物理和生物吸附的作用遷移到泥相中，但由于吸附-解析的存在，在二沉池中有可能會發(fā)生解析的現(xiàn)象，導(dǎo)致重金屬的濃度略有回升的現(xiàn)象。但總的來說，利用氧化溝去除重金屬離子有明顯效果。

4 結(jié)語

污水處理中，重金屬離子隨處理進程會逐漸從水相遷移到泥相中，尤其是氧化溝活性污泥中的含量最高，這也是污水處理過程中活性污泥量主要存在于氧化溝中的必然結(jié)果。重金屬從水相中的溶解態(tài)逐漸轉(zhuǎn)移為泥相中的顆粒態(tài)，但由于吸附-解析的作用，會有少量的顆粒態(tài)重新解析入水相中。不同重金屬在通過氧化溝工藝時去除率有所不同，但總體都呈下降趨勢。

[1]羅麗,康得軍,王曉昌.城市污水處理中典型重金屬例子去除與遷移規(guī)律研究[J].安全與環(huán)境學報,2010,10（1）.

[2]羅麗.城市污水處理過程中重金屬的遷移與去除規(guī)律研究[D].西安：西安建筑科技大學,2010,5.