重金属Pb2+,Zn2+,Mn2+对活性污泥法处理生活污水效果的影响研究

重金属Pb2+,Zn2+,Mn2+对活性污泥法处理生活污水效果的影响研
究
摘要：研究污泥反应系统中，曝气时间、Pb2+、Zn2+、Mn2+浓度对污泥性状、出水COD、TP、TN去除率的影响。

实验结果表明，曝气能改善污泥生长状态，使其适应中、高浓度（1，2 mg/L）重金属离子环境。

在Mn2+浓度为1.0 mg/L条件下，微生物会产生某种条件适应性，促进对水质的净化。

总体存在COD、TP、TN去除率随重金属浓度升高下降的趋势。

关键词：重金属；活性污泥；曝气
污水处理行业中，活性污泥法因其成本低、见效快、出水稳定等特点，普遍受到大中型城市污水处理厂的青睐。

然而，由于细菌吸收、颗粒吸附、无机盐共沉淀等多种作用，污泥表面会吸附约50%~80%的重金属杂质，从而取代生物体核酸、蛋白质、酶某些特定基团，使分子变性或细胞活性降低，影响机体呼吸、发育、代谢等生理活动。

然而，这种效应如何影响活性污泥的处理效果目前还未见相关报道。

文章通过开展活性污泥系统实验，研究重金属浓度及曝气时间对活性污泥性状和出水水质的相互关系，为污水处理厂处理中低浓度重金属污水提供一定技术指导。

1材料与方法
1.1实验材料
活性污泥取自中南民族大学工商学院污水处理站生化池，污水来自校园生活废水。

主要试剂：重铬酸钾、过硫酸钾、抗坏血酸、钼酸铵、氯化锌、硝酸铅、硫酸锰等。

主要设备及仪器：曝气泵、COD测定仪、721型分光光度计等。

1.2实验方法
取氯化锌、硝酸铅、硫酸锰配制成重金属母液，使Zn2+、Pb2+、Mn2+浓度为1g/L。

室温条件下，向曝气反应器中加入 5 L污泥混合溶液，加入重金属母液，使其浓度分别为0，0.5，1，2 mg/L。

连续曝气条件下，于2 h，4 h，6 h各取水样一次，采用国家标准方法测定污泥浓度（MLSS）、COD、TP、TN四个指标。

2结果与讨论
2.1重金属对污泥活性性状的影响
活性污泥性状中，污泥浓度MLSS与污泥沉降比（SVI）是反映污泥数量、
污泥凝聚和沉降性能的重要指标。

其中，MLSS是SVI变化的主导因素，故直接分析MLSS可反映SVI变化情况。

以0 mg/L作为对照，重金属离子类型、曝气时间对出水MLSS均有不同程度的影响（图1）。

曝气初期阶段（2 h），Zn2+、Pb2+、Mn2+普遍抑制了系统污泥的生长，重金属浓度越高，抑制作用越明显。

陈纯等人也发现MLSS会随着重金属浓度的增大而减小。

但随着曝气的持续进行，Pb2+、Mn2+对污泥的抑制作用有所缓解。

曝气4 h后，Mn2+处理组活性污泥大量增殖，相比对照增长了37%~50%；曝气6 h后，Pb2+处理组出水污泥浓度增长了50%~80%。

2.2重金属对出水COD的影响
不同曝气时间下COD去除率随重金属离子浓度的变化情况见图2（a，b，c）。

曝气2 h，4 h后，污泥反应系统COD去除率整体随重金属浓度升高呈不断下降趋势（图2 a，b）。

与上述情况不同，Mn2+处理组在曝气2 h后COD去除率出现波动（图2 a），原因有待进一步研究。

曝气6 h后，系统COD去除率随重金属浓度的增加先升高后降低（图2 c），COD的变化与MLSS情况类似，说明曝气一定程度上能提高系统处理效果。

可能是经过驯化后，污泥微生物更能适应重金属污染环境，有利于系统COD的去除。

2.3重金属对出水TP的影响
不同曝气时间下TP去除率随重金属浓度的变化见图3（a，b，c）。

曝气2 h，4 h，6 h后，TP去除率随Zn2+、Mn2+浓度呈波动趋势，分别在1.0，0.5，0.5 mg/L 浓度下波动到较高水平，说明活性污泥受Zn2+、Mn2+毒害浓度的限值在2 h较高；而长时间运行后，微生物所受毒害的浓度限值又降低到0.5 mg/L，表明为去除更多TP，重金属浓度不应超过0.5 mg/L。

曹相生等认为重金属Zn2+和Mn2+对活性污泥的脱氢酶活性有重要影响，此影响与TP去除率变化之间的关系还有待深入研究。

同时，TP去除率随Pb2+浓度升高持续降低，后保持基本稳定，说明TP去除率与曝气时间的长短无关，而与Pb2+浓度有关，Pb2+浓度越高，微生物受到的毒害作用越强，导致TP去除率持续降低。

2.4重金属对出水TN的影响
不同曝气时间下TN随重金属浓度的去除率见图4（a，b，c）。

分析可知，随Zn2+、Pb2+浓度不断增大、曝气时间不断延长，TN去除率的整体变化趋势较为相近，这也进一步验证了重金属会对抑制活性污泥硝化反应的结论。

曝气4 h，6 h后，TN去除率整体先小幅上升，后逐步递减，说明低浓度Zn2+、Pb2+对活性污泥生化反应过程略有促进，但浓度加大后，整体还是呈现生化反应减弱的趋势，导致出水TN去除率下降。

在Mn2+作用下曝气2 h，TN去除率呈现明显的波动，1.0 mg/L处达到最大值，与前述COD、TP变化趋势较为接近。

原因可能与Mn2+对微生物生化反应的毒性作用机理和效果有关，即1.0 mg/L 浓度Mn2+对活性污泥而言，可能是生长的最适浓度，一旦超过这个最适浓度，毒性作用即开始增大，从而降低系统的
TN去除率。

3结论
结果显示，曝气能改善污泥生长状态，使其适应中、高浓度（1，2 mg/L）重金属离子环境。

可能原因是曝气影响微生物呼吸系统和酶系统，使污泥絮体结构发生变化。

与此同时，重金属又会抑制原生动物胞外聚合物及自溶性产物生长，阻碍矿物质循环，降低微生物活性，从而降低系统的生化处理能力，这种效应与重金属浓度的升高有一定关联，COD、TP、TN去除率均发生了下降。

但在特定浓度下，微生物会产生某种条件适应性，并表现出对水质净化的促进作用。

这种促进作用在Mn2+浓度为1.0 mg/L条件下尤为明显，同时也证实了孟雪征提出的Mn2+在0.5～5 mg/L的浓度范围内存在着最适浓度这一观点。

因此，在进行活性污泥法处理污水时，需充分考虑重金属离子浓度对出水水质的影响，并通过重金属预富集、延时曝气、接种驯化等方式提高污泥对重金属废水的处理效果。

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