城市污水处理中典型重金属离子去除与迁移规律研究

均在１ ｐｇ／Ｌ以下，属于痕景。从细格栅到沉砂池、氧化沟、二 沉池，沿处理流程６种藿金属离子的质龟浓度均呈降低的趋 势。出水中６种重金属的质量浓度远低于《城镇污水处理厂
产
，
，
■
●
■
钿
钿
钿
ｊ ≤
土
￥
ｉ 鼍
型
｛醚
蜊
爱
爱
矮
嘲
蚓
删
蜓
蜓
蟮
取样点 （ａ）
２
３
４
取样点 （ｂ）
取样点 （ｃ）
Ｆ蟾．２
圈２ ｃｕ、Ｚｎ、Ｍ＿ｎ、Ｃｒ、Ｈｇ和Ａｓ在污水处理单元中的平均质量浓度分布情况 Ａｖｅｒａｇｅ ｍａ璐ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ ０ｆ Ｃｕ－Ｚｎ－Ｍ瞳－Ｃｒ·Ｈｇ ａｎｄ Ａｓ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｓｔａｇｅｓ
为＿『进一步考察６种重金属离子的迁移情况。在测定水 相重金属含赞的旧时，对泥相中的重金属质鼍比进行丫测定。 根据所测得的泥样含水率计算出厂每个样晶ｑｔ各种金属离子 质鼋比（ｍｇ／ｋｇ）的平均值和偏差范围，结果见图３。
从图３町以看出，泥相中６种霞金属元素中，ｚｎ的平均质 量比在各个取样点均最高，其次为ｃｒ、ｃｕ和Ｍｎ，Ｈｇ和Ａ８在泥 相中的质量比最低。由于污水在进厂后就存在溶解性金属离 子在水相和悬浮物之问的作用和迁移转化，因此，进水的泥相 中霞会属质管比也反映ｒ城市生活污水受莺金属污染的情 况。泥相中ｚｎ的质齄比高叮能与排水管道大是使用镀锌管 有关一“。尽管进水的水相中ｚｎ的质量浓度并非最高，但大 量的Ｚｎ离子在进入污水厂之Ｉｊ｛『就已转移到悬浮物之中。此 外，泥相中ｃｒ的质馈比也比较高，结合图１日ｒ知该污水处理 厂进水受ｃｒ污染的情况比较严重，应当引起关注。№和Ａｓ 在泥相中的质壤比远远低于其他４种重金属，这与其在进水 中的质鐾浓度很低的结果足一致的。
目前，园内外对于城市污水处理厂中重金属的研究主要 集中在进出水重金属的检测及分布情况【５ Ｊ、污水中重金属对 活性污泥中微生物活性的影响、含重金属污泥的处理、处置以 及其对环境的影响等方面，如处理后重金属离子的总去除 率№Ｊ、污泥中重金属元素的总量、形态及其农用后的迁移转化
规律【７】、污泥无害化处理技术以及再利用前景旧Ｊ、污泥中重金 属的生物淋滤【９ Ｊ等。但关于霞金属在城市污水处理过程中各 个工艺的去除率、形态分布规律及迁移转化趋势等方面，仍然 缺乏深入系统的研究。由于金属离子在各个处理单元中的分 布足考虑污水处理厂中金属迁移和转化的关键－ｌ¨１｜，为了初 步探索污水处理厂中重金属去除和迁移规律，降低污水回用 时的风险，有必要研究各个构筑物去除重金属的情况。本文 以西安市菜污水处理厂中细格栅、沉砂池、氧化沟、二沉池的 出水为研究对象，选择３种毒性大的基本控制项日（Ｃｒ、Ｈｇ、 Ａｓ）和３种最高允许排放浓度较高的选择控制项目（ｃｕ、ｚｎ、 Ｍｎ）进行测定，来探索重金属在污水处理流程中的去除以及 迁移转化规律。
对于不同的重金属离子，各个处理单元对其去除的贡献 率有较大的差异。以总去除率最高的Ａｓ为例，沉砂池、氧化 沟和二沉池对其去除的贡献率分别为５３．７％、４１．１％和 ５．２％，说明沉砂池内悬浮物和二沉池内活性污泥的吸附作用 可能是Ａｓ去除的主要作用因素。总去除率较高的Ｈｇ的情况
市污水中霞金属的质量浓度均在一定幅度内变化，但随时间
转化规律。因此，在以下的讨论中，以连续监测数据的平均值 作为重点。
由图２可以看出，该污水处理厂进水中６种重金属质量
表１ ６种金属的去除情况 Ｔａｂｌｅ １ Ｒｅｍｏｖａｌ ｒａｔｅｓ ｏｆ ｓｉｘ ｍｅｔａｌｓ
浓度为１０一一１０２／ｘｇ／Ｌ，从大到小依次为Ｍｎ、ｃｒ、ｚｎ、ｃｕ、Ａｓ、Ｈｇ， 说明以生活污水为主要来源的城市污水的重金属污染情况不 严重。该污水中Ｍｎ和ｃｒ的质最浓度在１００ ｐｇ／Ｌ左右，其中 ｃｒ町能主要来源于工业废水。进水中Ｈｇ和Ａｓ的质量浓度
２结果与讨论
２．１重金属离子在污水处理流程中的分布 金属离子质最浓度在污水处理流程中的分布是反映其迁
移和转化情况的关键－肛１川。经过４个月的连续测定，发现城
由表１町以看出，该城市污水处理厂工艺对霞金属离子 的去除效果为：Ａｓ效果最好，其次是Ｈ鼬ｃｕ，再次是Ｍｎ、ｚｎ，ｃｒ 的去除最低。２级处理工艺能很好地去除水中溶解态ｃｕ、Ｈｇ 和Ａｓ。去除率分别为７７．１％、８５．８％和９７．Ｏ％；但对Ｍｎ、Ｚｎ 和ｃｒ的去除率相对较低，分别为４０．Ｏ％、３３．３％和３０．８％。
态转化为溶解态的现象。污水处理厂出水中ｃｕ、Ｈ卧Ａ８主要以颗粒
态为主，而Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｒ主要以溶解态为主。颗粒态金属的溶出可能是
这３种金属离子去除率较低的原因。
关键词：环境工程学；水处理；重金属；城市污水；去除；迁移
中图分类号：Ｘ５０２
文献标识码：Ａ
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９—６０９４．２０１０．０１．０１４
１材料与方法
１．１仪器与试剂 １）主要仪器：落地高速冷冻离心机（ＳＯＲＶＡＬＬ ＲＣ ６ Ｐｌｕｓ，
美国Ｔｈｅｒｍｏ公司）；紫外分光光度计（ＵＶ一１６５０ＰＣ，日本岛津 公司）；电子分析天平（ＭＥｒｌｑｑ正Ｒ ＴＯＬＥＤＯ）；纯水和超纯水机
（Ｅｌｉｘ，ＭｉＮｉ—Ｑ）；ＩＳＯ冷凝同流消解装置；原子吸收分光光度 仪（ＧＢＣ Ａｖａｎｔａ ＰＭ）。
也与Ａｓ相类似。对于ｃｕ的去除，二沉池内活性污泥的吸附
或季节的变化规律小明显。因为该城『仃污水中含有一定比例 的工业废水，可能足影响重金属质量浓度的主要因素。对４ 个月的监测数据进行处理的结果表明，沿处理流程４个取样 点监测数据的平均值能较好地反映重会属离子的去除和迁移
作用低于沉砂池内悬浮物的吸附作用，且后续二沉池的作用 也娩得比较重要，说明对ｃｕ而占，物理吸附能在较短的时间 完成，而生物吸附（活性污泥的吸附）可能需要较长的时间（包 括二沉池内活性污泥的吸附）。 对于其他３种总去除率较低
摘要：为了揭示典型重金属离子在污水处理过程中的去除与迁移
规律，以某城市污水厂二级处理流程为对象，进行了各处理单元出水
和沉泥的定期采样，分析Ｊ，水相和泥相中６种重金属离子的含世。结
果表明，以生活污水为主的城市污水受重金属离子污染不严重，且二
级处理一Ｉ＝艺能很好地去除水中的Ｃｕ、ＨＲ和Ａｓ，去除率分别为７７．１％、
１１９１ｌ一８９），溶解性ｃｒ采用高锰酸钾氧化一二苯碳酰二肼分
光光度法测定（ＧＢ ７４６６—８７），溶解性Ｈｇ和Ａｓ用氢化物发生
一原子吸收分光光度法测定（仪器检出限均为０．０５∥Ｌ）。
每种样晶平行测定３次。
１．４．２泥相金属分析
．
泥样先用王水ｆⅡ１流提取法预处理（ＩＳＯ １１４６６：１９９５（Ｅ）），
分别将细格栅、沉砂池、氧化沟和二沉池出水在１０ ０００ ｒ／ｍｉｎ下离心分离３０ ｍｉｎ…ｊ，取七清液并过Ｏ．４５ ｐｔｒｎ的微孔滤 膜的滤液作为水相，在４℃下保存供分析用。将离心后的沉 淀物在窒温下风干，用玛瑙研钵碾碎后，取过１５０ ｔｔｍ尼龙筛 的污泥作为泥相，分别测定其含水率和泥相中金属（Ｃｕ、Ｚｎ、 Ｍｎ、Ｃｒ、Ｈｇ和Ａｓ）的含量。
第ｌＯ卷第ｌ期 ２０１０年２月
安全与环境学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ
Ｖ０１．１０ Ｎｏ．１ Ｆｅｂ，２０１０
文章编号：１００９．６０９４（２ｍ０）０１．００５２．０４
城市污水处理中典型重金属离子 去除与迁移规律研究＊
罗 丽，康得军，王晓昌 （西安建筑科技大学环境与市政工程学院，西北水 资源与环境生态教育部重点实验室，西安７１００５５）
＊收稿日期：２００９—０６—２５ 作者简介：罗丽，硕士研究生，从事污水再生利用技术研究；王晓 昌（通信作者），教授，从事水处理理论与技术、污水处 理与回用技术和环境风险评价研究。ｘｅｗａｎｇ＠ｘａｕａｔ． ｅｄｕ．ｃｎ。 基金项目：国家自然科学摹金重点项目（５０８３８００５）
图１城市污水处理厂工艺流程图 ｒｉｇ．１ Ｆｌｏｗｃｈａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ＷＷＴＰ
５２
万方数据
２０１０年２月
罗 丽，等：城市污水处理中典型重金属离子去除与迁移规律研究
Ｆｅｂ，２０１０
１．４样品分析方法
１．４．１水相金属分析
溶解性ｃｕ的含量用石墨炉原子吸收分光光度法测定（仪
器检出限为１×１０４彬Ｌ），溶解性ｚｎ、Ｍｎ的含最用火焰原子
吸ຫໍສະໝຸດ Baidu法（仪器榆出限为０．Ｏｌ肚ｇ／Ｌ）测定（ＧＢ ７４７５—８７，ＧＢ
然后用原子吸收分光光度法测定其中６种重金属的质量浓
度。其中ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｎ和Ｃｒ的质量浓度用火焰原子吸收分光光
一污染物排放标准》的限值，同时达到国家《城市污水再生利用 景观环境用水》水质标准对重金属离子的要求。 ２．２污水处理过程中重金属离子的去除 已有的研究表明，在污水处理过程中重金属离子可通过 ｌ级处理（物理吸附）和２级生物处理（生物吸附）去除【１２１３Ｊ。 在本文中，细格栅和沉砂池均为物理处理单元，其主要作用是 去除污水中的粗大悬浮物，同时通过物理吸附作用去除部分 重金属离子。氧化沟是２级生物处理单元，其对重金属的去 除作用主要在于活性污泥的表面吸附和胞内吸附等…Ｊ。二 沉池对重金属的去除作用则在于进一步通过沉淀去除污水中 与剩余污泥结合的重金属。根据本文的监测数据分析结果， 表ｌ列出了污水处理工艺对６种重金属离子的总去除率，以 及沉砂池、氧化沟和二沉池对金属离子去除的贡献率。
度法测定（ＩＳＯ １１０４７：１９９８（Ｅ）），Ｈｇ的质量浓度用氢化物发生 一原子吸收分光光度法测定（ＩＳＯ １６７７２：２００４（Ｅ）），Ａｓ的质量 浓度用氧化物发生一原子吸收分光光度法测定（ＩＳＯ ２０２８２： ２００７（Ｅ））。每种样品平行测定３次。试验用所有器皿均用 ２０％分析纯硝酸浸泡过夜，用超纯水冲洗３次。
２）主要试剂：１ ０００ ｌ，ｇ／ｍＩ。的ｃｕ、ｚｎ、Ｍｎ、ｃｒ、Ｈｇ和Ａｓ单 元素标准溶液（国家标准物质研究中心）；优级纯浓ＨＮ０３、 ＨＣＩ、Ｈ，Ｓ０４；超纯水等。 １．２样品的采集
西安市某污水处理厂主要接纳居民生活污水，同时接纳 部分Ｊ二业废水（约占４０％），主要来源于印染废水，主要污染 物是挥发性酚、ＣＯＤ、石油类、ＢＯＤ。和ｃ，＋。采用氧化沟工艺 处理污水，丁艺流程见图ｌ。根据污水厂的工艺流程及各个 构筑物的作用，设定４个采样点．即细格栅问末端、沉砂池末 端、氧化沟末端和二沉池末端分别为１、２、３、４号采样点。每 周从各个采样点采样１次，带回实验窀谚即处理、测定。连续 采集４个月，并进行数据分析。 １．３样品前处理方法
８５．８％和９７．Ｏ％，而对Ｍｎ、ｚｎ和ｃｒ的去除率相对偏低，分别为
加．０％、３３．３％和３０．８％。在污水处理过程中，多数金属离子有逐渐
从水相迁移到泥相的趋势。通过离心分离法对水中的金属离子接溶
解态和颗粒态进行了分类，发现各种金属离ｆ在生物处理单元中有从
溶解态转化为颗粒态的趋势，但在■沉池中某屿金属离子又有从颗粒
０引 言
城市污水是人们生产和生活过程中污染物排出（或排泄） 的载体，集中丫包括有毒有害物质在内的各类污染物…。重 金属离子作为污水中典型的有毒有害污染物质之一，由于其 毒性，具有高度的危害性ｂＪ。重金属污染不同于其他类型污 染，具有隐蔽性、牛物累积性、长期性和不可逆转性等特 点【Ｈ Ｊ。因此，我国在污水处理及污水回用过程中，把莺金属 列为监测控制的重要项目。在《城镇污水处理厂污染物排放 标准》（ＧＢ／Ｔ １８９１８－－２００２）中，对总汞、烷基汞、总镉、总铬、六 价铬、总砷和总铅７项ｌ类重金属污染物做ｒ规定，要求控制 其最高允许排放浓度，严格执行；同时选择控制项目中也包 括了另外７项金属离子指标。此外，在《城市污水再生利用 景观环境用水水质》（ＧＢ／Ｔ １８９２１－－２００２）标准的选择控制项 目也包括了这１４种金属离子的指标。由此町弛，对重金属离 子的排放控制是城市污水处理的重要任务之一。
总体ｌ：说，泥相中锌种重金属离子的质量比均警现出沿 处理流程增高的趋势，这是卜述水相中各种重金属离子得到 去除的结果，去除的霞金属离子均转移到泥相中。其中，ｃｕ、 Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃｒ以及Ａｓ在氧化沟活性污泥中质量比增大比较明 显，这足整个污水处理厂的污泥主委集中在氧化沟的必然结 果。此外，个别晕金属（如Ｍｎ和ＨＥ）也存在二沉池ｌ污泥中的 质鼋比低于氧化沟的现象，说明重金属离子也能从泥相转移 到水相中。 ２．４重金属离子的形态和迁移转化规律
５３
万方数据
Ｖ０１．１０ Ｎｏ．１
安全与环境学报
第ｌＯ卷第１期
的金属离子，二沉池的贡献牢明显偏大，说明这些重金属离子 的去除（不论物理吸附或牛物吸附）呵能需要更长的过程。由 于有嵝金属离子本来质量浓度就不高，表ｌ的数据町能有～ 定的偶然性，这些金属离子在不同处理单元中的去除规律及 其机理尚需进一步深入研究。 ２．３重金属离子在泥相中的分布