第24卷第5期重慶環(huán)境科學(xué)2002年10月污水集中處理廠污水中金屬(重金屬)的分布王光龍1,蔣廉潔(1.鄭州大學(xué)化工學(xué)院,河南鄭州450002;2.黃河水資源保護(hù)科學(xué)研究所,河南鄭州450003)摘要:系統(tǒng)地建立集中污水處理裝置是環(huán)境管理和污染治理的發(fā)展方向之-一,在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已相當(dāng)普及。本文分析了美國(guó)和加拿大污水集中處理廠原污水和常用治理流程各工序中金屬(重金屬)的分布情況。結(jié)果表明,由于地理、氣候、人口,特別是工業(yè)分布的影響,原污水中金屬含量會(huì)有較大變化。因?yàn)樽兓秶笄页^(guò)排放標(biāo)準(zhǔn)2-10倍(按均值計(jì)),在設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)予以重點(diǎn)考慮的幾種金屬為:Cd、Cu、Cr、Pb、Ni和Zn。經(jīng)典型的沉淀活性污泥工藝處理后,金屬除去率大于80%,可以滿足排放要求。關(guān)鍵詞:金屬;重金屬;污水;分布中圖分類(lèi)號(hào):X502文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1001-2141(2002)05-0048-04Distribution of Metals (Heavy Metals in Centralized Sewage Treatment PlantLannie(1. Zhengzhou University, Zhengzhou 4500022. Yellow River Water Resource Protection Institute, Zhengzhou 450003)Abstract: Establishment of centralized sewage treatment plant is one of development direction inonment management and pollution treatment. It is widely popularized in developed country. The distribution of metals in sewage atentrance and different sections of centralized sewage treatment plant in USA and in Canada was analyzed in the paperThe results indicated that content of metals in sewage at entrance can be influenced by geography, weather, populationplants. Because of greater changeaccessharge standard, Cd, Cu Cr, Pb Ni and Zn shouldbe pay more attention in evaluation and design. With typical precipitation-active sludge process, elimination ratio of theetals is over 80% and discharge standard can be metKey words: Metal, Heavy metal. Sewage Distribution.含有金屬特別是重金屬的污水直接排放到環(huán)境水是工業(yè)分布的不同,進(jìn)入各污水處理系統(tǒng)的金屬種類(lèi)系統(tǒng)中,由于其在食物鏈中的生物積累,即使很少的和含量會(huì)有差異,但廣泛和相對(duì)長(zhǎng)周期的分析和測(cè)定量,也會(huì)對(duì)人類(lèi)造成相當(dāng)嚴(yán)重的危害,第一類(lèi)需要考慮是具有一定統(tǒng)計(jì)規(guī)律的的污染性金屬(主要為重金屬)有:Ag、As、Be、Cd、Cr、近年來(lái),環(huán)境治理有長(zhǎng)足的發(fā)展,開(kāi)發(fā)出許多治理Cu、Ⅳg、Ni、Pb、Sb、Se和Zn口。表1為美國(guó)環(huán)境保護(hù)方法。主要有沉淀、氧化還原、離子交換、吸附、反滲透署(EPA)和意大利政府制定的排放標(biāo)準(zhǔn)2溶液萃取、膜技術(shù)、電化學(xué)處理和生物處理,其中沉淀、表1污染性金屬排放標(biāo)準(zhǔn)L吸附和生物處理已廣泛應(yīng)用于污水集中處理系統(tǒng)Ag As Be Cd Cr Cu Hg Ni Pb Sb Se Ti Zr污水集中處理從系統(tǒng)管理、控制的污染以及經(jīng)濟(jì)EPA標(biāo)準(zhǔn)100.020.0871050100213350145104500方面都有顯著的優(yōu)越性,因此在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)普及,我意大利標(biāo)準(zhǔn)10國(guó)也正在逐步建立一整套這樣的系統(tǒng)。而這種系統(tǒng)的金屬主要有三個(gè)來(lái)源:自然雨、雪徑流;人類(lèi)活動(dòng)建立,包括裝置能力的確定、處理工藝的選擇與來(lái)源污(食品的制作和消費(fèi)、家庭活動(dòng)等)和工業(yè)裝置排放。工水中重金屬的種類(lèi)濃度和數(shù)量有密切的關(guān)系美國(guó)和業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的大型裝置在將其廢液排到污水集中處理加拿大在污染源和污染治理水平方面具有一定的代表系統(tǒng)之前都進(jìn)行預(yù)處理使金屬的含量達(dá)到一定的水性。本文擬根據(jù)一些調(diào)查測(cè)定資料就美國(guó)、加拿大污平,因此有相對(duì)可比性雖然由于地理、氣候、人口特別水集中處理裝置來(lái)源污水中和常用治理流程各工序中重金屬的分布情況進(jìn)行分析,為我國(guó)建立污水集中處稿日期:2002-03-06作者簡(jiǎn)介:王光龍(1951-),男,安徽涇縣人,副教授,197年畢業(yè)于鄭理廠提供參考。州工學(xué)院,從事化學(xué)工程和化工環(huán)保的教學(xué)和科研工作。5期王光龍等:污水集中處理廠污水中金屬(重金屬)的分布49背景概述程如圖1。其處理裝置,都有原污水經(jīng)格柵和沉砂池過(guò)調(diào)查測(cè)定數(shù)據(jù)主要有五個(gè)來(lái)源(美國(guó)三個(gè),加拿大濾、初沉池、活性污泥處理池、二沉池、最終處理工序和二個(gè))。其中 Minear(美國(guó)239套裝置,美國(guó)環(huán)境保護(hù)污泥消化、污泥脫水,因而各裝置的結(jié)果有可比性署項(xiàng)目)和 Nelson3(加拿大4套裝置)考察了原污水表2原污水金屬含量( Minear美國(guó))中金屬的分布情況(表2、表3),特別是 Minear的調(diào)濃度g/金屬測(cè)定裝置數(shù)查,為充分考慮地理、城市人口和工業(yè)分布等各種因素最大影響的統(tǒng)計(jì)結(jié)果,由此可對(duì)美國(guó)污水集中處理裝置原污水有一個(gè)較清晰的概觀。而 Donadel和Sung較1900詳細(xì)的測(cè)定了美國(guó)污水處理裝置中各工序的金屬除去率。 Donald的測(cè)定對(duì)象為馬薩諸塞州東南部、東北部和西部的三套裝置(表4),其測(cè)定結(jié)果為月平均值;Sung選擇的是分布在美國(guó)各地的25套裝置(表5),adcc分別測(cè)定了各工序金屬的濃度上、下限和計(jì)算統(tǒng)計(jì)平均值,由此可以得到金屬除去率。Rao對(duì)加拿大南部Regina的裝置進(jìn)行了詳細(xì)的測(cè)定(表6、表7),表中數(shù)據(jù)為一星期的結(jié)果,該裝置同時(shí)接受工業(yè)和城市污水10000日處理量76000m328700調(diào)查的污水集中處理裝置在處理工藝和設(shè)備結(jié)構(gòu)上有一些差異,但絕大部分為活性污泥處理,其原則流表3原污水金屬含量( Nelson,Rao加拿大)g/IRegina(均值)EdmontonCalgaryVancouverWinnipeg0.077-0.40(0.279)0-0.0340-0,0090-0,0190,09-0,25(0,116)0,023-1,330.4710.146-1.372(0.703)0.059-0.1760.031-0.2220.1570.185-1.095(.572)0-0.1320.066Z0,162-1.2280.075-0,238O,027-0,286表4集中污水處理廠各工序金屬分布( Donald美國(guó)馬薩諸塞州)/Medfield(1300m3/日東南部Fitchburg(340mn/日東北部)Pitfield1300m3/日西部)4g7.67/2.312.0/2.02.00/2.001630-295023.4/3.2919.11/2.00184/2.001760-839031.97/4.6714.47/2.42.6/2.02050/4110A2546/100148.9/11673.3/68.80(8.76-24)*105206.4/1261382.8/180533.8/93.3(1,1-2.2)°10613352/3171658/3201025/118(1.22.0)·10As6.15/5.845,62/5.296.21/6,771460-38107.58/6.517.14/5,667.51-5,6311926001258/9.068.70/5,517.91/5.21610-3830Be0.5/0.56.12-16.219.50/0.5013.26-26.990.5/0.54.23/1.105.23/1.879.50/1.647.56/1.604.23/1.890.92/2.0423346423.59/4.75839/5,404.23/4.014752720/3,001310-4040182.4/7.30203.30/13.618.60/3.303190-3792058.40/10.4025.8/10.17.0/4,03829-7630Cu157.3/29.112.20/13.717.10/12.80(3.450.1)104391.8125.5272.5/108.865.5/2.2(6.99.9)·104603.8/145.5283/147102.4/74(3.7-7.4)*10Hg1.550.230.21/0.200.20/0.20228830.34/0.210.3010.200.2210.2068100.52/0.230.2219.200.23/0.294100/1000/1001100P62.90/8.7012.0/5.6010.40/9.302890-5090872.1/28.50371.3/40.20150.0/15.2(1.6-12)*10+108.50/7.0017.4/5.628.3/6.5Sb18.4/13.4511.07/16.312.91/12.73785-512515.19/14.721.82/15.6412.4/12.4184-553718.58/14.9013.17/2113.5/1Se10.46/10.01.0/10.010.00/10.0020-251010.75/10.011.1710.16280-136016.04/10.0011.6310.65450-1361Ti5.00/5.000-8.345.00/5.00490/9.30390(9.2-18.5)+102580.00.30330.001.1-1.9)·104790./0,30490300(9.2.1)*10350重慶環(huán)境科學(xué)表5集中污水處理廠各工序金屬分布(Sung美國(guó)25套裝置)(a四g/l,bmg/)濃度濃度濃度濃度平最最平g ND 270129612011909911506310924ND23ND105D28428384003490406012225NiND690140ND1700150ND20060ND21060160255007460340101003420ND 5ND925013bCr0.016,240,510,023.190.390.0050,290.040.0052.100.123.45213362,111622,7Cu0.031.960.390.021.560.34N0.350.09ND0.550.091.2529461.24.7311637.9Fe1.5816.94.410.7617.74.400.104.291.050.205.361,1361287090972.2293310Mn0.044.410.380,020.350,210.,020,460,170,O10,340.161.5344,641.1110.25.22b0.050.470.20ND0.450.17ND0.220.04ND0.280.040.5533.715.51.9515.87.7Zn0.153,030.670.092.010.53ND0,290.130.010.850.181.75356816.86.8038.522.6ND:未檢出表6各工序金屬除去率(Rao加拿大)總除去率%23.0737.2566.1210.4513.4463.5418.23內(nèi)泥現(xiàn)水化污聞?dòng)蛉ビX(jué)繞成進(jìn)一步處習(xí)圖1污水處理裝置原則流程表7各工序金屬存在形式(Rao加拿大)2.1原污水中的金屬分布EPA提到的第一類(lèi)需要考慮的污染性金屬在污水溶懸浮水溶懸浮水溶懸浮水溶懸浮水集中處理廠的原污水中都存在,但Ti的含量很低cd5493.663.454.745.351.3487-般低于排放標(biāo)準(zhǔn),可不作考慮其余金屬變化幅度較Cr45.854.235.464.649.350.752.247.6大。根據(jù) Minear的統(tǒng)計(jì),變化范圍從滿足排放要求到Cu38.461.652.347.266.433.682Ni71.02977.422.6762455.644.4超標(biāo)幾十、幾百、幾千乃至幾萬(wàn)倍。其中超過(guò)萬(wàn)倍的金zm62.437.664.235.8683267.532.5屬有Cr、Cd、Pb、Ni、Zn和Cu,因此在評(píng)價(jià)和設(shè)計(jì)時(shí),這幾種金屬應(yīng)優(yōu)先考慮。對(duì)原污水中金屬含量影響最表8進(jìn)入恒河污水金屬分布主要的因素是工業(yè)裝置的排放,如加拿大 Regan原污( Wasay印度5個(gè)測(cè)定點(diǎn))mg/I水中Cd和Cu高于其他四套裝置5-10倍,其最大差異是 Rigena地區(qū)有一套煉油裝置和一家鋼鐵廠0-0.050.0180.600.190.28-1.690.020.50.25-3.15Sung的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,雖然人口因素對(duì)原污水的金屬有一定的影響,但相對(duì)于工業(yè)裝置來(lái)講,作用很小,在0.15-1.50.1-2.30.2-0.50-0.0020.98-5.65需要考慮的因素較多時(shí),可以忽略測(cè)定的污水為24h混合樣,取樣點(diǎn)如圖1所示,取對(duì)同一套裝置,原污水中的金屬含量也會(huì)發(fā)生變樣后就地分析或用飛機(jī)在2h內(nèi)送至實(shí)驗(yàn)室分析。污化。一周內(nèi) Rigena原污水的Cr改變了2.7倍;Ed泥取樣為定時(shí)收集的樣品( grade sample)。分析方法 monton原污水在Cr在0-6.29ml/之間波動(dòng),變化為原子吸收光譜,樣品制備和分析根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行量是可觀的因而相對(duì)長(zhǎng)期的測(cè)定,對(duì)確定數(shù)據(jù)的變化范圍和可靠性非常必要。2分析與討論Sung、 Donald、Rao和 Nelson測(cè)定的原污水中金5期王光龍等:污水集中處理廠污水中金屬(重金屬)的分布51屬的變化情況在 Minear的范圍內(nèi),且變化幅度最大的3結(jié)論六種金屬仍然是(r、Cd、Pb、Ni、Zn和Cu。按均值計(jì)通過(guò)分析和討論,可以得出超過(guò)排放標(biāo)準(zhǔn)2-10倍。3.1EPA提出的第一類(lèi)需考慮的污染性金屬在美國(guó)印度是發(fā)展中國(guó)家,其人口密度與環(huán)境治理水平污水集中處理廠的原污水中都存在,其含量在一定范與我國(guó)相近尚未建立完整的污水集中處理系統(tǒng)。工業(yè)圍內(nèi)變化影響的最主要因素是工業(yè)裝置的分布這些經(jīng)過(guò)工廠預(yù)處理)及生活的混合污水(相當(dāng)于美國(guó)和金屬中以Cr、Cd、Pb、Ni、Zn和Cu變化最為顯著,按加拿大污水集中處理系統(tǒng)的原污水)直接排入環(huán)境水均值計(jì),超過(guò)排放標(biāo)準(zhǔn)2-10倍,因而在評(píng)價(jià)和設(shè)計(jì)系統(tǒng)中。 Wasay對(duì)穿過(guò)新德里的恒河的五處入流進(jìn)行時(shí),應(yīng)予以?xún)?yōu)先考慮了測(cè)定(表⑧),其各金屬的含量均在 Minear統(tǒng)計(jì)范圍3.2加拿大原污水中金屬的分布與美國(guó)十分相近,尤之內(nèi)?。其是幾種主要金屬分布情況。2.2金屬除去率3.3對(duì)印度五處入河(恒河)污水的分析表明,雖然工各污水集中處理裝置不同工序金屬的分布(除去業(yè)發(fā)展和污染治理水平有所差異,但與美國(guó)和加拿大率)因原污水中金屬含量、金屬存在形式(水溶性及懸污水廠原污水金屬分布仍很相似浮的比例)以及操作條件等因素的影響有所不同,總的3.4同一套裝置原污水中金屬含量因?yàn)橐恍╇S機(jī)因金屬除去率也相應(yīng)變化。特別是對(duì)于含量較小的幾種素也會(huì)有波動(dòng),因而相對(duì)長(zhǎng)期和廣泛的測(cè)定和評(píng)價(jià),對(duì)金屬如As、Sb、Se和Hg,各工序的除去率和總除去率數(shù)據(jù)的可變范圍和可靠性是非常必要的結(jié)果差異比較大。Sung在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后認(rèn)3.5沉淀活性污泥處理工藝處理污水可以滿足排放為,As、Hg、Se等金屬,由于其含量少,容易產(chǎn)生較多的要求。其中幾種主要金屬的除去率大于80%。若按的誤差,因而在計(jì)算各項(xiàng)金屬除去率時(shí),不作考慮。金屬除去率大于50%的裝置占總裝置的比例排列金對(duì)變化范圍大、超過(guò)排放標(biāo)準(zhǔn)倍數(shù)較高而需重點(diǎn)屬除去情況,則順序?yàn)镻b、Zn、Fe、Cr、Cd、Cu、Ag、Ni考察的金屬Cr、Cd、Pb、N、Zn和Cu,無(wú)論是美國(guó)的裝Mn和Co。置,還是加拿大的裝置,結(jié)果是一致的,總除去率很高,3.6第一沉淀池有可能除去大部分乃至絕大部分懸最終排放都可以滿足EPA的標(biāo)準(zhǔn)若以總除去率大于浮態(tài)金屬,而水溶性金屬則全部要在活性污泥處理工50%的裝置占總裝置數(shù)的比率評(píng)價(jià)金屬除去的情況,藝及最終處理過(guò)程中除去。則順序?yàn)?Pb、Zn、Fe、Cr、Cd、Cu、Ag、Ni、Mn和Co但各工序的作用不同統(tǒng)計(jì)之間有差異4參考文獻(xiàn)污泥(5和6取樣點(diǎn))金屬分布與原污水中基本-1 Donald B.A.ctal. Removal of Heavy Metals in Potw. Environmenal Progress,1987,(6)2:91-982.3金屬存在形式的影響2 Richard H. et al. Environmental Contamination- Surveys of HeavyMetals in Urban Soil and Hazard Assessment. Proceedings of Uni表7是Rao對(duì)各金屬存在形式的分析。結(jié)合表6,versity of Missouris Annial Conference, Missouri, USA, 1984:450-Rao認(rèn)為,第一沉淀池主要除去懸浮態(tài)的金屬,因此460r和(u有較高的除去率。但其未能解釋?xiě)腋∥锉壤? Nelson P.etal. Equilibrium Chemical Modelling of Heavy Metals in僅29%的Ni也在第一沉淀池中除去率達(dá)到63.5%的Actived Sludges, Water Research. 198371-778,原因。 Donald測(cè)定的水溶性金屬的比例遠(yuǎn)小于Rao4smng.F.c.etal, Heavy Metal Variability of Different MunicipalSludges. Journal of Environment Science and Health, 1988 A23(8)的,水溶性Cd約20%,Cu25%,Zn幾乎全部為懸浮823-841態(tài),Cr4%-20%,Pb5%-15%。高的懸浮態(tài)金屬比5RaoG.A.K.etal. Removal of heayy metals at canadian wastewa例,提供了在第一沉淀池中除去的可能性。結(jié)合Sunger Treatment Plant. Journal of Environment Science and Health的分析,確實(shí)存在這幾種金屬在第一沉淀池中達(dá)到很高的除去率的例子。但由于第一沉淀池的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行6 American Public Health Association Standard Methods for the Examination of Water and Waste Water(16 h edition ) Washington D,情況的不同,仍有相當(dāng)一部分裝置的沉淀池并不能除C.1985去大部分的懸浮態(tài)金屬。根據(jù) Donald的分析,水溶態(tài)Wasay S A et al. Heavy Metals in Raw Sewage Entering Yamuna at的金屬必須經(jīng)過(guò)活性污泥工序處理,Sung的結(jié)果支持Delhi and their Treatment. Journal of Institution of這種理論,Cr、Cu、Pb等主要在生化處理工序除去。( India),1988EN(68)3:80-85