摘要：因重金属的毒性及致癌性，所以重金属污染水体备受关注，去除水体中的重金属势在必行。活性污泥作为一种生物吸附剂，在处理低浓度重金属废水应用中前景广泛。以活性污泥为核心的城市污水处理厂在有效去除有机物的同时，对重金属也有一定的去除能力。本文分析了重金属在城市污水处理中的去除效果，推导出重金属在城市污水处理中的去除机理。
关键词：重金属；城市污水处理厂；活性污泥法；去除；吸附剂
引言
随着我国现代工业化和城市化建设的不断推进，城市的生产生活用水需求量越来越大。同时，城市的工业废水和生活污水的排放量也越来越大，很多重金属及其他有害污染物也随着污水的排放进入水环境中，导致城市污水中的重金属等有害物质越来越多。重金属与其他污染物不同，城市污水中的重金属具有加强的隐蔽性，同时还具有长期性、不可逆转性、生物积累性等特点。从目前的情况来看，城市污水中的重金属主要来源于城市工业区的化工厂、有色金属加工厂等，同时人们日常使用的颜料、油漆、烟草及特殊医药等都含有重金属，因而在城市污水中常含有一定量的重金属，随着污水的大量排放，对当地的地下水造成严重的污染，同时也将对人体健康造成极大的危害。因此，对城市污水中的重金属进行处理是非常有必要。
一、重金属废水处理技术及重金属生物吸附
几十年来，人们一直在探索处理含重金属废水的新技术。如今，重金属废水处理技术包括传统的化学沉淀（硫化物沉淀和氢氧化物沉淀）、离子交换、吸附、膜过滤、电化学处理技术等。表1归纳了几种处理方法的效率及潜在的问题。虽然这些处理方法在一定条件下有诸多优势，如去除效率高、操作简单等，但是在处理低浓度重金属废水时，它们大多效率较低，费用高昂，此外存在二次污染的隐患，且需要考虑污泥处置问题，所以这些方法大多是不环保的。
表1重金属废水处理技术的去除效果及其特点
注：表中“—”表示未给出相应的去除率
活性污泥作为一种低成本去除水中污染物的吸附剂，正受到越来越多的关注。过去人们普遍认为活性污泥法不适合处理重金属废水，因为重金属废水普遍有机营养物较少，且金属离子浓度过高对活性污泥微生物有毒害作用。然而经过几十年的尝试与研究，活性污泥被认为是一种经济有效的生物吸附剂。近年来国内外已有许多学者对重金属的生物吸附做了研究，表2列出部分文献及结论：①研究了铅、汞、铬、砷离子在活性污泥上的竞争吸附，认为活性污泥是一种环保有效的生物吸附剂，可用于处理含有重金属的废水；②用干污泥作为生物吸附剂对Cu2+进行吸附，在最佳条件下，Cu2+的去除率达85%；③对碱改良污泥对镉的吸附特性进行了研究，发现经碱改良后的污泥吸附能力大幅提升；④在试验中用不同的方法对污泥进行预处理，以污泥作为吸附剂，进行Cu2+、Cd2+、Ni2+的生物吸附；④利用剩余活性污泥对电镀废水进行处理，研究表明Zn2+的去除率高达96%；⑤利用单一菌种对重金属吸附进行研究；⑥利用硫酸盐还原菌处理重金属废水，当Zn2+含量为100mg/L时，Zn2+的去除率高达99.63%，但当Zn2+的含量增至600mg/L时，去除率明显降低，说明硫酸盐还原菌受到了高浓度重金属的毒害作用。
综上所述，虽然微生物吸附重金属还是一种相对较新的技术，但由于生物吸附剂来源广泛、成本低廉、吸附快速、吸附设备简单、操作容易，此外还可回收金属并进行吸附剂再生，生物吸附已成为公认的经济有效的重金属去除方法，在低浓度重金属废水的处理中非常有前景。活性污泥法就是基于微生物降解作用的污水处理工艺，它在有效去除污水中有机物、氨氮和总磷的同时，也能通过沉淀、吸附等去除污水中的重金属，这成为了活性污泥工艺系统额外的功能，在城市污水中重金属浓度不高的情况下，突显其优越性。但该方法也存在缺陷，如在剩余污泥农用时带来潜在的重金属污染。虽然工业废水的控制排放及清洁技术的应用使得我国污泥中重金属含量呈下降趋势，但仍存在超标现象。对重金属的剩余污泥进行堆肥处理可有效钝化重金属，降低污染风险；集中回收利用剩余污泥中的重金属也能减轻重金属的环境负担。
表2重金属生物吸附研究及主要结论
二、重金属在城市污水处理中的去除情况
本文为了在实际研究过程中对城市污水重金属处理的相关效果进行分析，从而理清相关的技术处理机理，重点针对我国某城市进、出水系统中的重金属实际含量做了进一步分析，如下表所示，本文通过研究得出具体的重金属浓度以及去除率。
表3我国某城市污水处理厂进出水中重金属实际含量及去除率数据统计
表4城市污水处理中重金属进水含量顺序及去除率顺序统计对比
三、重金属在城市污水处理中的去除机理分析
3.1城市污水处理中重金属一级处理与二级处理的去除机理
通常而言，城市污水中的重金属在使用生物处理技术工艺进行作业时，一级处理以及二级处理过程中的重金属处理都能取得良好的处理效果。在重金属一级处理过程中，主要采用初沉池以及沉砂池等相关构筑物，对城市污水中的相关重金属物质进行有效去除处理。因此，在这一环节的技术处理过程中，所采用的处理技术工艺较为简单，而且处理技术所用的相关技术机理更加明确，其主要的处理技术机理是通过固体颗粒将沉砂池中相关重金属杂质进行有效吸附，从而展开相关的技术工艺操作。但是，在二级处理技术工艺流程中，主要处理构筑物包括二沉池以及曝气池等，因此其所采用的处理技术机理与一级技术处理所采用的技术方式有所区别，主要通过有效发挥活性泥微生物的巨大吸附作用，从而将城市污水重金属中的相关污染物进行有效去除。实践研究证明，通过在生物单元中采用溶解态的重金属微量元素进行污染物去除，在我国城市污水处理过程中具有良好的作用。
3.2城市污水处理中重金属活性污泥去除机理
在生物单元中采用活性污泥处理技术吸附重金属，这一技术已经被业内广泛关注，相关学者已经通过这一技术预测生物吸附剂的最大吸附量。在吸附性实验过程中，主要采用吸附等温线模型对重金属处理过程中的等温吸附方程进行拟合。例如，Freundlich等温吸附模型以及Langmuir等温吸附模型已经得到非常广泛的应用。特别是城市污水重金属处理中的离子生物吸附实验，具有重大的应用价值。尽管金属离子的吸附并非完全依
照单层重金属的相关吸附原理进行技术处理，但通过实践结果说明，重金属在城市污水处理过程中，通过活性污泥的良好吸附作用以及等温吸附，从而利用等温线，可对重金属在活性污泥中的吸附特性进行分析，以此对特定环境下活性污泥重金属的最大吸附量进行科学预测。
3.3城市污水处理中重金属生物吸附作用机理
对于活性污泥的生物吸附作用，本文认为活性污泥与微生物胞外聚合物中的PO3－4以及OH和NH2重金属等相关原子团进行络合，在现代科学技术支撑下，将微生物胞外聚合物的巨大作用与能量化的重金属作用有效结合在一起。因此，从微观污水重金属处理机理来看，胞外聚合物以及重金属之间通过阳离子结合，发生一定的交换作用，具体结合胞内蓄积以及表面吸附两种不同的污水重金属处理基础机理进行吸附。而在此处理技术工艺流程中，代谢与重金属的表面吸附没有太大关联性，因此在重金属处理与吸附过程中，不仅效率高，而且吸附快，同时降低了能量消耗。
3.4城市污水处理中重金属胞内蓄积去除机理
通过胞内蓄积重金属去除机理进行技术操作时，主要通过在胞外结合，并将其运输到胞内进行进一步吸附处理。因此，在这一技术处理过程中，重金属穿越细胞膜的实际运输机理与钠离子及镁离子和钾离子等一致，都需要通过能量代谢作用，从而导致污水重金属处理效率不高，速度较为缓慢。除此之外，在一般的生物二城池处理技术过程中，主要利用生物处理技术中的共沉淀以及颗粒物吸收等相关处理技术机理有效将城市污水中的相关重金属物质有效去除。
四、结束语
随着城市化的不断推进，不同城市的重金属污染情况也各不相同，因此，我们应根据实际情况选取更加合理的处理方法，处理不同种类的重金属污染。随着我国生物技术的不断发展，生物污水处理的机理与工艺具有极大的发展潜力。
参考文献：
[1]重金属离子对A~2/O工艺脱氮效能的毒性影响分析[J].熊仁久，曹国华，范举红，李奇云，钱志军，陈晓萍.水处理技术.2012（09）
[2]太原市某污水处理厂各工段重金属含量分析[J].张智春.环境保护科学.2011（02）
[3]中国城市污泥的重金属含量及其变化趋势[J].杨军，郭广慧，陈同斌，郑国砥，高定，杨苏才，宋波，杜伟.中国给水排水.2009（13）
[4]水体中重金属的生物有效性[J].宋吉英，候明.净水技术.2006（02）
[5]活性污泥处理重金属废水的研究进展[J].刘恢，柴立元，闵小波，王云燕，于霞.工业用水与废水.2004（04）
[6]污水处理厂出水的环境质量和农业再利用[J].胡雪峰，朱琴，陈斌，邓慧红.农业环境科学学报.2002（06）
论文作者:吴嘉武
论文发表刊物:《基层建设》2019年第1期
论文发表时间:2019/4/1
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