污水集中处理厂污水中金属(重金属)的分布

第24卷第5期重庆环境科学2002年10月污水集中处理厂污水中金属(重金属)的分布王光龙1,蒋廉洁(1.郑州大学化工学院,河南郑州450002;2.黄河水资源保护科学研究所,河南郑州450003)摘要:系统地建立集中污水处理裝置是环境管理和污染治理的发展方向之-一,在工业发达国家已相当普及。本文分析了美国和加拿大污水集中处理厂原污水和常用治理流程各工序中金属(重金属)的分布情况。结果表明,由于地理、气候、人口,特别是工业分布的影响,原污水中金属含量会有较大变化。因为变化范围大且超过排放标准2-10倍(按均值计),在设计和评价时应予以重点考虑的几种金属为:Cd、Cu、Cr、Pb、Ni和Zn。经典型的沉淀活性污泥工艺处理后,金属除去率大于80%,可以满足排放要求。关键词:金属;重金属;污水;分布中图分类号:X502文献标识码:A文章编号: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.含有金属特别是重金属的污水直接排放到环境水是工业分布的不同,进入各污水处理系统的金属种类系统中,由于其在食物链中的生物积累,即使很少的和含量会有差异,但广泛和相对长周期的分析和测定量,也会对人类造成相当严重的危害,第一类需要考虑是具有一定统计规律的的污染性金属(主要为重金属)有:Ag、As、Be、Cd、Cr、近年来,环境治理有长足的发展,开发出许多治理Cu、Ⅳg、Ni、Pb、Sb、Se和Zn口。表1为美国环境保护方法。主要有沉淀、氧化还原、离子交换、吸附、反渗透署(EPA)和意大利政府制定的排放标准2溶液萃取、膜技术、电化学处理和生物处理,其中沉淀、表1污染性金属排放标准L吸附和生物处理已广泛应用于污水集中处理系统Ag As Be Cd Cr Cu Hg Ni Pb Sb Se Ti Zr污水集中处理从系统管理、控制的污染以及经济EPA标准100.020.0871050100213350145104500方面都有显著的优越性,因此在发达国家已经普及,我意大利标准10国也正在逐步建立一整套这样的系统。而这种系统的金属主要有三个来源:自然雨、雪径流;人类活动建立,包括裝置能力的确定、处理工艺的选择与来源污(食品的制作和消费、家庭活动等)和工业装置排放。工水中重金属的种类浓度和数量有密切的关系美国和业发达国家的大型装置在将其废液排到污水集中处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统之前都进行预处理使金属的含量达到一定的水性。本文拟根据一些调查测定资料就美国、加拿大污平,因此有相对可比性虽然由于地理、气候、人口特别水集中处理装置来源污水中和常用治理流程各工序中重金属的分布情况进行分析,为我国建立污水集中处稿日期:2002-03-06作者简介:王光龙(1951-),男,安徽泾县人,副教授,197年毕业于郑理厂提供参考。州工学院,从事化学工程和化工环保的教学和科研工作。5期王光龙等:污水集中处理厂污水中金属(重金属)的分布49背景概述程如图1。其处理装置,都有原污水经格栅和沉砂池过调查测定数据主要有五个来源(美国三个,加拿大滤、初沉池、活性污泥处理池、二沉池、最终处理工序和二个)。其中 Minear(美国239套装置,美国环境保护污泥消化、污泥脱水,因而各装置的结果有可比性署项目)和 Nelson3(加拿大4套装置)考察了原污水表2原污水金属含量( Minear美国)中金属的分布情况(表2、表3),特别是 Minear的调浓度g/金属测定装置数查,为充分考虑地理、城市人口和工业分布等各种因素最大影响的统计结果,由此可对美国污水集中处理装置原污水有一个较清晰的概观。而 Donadel和Sung较1900详细的测定了美国污水处理装置中各工序的金属除去率。 Donald的测定对象为马萨诸塞州东南部、东北部和西部的三套装置(表4),其测定结果为月平均值;Sung选择的是分布在美国各地的25套装置(表5),adcc分别测定了各工序金属的浓度上、下限和计算统计平均值,由此可以得到金属除去率。Rao对加拿大南部Regina的装置进行了详细的测定(表6、表7),表中数据为一星期的结果,该装置同时接受工业和城市污水10000日处理量76000m328700调查的污水集中处理装置在处理工艺和设备结构上有一些差异,但绝大部分为活性污泥处理,其原则流表3原污水金属含量( 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集中污水处理厂各工序金属分布( Donald美国马萨诸塞州)/Medfield(1300m3/日东南部Fitchburg(340mn/日东北部)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重庆环境科学表5集中污水处理厂各工序金属分布(Sung美国25套装置)(a四g/l,bmg/)浓度浓度浓度浓度平最最平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:未检出表6各工序金属除去率(Rao加拿大)总除去率%23.0737.2566.1210.4513.4463.5418.23内泥现水化污闻域去觉绕成进一步处习图1污水处理装置原则流程表7各工序金属存在形式(Rao加拿大)2.1原污水中的金属分布EPA提到的第一类需要考虑的污染性金属在污水溶悬浮水溶悬浮水溶悬浮水溶悬浮水集中处理厂的原污水中都存在,但Ti的含量很低cd5493.663.454.745.351.3487-般低于排放标准,可不作考虑其余金属变化幅度较Cr45.854.235.464.649.350.752.247.6大。根据 Minear的统计,变化范围从满足排放要求到Cu38.461.652.347.266.433.682Ni71.02977.422.6762455.644.4超标几十、几百、几千乃至几万倍。其中超过万倍的金zm62.437.664.235.8683267.532.5属有Cr、Cd、Pb、Ni、Zn和Cu,因此在评价和设计时,这几种金属应优先考虑。对原污水中金属含量影响最表8进入恒河污水金属分布主要的因素是工业装置的排放,如加拿大 Regan原污( Wasay印度5个测定点)mg/I水中Cd和Cu高于其他四套装置5-10倍,其最大差异是 Rigena地区有一套炼油装置和一家钢铁厂0-0.050.0180.600.190.28-1.690.020.50.25-3.15Sung的统计结果表明,虽然人口因素对原污水的金属有一定的影响,但相对于工业装置来讲,作用很小,在0.15-1.50.1-2.30.2-0.50-0.0020.98-5.65需要考虑的因素较多时,可以忽略测定的污水为24h混合样,取样点如图1所示,取对同一套装置,原污水中的金属含量也会发生变样后就地分析或用飞机在2h内送至实验室分析。污化。一周内 Rigena原污水的Cr改变了2.7倍;Ed泥取样为定时收集的样品( grade sample)。分析方法 monton原污水在Cr在0-6.29ml/之间波动,变化为原子吸收光谱,样品制备和分析根据标准进行量是可观的因而相对长期的测定,对确定数据的变化范围和可靠性非常必要。2分析与讨论Sung、 Donald、Rao和 Nelson测定的原污水中金5期王光龙等:污水集中处理厂污水中金属(重金属)的分布51属的变化情况在 Minear的范围内,且变化幅度最大的3结论六种金属仍然是(r、Cd、Pb、Ni、Zn和Cu。按均值计通过分析和讨论,可以得出超过排放标准2-10倍。3.1EPA提出的第一类需考虑的污染性金属在美国印度是发展中国家,其人口密度与环境治理水平污水集中处理厂的原污水中都存在,其含量在一定范与我国相近尚未建立完整的污水集中处理系统。工业围内变化影响的最主要因素是工业装置的分布这些经过工厂预处理)及生活的混合污水(相当于美国和金属中以Cr、Cd、Pb、Ni、Zn和Cu变化最为显著,按加拿大污水集中处理系统的原污水)直接排入环境水均值计,超过排放标准2-10倍,因而在评价和设计系统中。 Wasay对穿过新德里的恒河的五处入流进行时,应予以优先考虑了测定(表⑧),其各金属的含量均在 Minear统计范围3.2加拿大原污水中金属的分布与美国十分相近,尤之内?。其是几种主要金属分布情况。2.2金属除去率3.3对印度五处入河(恒河)污水的分析表明,虽然工各污水集中处理装置不同工序金属的分布(除去业发展和污染治理水平有所差异,但与美国和加拿大率)因原污水中金属含量、金属存在形式(水溶性及悬污水厂原污水金属分布仍很相似浮的比例)以及操作条件等因素的影响有所不同,总的3.4同一套装置原污水中金属含量因为一些随机因金属除去率也相应变化。特别是对于含量较小的几种素也会有波动,因而相对长期和广泛的测定和评价,对金属如As、Sb、Se和Hg,各工序的除去率和总除去率数据的可变范围和可靠性是非常必要的结果差异比较大。Sung在对数据进行统计分析后认3.5沉淀活性污泥处理工艺处理污水可以满足排放为,As、Hg、Se等金属,由于其含量少,容易产生较多的要求。其中几种主要金属的除去率大于80%。若按的误差,因而在计算各项金属除去率时,不作考虑。金属除去率大于50%的装置占总装置的比例排列金对变化范围大、超过排放标准倍数较高而需重点属除去情况,则顺序为Pb、Zn、Fe、Cr、Cd、Cu、Ag、Ni考察的金属Cr、Cd、Pb、N、Zn和Cu,无论是美国的装Mn和Co。置,还是加拿大的裝置,结果是一致的,总除去率很高,3.6第一沉淀池有可能除去大部分乃至绝大部分悬最终排放都可以满足EPA的标准若以总除去率大于浮态金属,而水溶性金属则全部要在活性污泥处理工50%的装置占总装置数的比率评价金属除去的情况,艺及最终处理过程中除去。则顺序为:Pb、Zn、Fe、Cr、Cd、Cu、Ag、Ni、Mn和Co但各工序的作用不同统计之间有差异4参考文献污泥(5和6取样点)金属分布与原污水中基本-1 Donald B.A.ctal. Removal of Heavy Metals in Potw. Environmenal Progress,1987,(6)2:91-982.3金属存在形式的影响2 Richard H. et al. Environmental Contamination- Surveys of HeavyMetals in Urban Soil and Hazard Assessment. Proceedings of Uni表7是Rao对各金属存在形式的分析。结合表6,versity of Missouris Annial Conference, Missouri, USA, 1984:450-Rao认为,第一沉淀池主要除去悬浮态的金属,因此460r和(u有较高的除去率。但其未能解释悬浮物比例3 Nelson P.etal. Equilibrium Chemical Modelling of Heavy Metals in仅29%的Ni也在第一沉淀池中除去率达到63.5%的Actived Sludges, Water Research. 198371-778,原因。 Donald测定的水溶性金属的比例远小于Rao4smng.F.c.etal, Heavy Metal Variability of Different MunicipalSludges. Journal of Environment Science and Health, 1988 A23(8)的,水溶性Cd约20%,Cu25%,Zn几乎全部为悬浮823-841态,Cr4%-20%,Pb5%-15%。高的悬浮态金属比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。结合Sunger Treatment Plant. Journal of Environment Science and Health的分析,确实存在这几种金属在第一沉淀池中达到很高的除去率的例子。但由于第一沉淀池的结构和运行6 American Public Health Association Standard Methods for the Examination of Water and Waste Water(16 h edition ) Washington D,情况的不同,仍有相当一部分裝置的沉淀池并不能除C.1985去大部分的悬浮态金属。根据 Donald的分析,水溶态Wasay S A et al. Heavy Metals in Raw Sewage Entering Yamuna at的金属必须经过活性污泥工序处理,Sung的结果支持Delhi and their Treatment. Journal of Institution of这种理论,Cr、Cu、Pb等主要在生化处理工序除去。( India),1988EN(68)3:80-85