污水处理厂进出水水质及污泥金属浓度特征分析

李一民

身份证号码：4205021992****8317

摘要：作为城市污水处理厂的主要副产品，市政污泥中含有丰富的氮、磷等无机营养物和腐殖酸、蛋白质等有机物，它还具有农业价值等资源化再利用的潜力。然而，城市污水处理厂污泥中的重金属污染已成为制约城市污水资源化和二次污染的重要原因，因而，针对城市污水处理厂污泥中重金属的赋存形态和分布规律的研究已成为国际上的热点问题。研究城市污水处理厂污泥中的重金属特征和含量。研究结果显示，该污水处理厂污泥中重金属 Cu, Zn, Pb, Cd, Cr, Ni, Hg, As的含量平均值分别为146,1900,32.9,1.29,179,91.1,  2.27,17.8mg/kg

关键词：进出水水质；重金属；污染

Analysis on Characteristics of Water Quality and Metal Concentration of Sludge in Sewage Treatment Plant

Li Yimin
Id. No.: 4205021992 * * * * 8317

Abstract：As the main by-product of municipal sewage treatment plant, municipal sludge is rich in nitrogen, phosphorus and other inorganic nutrients and humic acid, protein and other organic matter, it also has the agricultural value and other recycling potential. However, the heavy metal pollution in the sludge of municipal wastewater treatment plant has become an important factor restricting the recycling and secondary pollution of municipal wastewater. The characteristics and contents of heavy metals in sludge from municipal wastewater treatment plants were studied. The results showed that the average contents of heavy metals Cu, Zn, Pb, Cd, Cr, Ni, Hg and As in the sewage sludge were 146, 1900, 32.9, 1.29, 179, 91.1, 2.27, 17.8 mg/kg, respectively.

Keywords：Water quality; heavy metals; pollution

本文选取了一个分两期建设的污水处理厂，一期建设的日处理能力为8万立方米，二期建设的日处理能力为4万立方米。两个处理方式都为多次沉淀池+AAO+回流+加药沉淀+V型滤池的工艺，处理后水执行表1GB18918-2002 《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级 A类标准。同时，对污泥中的重金属含量和分布进行了检测，并对其与有机物含量指标进行了对比。本项目的研究成果可为我国城市污水处理厂城市污泥的重金属污染评价提供科学依据。

表1 设计出水水质标准

GB18918-2002 《城镇污水处理厂污染物排放标准》中 A类标准

指标项目	标准
pH值	6~9（无量纲）
化学需氧量（CODcr）	50
生化需氧量（BOD5）	10
悬浮物（SS）	10
动植物油	1.0
石油类	1.0
阴离子表面活性剂	0.5
总氮（以N计）	15
氨氮（以N计）	5 （8）
总磷（以P计）	0.5
色度（稀释倍数）〔单位：无）	30
粪大肠菌群数〔单位：个/L）	103

1进水、出水水质分析

2022年每个月对污水处理厂进出水水质和泥质进行采样，并且对检测数据统计和分析。具体的统计分析数据如表2/3/4所示。

表2一期进水水质统计

五日生化需氧量（mg/L）	化学需氧量（mg/L）	悬浮物（mg/L）	氨氮（mg/L）	总氮（mg/L）	总磷（（mg/L）
245	544	220	42.3	60	7.56
130	230	22	18.1	22.4	2.6
54.9	100	64	16.6	18.7	4.52
184	381	89	31.1	37.4	4.98
215	568	324	34.7	61.8	9.63
73.9	193	108	32.9	42.5	4.9
82.6	186	112	19.2	22.5	2.26
85.4	158	140	28.6	32.4	1.8
127	324	178	30.6	38.9	4.68
126	253	74	17.7	43.8	4.78
166	385	180	34.7	41.5	5.14
124	273	164	31.3	41.9	5.82

表3二期进水水质统计

五日生化需氧量（mg/L）	化学需氧量（mg/L）	悬浮物（mg/L）	氨氮（mg/L）	总氮（mg/L）	总磷（（mg/L）
182	316	112	9.55	21.6	4.65
467	1030.00	102	24.3	102	45.6
32.9	62	20	8.05	8.8	1.36
46.9	122	64	12.5	16.1	2.07
71.7	130	116	16.4	21.4	2.71
54.8	141	64	19.2	22.7	2.59
66.7	128	56	11.4	15.1	1.02
82.6	160	104	10.2	15.4	2.65
88	211	128	11.1	14.1	1.99
99	248	132	11.1	20.1	4.02
113	236	40	11.7	17.2	2.02
65.1	158	88	9.86	26.6	2.57

表4出水水质统计

五日生化需氧量（mg/L）	化学需氧量（mg/L）	悬浮物（mg/L）	氨氮（mg/L）	总氮（mg/L）	总磷（（mg/L）
7.5	27	6	0.210	10.5	0.16
5.1	18	6	0.332	7.88	0.12
5.5	22	＜5	0.372	3.53	0.16
4.7	18	9	1.48	9.56	0.20
7.6	28	8	0.636	9.48	0.21
5.4	18	9	0.512	8.10	0.32
6.0	25	6	1.09	10.6	0.19
6.2	23	6	0.178	7.08	0.13
9.8	40	8	0.134	8.57	0.21
9.4	28	＜5	2.12	9.55	0.38
8.4	31	9	0.342	8.32	0.21
6.3	23	9	0.516	7.41	0.17

2水质特征分析

2.1分析BOD5/NH3-N的比值

活性污泥工艺需要充足的有机物才能使其正常运转。污水处理中的生物脱氮包括：同化作用、 硝化作用、反硝化作用三个基本过程[1]。同化作用会伴随微生物与污水接触一直进行，大部分营养物质被微生物吸收；硝化作用产生在好氧阶段，硝化细菌将水中氨氮吸收转化为硝酸盐和亚硝酸盐；反硝化作用存在于厌氧阶段，可以将硝酸盐和亚硝酸盐中的氮直接转化为氮气。因此不论是同化作用、 硝化作用还是反硝化作用，又或者说不论是好氧阶段的硝化细菌还是厌氧阶段的反硝化细菌，当活性污泥中的微生物接触污水后就开始了对碳源的利用。因此，实现氨氮和总氮的高效脱除，关键在于炭化的完成。此污水厂在实际生产中，除去冬天以外出水 NH3-N最高浓度9.48mg/L且达标，对应一期B/N值1.74，对应二期B/N值3.35。冬天时出水最高浓度10.5mg/L达标，对应的一期B/N值4.08，二期B/N值8.42。

2.2分析BOD5/TP的比值

活性污泥脱磷同样主要分为三个作用，同化作用、过量吸收、化学沉淀[2]。在好氧阶段脱磷细菌在繁衍和新陈代谢中大量吸收含磷物质，并且将其转化为磷酸盐，在好氧阶段最后通过加药沉淀的方式使得活性污泥与污水分离，通过这样的方式去除污水中的磷。所以脱磷细菌的增长与水中有机物的含量密切相关。通过分析进出水水质表2、表3、表4发现，此污水厂一期进水B/P在15.1~50之间，二期进水B/P在10.2~65.4之间，出水水质总磷浓度在0.12~0.38mg/L之间，全部达标处理效果良好。

2.3进水水质中BOD5/COD的比值

微生物在新陈代谢和繁衍时，会汲取利用污水中的可生物降解有机物，将污水中有机物尽可能的吸取到微生物的细胞中供能之用。之后，在污泥和污水水分离的过程中，水中绝大部分有机物会随着剩余污泥离开污水。而BOD5/COD是评价污水可生物降解性的指标。一般情况下，当BOD5/COD比值超过0.3时，污水能被生物降解；当BOD5/COD比值超过0.58时，能被彻底降解；在BOD5/COD比值为0.45~0.58时，生物降解性良好；在BOD5/COD比值为0.30~0.45时，具有良好的生物降解性能；在BOD5/COD<0.3时，可以有效地降解难生性材料[3]；由表2和表3进水数据的分析可知，进水BOD5/COD比值在0.38~0.57之间，进水中有机物可被生物降解的能力良好，此污水厂 AAO+污水处理体系中对有机物的处理能力良好并且达标。

3污泥金属浓度特征分析

3.1污泥来源

本文从城市污水处理厂的离心式脱水污泥中提取了一种新的污泥样品。本项目以城市生活污水为研究对象，以AAO+为核心，以城市生活污水和工业污水为主要研究对象，在出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》A类标准的条件下。对污泥进行重力加机械浓缩，通过离心脱水使其水分降到80%以下，然后送往污泥处理厂处理。每月采样1次，每次采样1个污泥样本，一共采集了12个污泥样本，进行检测分析。

3.2样品采样

    根据项目要求，结合项目具体内容确定采样方法。采样前准备齐全采样中过程从质量控制到采样后样品运输以及转移过程中所有步骤涉及的工具，采样器和车辆。确保检测结果具有代表性、准确性、真实性和数据可塑性。

3.2.1污水采样

采样用具为惰性塑料桶，保证水样不与采样用具采样用具产生吸附和其他反应。在采样前用水样润洗采样用具三次。采样时装BOD

5样瓶时，缓慢沿瓶壁倒入瓶中，使之充满，不留上部空间。在样品采集完成之前在样瓶中加入相应固定剂，并且贴上标签。随后冷藏、避光、防震保存，并迅速送往实验室。

3.2.2污泥采样

于传送带取样口处每隔两小时铲取一定量的污泥样品，共铲取5次，使5次铲取的总量略大于所需采集的量，每次取样量相同。保证样品代表性。

采样装盘，混合后，四分法取样。镉、镍、铜、锌、铬、铅、汞、砷、含水率、pH值等装于自封袋中，取样量为1kg。随后冷藏、避光、防震保存，并迅速送往实验室。采样过程中使用清洁木铲，佩戴丁腈手套，四分法使用清洁搪瓷盘，装样时使用聚乙烯自封袋。均使用金属接触的工具，保证样品真实性。

3.3样品预处理

把污泥放入105℃的烘箱中，进行6~8 h的干燥，取干燥后的污泥样品，对其进行粉磨，并过0.25 mm的筛子，在干燥器中保存并备用。

3.4重金属测定

称取干样0.1g，放入聚四氟乙稀溶解管，在石墨溶解器中添加5mL浓硝酸，加热溶解0.5小时，再添加2.5 mLHClO4，在130-150℃的高温下，持续溶解。2小时后，加2.5mL氢氟酸加热，直至产生白色烟雾，然后加2.5mL的低温度（80-90℃），使试样充分溶解，然后加2.5mL的低温度（80-90℃），使试样充分溶解，然后再加2.5mL的氢氟酸加热，直到试样完全溶解为止。当溶液变为透明时，取出并放凉，然后移入计量瓶中，加入5%的硝酸进行定容，得到50毫升。取定容后通过0.45m微孔滤膜过滤后的清液，用ICP-AES法测定汞、砷等重金属元素，并进行全程空白修正。用平行样品进行了所有分析。

4结果与分析

4.1重金属含量分析

本文共测定了12份污泥样本中的重金属含量，并对其进行了分析。从图1及图2可以看出，在淤泥试样中，铜含量的分布呈现出一种正态分布特性，其浓度范围为102至187 mg/kg，铜的平均含量是146 mg/千克。锌的浓度范围为1060至2980 mg/kg，污泥中锌的平均浓度为1900 mg/kg。铅的浓度为24.4至39.8 mg/kg，平均值为32.9 mg/kg。污泥样品中镉的浓度是最少的，只有0.634-1.70mg/kg，平均值是1.29mg/kg。铬的浓度范围为134至224mg/kg,平均浓度为179mg/kg。从图3可以看出，淤泥中的铬含量以140至220mg/千克为主。污泥中镍的浓度的最低值为69mg/kg，最高值为125mg/kg，平均值为91.1mg/kg。污泥中汞的浓度为1.13至5.46mg/kg，平均浓度为2.27 mg/kg。污泥中砷浓度为13.4至23.9 mg/kg，平均浓度为17.8 mg/kg。分析中显示锌的浓度为正态分布。

图1 污泥中Zn、Cu、Ni、Cr、Pb含量

图2 污泥中As、Hg、Cd含量

结果显示，在污泥中，重金属Zn的含量最多，Cu次之，Pb、Cr和Ni的含量居中，Cd的含量最少，这与当前关于污水厂污泥重金属含量的研究相吻合。结果表明，在污水处理过程中，污泥中锌的含量明显高于其它几种重金属。在生活污水的进水中，锌的平均浓度为0.562 mg/L，远远超过其它重金属。在污水处理工艺中，微生物质与无机粒子表面的吸附作用，会将溶解态的重金属富集到淤泥中，与此同时，随着城市管网的应用，工业废水、生活污水中的Zn浓度越来越高，因此，淤泥中的Zn含量也会越来越高。

图3 污泥中重金属含量频率分布

5结论

5.1进水出水水质分析

该污水厂对重要指标BOD5、COD、总氮、氨氮、总磷指标处理能力良好，全部达标。

5.2污泥泥质分析

本废水处理厂的污泥中的重金属Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、Hg、As的含量分别为146, 1900, 32.9, 1.29, 179, 91.1, 2.27, 17.8 mg/kg。不同种类的重金属含量有很大的差别，主要是Zn和Cu，与污水中的重金属含量有很大的关系。

参考文献

[1]史蔓.提高污水中氨氮去除率的试验研究[J].民营科技,2011(10):8.

[2]冯波,王斌.污水生物脱磷机理探讨[J].山东环境,1999(05):37-30.

[3]任军,史仁明.城市污水处理工艺技术研究进展分析[J].科技资讯,2018,16(08):60+62