污水处理系统耦合水蚯蚓后的重金属迁移转化研究 3页

第28卷第21期中国给水排水Vo1．28No．212012年11月CHINAWATER&WASTEWATERNOV．2012污水处理系统耦合水蚯蚓后的重金属迁移转化研究黄伟飞，舒英钢，蔡璐，斯羿亮，金建华，黄铁锋(1．诸暨市菲达宏宇环境发展有限公司，浙江诸暨311800；2．中国科学院地理科学与资源研究所，北京100101)摘要：污水处理系统添加水蚯蚓后处理城市生活污水，研究其对重金属迁移转化的影响。试验结果表明，添加水蚯蚓能促进污泥对重金属As、cd、cr、cu、Ni、Ph、zn的富集，水蚯蚓自身也吸收一部分重金属，此外还有助于污泥中的重金属由不稳定态向稳定态转化，从而高效去除污水中的重金属。同时，污泥减量达53．8％，且污泥中重金属的浓度增大，稳定态所占比例增加，系统出水水质可稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的要求。关键词：污水处理；污泥；水蚯蚓；重金属中图分类号：X703文献标识码：c文章编号：1000—4602(2012)21—0079—03MigrationandTransformationofHeavyMetalsinSewageTreatmentSystemCoupledwithTubifexHUANGWei—fei，SHUYing—gang，CAILu，SISheng—liang，JINJian—hua，HUANGTie—feng(1．ZhFeidaHongyuEnvironmentalDevelopmentCo．Ltd．，Zhuji311800，China；2．InstituteofGeographicSciencesandNaturalResourcesResearch，ChineseAcademyofSciences，Beijing100101，China)Abstract：TheinfluenceofaddingTubifexonheavymetaltransportinthemunicipalsewagetreat—mentsystemwasinvestigated．SludgedigestionbyTubifexledtoanevidentconcentrationofheavymetals(As，Cd，Cr，Cu，Ni，PbandZn)indigested—sludgeandabioaccumulationofheavymetalsinTubifex．Moreover，adding6helpedheavymetalstotransformfromunstablestatetostablestate，therebyre-movingheavymetalsfromsewageeffectively．53．8％ofsludgereductionwasachieved．theconcentra—tionsofheavymetalsinsludgeandtheproportionsofheavymetalsinresidualformwereincreased．TheefluentqualitymettheDischargeStandardofPollutantsforMunicipalWastewaterTreatmentPlant(GB18918—2002)．Keywords：sewagetreatment；sewagesludge；Tubifex；heavymetal在污水处理厂的实际工程应用中，生化池可通但出水水质仍稳定达到《城镇污水处理厂污染物排过沉淀、生物吸收和吸附等作用使污水中的重金属放标准》(GB18918-2002)，因此，系统中的重金汇集于污泥中排出¨J。在耦合水蚯蚓原位消解污属迁移转化问题引起了关注，但目前仍缺乏相关研泥技术后，污水处理系统的产泥量减少50％以上，究。为此，笔者研究了污水处理系统添加水蚯蚓前基金项目：浙江省重大科技专项(2008C13018)；国家高技术研究发展计划(863)项目(2009AA064301)·79·\n第28卷第2l期中国给水排水后As、Cd、cr、cu、Ni、Ph、zn等重金属的分布及形态经B组培养后的水蚯蚓，其体内As、Cr、Cu、Ni变化，旨在为了解耦合水蚯蚓原位消解污泥技术的和PI)的含量均高于原始水蚯蚓，其中尤以As和Cr污水处理工艺中重金属的迁移转化提供理论依据。的增幅最为显著，分别增加了57．1％和48．1％(见1材料与方法表2)。这说明有部分重金属转移到了水蚯蚓体内，采用类SBR工艺，在自制反应器(尺寸为28cm特别是As、cr、cu在水蚯蚓体内有较明显的富集现×15cm×30ore)中加入活性污泥和污水厂进水各象。戴文龙等。。的研究也表明，蚯蚓对底泥中的重4L，通过曝气保持溶解氧浓度在2mg／L以上，模拟金属有一定的富集作用，但不能持续吸收积累。生化池状况，初始污泥浓度约为4000mg／L。试验表2培养前后水蚯蚓体内的重金属浓度设为两组，A组为对照组，只有城市生活污水和活性Tab．2ConcentrationsofheavymetalsinoriginalaquaticwormsandaquaticworlIISofgroupB污泥，不加水蚯蚓；B组加入水蚯蚓(试验前先置于清水中静养3d，排出体内污物)，水蚯蚓的密度为项目AsCdCrCuNiPbZn始水蚯蚓／(mg·kg)2．10．215．49．13．94．5256．63．75g／L。A、B两组均稳定运行7d，在试验前后分B组水蚯蚓／(H唔·kg：3．3O．222．810．54．04．8242．1别取原进水样、两组的出水样、原污泥样、两组的剩增长率／％7．1048．15．412．66．7—5．7余污泥样以及原始水蚯蚓样、B组培养后的水蚯蚓2．2重金属形态分布的变化样进行分析。笔者之前的研究表明_-J，水蚯蚓可在24h内将在试验结束后测定A、B两组的污泥浓度，测定污泥进行初次消解，之后再循环消解其排泄物。因样品中As、cd、Cr、Cu、Ni、Pb、zn等7种重金属的浓此，B组污泥为水蚯蚓多次消解原污泥及自身排泄度并对其进行形态分析。采用BCR法分步提取重物的终产物。将B组污泥与原污泥对比发现，B组金属J，采用ICP～MS测定提取液中各重金属元素污泥中As、cd、cr、cu、Ni、Pb的残渣态所占比例均的含量。较原污泥高，最大增幅为26．1％，zn的残渣态所占根据BCR提取法，重金属的形态可分为：乙酸比例虽略有降低，但与原污泥的相差不大，分配系数提取态、可还原提取态、可氧化提取态、残渣态。乙仍达85．5％。酸提取态易被生物直接利用，可还原提取态、可氧化再将A、B两组的剩余污泥进行比较，B组剩余提取态可被植物间接利用，这三种形态均属于不稳污泥中As、cd、cr、cu、Pb、zn的残渣态分配系数均定态；残渣态主要是硅酸盐矿物结合态，很难被生物高于A组，虽然Ni的残渣态分配系数(97．4％)略吸收利用，属于稳定态。低于A组(98．2％)，但由于其在污泥中的主要形态2结果与讨论为残渣态，故生物可利用性很小。2．1重金属浓度的变化因此，在添加水蚯蚓后产生的污泥中，Cd、Cr、试验结束时，B组的污泥产量与A组相比减少Cu、、zn的残渣态比例较高，均大于60％，As、Pb53．8％，但B组污泥中7种重金属的浓度均高于A的也均高于30％，且残渣态的分配系数普遍高于原组(见表1)。如表1所示，B组污泥中As、Cd的浓活性污泥或无蚯蚓组的剩余污泥。由此表明，在污度比A组分别提高了61．5％、42．9％，在污泥中含水处理系统中添加水蚯蚓，有助于活性污泥中的重量相对较高的zn、cr和cu，其增幅也均高于10％，金属由不稳定态向稳定性好的残渣态转化。表明添加水蚯蚓后，重金属在污泥中的浓缩现象更2．3重金属的迁移转化为显著。耦合水蚯蚓原位消解污泥技术后，系统出水中表1A、B组污泥中的重金属浓度的重金属浓度均稳定达到GB18918-2002标准，且Tab．1ConcentrationsofheavymetalsinsludgesofgroupAAs、Cd、Cr、cu、Ni、Pb的浓度均低于A组(见表3)。andgroupB由前文可知，在耦合系统中，重金属的迁移转化途径项目AsCdCrCuNiPbZnA(mg·kg。。)14．82．1966．1137．274．588．31854可表达为：通过沉淀、生物吸收和吸附等作用由污水B(mg·kg)23．93．01139．O154．478．895．02041向污泥中转移，同时一部分被水蚯蚓自身吸收，最后增长率／％61．542．917．912．55．87．610．1通过排泥的方式被排出系统，而出水中的重金属浓·80·\nwww．watergasheat．con黄伟飞，等：污水处理系统耦合水蚯蚓后的重金属迁移转化研究第28卷第21期度较低。水蚯蚓不仅能促进污泥对重金属的吸附浓由于剩余污泥中的重金属浓度增加以及水蚯蚓自身缩作用，还能促使重金属由不稳定态向稳定性好的对重金属的富集作用，添加水蚯蚓的B组对重金属残渣态转化。虽然水蚯蚓消解了53．8％的污泥，但的去除率高于A组。表3不同水样的重金属浓度Tab．3Concentrationsofheavymetalsininttuentandefluentmg·L项目AsCdCrCuNiPbZn原进水0．0O6．00×10-62．68×10一5．47×10—1．34×l0I44．76×10I40．00A出水0．009．00×10一2．77×10Ij5．47×10一2．05×10—5．34×10O．00B出水0．006．00×102．70×10。。5．38×10—2．04×10一5．14×10一6．00×10国标限值0．100．010．100．500．050．101．003结论术及其适用性的研究与探讨[J]．中国给水排水，在污水处理系统中添加水蚯蚓后，污泥减量达2011，27(17)：105—108．徐圣友，叶琳琳，朱燕，等．巢湖沉积物中重金属的53．8％，且污泥中As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、zn的浓度BCR形态分析[J]．环境科学与技术，2008，31(9)：20增大，重金属在剩余污泥中的浓缩现象更显著，同时—23．28．一部分重金属被水蚯蚓自身富集。此外，水蚯蚓有李明．高温堆肥与蚯蚓堆肥对城市污泥重金属形态的助于污泥中的重金属由不稳定态转化为稳定rl性好的『rl影响[J]rl．环境工程rl学报，2008，2(10)：1407—1412．34567残渣态，试验结束时cd、Cr、Cu、Ni、Zn的残1J渣态比]J]●J刘甜田，1何J滨，王亚]韩J，等．改进BCR法在活性污泥样例均大于60％，在形态分布中占主要部分。品重金属形态分析中的应用[J]．分析试验室，2007，因此，耦合水蚯蚓的污水处理系统不仅能使污(z1)：17—20．戴文龙，俞廷康，韩润平，等．ICP—AES法测定蚯蚓和泥减量，还提高了重金属向污泥转移的比例，且能促蚓粪中的重金属[J]．光谱实验室，2001，18(4)：438—使重金属由不稳定态向稳定态转化，降低了环境污439．染风险，保证了出水水质达标。黄伟飞，舒英钢，斯异亮，等．水蚯蚓原位消解技术用于污泥减量的研究[J]．中国给水排水，2010，26参考文献：(17)：1—4．[1]卢吉文，陈萍丽，赵秀兰．传统活性污泥法处理城市污水过程中重金属的变化研究[J]．环境污染与防治，E—mail：fdhytec@126．con2008，30(5)：29—32．通讯作者：蔡璐[2]黄伟飞，舒英钢，斯异亮，等．水蚯蚓原位消解污泥技收稿日期：2012—05—15版权声明自2011年1月1日起，本刊所刊文章之复制权、发行权、广播权、信息网络传播权、改编权、翻译权、汇编权及其他有可转让的著作权均于本刊：fl】发之日转由本：flJ享有，原著作权人可在非营利范围内继续使用。版权费用以稿酬的形式一次付清。如作者向本刊投稿，除另有说明外，本刊将视为作者已接受上述条件。特此声明。(本刊编辑部)·8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