活性污泥中重金属的安全阈值

活性污泥中重金属的安全阈值

1.污水中含有重金属（如汞、镉、铬、砷、铅、镍等）时，会对生化系统造成显著影响，主要表现为对微生物的抑制作用，导致微生物群落结构紊乱、代谢受阻，进而影响有机物、氮磷的去除效果，最终可能导致生化系统崩溃 。

重金属还会降低污泥的活性，影响其资源化利用 。由于重金属难以生物降解，易在生物体内累积和迁移。

市政污水处理系统的物化单元和生化单元对重金属虽有一定去除效果，但超量重金属仍可能在生化系统富集，进一步抑制功能微生物的活性 。

2.抑制微生物活性，降低污染物去除效率

重金属（如Cu??、Ni??、Cd??、Cr??等）可与微生物体内酶蛋白结合，使其变性或失活，抑制微生物的呼吸和代谢功能，导致COD、氨氮、总氮等去除率显著下降。

3.破坏微生物群落结构，影响功能菌群

重金属胁迫会选择性淘汰敏感菌群，如硝化菌（亚硝化细菌、硝化螺旋菌）和反硝化菌，导致其相对丰度显著下降。

4.干扰污泥絮体结构，影响沉降性能

重金属可改变胞外聚合物（EPS）的组成，削弱污泥絮凝性和沉降性，导致污泥膨胀或解体，影响后续泥水分离。

胞外聚合物（EPS）

是微生物在污水处理过程中分泌到胞外的高分子混合物，主要由多糖、蛋白质、核酸、腐殖质和脂质等组成，占活性污泥总有机质的60–80 %。EPS在污水生物处理中扮演“多功能胶”的角色。

5.造成系统“慢性中毒”，降低抗冲击能力

即使浓度低于急性毒性阈值，重金属也会在系统中长期富集，产生慢性毒性，降低微生物对负荷波动的适应能力，增加系统崩溃风险。

6.影响污泥资源化利用

重金属在污泥中富集，限制其农业利用或堆肥回用，还可能因超标被判定为危废，增加处置成本。

三、削减重金属负荷

1.化学沉淀+混凝：使用有机-无机复合药剂快速螯合重金属，形成胶体后沉淀去除，适用于Ni??、Cu??、Cd??、Pb??等，出水可稳定达标。

2.膜分离技术：如纳滤（NF）或络合-超滤，对Cu??、Zn??、Pb??等去除率可达97%以上。

四、构建耐重金属微生态系统

1.接种耐重金属菌剂

如摩氏变形菌、奇异变形杆菌、苏云金芽孢杆菌和假丝酵母菌的复合菌群，可在Cd??、Cu??、Cr??胁迫下维持活性，并协同降解有机物。从污泥中筛选的耐铜菌株L2、L3和耐镉菌株H6，可在高浓度重金属环境中实现快速吸附与降解。

 

2.微生物固定化技术

将耐重金属菌包埋于海藻酸钙凝胶微球中，增强其机械强度与抗冲击能力，同时通过钙离子交换机制固定重金属离子，保护内部菌群活性。

3. 提升系统抗负荷性

通过逐步提高进水中重金属浓度（如Ni??、Pb??、Cr??等），驯化活性污泥，提升其对重金属的耐受阈值。

延长污泥龄（SRT）提高微生物群落稳定性，减少重金属对敏感菌群的淘汰效应。

4. 应急保障

实时监控重金属浓度，触发自动加药或切换处理路径，防止系统崩溃。

五、EC50定义：

是指在一定暴露时间内，能使活性污泥（或受试生物群体）50 %的代谢活性（如呼吸速率、生长速率等）受到抑制的毒物浓度。使活性污泥耗氧速率下降50%的浓度，是急性毒性关键指标。

1.LC50定义：

指微生物致死率50 %，EC50关注的是功能抑制而非死亡。

2.安全阈值依据：

当重金属浓度导致活性抑制率低于EC30（即EC50的30%）时，系统去除率可保持>80%，被判定为“无毒”。

因此，工程上通常取 EC50的10%作为“长期安全运行上限”，以留出足够缓冲空间。

 

常见重金属阀值

 

重金属检测标准：

《污水监测技术规范》HJ 91.1-2019

该标准由生态环境部于2019年12月24日发布并实施，明确规定了污水（含工业废水、城镇污水、园区废水等）中重金属的采样、保存、前处理、分析方法选择及质量控制要求，是当前唯一统一执行的国家级技术规范。

 

 

标准适用范围

?  城镇污水处理厂排放口；

?  工业废水总排口；

?  园区集中处理设施；

?  排污单位自行监测。

 

常见重金属检测方法（供参考）：

 

六、重金属的存在对生化污泥的后续处理带来了诸多挑战，包括限制资源化利用、影响处理技术选择和效果、增加处理成本和复杂性，以及对环境和生态系统的潜在风险。因此，在污泥处理过程中，需要综合考虑重金属的去除、稳定化和风险控制，以实现污泥的无害化和资源化利用。

重金属污染对污水处理系统的核心影响是破坏微生物生态系统，进而影响整个处理流程的效率与稳定性。应对策略应以源头控制为主、工艺优化为辅，并辅以微生物修复、重金属回收等新兴技术实现可持续治理。

“前端削减+后端强化+系统韧性”“三位一体”的管理模式，比较适合含有重金属的污水。电镀、冶金、电子园区等涉重企业下游污水厂运营管理上可采用上述组合技术，实现稳定达标、低成本运行与资源化回用的统一。