新型微生物活性劑在工業廢水活性污泥法處理中的應用

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新型微生物活性劑在工業廢水活性污泥法處理中的應用

工業廢水的活性污泥法處理系統中往往會頻繁地發生原因不明的處理干擾，導致廢水處理系統運行不穩定。研究表明，這些原因不明的處理干擾往往是由于廢水成分的失衡造成的，通過糾正廢水成分的失衡，就能保持廢水處理系統的穩定運行。該文介紹了日本最近研發的糾正廢水成分失衡并補充微生物活性物質的微生物活性劑——生物1號。應用實例表明：該微生物活性劑能穩定活性污泥處理廢水系統的運行，提高處理水質，并能減少維護管理所需的人力和時間。

1　前言

活性污泥是微生物群體及它們所依附的有機物質和無機物質的總稱。微生物群體主要包括細菌、原生動物和后生動物等。微生物群體的多樣性一方面對維持活性污泥法處理的穩定性，或良好的處理性能起著極為重要的作用；另一方面，如果這種復合生物系統的平衡受到破壞，將成為引發處理水質惡化及污泥沉降性不良的因素。

排水中所含有機物濃度指標以BOD表示，而構成BOD的有機物因工業排水水質的不同而不同，種類也很多，并且在很多情況下是失衡的。

詳細調查工業排水中的有機物和無機物后發現，很多排水中的組成成分不適合維持穩定的復合微生物群。另外，如果從活性污泥微生物遺傳基因數量來看微生物的多樣性，還有單種細菌占全部細菌30%以上這種極為特殊的例子。可以看到這些排水會定期發生被處理水混濁、污泥沉降性惡化等現象。雖然已經清楚COD處理性能的不穩定是由于進水中含有難處理的COD，但有時其實是因為活性污泥的處理能力存在著問題。

特別是，有時工廠在定期檢修或長期停機后重新啟動時，污水處理設備的處理效果變差，需要很長時間才能完全發揮處理能力，并呈常態化。在這種情況下，經常通過大量追加投入生活污水處理廠的活性污泥來改善處理性能。

工業廢水的活性污泥處理系統中往往會頻繁地發生原因不明的處理干擾，導致廢水處理系統運行不穩定。研究表明，這些原因不明的處理干擾往往是由于廢水成分的失衡造成的，通過糾正廢水成分的失衡，就能保持廢水處理系統的穩定運行。

日本最近研發的糾正廢水成分失衡并補充微生物活性物質的新型微生物活性劑——“生物1號”。

“生物1號”是一種為改善活性污泥性質而開發的高性能微生物活性劑，含有可以激活曝氣池微生物的營養素，生理活性劑的制劑，投入曝氣池后，能穩定活性污泥的處理功能，提高水質，增強處理能力，還能改善膜分離活性污泥的膜透過性，提高其性能。表1為部分生物1號產品（實際應用中，針對含有機溶劑類、醇類、低級脂肪酸類、糖類等不同的廢水及相應的水處理條件，選擇合適的產品）。

表1　部分“生物1號”產品

本文將介紹“生物1號”概況及其使用方法及其應用實例。

2　活性污泥的處理性能和排水基質的平衡

活性污泥處理工業廢水系統發生下述障礙時，往往是因為缺乏廢水基質成分平衡，結果導致無法維持穩定的微生物多樣性。具體障礙有：（1）處理水混濁（白濁），發泡，產生浮渣；（2）處理不穩定，水質惡化；（3）處理水的COD無法降低；（4）膜分離活性污泥（MBR）的膜透過量無法提高；（5）污泥沉降性差，黏性強。

白濁、發泡、產生浮渣，多見于油脂成分較多的排水中。油脂成分首先通過能產生活性污泥微生物的水解酶和脂肪酶分解成脂肪酸和甘油。如果脂肪酶產生的微生物的存在量比流入的油脂少，活性污泥混合物中的油脂濃度將上升。如果變成這種狀況，由放線菌的分枝菌酸產生的細菌將繁殖，出現浮渣等現象。

脂肪酶產生微生物的繁殖，當然不可缺少氮、磷元素，除此以外，微量元素也必不可少。在特定微量元素含量較少的排水中，即使油脂成分流入量并不多，也會產生浮渣問題。

COD處理性能方面，能分解排水中所含的生物難分解性COD的微生物的存在變得很重要。一直以來，采用通過延長曝氣池的污泥滯留時間（SRT）來增加能降解難分解性COD的微生物存在量的方法。與油脂分解一樣，除了能分解難分解性COD的微生物的繁殖外，微量元素的存在也很重要。簡單的例子有因為缺磷，COD的處理性能惡化，雖然有時只要補充磷就能改善處理性能，但一般來說并非那么簡單。

BOD是生物分解可能的有機物指標，通常認為，很難會出現BOD的處理惡化；但是，如果排水基質的有機物種類較少，而且微量元素的失衡比較嚴重的話，甚至連BOD也不能滿意地被處理的活性污泥設備出乎意外地大量存在。這常見于化工類企業的排水，被認為是排水中含有“微生物難分解的BOD”等難以理解的原因造成的。

已經知道，活性污泥處理性能的穩定化方面不僅存在著微量元素不足，而且還存在著有機性生理活性物質和氨基酸類物質的不足。如果能確保活性污泥混合液中微生物的多樣性，在微生物的共生關系中，就不需要從活性污泥系統中產生，或從外部補充這些有機性生理活性物質；但是在排水基質成分失衡的情況下，就需要進行人為的補給，通過補給來達到穩定的處理性能。

很多時候因絲狀菌產生的污泥沉降不良（體積膨脹）也是造成排水基質成分失衡的原因。在曝氣池內的環境條件變化時容易產生絲狀菌，例如，季節交替時候的水溫變化、溶解氧（DO）濃度的變化、排水基質成分的變化等。

此外，絲狀菌具有能有效地攝取比有益菌菌膠團濃度更低的基質的特性。這種特性也是絲狀菌易受環境影響的原因，在環境變化時容易產生絲狀菌。當絲狀菌與菌膠團爭奪排水中不足的基質時，絲狀菌容易成為優勢菌種。

3　微生物活性劑“生物1號”概要

3.1種類

微生物活性劑“生物1號”是補充工業排水失衡的基質成分的化學品。幾種產品如表1所示，用戶可根據排水的基質成分進行選擇。表1所列產品均為通用型，含有各種元素及微生物活性物質。有時對某些排水不需要補充這么多種成分，特別是水量大的處理設備需要考慮成本問題，可以選擇只配制了必需成分的產品。這種情況下需要分析排水的基質成分，活性污泥的微生物構成，詳細調查處理狀態，決定最合適的產品成分。在用量較少的情況下，考慮到如此多的調查項目所需的時間和成本，選擇通用型產品是上策。

3.2適用范圍

微生物活性劑“生物1號”適用于造紙/紙漿廠，廢紙再生廠，化工廠，煉油廠，制藥廠，食品廠，飲料、糕點、面包廠，機械廠和電鍍廠等排水基質嚴重失衡的活性污泥法處理廢水系統。

3.3使用方法

微生物活性劑“生物1號”在曝氣池入口投入，原則上每天連續投入，投加的用量可根據排水狀況、BOD濃度及廢水處理的負荷量而定。

4　應用實例

4.1化工廠

某有機合成化工廠，廢水排水量5 000 m3/d，用活性污泥法處理原水BOD濃度為300～500 mg/L的廢水。據推測，排水基質主要為以甲醇為主及來自副產品低聚物等產品的物質。與曝氣池容量相比，流入的BOD負荷量過大，平均BOD容積負荷為1．2 kg/（m3·d）。

污泥的沉降性很差，固體懸浮物（SS）雖然在排放標準以下，但微細絮團隨著處理后的水連續排出。由于污泥的沉降性很差，MLSS濃度不得已只能維持在2 000 mg/L左右的較低水平，結果處理后的排水COD也一直只能勉強達到排放標準值20 mg/L。

原水元素分析結果顯示，部分微量元素不足，因此試加了“生物1號”AME-1，添加量為20 mg每升排水量，每天連續添加。圖1～3分別為“生物1號”添加前、添加2星期后和添加4星期后的活性污泥的顯微鏡照片。

圖1　添加“生物1號”前

圖2　添加“生物1號”2星期后

圖3　添加“生物1號”4星期后

由圖1～3可見：“生物1號”添加前活性污泥的絮團較小，存在著大量較短的絲狀菌；添加2星期后，絮團變得大而結實；添加4星期后絮團進一步變大。

圖4顯示了添加微生物活性劑后活性污泥沉降指標（SVI）的變化趨勢。

由圖4可見：SVI也從添加前極差的550 mL/g下降到2星期后的220 mL/g，而4星期后進一步改善到110 mL/g。同時，處理后的排水COD也能長期維持在15 mg/L以下。

圖4　活性污泥沉降指標（SVI）的變化趨勢

4.2盒飯、副食品廠

某生產供應便利店盒飯、副食品的工廠，廢水排水量600 m3/d，原水BOD為800～1 200 mg/L；排水中油脂成分較多，為300～600 mg/L（排水）。排水成分的濃度變化劇烈，當BOD及油脂成分負荷量較大的天數持續增加時，處理后的排水水質失去控制，曝氣池以及沉淀池發生大量浮渣，處理后的排水還會出現“白濁”現象。雖然排水處理設備中含有小型的自然上浮型捕油器，但未安裝加壓上浮裝置等有效油脂成分去除設備，原水中的油脂成分基本上全部流入了曝氣池。

處理效果不佳時，曝氣池混合液中的油脂成分超過100 mg/L，高的時候甚至達到150 mg/L。已經證實如果油脂成分超過100 mg/L，將產生浮渣及處理水渾濁。處理效果比較好的時候曝氣池混合液中的油脂成分為60～100 mg/L。即使這樣，通常活性污泥曝氣池的油脂濃度也可能達到了15～30 mg/L，濃度還是比較高。

在該設施中每天以50 mg每升排水量的用量連續添加有機類“生物1號”AME-20B。圖5顯示了在連續添加有機類“生物1號”AME-20B后曝氣池混合液中生長的、屬于分枝菌酸產生菌一種的戈登氏菌（Gordonia sp）的遺傳基因的存在數量的變化。

由圖5可見，開始添加“生物1號”4星期后戈登氏菌的遺傳基因的存在數量從109個/mL下降到107個/mL。戈登氏菌遺傳基因數量與浮渣的產生量具有很強的相關性。以108個/mL為界，遺傳基因數量超過108將產生浮渣，低于108，幾乎看不到浮渣的產生。此外，曝氣池混合液中油脂成分濃度經常維持在80 mg/L以下，不會超過100 mg/L。

4.3造紙廠

某生產瓦楞芯紙的紙廠，以廢紙為原料，排水量20 000 m3/d。首先用絮凝加壓氣浮法分離以纖維為主的SS，再用活性污泥法處理。絮凝加壓氣浮法處理后的水質為：BOD為150～250 mg/L，COD為100～150 mg/L。BOD基質的主要成分為淀粉，COD基質為合成施膠劑PVA以及印刷油墨。

該廠的廢水處理設施的問題是污泥沉降性不太好，并且COD處于高位，為40～50 mg/L。廢水的COD估計來自廢紙原料的生物難分解性物質。廢紙原料大致有2種，因每星期改變1次原料，廢水COD也每星期或高或低地反復變化，與廢紙的種類存在明顯的相關性。

圖6顯示了在連續添加有機類“生物1號”AME-1 后COD的變化趨勢（圖中的第21天開始添加“生物1號”AME-1，添加量為每天10 mg每升排水量）。

由圖6可見，“生物1號”添加前處理水的COD 在40～50 mg/L之間反復波動，添加“生物1號”后COD逐漸下降，60天后COD在30 mg/L附近穩定下來，受原料的影響也變得很小；因此，通過添加了“生物1號”，原水成分的不平衡得到矯正，確保了活性污泥微生物的多樣性，具備了分解難分解性COD的分解菌能穩定生長的環境。

圖5　連續添加微生物活性劑后處理水戈登氏菌的變化

圖6　連續添加微生物活性劑后處理水的COD變化

5　結束語

工業廢水的活性污泥法處理系統中往往會頻繁地發生原因不明的處理干擾。過去因為是微生物處理，無法人為控制，只好中途放棄原因的分析。現在我們知道，這些干擾很多時候是由于廢水成分的失衡造成的，通過糾正廢水成分的失衡，就能維持穩定的運行。另外，廢水成分的失衡使得復合微生物群的微生物多樣性無法維持，因而有時會出現活性污泥系統中的微生物活性物質產生量不足，結果造成處理不穩定的情況。

本文介紹的“生物1號”是為糾正廢水成分失衡并補充微生物活性物質開發的，是一種能使活性污泥處理穩定化、提高其性能的微生物活性劑。該化學品的添加工藝作為能使麻煩的活性污泥處理變成簡便的觸手可及的處理技術，并能大幅度減少維護管理所需的人力和時間的一張王牌而備受關注。

（杜偉民編譯）