新型微生物活性剂在工业废水活性污泥法处理中的应用



新型微生物活性剂在工业废水活性污泥法处理中的应用

工业废水的活性污泥法处理系统中往往会频繁地发生原因不明的处理干扰，导致废水处理系统运行不稳定。研究表明，这些原因不明的处理干扰往往是由于废水成分的失衡造成的，通过纠正废水成分的失衡，就能保持废水处理系统的稳定运行。该文介绍了日本最近研发的纠正废水成分失衡并补充微生物活性物质的微生物活性剂——生物1号。应用实例表明：该微生物活性剂能稳定活性污泥处理废水系统的运行，提高处理水质，并能减少维护管理所需的人力和时间。

1　前言

活性污泥是微生物群体及它们所依附的有机物质和无机物质的总称。微生物群体主要包括细菌、原生动物和后生动物等。微生物群体的多样性一方面对维持活性污泥法处理的稳定性，或良好的处理性能起着极为重要的作用；另一方面，如果这种复合生物系统的平衡受到破坏，将成为引发处理水质恶化及污泥沉降性不良的因素。

排水中所含有机物浓度指标以BOD表示，而构成BOD的有机物因工业排水水质的不同而不同，种类也很多，并且在很多情况下是失衡的。

详细调查工业排水中的有机物和无机物后发现，很多排水中的组成成分不适合维持稳定的复合微生物群。另外，如果从活性污泥微生物遗传基因数量来看微生物的多样性，还有单种细菌占全部细菌30%以上这种极为特殊的例子。可以看到这些排水会定期发生被处理水混浊、污泥沉降性恶化等现象。虽然已经清楚COD处理性能的不稳定是由于进水中含有难处理的COD，但有时其实是因为活性污泥的处理能力存在着问题。

特别是，有时工厂在定期检修或长期停机后重新启动时，污水处理设备的处理效果变差，需要很长时间才能完全发挥处理能力，并呈常态化。在这种情况下，经常通过大量追加投入生活污水处理厂的活性污泥来改善处理性能。

工业废水的活性污泥处理系统中往往会频繁地发生原因不明的处理干扰，导致废水处理系统运行不稳定。研究表明，这些原因不明的处理干扰往往是由于废水成分的失衡造成的，通过纠正废水成分的失衡，就能保持废水处理系统的稳定运行。

日本最近研发的纠正废水成分失衡并补充微生物活性物质的新型微生物活性剂——“生物1号”。

“生物1号”是一种为改善活性污泥性质而开发的高性能微生物活性剂，含有可以激活曝气池微生物的营养素，生理活性剂的制剂，投入曝气池后，能稳定活性污泥的处理功能，提高水质，增强处理能力，还能改善膜分离活性污泥的膜透过性，提高其性能。表1为部分生物1号产品（实际应用中，针对含有机溶剂类、醇类、低级脂肪酸类、糖类等不同的废水及相应的水处理条件，选择合适的产品）。

表1　部分“生物1号”产品

本文将介绍“生物1号”概况及其使用方法及其应用实例。

2　活性污泥的处理性能和排水基质的平衡

活性污泥处理工业废水系统发生下述障碍时，往往是因为缺乏废水基质成分平衡，结果导致无法维持稳定的微生物多样性。具体障碍有：（1）处理水混浊（白浊），发泡，产生浮渣；（2）处理不稳定，水质恶化；（3）处理水的COD无法降低；（4）膜分离活性污泥（MBR）的膜透过量无法提高；（5）污泥沉降性差，黏性强。

白浊、发泡、产生浮渣，多见于油脂成分较多的排水中。油脂成分首先通过能产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。如果脂肪酶产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浓度将上升。如果变成这种状况，由放线菌的分枝菌酸产生的细菌将繁殖，出现浮渣等现象。

脂肪酶产生微生物的繁殖，当然不可缺少氮、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较少的排水中，即使油脂成分流入量并不多，也会产生浮渣问题。

COD处理性能方面，能分解排水中所含的生物难分解性COD的微生物的存在变得很重要。一直以来，采用通过延长曝气池的污泥滞留时间（SRT）来增加能降解难分解性COD的微生物存在量的方法。与油脂分解一样，除了能分解难分解性COD的微生物的繁殖外，微量元素的存在也很重要。简单的例子有因为缺磷，COD的处理性能恶化，虽然有时只要补充磷就能改善处理性能，但一般来说并非那么简单。

BOD是生物分解可能的有机物指标，通常认为，很难会出现BOD的处理恶化；但是，如果排水基质的有机物种类较少，而且微量元素的失衡比较严重的话，甚至连BOD也不能满意地被处理的活性污泥设备出乎意外地大量存在。这常见于化工类企业的排水，被认为是排水中含有“微生物难分解的BOD”等难以理解的原因造成的。

已经知道，活性污泥处理性能的稳定化方面不仅存在着微量元素不足，而且还存在着有机性生理活性物质和氨基酸类物质的不足。如果能确保活性污泥混合液中微生物的多样性，在微生物的共生关系中，就不需要从活性污泥系统中产生，或从外部补充这些有机性生理活性物质；但是在排水基质成分失衡的情况下，就需要进行人为的补给，通过补给来达到稳定的处理性能。

很多时候因丝状菌产生的污泥沉降不良（体积膨胀）也是造成排水基质成分失衡的原因。在曝气池内的环境条件变化时容易产生丝状菌，例如，季节交替时候的水温变化、溶解氧（DO）浓度的变化、排水基质成分的变化等。

此外，丝状菌具有能有效地摄取比有益菌菌胶团浓度更低的基质的特性。这种特性也是丝状菌易受环境影响的原因，在环境变化时容易产生丝状菌。当丝状菌与菌胶团争夺排水中不足的基质时，丝状菌容易成为优势菌种。

3　微生物活性剂“生物1号”概要

3.1种类

微生物活性剂“生物1号”是补充工业排水失衡的基质成分的化学品。几种产品如表1所示，用户可根据排水的基质成分进行选择。表1所列产品均为通用型，含有各种元素及微生物活性物质。有时对某些排水不需要补充这么多种成分，特别是水量大的处理设备需要考虑成本问题，可以选择只配制了必需成分的产品。这种情况下需要分析排水的基质成分，活性污泥的微生物构成，详细调查处理状态，决定最合适的产品成分。在用量较少的情况下，考虑到如此多的调查项目所需的时间和成本，选择通用型产品是上策。

3.2适用范围

微生物活性剂“生物1号”适用于造纸/纸浆厂，废纸再生厂，化工厂，炼油厂，制药厂，食品厂，饮料、糕点、面包厂，机械厂和电镀厂等排水基质严重失衡的活性污泥法处理废水系统。

3.3使用方法

微生物活性剂“生物1号”在曝气池入口投入，原则上每天连续投入，投加的用量可根据排水状况、BOD浓度及废水处理的负荷量而定。

4　应用实例

4.1化工厂

某有机合成化工厂，废水排水量5 000 m3/d，用活性污泥法处理原水BOD浓度为300～500 mg/L的废水。据推测，排水基质主要为以甲醇为主及来自副产品低聚物等产品的物质。与曝气池容量相比，流入的BOD负荷量过大，平均BOD容积负荷为1．2 kg/（m3·d）。

污泥的沉降性很差，固体悬浮物（SS）虽然在排放标准以下，但微细絮团随着处理后的水连续排出。由于污泥的沉降性很差，MLSS浓度不得已只能维持在2 000 mg/L左右的较低水平，结果处理后的排水COD也一直只能勉强达到排放标准值20 mg/L。

原水元素分析结果显示，部分微量元素不足，因此试加了“生物1号”AME-1，添加量为20 mg每升排水量，每天连续添加。图1～3分别为“生物1号”添加前、添加2星期后和添加4星期后的活性污泥的显微镜照片。

图1　添加“生物1号”前

图2　添加“生物1号”2星期后

图3　添加“生物1号”4星期后

由图1～3可见：“生物1号”添加前活性污泥的絮团较小，存在着大量较短的丝状菌；添加2星期后，絮团变得大而结实；添加4星期后絮团进一步变大。

图4显示了添加微生物活性剂后活性污泥沉降指标（SVI）的变化趋势。

由图4可见：SVI也从添加前极差的550 mL/g下降到2星期后的220 mL/g，而4星期后进一步改善到110 mL/g。同时，处理后的排水COD也能长期维持在15 mg/L以下。

图4　活性污泥沉降指标（SVI）的变化趋势

4.2盒饭、副食品厂

某生产供应便利店盒饭、副食品的工厂，废水排水量600 m3/d，原水BOD为800～1 200 mg/L；排水中油脂成分较多，为300～600 mg/L（排水）。排水成分的浓度变化剧烈，当BOD及油脂成分负荷量较大的天数持续增加时，处理后的排水水质失去控制，曝气池以及沉淀池发生大量浮渣，处理后的排水还会出现“白浊”现象。虽然排水处理设备中含有小型的自然上浮型捕油器，但未安装加压上浮装置等有效油脂成分去除设备，原水中的油脂成分基本上全部流入了曝气池。

处理效果不佳时，曝气池混合液中的油脂成分超过100 mg/L，高的时候甚至达到150 mg/L。已经证实如果油脂成分超过100 mg/L，将产生浮渣及处理水浑浊。处理效果比较好的时候曝气池混合液中的油脂成分为60～100 mg/L。即使这样，通常活性污泥曝气池的油脂浓度也可能达到了15～30 mg/L，浓度还是比较高。

在该设施中每天以50 mg每升排水量的用量连续添加有机类“生物1号”AME-20B。图5显示了在连续添加有机类“生物1号”AME-20B后曝气池混合液中生长的、属于分枝菌酸产生菌一种的戈登氏菌（Gordonia sp）的遗传基因的存在数量的变化。

由图5可见，开始添加“生物1号”4星期后戈登氏菌的遗传基因的存在数量从109个/mL下降到107个/mL。戈登氏菌遗传基因数量与浮渣的产生量具有很强的相关性。以108个/mL为界，遗传基因数量超过108将产生浮渣，低于108，几乎看不到浮渣的产生。此外，曝气池混合液中油脂成分浓度经常维持在80 mg/L以下，不会超过100 mg/L。

4.3造纸厂

某生产瓦楞芯纸的纸厂，以废纸为原料，排水量20 000 m3/d。首先用絮凝加压气浮法分离以纤维为主的SS，再用活性污泥法处理。絮凝加压气浮法处理后的水质为：BOD为150～250 mg/L，COD为100～150 mg/L。BOD基质的主要成分为淀粉，COD基质为合成施胶剂PVA以及印刷油墨。

该厂的废水处理设施的问题是污泥沉降性不太好，并且COD处于高位，为40～50 mg/L。废水的COD估计来自废纸原料的生物难分解性物质。废纸原料大致有2种，因每星期改变1次原料，废水COD也每星期或高或低地反复变化，与废纸的种类存在明显的相关性。

图6显示了在连续添加有机类“生物1号”AME-1 后COD的变化趋势（图中的第21天开始添加“生物1号”AME-1，添加量为每天10 mg每升排水量）。

由图6可见，“生物1号”添加前处理水的COD 在40～50 mg/L之间反复波动，添加“生物1号”后COD逐渐下降，60天后COD在30 mg/L附近稳定下来，受原料的影响也变得很小；因此，通过添加了“生物1号”，原水成分的不平衡得到矫正，确保了活性污泥微生物的多样性，具备了分解难分解性COD的分解菌能稳定生长的环境。

图5　连续添加微生物活性剂后处理水戈登氏菌的变化

图6　连续添加微生物活性剂后处理水的COD变化

5　结束语

工业废水的活性污泥法处理系统中往往会频繁地发生原因不明的处理干扰。过去因为是微生物处理，无法人为控制，只好中途放弃原因的分析。现在我们知道，这些干扰很多时候是由于废水成分的失衡造成的，通过纠正废水成分的失衡，就能维持稳定的运行。另外，废水成分的失衡使得复合微生物群的微生物多样性无法维持，因而有时会出现活性污泥系统中的微生物活性物质产生量不足，结果造成处理不稳定的情况。

本文介绍的“生物1号”是为纠正废水成分失衡并补充微生物活性物质开发的，是一种能使活性污泥处理稳定化、提高其性能的微生物活性剂。该化学品的添加工艺作为能使麻烦的活性污泥处理变成简便的触手可及的处理技术，并能大幅度减少维护管理所需的人力和时间的一张王牌而备受关注。

（杜伟民编译）