造紙廢水的“生物附著槽”處理系統

造紙廢水的“生物附著槽”處理系統

活性污泥法因其低成本且有效地處理廢水而被廣泛應用，但活性污泥法處理系統往往由于廢水流量超負荷，水溫變化及空氣供應不足等原因將導致諸如污泥膨脹和水質惡化等問題的產生。造紙廠的廢水量相當大，并且懸浮物含量也相當高，上述問題也時有發生。該文介紹的日本近期研發的緊湊且高效的“生物附著槽（Bio-Attach）”廢水處理系統，及同時添加一種能有效激發微生物活性的微生物活性助劑“COD Cutter”，使造紙廠廢水處理系統穩定運行及改善COD處理效果成為可能。

1 前言

活性污泥法因其是一種能以低成本深度處理有機廢水的廢水處理技術而日益普及，但活性污泥法往往因超負荷及水溫變化，空氣不足等原因導致產生污泥膨脹和處理水質惡化等嚴重問題。紙廠排水大多為水量大，來自纖維的懸浮物（SS）濃度高，BOD質量濃度比其他行業低，在200～600 mg/L。BOD、COD是用活性污泥處理的，但很多設備在以1.5 kg/（m3·d）左右的高BOD容積負荷下運轉。這些設備的負荷稍有變動就會使生物處理變得不穩定，出現出水透明度下降等問題。解決這些問題的“生物附著槽（Bio-Attach）”廢水處理系統是一種緊湊型的高效BOD處理系統，通過增添簡單的設備或設備改造就能大幅度提高和穩定活性污泥的處理能力，并降低污泥產生量。

BOD可以用活性污泥法進行充分的深度處理，而活性污泥處理水中殘留的COD，很難進行生物處理。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，這些排水中除了COD處理惡化外，還有處理水混濁、污泥沉降性不良等問題。COD的處理方法主要采用活性炭吸附、臭氧氧化等物理化學方法，但需要巨額的運行成本。微生物活性劑“COD Cutter”是一種能起到使曝氣池內的環境適合復合微生物群相互共生的物質，能大幅度改善COD的處理能力。特別是在工廠定期檢修或長假期停機后重啟設備時，及活性污泥的作用難以發揮，或冬季低水溫、夏季高水溫時，復合微生物群的失衡造成處理能力下降時很有效。

本文將介紹以降低造紙排水中COD、BOD為目的生物附著槽處理系統和微生物活性助劑COD Cutter的應用。

2 生物附著槽的基本原理

一般來說，活性污泥的污泥日齡（SRT）相當于活性污泥微生物的曝氣滯留時間。生活廢水處理時間為10天左右，工業排水為15～40天。由于污泥日齡是通過用處理裝置內滯留的污泥量除以1天的排泥量求得的，因此，可以將其倒數當作與活性污泥微生物的繁殖速度指數大致相同的值進行處理。就是說，活性污泥構成的細菌群的繁殖速度為0.2～0．3天。另一方面，最近從活性污泥分離出來的綠膿桿菌屬（Pseudmonas），黃質菌屬（Flavobacterium），桿狀菌屬（Bacillus），多數的最大繁殖速度指數在24天或以上，可以認為這是活性污泥設備內的微生物增殖速度指數被控制在了極低的水平。此外，活性污泥的排水處理由（1）細菌進行的有機物氧化分解反應過程和（2）凝聚性/沉降性良好的污泥形成過程這2個過程構成。生物附著槽利用這些概念，不考慮活性污泥的沉降性，通過只優先除去有機物的高速增殖槽（附著槽，圖1為附著槽中高速繁殖細菌的顯微鏡照片）和在此捕食生成的高速繁殖細菌，并處理殘存有機物，考慮沉降性的原生動物群（接收槽，圖2為接收槽中原生動物的顯微鏡照片）進行處理。

3 生物附著槽的特征

生物附著槽具有以下特征。

（1）可以在高負荷下運行。生物附著槽可在廢水BOD為10～20 kg/（m3·d）的高負荷下運行，設備緊湊。

（2）剩余污泥產生量少。在生物附著槽生成的高速繁殖細菌容易被原生動物捕食，因此原生動物在后段污泥中大量繁殖，能進行穩定而高速的捕食，結果剩余污泥的產生量比傳統活性污泥法處理時減少30%。

圖1 生物附著槽內的細菌

圖2 接收槽內的原生動物

（3）能防止污泥膨脹。由于在生物附著槽中采用比造成污泥膨脹的微生物-絲狀菌繁殖速度還快的高速增殖細菌處理，絲狀菌由于無法生存而被淘汰。后段活性污泥在接收槽中生成凝聚性良好的絮團，從而防止了污泥膨脹。

4 生物附著槽廢水處理系統概述

生物附著槽廢水處理系統的工藝流程如圖3的所示。

圖3 生物附著槽廢水處理系統的工藝流程

圖3顯示的生物附著槽廢水處理系統由通過高速繁殖細菌迅速分解廢水中BOD成分的生物附著槽和捕食生物附著槽中生成的細菌的接收槽2個槽構成。首先，廢水進入附著槽，在此槽BOD負荷為10～20 kg/（m3·d）的條件下由高速繁殖細菌去除廢水中70%～90%的溶解性BOD；然后，再在接收槽中進一步深度處理殘留有機物；同時，由于從附著槽流入的細菌自我硝化和原生動物非常活躍地捕食，從而減少了污泥的產生量。

附著槽內為分散性的細菌，接收槽內是比普通活性污泥密度更高的原生動物生物群。通過該原生動物活躍地捕食高速繁殖的微生物，減少了多余污泥的產生。

生物附著槽能解決下述廢水處理問題：（1）提高廢水處理設備的出力；（2）代替氣浮法的油成分處理裝置；（3）濃稠廢液的處理裝置；（4）增強凝聚沉淀的功能。生物附著槽不僅能增強廢水處理設備的功能，而且還能減少浮渣、廢液等廢棄物，減少凝聚劑等化學品用量，降低生產成本。

5 生物附著槽在造紙廢水處理方面的應用

為了確認生物附著槽去除造紙廢水中有機物的功能和減少污泥的效果，用某紙廠的廢水進行了工廠中試。該紙廠以廢紙為原料生產再生衛生紙，廢水主要來自脫墨過程和抄紙過程。

5.1 生物附著槽處理系統的設備參數及水處理流程

表1為生物附著槽處理系統的設備參數，圖4為生物附著槽處理系統廢水處理流程。

表1 生物附著槽廢水處理系統設備參數1）

當生物附著槽啟動時，添加1 000 mg/L的接種用微生物制劑，在經24 h高速繁殖細菌馴化后開始輸水；適當排出隨輸水生成的多余污泥以維持接收槽內的MLSS質量濃度在400 mg/L左右。此外，為了探討污泥減少的效果，根據槽內污泥產生量對污泥轉換率進行了計算。

圖4 水處理流程

5.2 試驗結果

表2是生物附著槽的處理水水質。

表2 生物附著槽的處理水水質

由表2可見，溶解性COD除去率約為60%，溶解性BOD除去率約為80%，顯示了穩定的處理效果。另外，由于大幅度降低了曝氣池（接收槽）的負荷，最終獲得了良好的出水水質。

圖5顯示了應用生物附著槽后的BOD污泥轉換率。

圖5 應用生物附著槽后的BOD污泥轉換率

由圖5可見，不應用生物附著槽的BOD污泥轉換率為0.5，應用生物附著槽的BOD污泥轉換率為0.35，污泥產生量減少了30%。

該造紙廠處理水量為10 800 m3/d，經生物附著槽處理的出水溶解性COD去除率達到58%，溶解性BOD去除率達到76%，取得高去除效果，出水不經活性炭吸附，COD的質量濃度達到了15 mg/L的排放標準。

6 生物助劑“COD Cutter”

活性污泥處理過程中，發生以下弊端的原因多為復合微生物群的不平衡，不能維持穩定的微生物多樣性，或者廢水基質的有機物種類為單一種類（多為化工廠），生物所需的物質不足等：（1）COD無法降低；（2）廢水殘留顏色；（3）廢水出現混濁，白濁，發泡，浮渣等；（4）處理不穩定，出水水質不良。

一般補充氮/磷元素來解決營養不足，而不太補充除此以外的成分。COD Cutter含有提高微生物活性的成分，少量添加就能穩定廢水處理效果。

6.1 物理性能

COD Cutter的物理性能如下：外觀為深灰色粉末（圖6）；容積度為0.6；氣味，特有的微臭味；引火點，無；穩定性，在正常處理條件下穩定。

圖6 COD Cutter外觀

6.2 使用方法

COD Cutter在曝氣槽少量持續添加，具體方法如下。

6.2.1 首次添加

首次使用COD Cutter時，為了盡快使其產生效果，添加量為每升廢水50～200 mg；添加點：原則上在曝氣池內直接加入粉末，也可在廢水入口、原水調節槽添加；在活性污泥前段進行凝聚沉淀處理的情況下，在凝聚沉淀處理后添加。

6.2.2 持續添加

通過持續少量添加COD Cutter，能維持穩定COD的處理效果；添加量：每升廢水50～200 mg，每天添加1次；添加點：與首次添加點相同。

6.3 在某造紙廠的使用效果

6.3.1 廢水處理系統的有關參數

某造紙廠廢水處理系統的有關參數如下：水處理設備容積，1 000 m3×2套=2 000 m3；廢水量，5 600 m3/d（每套2 800 m3/d）；廢水COD質量濃度50～100 mg/L；2套中的1套添加COD Cutter，另外1套不添加COD Cutter，對二者的處理效果進行比較。該造紙廠廢水處理系統的流程及COD Cutter添加點如圖7所示。

6.3.2 COD Cutter添加量及分析項目測定

每天添加1次COD Cutter，添加量為15 kg（相當于5.3 mg/L）。每天分別測定2套處理設備出水的COD。

6.3.3 COD Cutter的使用結果

11月上旬在接觸氧化階段開始添加COD Cutter。圖8顯示了COD Cutter的添加效果。

由圖8可見，添加COD Cutter的系統與未添加的相比，出水COD下降了3 mg/L左右。

隨著此后水溫的下降，未添加的系統COD上升，而添加COD Cutter的系統維持了穩定的出水水質。

圖7 造紙廠廢水處理流程圖

圖8 COD Cutter的添加效果

6.4 COD Cutter的其他應用案例

表3是COD Cutter應用于各行業廢水的處理效果。

表3 COD Cutter應用于各行業廢水處理的效果

7 結束語

在造紙廠廢水水量大、高負荷運轉的活性污泥處理過程中，能穩定處理有機物的“生物附著槽”系統具有緊湊高效的特點，其應用效果值得期待。另外，通過能使環境具備活性污泥生長條件，最大限度有效激發微生物活性的微生物活性劑“COD Cutter”的應用，處理水系統的穩定運行及COD的降低成為可能。

（杜偉民 編譯）