造紙廢水的“生物附著槽”處理系統(tǒng)

造紙廢水的“生物附著槽”處理系統(tǒng)

活性污泥法因其低成本且有效地處理廢水而被廣泛應(yīng)用，但活性污泥法處理系統(tǒng)往往由于廢水流量超負(fù)荷，水溫變化及空氣供應(yīng)不足等原因?qū)?dǎo)致諸如污泥膨脹和水質(zhì)惡化等問題的產(chǎn)生。造紙廠的廢水量相當(dāng)大，并且懸浮物含量也相當(dāng)高，上述問題也時(shí)有發(fā)生。該文介紹的日本近期研發(fā)的緊湊且高效的“生物附著槽（Bio-Attach）”廢水處理系統(tǒng)，及同時(shí)添加一種能有效激發(fā)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(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)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(jī)廢水的廢水處理技術(shù)而日益普及，但活性污泥法往往因超負(fù)荷及水溫變化，空氣不足等原因?qū)е庐a(chǎn)生污泥膨脹和處理水質(zhì)惡化等嚴(yán)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(zhì)量濃度比其他行業(yè)低，在200～600 mg/L。BOD、COD是用活性污泥處理的，但很多設(shè)備在以1.5 kg/（m3·d）左右的高BOD容積負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)。這些設(shè)備的負(fù)荷稍有變動(dòng)就會(huì)使生物處理變得不穩(wěn)定，出現(xiàn)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(tǒng)是一種緊湊型的高效BOD處理系統(tǒng)，通過增添簡單的設(shè)備或設(shè)備改造就能大幅度提高和穩(wěn)定活性污泥的處理能力，并降低污泥產(chǎn)生量。

BOD可以用活性污泥法進(jìn)行充分的深度處理，而活性污泥處理水中殘留的COD，很難進(jìn)行生物處理。詳細(xì)調(diào)查工業(yè)排水中的有機(jī)物和無機(jī)物后發(fā)現(xiàn)，很多排水中的組成成分不適合維持穩(wěn)定的復(fù)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(xué)方法，但需要巨額的運(yùn)行成本。微生物活性劑“COD Cutter”是一種能起到使曝氣池內(nèi)的環(huán)境適合復(fù)合微生物群相互共生的物質(zhì)，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(jī)后重啟設(shè)備時(shí)，及活性污泥的作用難以發(fā)揮，或冬季低水溫、夏季高水溫時(shí)，復(fù)合微生物群的失衡造成處理能力下降時(shí)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(tǒng)和微生物活性助劑COD Cutter的應(yīng)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(dāng)于活性污泥微生物的曝氣滯留時(shí)間。生活廢水處理時(shí)間為10天左右，工業(yè)排水為15～40天。由于污泥日齡是通過用處理裝置內(nèi)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(shù)當(dāng)作與活性污泥微生物的繁殖速度指數(shù)大致相同的值進(jìn)行處理。就是說，活性污泥構(gòu)成的細(xì)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(zhì)菌屬（Flavobacterium），桿狀菌屬（Bacillus），多數(shù)的最大繁殖速度指數(shù)在24天或以上，可以認(rèn)為這是活性污泥設(shè)備內(nèi)的微生物增殖速度指數(shù)被控制在了極低的水平。此外，活性污泥的排水處理由（1）細(xì)菌進(jìn)行的有機(jī)物氧化分解反應(yīng)過程和（2）凝聚性/沉降性良好的污泥形成過程這2個(gè)過程構(gòu)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(yōu)先除去有機(jī)物的高速增殖槽（附著槽，圖1為附著槽中高速繁殖細(xì)菌的顯微鏡照片）和在此捕食生成的高速繁殖細(xì)菌，并處理殘存有機(jī)物，考慮沉降性的原生動(dòng)物群（接收槽，圖2為接收槽中原生動(dòng)物的顯微鏡照片）進(jìn)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(fù)荷下運(yùn)行。生物附著槽可在廢水BOD為10～20 kg/（m3·d）的高負(fù)荷下運(yùn)行，設(shè)備緊湊。

（2）剩余污泥產(chǎn)生量少。在生物附著槽生成的高速繁殖細(xì)菌容易被原生動(dòng)物捕食，因此原生動(dòng)物在后段污泥中大量繁殖，能進(jìn)行穩(wěn)定而高速的捕食，結(jié)果剩余污泥的產(chǎn)生量比傳統(tǒng)活性污泥法處理時(shí)減少30%。

圖1 生物附著槽內(nèi)的細(xì)菌

圖2 接收槽內(nèi)的原生動(dòng)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(xì)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(tuán)，從而防止了污泥膨脹。

4 生物附著槽廢水處理系統(tǒng)概述

生物附著槽廢水處理系統(tǒng)的工藝流程如圖3的所示。

圖3 生物附著槽廢水處理系統(tǒng)的工藝流程

圖3顯示的生物附著槽廢水處理系統(tǒng)由通過高速繁殖細(xì)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(xì)菌的接收槽2個(gè)槽構(gòu)成。首先，廢水進(jìn)入附著槽，在此槽BOD負(fù)荷為10～20 kg/（m3·d）的條件下由高速繁殖細(xì)菌去除廢水中70%～90%的溶解性BOD；然后，再在接收槽中進(jìn)一步深度處理殘留有機(jī)物；同時(shí)，由于從附著槽流入的細(xì)菌自我硝化和原生動(dòng)物非?；钴S地捕食，從而減少了污泥的產(chǎn)生量。

附著槽內(nèi)為分散性的細(xì)菌，接收槽內(nèi)是比普通活性污泥密度更高的原生動(dòng)物生物群。通過該原生動(dòng)物活躍地捕食高速繁殖的微生物，減少了多余污泥的產(chǎn)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(shè)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(qiáng)凝聚沉淀的功能。生物附著槽不僅能增強(qiáng)廢水處理設(shè)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(xué)品用量，降低生產(chǎn)成本。

5 生物附著槽在造紙廢水處理方面的應(yīng)用

為了確認(rèn)生物附著槽去除造紙廢水中有機(jī)物的功能和減少污泥的效果，用某紙廠的廢水進(jìn)行了工廠中試。該紙廠以廢紙為原料生產(chǎn)再生衛(wèi)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(tǒng)的設(shè)備參數(shù)及水處理流程

表1為生物附著槽處理系統(tǒng)的設(shè)備參數(shù)，圖4為生物附著槽處理系統(tǒng)廢水處理流程。

表1 生物附著槽廢水處理系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)1）

當(dāng)生物附著槽啟動(dòng)時(shí)，添加1 000 mg/L的接種用微生物制劑，在經(jīng)24 h高速繁殖細(xì)菌馴化后開始輸水；適當(dāng)排出隨輸水生成的多余污泥以維持接收槽內(nèi)的MLSS質(zhì)量濃度在400 mg/L左右。此外，為了探討污泥減少的效果，根據(jù)槽內(nèi)污泥產(chǎn)生量對(duì)污泥轉(zhuǎn)換率進(jìn)行了計(jì)算。

圖4 水處理流程

5.2 試驗(yàn)結(jié)果

表2是生物附著槽的處理水水質(zhì)。

表2 生物附著槽的處理水水質(zhì)

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(wěn)定的處理效果。另外，由于大幅度降低了曝氣池（接收槽）的負(fù)荷，最終獲得了良好的出水水質(zhì)。

圖5顯示了應(yīng)用生物附著槽后的BOD污泥轉(zhuǎn)換率。

圖5 應(yīng)用生物附著槽后的BOD污泥轉(zhuǎn)換率

由圖5可見，不應(yīng)用生物附著槽的BOD污泥轉(zhuǎn)換率為0.5，應(yīng)用生物附著槽的BOD污泥轉(zhuǎn)換率為0.35，污泥產(chǎn)生量減少了30%。

該造紙廠處理水量為10 800 m3/d，經(jīng)生物附著槽處理的出水溶解性COD去除率達(dá)到58%，溶解性BOD去除率達(dá)到76%，取得高去除效果，出水不經(jīng)活性炭吸附，COD的質(zhì)量濃度達(dá)到了15 mg/L的排放標(biāo)準(zhǔn)。

6 生物助劑“COD Cutter”

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

一般補(bǔ)充氮/磷元素來解決營養(yǎng)不足，而不太補(bǔ)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(wěn)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(diǎn)，無；穩(wěn)定性，在正常處理?xiàng)l件下穩(wěn)定。

圖6 COD Cutter外觀

6.2 使用方法

COD Cutter在曝氣槽少量持續(xù)添加，具體方法如下。

6.2.1 首次添加

首次使用COD Cutter時(shí)，為了盡快使其產(chǎn)生效果，添加量為每升廢水50～200 mg；添加點(diǎn)：原則上在曝氣池內(nèi)直接加入粉末，也可在廢水入口、原水調(diào)節(jié)槽添加；在活性污泥前段進(jìn)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(xù)添加

通過持續(xù)少量添加COD Cutter，能維持穩(wěn)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(diǎn)：與首次添加點(diǎn)相同。

6.3 在某造紙廠的使用效果

6.3.1 廢水處理系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)

某造紙廠廢水處理系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)如下：水處理設(shè)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(zhì)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(duì)二者的處理效果進(jìn)行比較。該造紙廠廢水處理系統(tǒng)的流程及COD Cutter添加點(diǎn)如圖7所示。

6.3.2 COD Cutter添加量及分析項(xiàng)目測(cè)定

每天添加1次COD Cutter，添加量為15 kg（相當(dāng)于5.3 mg/L）。每天分別測(cè)定2套處理設(shè)備出水的COD。

6.3.3 COD Cutter的使用結(jié)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(tǒng)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(tǒng)COD上升，而添加COD Cutter的系統(tǒng)維持了穩(wěn)定的出水水質(zhì)。

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(yīng)用案例

表3是COD Cutter應(yīng)用于各行業(yè)廢水的處理效果。

表3 COD Cutter應(yīng)用于各行業(yè)廢水處理的效果

7 結(jié)束語

在造紙廠廢水水量大、高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的活性污泥處理過程中，能穩(wěn)定處理有機(jī)物的“生物附著槽”系統(tǒng)具有緊湊高效的特點(diǎn)，其應(yīng)用效果值得期待。另外，通過能使環(huán)境具備活性污泥生長條件，最大限度有效激發(fā)微生物活性的微生物活性劑“COD Cutter”的應(yīng)用，處理水系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行及COD的降低成為可能。

（杜偉民 編譯）