造纸废水的“生物附着槽”处理系统

造纸废水的“生物附着槽”处理系统

活性污泥法因其低成本且有效地处理废水而被广泛应用，但活性污泥法处理系统往往由于废水流量超负荷，水温变化及空气供应不足等原因将导致诸如污泥膨胀和水质恶化等问题的产生。造纸厂的废水量相当大，并且悬浮物含量也相当高，上述问题也时有发生。该文介绍的日本近期研发的紧凑且高效的“生物附着槽（Bio-Attach）”废水处理系统，及同时添加一种能有效激发微生物活性的微生物活性助剂“COD Cutter”，使造纸厂废水处理系统稳定运行及改善COD处理效果成为可能。

1 前言

活性污泥法因其是一种能以低成本深度处理有机废水的废水处理技术而日益普及，但活性污泥法往往因超负荷及水温变化，空气不足等原因导致产生污泥膨胀和处理水质恶化等严重问题。纸厂排水大多为水量大，来自纤维的悬浮物（SS）浓度高，BOD质量浓度比其他行业低，在200～600 mg/L。BOD、COD是用活性污泥处理的，但很多设备在以1.5 kg/（m3·d）左右的高BOD容积负荷下运转。这些设备的负荷稍有变动就会使生物处理变得不稳定，出现出水透明度下降等问题。解决这些问题的“生物附着槽（Bio-Attach）”废水处理系统是一种紧凑型的高效BOD处理系统，通过增添简单的设备或设备改造就能大幅度提高和稳定活性污泥的处理能力，并降低污泥产生量。

BOD可以用活性污泥法进行充分的深度处理，而活性污泥处理水中残留的COD，很难进行生物处理。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，这些排水中除了COD处理恶化外，还有处理水混浊、污泥沉降性不良等问题。COD的处理方法主要采用活性炭吸附、臭氧氧化等物理化学方法，但需要巨额的运行成本。微生物活性剂“COD Cutter”是一种能起到使曝气池内的环境适合复合微生物群相互共生的物质，能大幅度改善COD的处理能力。特别是在工厂定期检修或长假期停机后重启设备时，及活性污泥的作用难以发挥，或冬季低水温、夏季高水温时，复合微生物群的失衡造成处理能力下降时很有效。

本文将介绍以降低造纸排水中COD、BOD为目的生物附着槽处理系统和微生物活性助剂COD Cutter的应用。

2 生物附着槽的基本原理

一般来说，活性污泥的污泥日龄（SRT）相当于活性污泥微生物的曝气滞留时间。生活废水处理时间为10天左右，工业排水为15～40天。由于污泥日龄是通过用处理装置内滞留的污泥量除以1天的排泥量求得的，因此，可以将其倒数当作与活性污泥微生物的繁殖速度指数大致相同的值进行处理。就是说，活性污泥构成的细菌群的繁殖速度为0.2～0．3天。另一方面，最近从活性污泥分离出来的绿脓杆菌属（Pseudmonas），黄质菌属（Flavobacterium），杆状菌属（Bacillus），多数的最大繁殖速度指数在24天或以上，可以认为这是活性污泥设备内的微生物增殖速度指数被控制在了极低的水平。此外，活性污泥的排水处理由（1）细菌进行的有机物氧化分解反应过程和（2）凝聚性/沉降性良好的污泥形成过程这2个过程构成。生物附着槽利用这些概念，不考虑活性污泥的沉降性，通过只优先除去有机物的高速增殖槽（附着槽，图1为附着槽中高速繁殖细菌的显微镜照片）和在此捕食生成的高速繁殖细菌，并处理残存有机物，考虑沉降性的原生动物群（接收槽，图2为接收槽中原生动物的显微镜照片）进行处理。

3 生物附着槽的特征

生物附着槽具有以下特征。

（1）可以在高负荷下运行。生物附着槽可在废水BOD为10～20 kg/（m3·d）的高负荷下运行，设备紧凑。

（2）剩余污泥产生量少。在生物附着槽生成的高速繁殖细菌容易被原生动物捕食，因此原生动物在后段污泥中大量繁殖，能进行稳定而高速的捕食，结果剩余污泥的产生量比传统活性污泥法处理时减少30%。

图1 生物附着槽内的细菌

图2 接收槽内的原生动物

（3）能防止污泥膨胀。由于在生物附着槽中采用比造成污泥膨胀的微生物-丝状菌繁殖速度还快的高速增殖细菌处理，丝状菌由于无法生存而被淘汰。后段活性污泥在接收槽中生成凝聚性良好的絮团，从而防止了污泥膨胀。

4 生物附着槽废水处理系统概述

生物附着槽废水处理系统的工艺流程如图3的所示。

图3 生物附着槽废水处理系统的工艺流程

图3显示的生物附着槽废水处理系统由通过高速繁殖细菌迅速分解废水中BOD成分的生物附着槽和捕食生物附着槽中生成的细菌的接收槽2个槽构成。首先，废水进入附着槽，在此槽BOD负荷为10～20 kg/（m3·d）的条件下由高速繁殖细菌去除废水中70%～90%的溶解性BOD；然后，再在接收槽中进一步深度处理残留有机物；同时，由于从附着槽流入的细菌自我硝化和原生动物非常活跃地捕食，从而减少了污泥的产生量。

附着槽内为分散性的细菌，接收槽内是比普通活性污泥密度更高的原生动物生物群。通过该原生动物活跃地捕食高速繁殖的微生物，减少了多余污泥的产生。

生物附着槽能解决下述废水处理问题：（1）提高废水处理设备的出力；（2）代替气浮法的油成分处理装置；（3）浓稠废液的处理装置；（4）增强凝聚沉淀的功能。生物附着槽不仅能增强废水处理设备的功能，而且还能减少浮渣、废液等废弃物，减少凝聚剂等化学品用量，降低生产成本。

5 生物附着槽在造纸废水处理方面的应用

为了确认生物附着槽去除造纸废水中有机物的功能和减少污泥的效果，用某纸厂的废水进行了工厂中试。该纸厂以废纸为原料生产再生卫生纸，废水主要来自脱墨过程和抄纸过程。

5.1 生物附着槽处理系统的设备参数及水处理流程

表1为生物附着槽处理系统的设备参数，图4为生物附着槽处理系统废水处理流程。

表1 生物附着槽废水处理系统设备参数1）

当生物附着槽启动时，添加1 000 mg/L的接种用微生物制剂，在经24 h高速繁殖细菌驯化后开始输水；适当排出随输水生成的多余污泥以维持接收槽内的MLSS质量浓度在400 mg/L左右。此外，为了探讨污泥减少的效果，根据槽内污泥产生量对污泥转换率进行了计算。

图4 水处理流程

5.2 试验结果

表2是生物附着槽的处理水水质。

表2 生物附着槽的处理水水质

由表2可见，溶解性COD除去率约为60%，溶解性BOD除去率约为80%，显示了稳定的处理效果。另外，由于大幅度降低了曝气池（接收槽）的负荷，最终获得了良好的出水水质。

图5显示了应用生物附着槽后的BOD污泥转换率。

图5 应用生物附着槽后的BOD污泥转换率

由图5可见，不应用生物附着槽的BOD污泥转换率为0.5，应用生物附着槽的BOD污泥转换率为0.35，污泥产生量减少了30%。

该造纸厂处理水量为10 800 m3/d，经生物附着槽处理的出水溶解性COD去除率达到58%，溶解性BOD去除率达到76%，取得高去除效果，出水不经活性炭吸附，COD的质量浓度达到了15 mg/L的排放标准。

6 生物助剂“COD Cutter”

活性污泥处理过程中，发生以下弊端的原因多为复合微生物群的不平衡，不能维持稳定的微生物多样性，或者废水基质的有机物种类为单一种类（多为化工厂），生物所需的物质不足等：（1）COD无法降低；（2）废水残留颜色；（3）废水出现混浊，白浊，发泡，浮渣等；（4）处理不稳定，出水水质不良。

一般补充氮/磷元素来解决营养不足，而不太补充除此以外的成分。COD Cutter含有提高微生物活性的成分，少量添加就能稳定废水处理效果。

6.1 物理性能

COD Cutter的物理性能如下：外观为深灰色粉末（图6）；容积度为0.6；气味，特有的微臭味；引火点，无；稳定性，在正常处理条件下稳定。

图6 COD Cutter外观

6.2 使用方法

COD Cutter在曝气槽少量持续添加，具体方法如下。

6.2.1 首次添加

首次使用COD Cutter时，为了尽快使其产生效果，添加量为每升废水50～200 mg；添加点：原则上在曝气池内直接加入粉末，也可在废水入口、原水调节槽添加；在活性污泥前段进行凝聚沉淀处理的情况下，在凝聚沉淀处理后添加。

6.2.2 持续添加

通过持续少量添加COD Cutter，能维持稳定COD的处理效果；添加量：每升废水50～200 mg，每天添加1次；添加点：与首次添加点相同。

6.3 在某造纸厂的使用效果

6.3.1 废水处理系统的有关参数

某造纸厂废水处理系统的有关参数如下：水处理设备容积，1 000 m3×2套=2 000 m3；废水量，5 600 m3/d（每套2 800 m3/d）；废水COD质量浓度50～100 mg/L；2套中的1套添加COD Cutter，另外1套不添加COD Cutter，对二者的处理效果进行比较。该造纸厂废水处理系统的流程及COD Cutter添加点如图7所示。

6.3.2 COD Cutter添加量及分析项目测定

每天添加1次COD Cutter，添加量为15 kg（相当于5.3 mg/L）。每天分别测定2套处理设备出水的COD。

6.3.3 COD Cutter的使用结果

11月上旬在接触氧化阶段开始添加COD Cutter。图8显示了COD Cutter的添加效果。

由图8可见，添加COD Cutter的系统与未添加的相比，出水COD下降了3 mg/L左右。

随着此后水温的下降，未添加的系统COD上升，而添加COD Cutter的系统维持了稳定的出水水质。

图7 造纸厂废水处理流程图

图8 COD Cutter的添加效果

6.4 COD Cutter的其他应用案例

表3是COD Cutter应用于各行业废水的处理效果。

表3 COD Cutter应用于各行业废水处理的效果

7 结束语

在造纸厂废水水量大、高负荷运转的活性污泥处理过程中，能稳定处理有机物的“生物附着槽”系统具有紧凑高效的特点，其应用效果值得期待。另外，通过能使环境具备活性污泥生长条件，最大限度有效激发微生物活性的微生物活性剂“COD Cutter”的应用，处理水系统的稳定运行及COD的降低成为可能。

（杜伟民 编译）