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【摘要】将生物增效技术应用于城市污水处理，结果表明：投加生物增效菌种后，可以增强污泥活性，提高处理能力，改善出水水质。
【关键词】生物增效技术；城市污水；氧化沟；活性污泥
某市政污水处理厂2010年3月投入运行，工程处理规模为6万吨/天，出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一级A标准，污水处理工艺采用改良型氧化沟+深度处理工艺。随着近两年服务区域内人口的增加和产业结构的调整，进入该污水厂的水质、水量随季节变化波动明显，使污水厂的稳定达标运行面临着极大压力。为解决上述问题，该厂探索使用生物增效技术，在不增加处理设备和构筑物的情况下，提升该厂的处理规模和优化出水水质。本文对生物增效技术在该污水处理厂的应用情况进行总结。
1、污水厂运行中的主要问题
1.1季节性进出水氨氮波动
通过统计分析2014年12月至2015年11月进出水氨氮指标，从年初至4月份前会出现氨氮平均值升高的趋势；相应的出水氨氮指标也逐步升高，出水氨氮指标从年初的不到2mg/l升高到4月份的5mg/l以上。统计分析数据见表1：
分析原因如下：（1）由于污水厂辖区内企业生产排污不规律，间歇排放的不明有毒污染物会抑制生物活性，使活性污泥处理系统容易受到冲击，导致污泥中毒和解体，二沉池会偶发大规模浮泥，造成出水SS升高[1]。另外，来水中含有不确定成份物质的影响，抑制硝化菌的正常反应过程，硝化速率降低，导致出水氨氮明显升高，影响系统运行稳定性。（2）温度不仅影响细菌的比生长速率，而且影响细菌的活性，温度升高硝化反应速率也会升高，温度降低到4℃以下时，亚硝酸盐氧化细菌的活动几乎停止[2]。反硝化菌进行反硝化活动的适宜温度是15～35℃，当温度低于10℃时，反硝化速率会降低，当温度低于3℃时，反硝化活动停止[3]。所以，受冬季低温影响，水温下降导致系统内活性污泥的生物脱氮菌群反应速率大幅下降，最终表现为出水氨氮相比增高；
1.2污水排放量的逐步提高
随着城市人口的增加和人民生活水平的提高，生活用水量也大幅增加，需要污水厂不断提升污水处理量，该污水厂一期工程设计处理规模为60000t/d，近年随着服务区内排放水量的不断增加，迫切要求污水厂不断提升处理规模，满足新的污水处理需求。
2、生物增效技术和操作方案
2.1生物增效技术简介
城市污水处理系统中的污染物主要依靠微生物来完成，其种群结构的变化决定了处理功能的变化[4]。深入了解污水处理工艺中微生物的群落结构和功能，对控制和提高污水处理效率具有极为重要的意义[5]。生物增效技术的目的就是改善微生物的群落结构和功能，提高污水处理效率。它是把筛选后的对污染物有高效率的降解能力的微生物菌种添加到处理系统中，这样缩短了培养驯化的周期，改变了活性污泥系统的种群结构，增加了系统中有效微生物的数量、种类，新的种群环境能够形成更高层次的生物代谢能力，使得降解那些原先被认为不可降解的污染物成为可能[6]。最终，提高了处理效率和系统运行的稳定性。在经过技术调研后，选用了某公司的生物增效混合制剂，该生物制剂以亚硝酸菌属（Nitrosomonas）和硝酸菌属（Nitrobacter）为主，重点提高生物脱氮能力和系统处理规模。
2.2生物增效实施方案
生物增效的实施过程较为简单，主要包括以下方面：
（1）投加生物增效菌种前，先通过二沉池进行排泥操作，使污泥浓度降低到3500mg/l以下。
（2）生物增效菌种投加量按表2，由多到少进行逐日递减，投加菌种开始后，每日跟踪分析化验进出水的COD、BOD、氨氮、总氮、总磷、pH等指标，同时每日分析污泥浓度（MLSS）、污泥沉降比（SV）、污泥指数（SVI），每日取氧化沟好氧区域内混合液进行生物镜检观察，并对镜检结果进行记录。
（3）投菌10日后开始逐步增加污水处理量，逐步增量的前提是各类出水指标的稳定。
3、生物增效效果分析
3.1处理水量提升
根据生物增效实施方案，投加生物增效菌种10天，提高污水处理厂处理水量到70000t/d，投加菌种20天后，提高处理水量到80000t/d，在提升处理水量的过程中，系统处理后的污水水质均能满足甚至优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A排放标准的相关要求。每日污水处理规模见图3投加菌种期间的处理水量。
3.2进出水BOD和COD的变化
从投菌后的运行来看，出水的主要污染物指标COD和BOD均优于规定的排放标准，3月前后的水质数据来看，在污水厂处理水量提升30%以后，没有因为处理水量的提升而受到影响。说明氧化沟内活性污泥得到优化，系统内优势微生物的数量得到提高，对有机物的降解能力得到提升。生物增效期间进出水COD和BOD见图4.
3.3进出水总氮和氨氮的变化
统计分析从2016年2月4日以来的进出水总氮和氨氮的数据，在处理水量从6000t/d提升到70000t/d和80000t/d的过程中，处理后污水的总氮和氨氮指标始终在2mg/l和1mg/l左右。在处理水量增加，好氧池水力停留时间从18小时降低到13小时后，系统对氨氮和总氮的仍然保持良好的脱氮效率，说明在生物增效的过程中，优势生物脱氮菌群的总量和总类得到了提升，使污水处理系统在增加处理水量、水力停留时间缩短后仍能达到同样的脱氮效果。往年的运行过程中，少数不确定生产企业从3月份开始的排污会冲击到污水厂的生物脱氮效果，从目前的运行来看，基本没有对污水厂的运行造成影响，从侧面反映出微生物菌群的抗冲击能力和适应能力较强。生物增效期间的进出水总氮和氨氮见图5。
3.4进出水总磷的变化 污水厂对总磷的去除一直保持稳定，无论是生物增效前，还是生物增效后，在进水总磷不大于5mg/l情况下，出水总磷总能稳定在0.3mg/l，处理水量增加后，除磷效率没有降低。
3.5污泥指数（SVI）的改善
污泥指数是根据污泥浓度和污泥沉降比进行的数学换算，一般认为城市污水污泥指数范围为50—200。高于200的污泥指数可以认为污泥膨胀，低于50的污泥指数可以判定污泥活性较差[7]。在生物增效过程中，通过排泥和控制污泥浓度，使污泥浓度始终在3500～4000mg/l之间。通过污泥沉降比SV和污泥浓度的分析结果看出，在相对稳定的污泥浓度情况下，污泥沉降比从最初的75%逐步降低到50%左右，污泥指数从最初的不到200，逐步稳定到150左右的最佳值。这说明在生物增效过程中，惰性污泥被置换，优势微生物的比例得到提高。
3.6生物相改善
选取生物增效前后的生物镜检图片，可以看出，生物增效后，100倍镜检下，菌胶团结构密实，形状规则，镜检下的原后生动物的数量和种类都有所增加。图6中，左图为生物增效前的镜检图片，右图为生物增效后的镜检图片。
4、结论
（1）实施生物增效的运行结果表明，使用生物增效方式用于城市污水处理，可以在短期内提升污水处理厂的处理规模，改善污泥活性和沉降性能，优化出水水质。并可以抵抗有毒有害物质的冲击，保持污水厂的长期稳定运行，降低区域内污染物排放量，改善流域水体的环境质量。为城市污水处理厂在应对系统冲击和短期内提升污水处理规模提供了参考案例。（2）本文仅局限于对污水处理结果的评价。对于生物增效菌群的筛选、培养，如何定性定量分析优势菌与特点污染物的降解机理，如何提高外加菌群的存活时间、避免优势菌的流失等问题还需要进一步研究[8]。
参考文献
[1]李朝阳，李辰.污水处理厂活性污泥中毒的原因探讨与控制[J].中国给水排水，2013，29（18）：146-148.
[2]马娟，彭永臻，王丽，等.温度对反硝化过程的影响及pH的变化规律[J].中国环境科学，2008，28（11）：1004-1008.
[3]Christensen M H，Harremoes P. Biological denitrification of swage：a literature review[J].Progress in Water Technology.1977.4-5（8）：509-555.
[4]Rowan A K， Snape J R， Fearnside D， et al. Composition and diversity of ammonia-oxidising bacterical communities in wastewater treatment reactors of different design treating identical wastewater [J].Fems Microbiology Ecology，2003，43（2）：195-206.
[5]Rittman B E， Hausner M， Loffler F， et al. A vista for microbial ecology and environmental biotechnology [J].Envir Sci & Tech， 2006， 40（4）：1096-1103.
[6]钱易，米祥友.现代废水处理新技术[M].北京：中国科学技术出版社，1993：7.
[7]SVI在Orbal 氧化沟运行管理中的指导作用[J].中国给水排水，2010，26（6）：52-54.
[8]王玉祥.生物增效技术在石油化工污水处理中的应用[J].工业水处理，2009，29（6）：93-96.
作者简介
蔡奎芳（1975年4月），河南漯河人，工程师.
【关键词】生物增效技术；城市污水；氧化沟；活性污泥
某市政污水处理厂2010年3月投入运行，工程处理规模为6万吨/天，出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一级A标准，污水处理工艺采用改良型氧化沟+深度处理工艺。随着近两年服务区域内人口的增加和产业结构的调整，进入该污水厂的水质、水量随季节变化波动明显，使污水厂的稳定达标运行面临着极大压力。为解决上述问题，该厂探索使用生物增效技术，在不增加处理设备和构筑物的情况下，提升该厂的处理规模和优化出水水质。本文对生物增效技术在该污水处理厂的应用情况进行总结。
1、污水厂运行中的主要问题
1.1季节性进出水氨氮波动
通过统计分析2014年12月至2015年11月进出水氨氮指标，从年初至4月份前会出现氨氮平均值升高的趋势；相应的出水氨氮指标也逐步升高，出水氨氮指标从年初的不到2mg/l升高到4月份的5mg/l以上。统计分析数据见表1：
分析原因如下：（1）由于污水厂辖区内企业生产排污不规律，间歇排放的不明有毒污染物会抑制生物活性，使活性污泥处理系统容易受到冲击，导致污泥中毒和解体，二沉池会偶发大规模浮泥，造成出水SS升高[1]。另外，来水中含有不确定成份物质的影响，抑制硝化菌的正常反应过程，硝化速率降低，导致出水氨氮明显升高，影响系统运行稳定性。（2）温度不仅影响细菌的比生长速率，而且影响细菌的活性，温度升高硝化反应速率也会升高，温度降低到4℃以下时，亚硝酸盐氧化细菌的活动几乎停止[2]。反硝化菌进行反硝化活动的适宜温度是15～35℃，当温度低于10℃时，反硝化速率会降低，当温度低于3℃时，反硝化活动停止[3]。所以，受冬季低温影响，水温下降导致系统内活性污泥的生物脱氮菌群反应速率大幅下降，最终表现为出水氨氮相比增高；
1.2污水排放量的逐步提高
随着城市人口的增加和人民生活水平的提高，生活用水量也大幅增加，需要污水厂不断提升污水处理量，该污水厂一期工程设计处理规模为60000t/d，近年随着服务区内排放水量的不断增加，迫切要求污水厂不断提升处理规模，满足新的污水处理需求。
2、生物增效技术和操作方案
2.1生物增效技术简介
城市污水处理系统中的污染物主要依靠微生物来完成，其种群结构的变化决定了处理功能的变化[4]。深入了解污水处理工艺中微生物的群落结构和功能，对控制和提高污水处理效率具有极为重要的意义[5]。生物增效技术的目的就是改善微生物的群落结构和功能，提高污水处理效率。它是把筛选后的对污染物有高效率的降解能力的微生物菌种添加到处理系统中，这样缩短了培养驯化的周期，改变了活性污泥系统的种群结构，增加了系统中有效微生物的数量、种类，新的种群环境能够形成更高层次的生物代谢能力，使得降解那些原先被认为不可降解的污染物成为可能[6]。最终，提高了处理效率和系统运行的稳定性。在经过技术调研后，选用了某公司的生物增效混合制剂，该生物制剂以亚硝酸菌属（Nitrosomonas）和硝酸菌属（Nitrobacter）为主，重点提高生物脱氮能力和系统处理规模。
2.2生物增效实施方案
生物增效的实施过程较为简单，主要包括以下方面：
（1）投加生物增效菌种前，先通过二沉池进行排泥操作，使污泥浓度降低到3500mg/l以下。
（2）生物增效菌种投加量按表2，由多到少进行逐日递减，投加菌种开始后，每日跟踪分析化验进出水的COD、BOD、氨氮、总氮、总磷、pH等指标，同时每日分析污泥浓度（MLSS）、污泥沉降比（SV）、污泥指数（SVI），每日取氧化沟好氧区域内混合液进行生物镜检观察，并对镜检结果进行记录。
（3）投菌10日后开始逐步增加污水处理量，逐步增量的前提是各类出水指标的稳定。
3、生物增效效果分析
3.1处理水量提升
根据生物增效实施方案，投加生物增效菌种10天，提高污水处理厂处理水量到70000t/d，投加菌种20天后，提高处理水量到80000t/d，在提升处理水量的过程中，系统处理后的污水水质均能满足甚至优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A排放标准的相关要求。每日污水处理规模见图3投加菌种期间的处理水量。
3.2进出水BOD和COD的变化
从投菌后的运行来看，出水的主要污染物指标COD和BOD均优于规定的排放标准，3月前后的水质数据来看，在污水厂处理水量提升30%以后，没有因为处理水量的提升而受到影响。说明氧化沟内活性污泥得到优化，系统内优势微生物的数量得到提高，对有机物的降解能力得到提升。生物增效期间进出水COD和BOD见图4.
3.3进出水总氮和氨氮的变化
统计分析从2016年2月4日以来的进出水总氮和氨氮的数据，在处理水量从6000t/d提升到70000t/d和80000t/d的过程中，处理后污水的总氮和氨氮指标始终在2mg/l和1mg/l左右。在处理水量增加，好氧池水力停留时间从18小时降低到13小时后，系统对氨氮和总氮的仍然保持良好的脱氮效率，说明在生物增效的过程中，优势生物脱氮菌群的总量和总类得到了提升，使污水处理系统在增加处理水量、水力停留时间缩短后仍能达到同样的脱氮效果。往年的运行过程中，少数不确定生产企业从3月份开始的排污会冲击到污水厂的生物脱氮效果，从目前的运行来看，基本没有对污水厂的运行造成影响，从侧面反映出微生物菌群的抗冲击能力和适应能力较强。生物增效期间的进出水总氮和氨氮见图5。
3.4进出水总磷的变化 污水厂对总磷的去除一直保持稳定，无论是生物增效前，还是生物增效后，在进水总磷不大于5mg/l情况下，出水总磷总能稳定在0.3mg/l，处理水量增加后，除磷效率没有降低。
3.5污泥指数（SVI）的改善
污泥指数是根据污泥浓度和污泥沉降比进行的数学换算，一般认为城市污水污泥指数范围为50—200。高于200的污泥指数可以认为污泥膨胀，低于50的污泥指数可以判定污泥活性较差[7]。在生物增效过程中，通过排泥和控制污泥浓度，使污泥浓度始终在3500～4000mg/l之间。通过污泥沉降比SV和污泥浓度的分析结果看出，在相对稳定的污泥浓度情况下，污泥沉降比从最初的75%逐步降低到50%左右，污泥指数从最初的不到200，逐步稳定到150左右的最佳值。这说明在生物增效过程中，惰性污泥被置换，优势微生物的比例得到提高。
3.6生物相改善
选取生物增效前后的生物镜检图片，可以看出，生物增效后，100倍镜检下，菌胶团结构密实，形状规则，镜检下的原后生动物的数量和种类都有所增加。图6中，左图为生物增效前的镜检图片，右图为生物增效后的镜检图片。
4、结论
（1）实施生物增效的运行结果表明，使用生物增效方式用于城市污水处理，可以在短期内提升污水处理厂的处理规模，改善污泥活性和沉降性能，优化出水水质。并可以抵抗有毒有害物质的冲击，保持污水厂的长期稳定运行，降低区域内污染物排放量，改善流域水体的环境质量。为城市污水处理厂在应对系统冲击和短期内提升污水处理规模提供了参考案例。（2）本文仅局限于对污水处理结果的评价。对于生物增效菌群的筛选、培养，如何定性定量分析优势菌与特点污染物的降解机理，如何提高外加菌群的存活时间、避免优势菌的流失等问题还需要进一步研究[8]。
参考文献
[1]李朝阳，李辰.污水处理厂活性污泥中毒的原因探讨与控制[J].中国给水排水，2013，29（18）：146-148.
[2]马娟，彭永臻，王丽，等.温度对反硝化过程的影响及pH的变化规律[J].中国环境科学，2008，28（11）：1004-1008.
[3]Christensen M H，Harremoes P. Biological denitrification of swage：a literature review[J].Progress in Water Technology.1977.4-5（8）：509-555.
[4]Rowan A K， Snape J R， Fearnside D， et al. Composition and diversity of ammonia-oxidising bacterical communities in wastewater treatment reactors of different design treating identical wastewater [J].Fems Microbiology Ecology，2003，43（2）：195-206.
[5]Rittman B E， Hausner M， Loffler F， et al. A vista for microbial ecology and environmental biotechnology [J].Envir Sci & Tech， 2006， 40（4）：1096-1103.
[6]钱易，米祥友.现代废水处理新技术[M].北京：中国科学技术出版社，1993：7.
[7]SVI在Orbal 氧化沟运行管理中的指导作用[J].中国给水排水，2010，26（6）：52-54.
[8]王玉祥.生物增效技术在石油化工污水处理中的应用[J].工业水处理，2009，29（6）：93-96.
作者简介
蔡奎芳（1975年4月），河南漯河人，工程师.