生物处理系统之溶解性微生物产物探讨.pdf

工業污染防治 第 105 期(Jan. 2008) 39 廢水防治 生物處理系統之溶解性微生物 產物探討 張維欽 * 、莊順興** 、羅時斌*** 、陳建衡*** 摘 要 本文目的旨在簡要引介生物處理系統產生溶解性微生物產物之基本觀念，包 括溶解性微生物產物(soluble microbial products, SMPs)之特性及其對處理程序之影 響，以便廢水生物處理操作者對其具備應有之基本認識。此外，並進一步說明影響 溶解性微生物產物生成之程序條件，以使工業廢水生物處理系統之操作能有基本之 因應。 【關鍵字】溶解性微生物產物、生物處理、放流水、生物可分解性 *雲林科技大學環境與安全衛生工程學系 副教授 **朝陽科技大學環境工程與管理學系 副教授 ***雲林科技大學環境與安全衛生工程研究所 研究生 40 生物處理系統之溶解性微生物產物探討 一、前 言 廢水生物處理系統中之微生物會於有機污染物之去除過程產生溶解性微生物 產物(soluble microbial products, SMPs) ，此事實自1961 年起即已被廣泛確認。經多 方持續之研究，溶解性微生物產物現已被接受為：廢水生物處理過程中，因微生物 代謝基質(substrate metabolism)或微生物自身衰減(biomass decay)所產生之溶解性 有機物之總稱。經化學分析與分子量分佈比較後，顯示生物處理之出流水水質特性 因富含 SMP 而與進流基質種類相當不同。而該成分經進一步分析鑑別，可為進流 基質外之胞外酵素、腐質酸、多醣類 、蛋白質、核酸、類固醇等等，組成種類 複雜且通常其生物分解性較進流基質為差。 另研究顯示廢水生物處理系統放流水中之 SMPs 佔溶解性有機物相當之比 例，而進流未分解之有機物依廢水種類之不同卻可能僅佔少量；因此，SMPs 嚴重 影響著整體生物處理系統之操作極限，與排放水是否符合放流水標準。一般而言， 去除之有機物約可高達 10%會轉換為 SMPs ，惟其數值依研究對象之不同仍有相當 之差異。此外，溶解性微生物產物具生物毒性，在活性污泥系統中，除影響活性污 泥之動力特性外，對於污泥之膠凝與沈降均具有負面之效應；因此，溶解性微生物 產物對於整體生物處理之操作性能影響甚鉅。 倘生物處理系統進流之基質為易分解者，依傳統活性污泥動力模式觀念，其 出流之溶解性有機物濃度僅受污泥停留時間(sludge retention time, SRT)影響，而與 進流基質濃度無關；且隨著 SRT 之增加，出流之溶解性有機物濃度越低。然而， 過往以易分解基質進行實驗時，發現出流之溶解性有機物濃度與進流基質濃度相 關，且 SRT 增加時亦有出流之溶解性有機物濃度升高之情形。因而溶解性微生物 濃度 SMPs 之相關概念陸續被提出與確認。如圖 1 為以活性污泥系統處理進流溶解 性COD = 375 mg/L 時之SRT 與出流溶解性COD 關係圖。由圖可知出流溶解性COD 值在 SRT = 0.2 至 1 天時急速下降，至 SRT = 2 天時達最低；然而，在 SRT 升高至 8 天時，出流溶解性 COD 又漸次升高。同樣情形亦發生於圖 2 之 SBR (sequencing batch reactor)反應槽，隨著曝氣反應時間之增加，溶解性有機碳(dissolved organic 工業污染防治 第 105 期(Jan. 2008) 41 carbon, DOC)亦發生先降低又升高之現象( 圖中初始 DOC 之增加為基質添加所 致) 。該溶解性有機物增加之現象即為非進流成分之微生物產物SMPs 所致。 圖 1 SRT 對活性污泥系統出流溶解性 COD 之影響[1] 圖2 SBR 系統 DOC 隨反應時間之變化(縱軸為對數座標