专利名称：一种利用特殊菌剂控制并削减废水生物处理系统污泥产量的方法
技术领域：
本发明涉及一种通过特殊菌剂生物强化来控制并削减废水生物处理系统污泥产量的方法， 属于环境保护与资源综合一水污染防治领域。
背景技术：
污泥是污水生物处理后的附属品，污泥除了含有大量水分外，还含有难降解的有机物、重 金属和盐类，以及少量病原微生物和寄生虫卵等，因此不能直接排放到环境中，必须经过一 定的处理和处置才能排放。随着人类社会经济和城市化的发展，污水处理厂的数量和规模不 断提升，污泥排放量也随之增加，从废水生物处理丁艺的源头来控制并削减污泥的产量，已 经成为各国环境研究人员关注的热点问题之一。目前，污泥减量的力'法按照原理不irfj可分为 隐性生长、解偶联代谢、维持代谢和生物捕食。
隐性生长是指细菌利用衰亡细菌所形成的二次基质生长。因此，整个过程包含了溶胞和 生长两个步骤，其中溶胞是整个过程的速率限制步骤。基于该原理的废水处理工艺，主要利 用各种溶胞技术，对回流污泥进行处理，使细菌迅速死亡并分解成为基质后再回流至曝气池 中重新被其他细菌所利用。目前的溶胞技术包括(1)40-180'C的热处理；(2)利用酸碱的化学
处理；(3)利用超声波、压力、高速搅拌的物理处理；(4)冷冻和融化；(5)酶；(6)高级氧化技
术，如采用H202、 03的湿式氧化；(7)联合技术，如热化学处理、碱-超声波处理。这类技术
虽然对污泥产量的削减效果显著，但过程反应强烈、对仪器设备要求高、成本高，在实际过 程应用少。
解偶联代谢是使细菌的分解代谢和合成代谢不再与ATP的合成与分解反应偶联，这样细 菌在保持正常分解底物的同时，自身合成速度减慢，表观产率系数降低。基于该原理的污泥 减量化工艺，主要是向生物反应器中通过投加 -些化学物质，如2，4-二硝基酚(dNP)、对硝基 酚(pNP)、五氯酚、3， 3'， 4'， 5-四氯水杨酰苯胺(TCS)的来实现解偶联反应。但由于这些物 质毒性高，投加后对原系统微生物群落结构影响比较大，降低了水处理效果，还可能造成二 次污染。
维持代谢主要是通过污水处理工艺条件控制，使系统仅为微生物提供维持基本生存所需 要的能量水平，从而限制微生物合成新的生物体，以达到污泥产量削减的目的，如延时曝气 的活性污泥法。这种方法一般都需要采用低污泥负荷、长污泥龄和长水力停留时间，因此具 有设备占地面积大、处理能力低的缺点。
生物捕食是根据生态原理，利用原生动物对细菌的捕食特性，通过调节原生动物在系统中的数量，控制并削减细菌数量。这种方法具有控制困难、效果不稳定等缺点。
鉴于以上污泥减量化技术存在的不足，我们决定开发一种安全环保、价格低廉、操作简 单、效率高的污泥减量化方法，这种方法主要是通过向污水生物处理系统投加-类对有机物 具有高效降解效率、而自身具有较低增长速率的微生物，通过调整系统菌群结构，使大量的 具有"高效低产"的特殊微生物在废水生物处理系统中，从而达到系统污泥产量降低的目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种减少废水生物处理系统污泥产量方法，该方法是利用一类对有 机污染物具有高效去除率、自身具有较低增长速率的特殊菌剂，并通过生物强化的方法实现 废水生物处理系统污泥产量的削减，该方法操作简单，见效快，对原系统功能影响小，无二 次污染等特点。
本发明中的特殊菌剂主要从活性污泥及自然界中筛选制备，它对城市废水及生活污水中 的一般有机物污染物具有良好的降解特性，同时以这类污染物为基质的生长率相对废水处理 系统中的其它微生物低10%-30%,因此将该菌剂加入到废水生物处理系统后，通过菌群调控
使更多的具有高效降解效果、低增长速率的微生物在系统中存活，从而总体降低系统污泥产
息 里。
该菌剂投加到废水生物处理系统的方式有直接投加和间接投加。直接投加是对该菌剂不 经过处理直接投加到生物处理反应器中，直接投加时菌种初始投加量为10%—20% (投加菌 剂与系统原污泥总量的比值)，根据系统污泥削减量效果，在运行15 — 20天后需要再次补加高 效菌剂5% — 15%。直接投加虽然比较简单，但受水力流失、生物捕食等因素影响，菌剂在系 统中的保持效率往往比较低。
特殊菌也可采用间接方法投加，将该菌剂与部分活性污泥(按质量比l: 5 — 1: 2)混合 后离线预接触培养12-36小时，目的是使菌剂与活性污泥结合成较稳定的絮体，以减少水力 冲击、生物捕食造成的菌剂流失，然后将预接触后的菌剂一活性污泥混合投加到生物反应器 中，菌剂初始投加量为5%-15%，稳定良好的反应器往往不再需要进一歩投加该菌剂即可达 到一定的污泥减量化效果。
本发明提出的利用特殊菌剂进行废水生物处理系统污泥减量化的方法，适用于一切活性 污泥法及其变形工艺，如AB法、氧化沟、序批式活性污泥法等，适用的废水类型为城市废水 或生活污水。 本发明的效益是
(1)发明了一种特殊菌剂，将该菌剂投加到废水生物处理系统中，通过菌群调控可使系统 剩余污泥产量减少10%-30%，与传统的剩余污泥物化处理(热处理、酸碱处理、臭氧氧化、填加特殊化学物质)方法相比具有成本低、操作简单、条件温和、环保无二 次污染、见效快等特点。
(2) 提出了通过与活性污泥预接触使特殊效菌在应用系统中得到有效保持的方法，解决了 菌剂在环境工程应用中的一个瓶颈问题，该方法不仅可用于本菌剂，还适用于其它菌 剂在水污染净化系统中的应用。
(3) 通过对投加此特殊菌剂的废水处理系统微生物菌群结构分子生物学解析，证实该特殊 菌剂能够在系统中稳定保持并占有优势，系统菌群结构比较稳定，菌剂投加对系统微 生物生态结构破坏小，安全可靠。
具体实施例方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不 仅仅局限于下面的实施例。
该菌剂主要适用于采用活性污泥法的废水生物处理系统污泥产量的削减控制。实施之 前，首先要调査并确定该处理系统的进出水水质、水量、有机物种类及负荷、污泥浓度、水 力停留时间等参数。计算原系统污泥总量。菌剂采用直接投加方式时，按照投加量为10% — 20% (投加菌剂与系统原污泥总量的比值)向曝气池内投加菌剂，投加后闷曝6 — 24h后再开 始进水运行，以减少投机菌剂的流失。运行15—20天后，再次向系统投加5% — 15%特殊菌 剂，以进一步稳定并加强特殊菌剂在废水处理系统中数量。特殊菌剂采用间接投加方式吋，
取一定量的高效菌剂和活性污泥，并按特殊菌剂活性污泥=1: 5 — 1: 2 (质量比)加入到
某一离线反应器中，并补充一定量的无机盐培养培养基及少许碳源(葡萄糖或乙酸钠)，在 20'C—3(TC,曝气条件下离线培养12 — 36h，使高效菌剂通过预接触大部分融入到活性污泥 絮体中，然后将菌剂一活性污泥混合液直接投加到活性污泥工艺的曝气池内，投加量5%-15 % ，通过菌群调控达到生物反应池内污泥削减的目的。 实例l投加髙效菌剂控制活性污泥系统污泥产量一直接投加法
某一用于处理城市污水的序批式活性污泥反应器(SBR)，运行周期为360min，设进水、 曝气、沉淀、排水等各阶段，进水50min,曝气240min，沉淀30min，排水及闲置40min。 曝气阶段曝气量为100L/h,反应器中溶解氧浓度〉2mg/L。反应器排水比为65%, MLSS控 制在4000mg/L左右，污泥龄控制在15 20d，进水COD浓度为180-600mg/L。为了减少系 统污泥产量，直接向该系统中投加了 10%特殊菌种，菌剂投加前的对照阶段累积污泥产率如 图1所示，投加菌剂后反应器内累积污泥产率见图2。对照阶段累积污泥产率相对稳定，介 于0.341 0.450 mgMLVSS/mgCODcr 之间，每日污泥产率的平均值为
50.598mgMLVSS/mgCODcr;投加高效菌的生物强化阶段，在低产率菌种的投加之后的几天， 其累积污泥产率较低，甚至出现负值，但随着低产率菌种的流失，累积污泥产率逐步增加， 投加菌种6d后达到0.171 mgMLVSS/mgCODcr,此后累积污泥产率变化较小，最终稳定在 0.240mgMLVSS/mgCODcr左右，该阶段的每日污泥产率平均值为0.396 mgMLVSS/mgCODcr。 加入菌剂后平均每日污泥产率比对照阶段减少了 33.8°/。。
投加低产率菌种前后系统对机物去除效果如图3所示。投加高效菌剂后，在提高进水COD 浓度条件下，COD去除率保持在95%以上，说明该高效菌剂的投加并不会影响系统的有机物 去除效果。
实例2投加髙效菌剂控制活性污泥系统污泥产量一间接投加法
将特殊菌剂与一定量活性污泥预接触后投加，这种间接投加方式可促进高效菌剂在污水 处理系统中的保持，减少高效菌剂的投加量及投加次数。
对此高效菌剂进行批量化培养后，离心收集并用磷酸盐缓冲溶液洗涤，将获得的菌剂与 具有良好沉降性能的活性污泥(SVK120)按照h 5混合，同时补充一定量以葡萄糖为碳源 的无机盐培养液，在3(TC， 180r/min下混合培养30h，使高效菌剂与活性污泥通过预接触得 到有效结合。离心收集预接触后的特殊菌与活性污泥的混合液，并投加到某一连续运行的活 性污泥反应器中，投加量为8%,投菌前后该系统污泥产量如图4所示。图中数值点为实测 值，虚线为不同阶段污泥产率的平均值，竖直虚线代表投菌前后分隔。投菌前系统平均每曰 污泥产率分别为0.436 mgMLSS/mgCODcr，投菌后为0.336 mgMLSS/mgCODcr,投菌后比投 菌前平均每日污泥产率较对照阶段降低了 22.9%。投菌前后系统有机物去除情况见图5。系统 COD去除率稳定在95%左右，说明投加低产率菌种后不会影响系统对有机物去除能力。
图1实例1中不投特殊菌剂对照阶段系统累积污泥产量 图2实例1中投加特殊菌剂后系统累积污泥产量
图3实例1中投加特殊菌剂前后系统对污染物的去除状况(虚线表示投菌前后分隔) 图4实例2中投加特殊菌剂前后系统污泥产率变化情况(虚线表示投菌前后分隔) 图5实例2中投加特殊菌剂前后系统对污染物的去除状况(虚线表示投菌前后分隔)。
权利要求
1. 一种通过投加一种特殊菌剂来控制并削减活性污泥污水处理系统污泥产量的方法，其特征在于(1)这种特殊菌剂主要由对有机物降解效率高、比增长速率低的菌株构成；(2)这种特殊菌剂可以直接投加到活性污泥反应器以达到减少系统污泥产量的目的，菌剂初始投加量为10％-20％。(3)这种特殊菌剂可以与少量活性污泥经过12-36h预接触后再投加到活性污泥反应器中(间接投加)，可提高投加菌剂在系统中的保持效果，菌剂初始投加量为5％—15％。
2. 根据权利要求1所述的特殊菌剂，适用的污水类型主耍是城市污水、生活污水。
3. 根据权利要求1所述的活性污泥污水处理系统，包括普通活性污泥法、序批式活性污泥法、 氧化沟等-'切形式的活性污泥系统。
4. 根据权利要求1所述的高效菌剂直接投加方法，投加后应闷曝6-24h后再开始进水运行， 以减少投机菌剂的流失。运行15—20天后，应根据实际效果再次补充5% — 15%高效菌剂。
5. 根据权利要求2所述的髙效菌间接投加方法，高效菌剂与活性污泥可按照1: 5 — 1: 2(质 量比)预接触，预接触过程应补充一定量的无机盐培养基及少许碳源。
全文摘要
本发明公开了一种通过投加特殊菌剂来控制并削减废水生物处理系统污泥产量的方法，该菌剂的特征是对有机物去除效率高、自身生长系数低。向废水生物处理反应器中直接或间接投加该菌剂，投加量为5％-20％，污泥削减量可达到10％-30％。这种污泥减量化方法与传统的物化法相比具有操作简单、价格低廉、安全环保、见效快、对原系统功能影响小等特点。
文档编号C02F3/12GK101503246SQ20081018119
公开日2009年8月12日 申请日期2008年11月27日 优先权日2008年11月27日
发明者全向春, 孙晓莹, 施汉昌 申请人:北京师范大学