本发明涉及一种生物法处理污水的粉状生物载体及其污泥超高量减排的污水处理方法，属于用于污泥减排的材料和方法。
背景技术：
城市工业污水处理中生物法是最经济有效的方法，污水处理厂基本上采用活性污泥的生物法处理污水。我国大中型污水处理厂从1978年37座增加到2010年2800余座，处理能力从64万吨/日增加到12867万吨/日，全国城市污水处理率已达73％。生物法进行污水处理是通过微生物的生命活动实现污染物的降解和去除，处理达标后的上清液经消毒后排放，但60～80％的污染物形成污泥进入污泥处理系统，从1978年到2010年污水处理厂产生的脱水污泥从150吨/日增加到6800吨/日，污泥以每年超过10％递增，如5000万吨湿污泥(80％含水)按2m高填埋，每年需要4万亩地，如全部焚烧，仅处理费就上百亿，堆放和排放将产生严重的二次污染，从消除污染角度只有对污泥进行较彻底的处理，污水处理的目的才真正达到，否则只能看做是将污染从液相转化为固相(或半固相)。
因此低成本有效解决其污泥问题是一个很重要的环保课题。污泥减排方法有很多，但都存在一定局限性。如污泥脱水，仅是体积稍有减少；污泥直接利用，风险或成本很高；还有对剩余污泥进行超声波粉碎，难以工业化且矿物质也难以减量；加酸碱化学溶解矿物质或加热水解，会增加化学原料或大幅增加成本并影响生物循环。
技术实现要素：
追求方便低成本较为彻底减排污泥是人们追求的方向。在各种污泥减排措施中强化生化过程是一种经济有效的措施，但减排效果一般在70％以下。从成分上分析污泥是由水和固体颗粒组成，固体成分中易降解的有机物含量一般在40％，难降解有机物含量30％，矿物质含量在30％，理论上一般通过生物强化可以除去70％的污泥。另外30％的矿物质，主要认为是Ca、Mg碳酸盐和部分硫酸盐，来源于污水源中溶解的Ca2+、Mg2+和二氧化碳及带硫酸根的菌等结合所致。使矿物质重新溶解和防止矿物质生存或长大是强化生化法进一步减排的关键。
如果污泥菌群在微观载体上不吸附矿物质，矿物质是均匀分散的小微粒，当污泥达到一定年龄污泥团会崩解，其中的有机物以小分子化释放，被生物菌消化，排出二氧化碳，将细小的CaCO3以Ca(HCO3)2形式溶解，细小的CaSO4在局部微酸度下再溶解，则老污泥就将减少或消失，就可实现无污泥排放的目的。基于这种思路，本发明的第一方面提供了一种粉状生物载体，其采用表面覆接长链脂肪酸酰胺涂层膜的粉状担体，覆接在粉状担体上的长链脂肪酸酰胺结构如式(I)所示：
其中R1为C8～C40长链脂肪烃基，R2，R3各自独立的为氢、甲基、乙基、丙基或异丙基。将这种长链脂肪酸酰胺生物分散剂覆接在多孔粉状担体上，形成分子涂层膜，作为活性污泥的载体，在污水中微生物以这个载体形成菌团，菌团因碰撞吸附形成活性污泥团，生物分散剂长链端被担体吸引固定，酰胺端亲水，可以防止细菌向担体固体表面吸附，防止特别是由于硫酸盐还原菌的吸附，端头指向水中包围来的菌体，生物相容性使之渗透到菌体中取代矿物质的连接地位，使矿物质也被均匀分散。载体表面因酰胺基团而带电荷，产生菌体间微絮凝团聚，使得菌体成长逐步长大成特殊结构的活性污泥团。当污泥团长大到一定程度开始老化，里层的结合力开始下降，污泥团在水流冲刷下，酰胺端切破衰老细胞缝隙发生群团崩裂、碎化。这种崩裂不仅将污泥中的有机小分子得到释放，而且矿物质也得到了生物分散，为进一步消化污泥碎片创造了条件。
优选的，所述粉状担体材料有各种类型的活性炭、硅藻土、焦炭粉、沸石粉、磺化煤粉、氧化铝粉、硅胶粉、分子筛原粉、酸性白土、层状石墨粉、硅灰石粉、海泡石粉、多孔陶瓷粉、硅藻小球、多孔火山灰、蛭石粉、膨润土、凹凸棒土、橡胶颗粒、Teflon-6粉、高分子多孔微球GDX之一或及其任意组合。
优选的，所述粉状担体材料的颗粒在400目至5mm之间。
优选的，长链脂肪酸酰胺中可以加一些抑菌物质如松香酸，松香酸酰胺，其用量为长链脂肪酸酰胺的0.01％～15％，优选为0.5％～5％，其添加可以防止分散剂本身被微生物消耗掉。也可以在所述担体于覆接长链脂肪酸酰胺涂层膜之前，进行载银抑菌处理，在本发明的一个优选例中，使用了载银活性炭，由于银具有很好的抗菌能力，酰胺分散剂不会被微生物消耗掉；所述载银活性炭可以从市场上直接购得。
优选的，所述粉状生物载体，可以针对具体处理的废水情况，在使用时混合对污水处理具有协同效应的生物菌种和/或营养物和/或生物增效剂，减少生产延迟，提高合规性，优化菌群，提升固有微生物菌群对工艺的影响能力或对某些成分的降解能力，进而达到改善污水处理的目的。“在使用时混合”是指既可以将粉状生物载体与菌种预混后投入使用，也可以将粉状生物载体与菌种分别投入污水池中。
具体的载体制备方法为：将长链脂肪酸酰胺分散剂用异丙醇和水溶解或分散，将粉状担体完全浸入，充分吸附，分离掉液体，水洗初干燥，在微波辐照下高温处理固化使之结合牢固，在担体表面形成约10～1000nm有效长链脂肪酸酰胺膜层。
为了优化载体上的涂层膜，分散剂中可以添加(或可以含有)偶联剂、渗透剂和表面活性剂，如快T，JFC-E，AEO-9等，这些助剂的添加量以不影响长链脂肪酰胺的成膜作用为佳。
本发明的第二方面提供了一种污泥超高量减排的污水处理方法，其采用前述的粉状生物载体作为活性污泥载体。
优选的，所述粉状生物载体通过关闭剩余污泥出口，加入到运行中的生物处理池中，作为活性污泥载体，活性污泥进入好氧池、二沉池再返回厌氧池，反复循环，达到以所述粉状生物载体为载体之活性污泥的完全循环，可实现污水生物处理过程中污泥非常彻底的减排。
采用本发明的粉状生物载体结合有效的菌种，进行污水处理，污泥循环可以大幅度减排污泥，污泥减排量＞95％，甚至不排放污泥。本发明的载体材料是多孔物质，吸附性很强，可以预先增加系统中的细菌种类，浓度和代谢活性，抑制少量不利菌的生成而使微生物得到强化，强制污泥循环时，可使得可以将死亡微生物(污泥)通过水解作用，变成溶解性的小分子，污泥产生量就会减少。载体的作用是使老化污泥会细胞崩裂，一方面将可溶性COD释放出，被直接细菌吸收分解，另一方面，产泥的减少也延长了污泥寿命，提高了活性微生物的浓度，促进捕食生物生长，有利于增加能量损失，并减少合成生物体的数量。常见的捕食生物是原生生物和后生动物，这类生物的生长周期远远大于微生物的生长周期，在传统的活性污泥系统中，由于污泥寿命太短，他们的数量就会非常稀少，起不到最大的捕食作用，而延长污泥寿命，就大大增强了原生动物和后生动物的捕食作用，使难降解物质被消耗，从而达到污泥减量。关键一点，除了生物的氧化还原使矿物质溶解度增大外，不溶解的矿物质被事先分散成极细的颗粒，在多次崩解和局部CO2氛围下转化为溶解性物质，如Ca(HCO3)2，无机矿物质被再溶解。结合强化减排的协同菌种进行污水处理，采用投加本发明的生物载体的方法后，部分污泥可在生化处理过程中被消化掉，剩余污泥只能够满足生化系统回流使用要求，使之可能实现生物法处理污水而无污泥排放。
本发明的粉状生物载体，可以作为生化污水处理开工创造活性污泥使用，也可以对已正常生化污水处理的排泥系统进行投加，并实现无污泥排放。具体以A-O污水处理工艺为对象，在一个正常排泥的体系中，关闭排泥口，二沉池中的污泥循环到厌氧池中，将适应该系统的协同菌种和生物载体加到处理池中，不断循环，形成载体型的活性污泥体系，污泥成长到一定时间会崩解，释放COD，溶解矿物质，消化污泥。同时回流至生物处理段的厌氧段中补充生物处理过程中所需的碳源，从而还达到强化生物脱氮除磷的效果。与原工艺相比，不排泥，出水有所改善。
本发明粉状生物载体的投加量，经大量试验为日处理量的0.5～5％(视废水水质和载体形式而定)，每三个月补充约0.005％的损失量，有效期5年以上。
附图说明：
图1为本发明提供的A/O污水处理装置的流程图
下面结合实施例对本发明进行详细的说明，该实施例以发明技术方案为前提给出了详细的实施方式和具体的工艺操作过程，但本发明的保护范围不仅仅局限于下述的实施例。
具体实施方式
实施例1
长链脂肪酸酰胺生物分散剂选用Beckmann公司BulabTM8007，为85％的妥尔油酸酰胺分散树脂。粉状生物载体制备方法为：向500ml异丙醇中加入8007树脂150g，加入KH570硅烷偶联剂1g，松香酸5g，松香酸酰胺8g，加500ml水搅拌温热溶解，加入5000ml水并高速分散成均匀乳液。加入载银抑菌活性炭(100目)1000g，搅拌12小时，过滤，用50℃温水反复洗涤。滤饼在100℃以下烘干，再平摊至微波下辐照20分钟，加热至300℃，冷却至室温，得稍带粘连性的粉末，即粉状活性炭生物载体，如混入固体菌种，则低温保存。
实施例2
实施例1中活性炭改为粉状(100目)磺化煤粉，得粉状磺化煤生物载体。
实施例3
实施例1中活性炭改为硅藻土，得硅藻土生物载体。
实施例4
实施例1中活性炭改为分子筛粉，得分子筛粉生物载体。
实施例5
将实施例1、2、3、4的载体按1∶1∶0.5∶0.2混合，得混合生物载体。
实施例6
一套A/O污水处理装置，流程如附图1所示：
原水为上海某污水处理厂栅后水，组成化学需氧量CODCr350mg/L，悬浮物SS70mg/L，NH3-N25mg/L，采用美国GES通用环保科技有限公司的利蒙LLMO复合微生物菌种，其含有7种细菌，对消化污泥的有机物具有较好的协同效果。
取实施例1的活性炭生物载体75kg，与100kg液态利蒙LLMO复合微生物菌种混合搅拌均匀，室温发酵24-36h后投入生物处理池中，沉淀物循环不排放污泥，系统稳定后，溶解氧DO2～7mg/L，单位容积混合液内含活性污泥固体物质的总量MLSS3.2～5.4g/L。连续一年不排污泥，出水流量～100L/h，出水水质：化学需氧量CODCr50～60mg/L，悬浮物SS8～9mg/L，NH3-N2～3mg/L。
实施例7
某A/O城市污水处理厂，处理能力1.2万m3/D，每天排泥10t，进水情况：化学需氧量CODCr160～180mg/L，悬浮物SS70～80mg/L，NH3-N20～25mg/L，总磷TP4～9mg/L。以实施例5的混合生物载体60t(含水小于2％，欧依有机光电子科技有限公司监制)，另补充诺维信公司菌种：Toler-X5100200kg、BioKemov510050kg，BisPikes400050kg，BioQuick513050kg。实验由欧依有机环保科技有限公司负责调试操作，先关闭排污口，再将料加水成浆后从污泥回流口投入，每天5t，12天投完，打入厌氧池中，循环。进出水量不变，从第一天投料开始系统就开始不排泥，不添加絮凝剂，已连续一年半以上不排泥。出水水质：化学需氧量CODCr40～50mg/L，悬浮物SS8～9mg/L，NH3-N2～4mg/L，总磷TP2～3mg/L，比原出水有所改善并且池边气味明显减少。综合评估污泥减排量大于95％，对比不加本生物载体而日常连续补加菌种的纯强化生化方法之污泥减量的50～60％，提高减排量约40％，且日常不增加运行成本。