本發(fā)明涉及一種生物法處理污水的粉狀生物載體及其污泥超高量減排的污水處理方法，屬于用于污泥減排的材料和方法。

背景技術(shù)：

城市工業(yè)污水處理中生物法是最經(jīng)濟(jì)有效的方法，污水處理廠基本上采用活性污泥的生物法處理污水。我國(guó)大中型污水處理廠從1978年37座增加到2010年2800余座，處理能力從64萬(wàn)噸/日增加到12867萬(wàn)噸/日，全國(guó)城市污水處理率已達(dá)73％。生物法進(jìn)行污水處理是通過(guò)微生物的生命活動(dòng)實(shí)現(xiàn)污染物的降解和去除，處理達(dá)標(biāo)后的上清液經(jīng)消毒后排放，但60～80％的污染物形成污泥進(jìn)入污泥處理系統(tǒng)，從1978年到2010年污水處理廠產(chǎn)生的脫水污泥從150噸/日增加到6800噸/日，污泥以每年超過(guò)10％遞增，如5000萬(wàn)噸濕污泥(80％含水)按2m高填埋，每天需要4萬(wàn)畝地，如全部焚燒，僅處理費(fèi)就上百億，堆放和排放將產(chǎn)生嚴(yán)重的二次污染，從消除污染角度只有對(duì)污泥進(jìn)行較徹底的處理，污水處理的目的才真正達(dá)到，否則只能看做是將污染從液相轉(zhuǎn)化為固相(或半固相)。

因此低成本有效解決其污泥問(wèn)題是一個(gè)很重要的環(huán)保課題。污泥減排方法有很多，但都存在一定局限性。如污泥脫水，僅是體積稍有減少；污泥直接利用，風(fēng)險(xiǎn)或成本很高；還有對(duì)剩余污泥進(jìn)行超聲波粉碎，難以工業(yè)化且礦物質(zhì)也難以減量；加酸堿化學(xué)溶解礦物質(zhì)或加熱水解，會(huì)增加化學(xué)原料或大幅增加成本并影響生物循環(huán)。

追求方便低成本較為徹底減排污泥是人們追求的方向。在各種污泥減排措施中強(qiáng)化生化過(guò)程是一種經(jīng)濟(jì)有效的措施，但減排效果一般在70％以下。從成分上分析污泥是由水和固體顆粒組成，固體成分中易降解的有機(jī)物含量一般在40％，難降解有機(jī)物含量30％，礦物質(zhì)含量在30％，理論上一般通過(guò)生物強(qiáng)化可以除去70％的污泥。另外30％的礦物質(zhì)，主要認(rèn)為是ca、mg碳酸鹽和部分硫酸鹽，來(lái)源于污水源中溶解的ca²⁺、mg²⁺和二氧化碳及帶硫酸根的菌等結(jié)合所致。使礦物質(zhì)重新溶解和防止礦物質(zhì)生存或長(zhǎng)大是強(qiáng)化生化法進(jìn)一步減排的關(guān)鍵。

如果污泥菌群在微觀載體上不吸附礦物質(zhì)，礦物質(zhì)是均勻分散的小微粒，當(dāng)污泥達(dá)到一定年齡污泥團(tuán)會(huì)崩解，其中的有機(jī)物以小分子化釋放，被生物菌消化，排出二氧化碳，將細(xì)小的caco3以ca(hco3)2形式溶解，細(xì)小的caso4在局部微酸度下再溶解，則老污泥就將減少或消失，就可實(shí)現(xiàn)無(wú)污泥排放的目的

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第一方面提供了一種粉狀生物載體，其采用表面覆接長(zhǎng)鏈脂肪酸酰胺涂層膜的粉狀擔(dān)體，覆接在粉狀擔(dān)體上的長(zhǎng)鏈脂肪酸酰胺結(jié)構(gòu)如式(i)所示：

其中r1為c8～c40長(zhǎng)鏈脂肪烴基，r2，r3各自獨(dú)立的為氫、甲基、乙基、丙基或異丙基。將這種長(zhǎng)鏈脂肪酸酰胺生物分散劑覆接在粉狀擔(dān)體上，形成分子涂層膜，作為活性污泥的載體，在污水中微生物以這個(gè)載體形成菌團(tuán)，菌團(tuán)因碰撞吸附形成活性污泥團(tuán)，生物分散劑長(zhǎng)鏈端被擔(dān)體吸引固定，酰胺端親水，可以防止細(xì)菌向擔(dān)體固體表面吸附，防止特別是由于硫酸鹽還原菌的吸附，端頭指向水中包圍來(lái)的菌體，生物相容性使之滲透到菌體中取代礦物質(zhì)的連接地位，使礦物質(zhì)也被均勻分散。載體表面因酰胺基團(tuán)而帶電荷，產(chǎn)生菌體間微絮凝團(tuán)聚，使得菌體成長(zhǎng)逐步長(zhǎng)大成特殊結(jié)構(gòu)的活性污泥團(tuán)。當(dāng)污泥團(tuán)長(zhǎng)大到一定程度開始老化，里層的結(jié)合力開始下降，污泥團(tuán)在水流沖刷下，酰胺端切破衰老細(xì)胞縫隙發(fā)生群團(tuán)崩裂、碎化。這種崩裂不僅將污泥中的有機(jī)小分子得到釋放，而且礦物質(zhì)也得到了生物分散，為進(jìn)一步消化污泥碎片創(chuàng)造了條件；所述c8～c40長(zhǎng)鏈脂肪酸酰胺被松香酸或松香酸酰胺所部分取代，取代比例為0.01％～15％，其添加可以防止分散劑本身被微生物消耗掉。也可以在所述擔(dān)體于覆接長(zhǎng)鏈脂肪酸酰胺涂層膜之前，進(jìn)行載銀抑菌處理，在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選例中，使用了載銀活性炭，由于銀具有很好的抗菌能力，酰胺分散劑不會(huì)被微生物消耗掉；所述載銀活性炭可以從市場(chǎng)上直接購(gòu)得。長(zhǎng)鏈脂肪酸酰胺中可以加一些抑菌物質(zhì)和載銀抑菌處理可以同時(shí)使用，也可以單獨(dú)選用；是否添加抑菌物質(zhì)和/或載銀抑菌在處理污泥的效果上并無(wú)顯著影響，但能夠影響粉狀生物載體的使用周期和需要添加的補(bǔ)充量。

優(yōu)選的，所述松香酸或松香酸酰胺的取代比例為0.5％～5％。

優(yōu)選的，所述粉狀擔(dān)體有各種類型的活性炭、硅藻土、焦炭粉、沸石粉、磺化煤粉、氧化鋁粉、硅膠粉、分子篩原粉、酸性白土、層狀石墨粉、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、膨潤(rùn)土、凹凸棒土、橡膠顆粒、teflon-6粉、高分子多孔微球gdx之一或及其任意組合。

優(yōu)選的，所述粉狀擔(dān)體的顆粒在400目至5mm之間。

優(yōu)選的，所述粉狀生物載體，可以針對(duì)具體處理的廢水情況，在使用時(shí)混合對(duì)污水處理具有協(xié)同效應(yīng)的生物菌種和/或營(yíng)養(yǎng)物和/或生物增效劑，減少生產(chǎn)延遲，提高合規(guī)性，優(yōu)化菌群，提升固有微生物菌群對(duì)工藝的影響能力或?qū)δ承┏煞值慕到饽芰ΓM(jìn)而達(dá)到改善污水處理的目的?！霸谑褂脮r(shí)混合”是指既可以將粉狀生物載體與菌種預(yù)混后投入使用，也可以將粉狀生物載體與菌種分別投入污水池中。

本發(fā)明的第二方面提供了一種用于污泥處理的改性粉狀生物載體的制備方法，其特征在于包括如下步驟：

(1)將長(zhǎng)鏈脂肪酸酰胺、松香酸或松香酸酰胺和分散劑用異丙醇和水溶解或分散；

(2)將粉狀擔(dān)體完全浸入，充分吸附后，分離掉液體，水洗后干燥；

(3)在微波輻照下固化使之結(jié)合牢固，在擔(dān)體表面形成厚度為10～1000nm的有效長(zhǎng)鏈脂肪酸酰胺膜層。

本發(fā)明還提供了一種污泥超高量減排的污水處理方法，其采用前述的粉狀生物載體作為活性污泥載體。

優(yōu)選的，所述粉狀生物載體通過(guò)關(guān)閉剩余污泥出口，加入到運(yùn)行中的生物處理池中，作為活性污泥載體，活性污泥進(jìn)入好氧池、二沉池再返回厭氧池，反復(fù)循環(huán)，達(dá)到以所述粉狀生物載體為載體之活性污泥的完全循環(huán)，可實(shí)現(xiàn)污水生物處理過(guò)程中污泥非常徹底的減排。

采用本發(fā)明的粉狀生物載體結(jié)合有效的菌種，進(jìn)行污水處理，污泥循環(huán)可以大幅度減排污泥，污泥減排量＞95％，甚至不排放污泥。本發(fā)明的載體材料是多孔物質(zhì)，吸附性很強(qiáng)，可以預(yù)先增加系統(tǒng)中的細(xì)菌種類，濃度和代謝活性，抑制少量不利菌的生成而使微生物得到強(qiáng)化，強(qiáng)制污泥循環(huán)時(shí)，可使得可以將死亡微生物(污泥)通過(guò)水解作用，變成溶解性的小分子，污泥產(chǎn)生量就會(huì)減少。載體的作用是使老化污泥會(huì)細(xì)胞崩裂，一方面將可溶性cod釋放出，被直接細(xì)菌吸收分解，另一方面，產(chǎn)泥的減少也延長(zhǎng)了污泥壽命，提高了活性微生物的濃度，促進(jìn)捕食生物生長(zhǎng)，有利于增加能量損失，并減少合成生物體的數(shù)量。常見(jiàn)的捕食生物是原生生物和后生動(dòng)物，這類生物的生長(zhǎng)周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于微生物的生長(zhǎng)周期，在傳統(tǒng)的活性污泥系統(tǒng)中，由于污泥壽命太短，他們的數(shù)量就會(huì)非常稀少，起不到最大的捕食作用，而延長(zhǎng)污泥壽命，就大大增強(qiáng)了原生動(dòng)物和后生動(dòng)物的捕食作用，使難降解物質(zhì)被消耗，從而達(dá)到污泥減量。關(guān)鍵一點(diǎn)，除了生物的氧化還原使礦物質(zhì)溶解度增大外，不溶解的礦物質(zhì)被事先分散成極細(xì)的顆粒，在多次崩解和局部co2氛圍下轉(zhuǎn)化為溶解性物質(zhì)，如ca(hco3)2，無(wú)機(jī)礦物質(zhì)被再溶解。結(jié)合強(qiáng)化減排的協(xié)同菌種進(jìn)行污水處理，采用投加本發(fā)明的生物載體的方法后，部分污泥可在生化處理過(guò)程中被消化掉，剩余污泥只能夠滿足生化系統(tǒng)回流使用要求，使之可能實(shí)現(xiàn)生物法處理污水而無(wú)污泥排放。

本發(fā)明的粉狀生物載體，可以作為生化污水處理開工創(chuàng)造活性污泥使用，也可以對(duì)已正常生化污水處理的排泥系統(tǒng)進(jìn)行投加，并實(shí)現(xiàn)無(wú)污泥排放。具體以a-o污水處理工藝為對(duì)象，在一個(gè)正常排泥的體系中，關(guān)閉排泥口，二沉池中的污泥循環(huán)到厭氧池中，將適應(yīng)該系統(tǒng)的協(xié)同菌種和生物載體加到處理池中，不斷循環(huán)，形成載體型的活性污泥體系，污泥成長(zhǎng)到一定時(shí)間會(huì)崩解，釋放cod，溶解礦物質(zhì)，消化污泥。同時(shí)回流至生物處理段的厭氧段中補(bǔ)充生物處理過(guò)程中所需的碳源，從而還達(dá)到強(qiáng)化生物脫氮除磷的效果。與原工藝相比，不排泥，出水有所改善。

本發(fā)明粉狀生物載體的投加量，經(jīng)大量試驗(yàn)為污水日處理量的0.5～5％(視廢水水質(zhì)和載體形式而定)，每三個(gè)月補(bǔ)充粉狀生物載體初次添加量的1％的損失量，有效期5年以上。

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明，該實(shí)施例以發(fā)明技術(shù)方案為前提給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的工藝操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅僅局限于下述的實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

長(zhǎng)鏈脂肪酸酰胺生物分散劑選用beckmann公司bulab^tm8007，為85％的妥爾油酸酰胺分散樹脂。粉狀生物載體制備方法為：向500ml異丙醇中加入8007樹脂150g，加入kh570硅烷偶聯(lián)劑1g，松香酸5g，松香酸酰胺8g，加500ml水?dāng)嚢铚責(zé)崛芙猓尤?000ml水并高速分散成均勻乳液。加入載銀抑菌活性炭(100目)1000g，攪拌12小時(shí)，過(guò)濾，用50℃溫水反復(fù)洗滌。濾餅在100℃以下烘干，再平攤至微波下輻照20分鐘，加熱至300℃，冷卻至室溫，得稍帶粘連性的粉末，即粉狀活性炭生物載體，如混入固體菌種，則低溫保存。

實(shí)施例2

實(shí)施例1中活性炭改為粉狀(100目)磺化煤粉，得粉狀磺化煤生物載體。

實(shí)施例3

實(shí)施例1中活性炭改為硅藻土，得硅藻土生物載體。

實(shí)施例4

實(shí)施例1中活性炭改為分子篩粉，得分子篩粉生物載體。

實(shí)施例5

將實(shí)施例1、2、3、4的載體按1∶1∶0.5∶0.2混合，得混合生物載體。

實(shí)施例6

一套a/o污水處理裝置，流程下所示：

原水為上海某污水處理廠柵后水，組成化學(xué)需氧量codcr350mg/l，懸浮物ss70mg/l，nh3-n25mg/l，采用美國(guó)ges通用環(huán)?？萍加邢薰镜睦蒷lmo復(fù)合微生物菌種，其含有7種細(xì)菌，對(duì)消化污泥的有機(jī)物具有較好的協(xié)同效果。

取實(shí)施例1的活性炭生物載體75kg，與100kg液態(tài)利蒙llmo復(fù)合微生物菌種混合攪拌均勻，室溫發(fā)酵24-36h后投入生物處理池中，沉淀物循環(huán)不排放污泥，系統(tǒng)穩(wěn)定后，溶解氧do2～7mg/l，單位容積混合液內(nèi)含活性污泥固體物質(zhì)的總量mlss3.2～5.4g/l。連續(xù)一年不排污泥，出水流量～100l/h，出水水質(zhì)：化學(xué)需氧量codcr50～60mg/l，懸浮物ss8～9mg/l，nh3-n2～3mg/l。

實(shí)施例7

某a/o城市污水處理廠，處理能力1.2萬(wàn)m³/d，每天排泥10t，進(jìn)水情況：化學(xué)需氧量codcr160～180mg/l，懸浮物ss70～80mg/l，nh3-n20～25mg/l，總磷tp4～9mg/l。以實(shí)施例5的混合生物載體60t，另補(bǔ)充維信諾公司菌種：toler-x5100200kg、biokemov510050kg，bispikes400050kg，bioquick513050kg。關(guān)閉排污口，將料加水成漿后從污泥回流口投入，每天5t，12天投完，打入?yún)捬醭刂?，循環(huán)。進(jìn)出水量不變，從第一天投料開始系統(tǒng)就開始不排泥，不添加絮凝劑，可連續(xù)半年以上不排泥。出水水質(zhì)：化學(xué)需氧量codcr40～50mg/l，懸浮物ss8～9mg/l，nh3-n2～4mg/l，總磷tp2～3mg/l，比原出水有所改善并且池邊氣味明顯減少。綜合評(píng)估污泥減排量大于95％，對(duì)比不加本生物載體而日常連續(xù)補(bǔ)加菌種的純強(qiáng)化生化方法之污泥減量的50～60％，提高減排量約40％，且日常不增加運(yùn)行成本。