申请日2009.02.11
公开(公告)日2010.08.11
IPC分类号C02F3/34; C12N1/10; C02F11/02
摘要
一种生物自净化污水污泥的制剂，该制剂是以植物秸秆作为载体，将经过驯化培养的微生物喷洒于该载体之上而制备得到的粉剂，该粉剂适合静态水体和动态水体的修复。本发明还提供了所述制剂的制备方法及其应用。
权利要求书
1.一种生物净化污水污泥的制剂，其以经驯化培养的原生动物喷洒经消毒的植物秸秆而制备。
2.根据权利要求1所述的制剂，其特征在于，所述原生动物选自变形虫、草履虫、漫游虫、腰鞭虫、眼虫、壳虫、夜光虫、裂口虫、钟虫和轮虫中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的制剂，其特征在于，所述制剂为粉剂。
4.一种制备生物净化污水污泥的制剂的方法，包括下述步骤：
(1)在20℃～75℃对植物秸秆进行消毒，烘干;
(2)将原生动物在所需要治理的水中进行筛选、驯化培养以使其适应-10～40℃的温度，得到菌液;
(3)随后将菌液喷洒到植物秸秆上，菌液与植物秸秆重量比为1∶0.1-0.5;
(4)粉碎经喷洒菌液的植物秸秆，在15～40℃进行密封包装。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述原生动物选自变形虫、草履虫、漫游虫、腰鞭虫、眼虫、壳虫、夜光虫、裂口虫、钟虫和轮虫中的一种或多种。
6.权利要求1的制剂在生态环保和生态修复中的应用。
说明书
生物自净化污水污泥的制剂、其制备方法及其应用
技术领域
本发明属于环保技术领域，具体而言，本发明涉及一种生物净化污水污泥的制剂、其制备方法及其应用。
背景技术
随着世界工业生产的发展以及人口的增加，工业废水和生活污水的排放量日益增多。据统计，2007年，我国污水排放已达556.7亿吨。
现有的污水处理厂大都采用活性淤泥法，其利用活性淤泥中的微生物的新陈代谢作用，使活性污泥具有将有机污染物转化为稳定无机物的活力，在有氧的条件下，将废水中的有机物氧化分解为无机物，从而达到净化废水的目的。由于生物泥的特性导致在一定时间内以及在负荷的冲击下出现老化现象，而我国广大地区温差各异，也是导致活性淤泥老化的因素之一。
在生物反硝化过程中，水中所含的氮、碳、磷等有机物被酸化降解并产生大量酸化物，尤其是碳的转化产生了大量酸性副产物，使活性淤泥的pH值逐渐降低，由于降解性的微生物无法适应较酸性的环境，使得微生物的活性逐渐变小，最终导致生物变异和老化，造成污泥膨胀，生物无法代谢而失去反硝化效率。现有的解决活性淤泥老化的办法是在一定时间内更换部分活性泥，但是这造成大量的污泥堆积而无法处理，进而造成环境的二次污染。
常见的污泥处理方法主要包括焚烧、卫生填埋、海洋倾倒和农业散布。这些方法的主要缺点为：1、土地资源匮乏，可供填埋的场地十分有限，若当地水文和地形条件比较差，填埋产生的渗滤液和臭气会污染地下水，导致深水资源的污染及生理疾病的传播;2、焚烧投资和操作费用较高，而且现有设备在焚烧过程中产生的飞灰、炉渣和烟气会对大气环境造成二次污染，焚烧还会导致污泥中的有用成分得不到充分的利用;3、海洋倾倒处理导致大面积的海域受污染，最终导致整个海洋生态系统遭到破坏;4、由于污泥中存在致病微生物和高浓度有毒金属，严重限制作为复合肥料的农业散布。
此外，由于人类对环境的破坏干预，导致水藻出现高峰值，破坏生物生活规律，使有益菌无法正常生活，起不到净化作用，无法抑制藻类生长，藻类无限制地繁殖，造成溶氧量很低，好氧菌被抑制。而兼性菌和厌氧菌的食物被污染物限制，无法正常生理活动，处于休眠状态。各种藻类菌无限繁殖，形成藻垫。
富营养化水体可以向水体中的菌群提供生活条件，藻菌得到营养后开始繁殖形成菌丝，另外，产气菌形成气泡附着在菌丝下，将藻托浮在水面，形成藻垫。产气菌形成的气泡由水底向水面运行，由于摩擦产生电子，达到水面破裂从而形成氧化过程，使得碳和氮被氧化形成硝酸盐，碳水化合物沉入水底，在菌物的作用下进行分解。菌物的分泌物可以将硝酸盐、亚硝酸盐分解成水和二氧化碳气体，如此反复，水体中的氮、碳被降解，而氧含量增加。
传统污水处理工艺的出水还存在中水反弹问题，这是因为中水所含的氮、碳较高，一般在第5～15天开始反弹。由于中水中没有反硝化菌的存在，造成副产物还原并排放到下游，所以下游的水也随之成为富营养化。这是转化不彻底所造成的后果。
由于生物具有可复制性，目前使用的大部分为复制品，然而，这些复制品存活时间短、抗负荷差、污水反弹率高、原生菌数低、繁殖慢，一般60天完成一个周期、菌落数低、培养基以葡萄糖为主，而由于污泥的主要底物是腐殖质，这类生物对污泥起不到降解作用。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足，采用CTR技术(即凯特琳技术)将自然界的有益菌进行互利组合，互利共存，从而对污水污泥进行生物立体净化。
自净化是这样的过程：净化初期，有益菌和有害菌的共同食物是水中所含的物质，主要是氮、碳、氧。有益菌在水体中数量大、繁殖快，可以迅速将营养物吞噬，阻断有害菌的食物链使其死亡，而死亡的菌物形成蛋白质、氨基酸又成为有益军团的食物。无形地形成了自然生物链：当水体净化后，富营养物质极少的情况下，军团相互竞争，保持最低量，并开始休眠期;当污染物二次来临时，休眠的菌物开始相互传递信号，使其迅速繁殖，开始吞噬食物。如此反复，达到自净化。
1.水体净化过程
由于污泥的营养极高，适合厌氧菌的生活环境。污泥的主要成分是植物粉末、粉尘、蛋白质等，除了对粉尘和大块的植物碎片无法消化，其余均被菌物吞噬、消化分解，形成自然生物化学反应。如此反复，使污泥缩小、净化。
兼性菌嗜好在水体中层生活，寻食物而活动，灵活性很强。水体含氧量较低时，它也可以完成净化过程。
由于水体表面氧含量高，适合嗜氧菌的活动，在缺氧的情况下，嗜氧菌的活性极小。兼性菌的灵活性强，它可以迅速上升至水面，帮助嗜氧菌吞噬食物，由于富养被兼性菌吞噬，水面的氧含量逐渐增加，嗜氧菌复苏，两者同时工作，使水体在7～14日就可得到净化(取决于水质的富营养化程度)。
厌氧菌、兼性菌和嗜氧菌形成立体化净化群，当污染物进入水体后，菌群形成立体式的净化，可以在很短的时间内完成净化过程，如此反复，提高了水体的免疫机能。菌物在分解过程中均产生氧气和水，提高溶解氧的浓度。
其中，菌物随富养变化成正比。
2.河泥净化过程
菌物自上而下运动沉入河底，开始对底泥净化，由于泥中含有大量的营养成分，菌物开始快速繁殖并快速吞食营养，28～42日河泥被净化，河泥体积缩小为50～70%(取决于河底污泥的泥质情况)，河泥颜色由黑色转变为黄色，河泥彻底净化。
3.除藻净化过程
当有益菌被激活后，开始大量快速繁殖。迅速吞食有机物，水面表层含氧量增加，好厌菌占优，当水体表层净化后，部分转变为兼性菌下降到水体中部进行净化。好氧菌和兼性菌的分泌物激活厌氧菌，使其开始繁殖。由于藻类的营养被菌物吃到，藻的生长被抑制，菌丝开始萎缩，失去张力。菌物附着藻体沉入河底，被底层菌物吞食消灭。
本发明的一个目的在于提供一种生物净化污水污泥的制剂，该制剂是以植物秸秆作为载体，将经过驯化培养的微生物喷洒于该载体之上而制备得到的粉剂，该粉剂适合静态水体和动态水体的修复。
本发明的另一个目的在于提供一种制备生物净化污水污泥的制剂的方法。
根据本发明的一方面，该方法包括下述步骤：
(1)在20℃～75℃对植物秸秆进行消毒，烘干;
(2)将原生动物在需治理的水中进行筛选、驯化培养以使其适应-10～40℃的温度，得到菌液;
(3)随后将该菌液喷洒到植物秸秆上，菌液与植物秸秆的重量比为1∶0.1～0.5;
(4)粉碎经喷洒的植物秸秆，并于15～40℃密封包装。
其中，所述原生动物选自变形虫、草履虫、漫游虫、腰鞭虫、眼虫、壳虫、夜光虫、裂口虫、钟虫和轮虫中的一种或多种。
利用本发明的制备方法，由于菌物经过特殊驯化，在富营养化的水体中迅速繁殖，可以使三种优化菌同时并存，形成优势军团对水体进行立体生态修复，达到净化目的。在硝化和反硝化过程中，菌物既单独工作又相互联系，对富营养化的水中的氮、磷、碳实现了最大化降解，达到自然量，抑制富营养化水体形成。同时河泥逐渐被生物分泌物浓缩降解，水体pH值逐渐升高，达到最佳状态。
本发明的另一个目的在于提供生物净化污水污泥的制剂在生态环保和生态修复中的应用。
根据本发明的一个方面，将生物粉剂混入河水中时，生物遇到氮、碳、磷后迅速繁殖，部分附着在河道的壁面和底部，部分流入下游，在运动中进行净化，当流到下游相对静止时，净化效果极为显著。而这相当于对整体的河道净化，从而实现生物净化污水的制剂在流动水体修复的应用。同时达到净化水底污泥的效果。
根据本发明的另一方面，将生物粉剂混入静止的景观水体，生物遇到氮、碳、磷后迅速繁殖，部分附着在河道的壁面和底部，部分漂浮在水面，7日后逐渐减少，当水体完全净化后自然附着于壁面，从而实现在静止的景观水体修复上的应用。
根据本发明的另一方面，所述生物粉剂还可用于人工湿地修复、水库保护、中水生态再生、海水生态淡化以及垃圾填埋除恶味等领域。
用本发明的制剂处理的中水不会反弹，这是因为在中水中含有益兼性菌，在排放过程中由于生物的存在，它还在不断的进行降解，形成追击降解，使排放的中水不反弹，可以再生利用。
本发明的积极效果：
本发明培养的生物菌密度高，由于在嗜酸菌所产生的分泌物的作用下，它可以将酸性副产物进行中和，保持pH值的平衡，所以活性淤泥不会被酸化，使得生物在最佳的pH范围内进行降解和代谢。在污水处理工艺系统中，由于对氮、碳、磷的转化效率高，在良好的环境下，生物活性好，可以达到最佳降解值，使中水中所含的剩余物质极少。
本发明方法可以取代活性淤泥法，经过预处理后，直接生物净化，效果更佳，缩短处理时间，比传统水处理工艺提高了5～10倍的效率，不反弹，无淤泥排放。
本发明的制剂在很短时间内对富营养化的水体进行修复、提高了水质标准、适用于各种水质治理、操作简便、不反弹、有持续性、降淤泥、对下游起到治理及预防的作用、不受温度限制、抗负荷冲击、反复自净化、有延续性、保持时间长、运行费用低、成本低、无毒、无副作用、绿色环保、不受流动水体的影响，最重要的是它对河泥(污泥)起到净化作用，修复黑臭水体，快速彻底地去除异味，解决中水回用反弹及中水补充景观湖所产生的异味问题，增加水体溶氧量，有利于水生动物的生长，同时对水体起到保护作用。去除水藻及藻垫对水面的覆盖。抗活性泥老化，污泥排量减少50%。污泥可再生利用，创造附加值。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面用实施例来详细说明本发明的内容，但本发明并不局限于此。
实施例1
在20℃～75℃对植物秸秆进行消毒，烘干，将钟虫在所需净化的水质下进行驯化使其适应-10～40℃的温度，得到菌液，并随后将菌液以菌液与植物秸秆为1∶0.5的重量比喷洒到植物秸秆上，此后粉碎植物秸秆，在温度20℃～35℃的条件下进行密封包装。
实施例2
在温度20℃～75℃对植物秸秆进行消毒，烘干，将钟虫和轮虫放入所需净化的水质培养进行筛选驯化培养使其适应-10～40℃的温度，得到菌液，并随后将菌液以菌液与植物秸秆为1∶0.1的重量比喷洒到秸秆上，此后粉碎植物秸秆，在温度30℃～40℃条件下进行密封包装。
实施例3
在温度20℃～75℃对植物秸秆进行消毒，烘干，将轮虫放入所需净化的水质培养进行筛选驯化培养使其适应-10～40℃的温度，得到菌液，并随后将菌液以菌液与植物秸秆为1∶0.22的重量比喷洒到植物秸秆上，此后粉碎植物秸秆，在温度15℃～20℃的条件下进行密封包装。
实施例4
在温度20℃～75℃对植物秸秆进行消毒，烘干，将钟虫、轮虫、眼虫、变形虫和腰鞭虫放入所需净化的水质培养进行筛选驯化培养使其适应-10～40℃的温度，得到菌液，并随后将菌液以菌液与植物秸秆为1∶0.5的重量比喷洒到秸秆上，此后粉碎植物秸秆，在温度20℃～30℃条件下进行密封包装。
实施例5
将实施例1获得的粉剂以1∶1000000的比例溶解在水中，对污水、静止河流、以及流动河流进行试验，利用国家环境保护部对水环境保护标准目录(http://www.sepa.gov.cn/tech/hibz/bzwb/shjbh/)中公开的方法，测量COD90%、BOD95%的去除率，氮90%、碳98%、磷95%的去除率，污泥比。
对于生活污水和静态河流，该制剂对COD和BOD的去除率都基本为95.6%～98.4%，对氮、碳、磷的去除率更为显著，但受生化比影响，去除率有所变化。污泥比约5.7～7.2/1万吨(取决于不同水质)，干化为0.6～0.8/1万吨，污泥无异味。取样经处理的河水，测得pH为7.06、总磷含量为0.08、色度为15、SS为4.333、总氮为1.43，特别地，COD为10.3远低于国家标准。
对于动态的河流模拟试验，该制剂对富营养化的水体表面形成的藻垫去除99%，水藻脱色100%，抑制藻类生长98%，除臭99%，无反弹。
