论文摘要
活性污泥法作为世界上应用最为广泛的污水生物处理技术,具有技术成熟、工艺种类多、污水处理效果良好等特点,但是活性污泥法在处理污水的同时一直存在一个最大的弊端,就是会产生大量的剩余污泥。剩余污泥中含有病原体、重金属及有机物等对环境有害的物质,处置不当会引起环境的二次污染。目前的处置处理技术主要有卫生填埋、农用、土地利用、焚烧等,随着法律法规对污泥处置的要求越来越严格和环境保护的发展,已不能适应污水处理厂生产的需要,造成污水处理厂污泥处置的压力将越来越大,成为世界各国面临的日益严重的污泥问题。针对污水处理厂的剩余污泥问题,国内、外许多学者进行了各种各样的探索和研究,提出了多种技术路线,并取得了很多成果。其中,污泥减量化是20世纪90年代提出的解决剩余污泥问题的新概念,它是通过采用物理、化学和生物等手段,在保证污水处理厂生物处理系统运行效果的前提下,使处理过程中所产生的污泥量降低。近年的研究主要包括:解偶联技术、维持代谢技术、溶胞技术和微型动物捕食技术,以及各种物理、化学预处理技术等。但是,已有的污泥减量技术在实现污泥减量过程中不能与现有的污水处理厂的工艺相一致,需要进行改造和调整,并可能产生新的问题,因此不能在污水处理厂得到实际应用。本文针对污水处理厂的污泥问题,通过在污水处理过程中加入专门的微生物,强化活性污泥中微生物的组成和功能,促进有机污染物分解和对死亡微生物菌体不断再分解,使剩余污泥的产生量大幅度的减少,减少后续的剩余污泥处理,实现从源头控制污水处理厂剩余污泥产生量。微生物的强化过程仅改变活性污泥的微生物的组成和功能,不改变污水处理厂的工艺和运行条件,具有较好的适应能力,是剩余污泥源头减量技术的发展方向。本文主要开展了以下研究:1、选择了MCMP、EM和芽孢杆菌三种微生物菌剂进行污泥直接分解的实验研究,根据减量效果最终筛选出MCMP菌剂的效果最好;并应用MCMP菌剂进行污水污泥源头减量控制的研究,在人工配水实验条件下,投加MCMP菌剂的正交试验结果表明,按对污泥减量效果的影响大小的顺序为:水力停留时间、菌剂加入量、水温和污水COD浓度。在模拟SBR实验装置中进行MCMP菌剂浓度实验,最佳的MCMP菌剂加入量为5×10-5菌剂/污水（V/V）左右。2、通过在江津和长寿污水处理厂分别连续进行62天和90天的中试研究,进水量为5m3/d。其中,江津几江污水处理厂的中试结果表明,投加MCMP菌剂对污泥产生量控制是有效的,投加MCMP菌剂浓度为0.02%和0.04%的试验装置运行了近四个月没有排放污泥,投加MCMP菌剂后的出水水质与污水处理厂的正常污水处理的出水水质和对照相比无明显差异,表明投加MCMP菌剂对出水水质不会产生明显影响。长寿污水处理厂的中试研究表明,试验装置投加MCMP菌剂0.005%和0.01%连续运行了二个多月后,试验装置的污泥减量率达到81.76%和89.18%;投加MCMP菌剂对出水中总氮、总磷的含量有一定的降低;同时,投加MCMP菌剂不改变污水处理厂的工艺条件,运行参数。长寿污水处理厂投加MCMP菌剂比未投加MCMP菌剂的污水单位处理成本可以降低0.02元/吨水,具有十分巨大的环境、社会和经济效益。3、通过在三峡库区江津德感污水处理厂连续180天的生产试验,研究了正常生产中应用MCMP菌剂进行污泥减量工艺技术的影响。结果表明:投加MCMP菌剂0.005%后,污水处理厂的氧化沟内污泥总量出现负增长,在没有排放剩余污泥的情况下,氧化沟内污泥总量少于试验前的污泥总量,污泥减量效果非常显著,达到预期的污泥减量80%的目标;MCMP菌剂污泥减量工艺简单、可靠,具有较好的适应性;投加MCMP菌剂后的出水水质完全达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B类的要求。但同时发现,总汞较试验前提高81%,总砷较试验前提高110%,总镍较试验前提高46%,总钾较试验前提高24%,总磷提高7%;总铬较试验前减少64%,总氮减少29%,污泥的MLVSS/MLSS值略有降低,SVI值从19.3增加到26.23,为了保证排放的污泥中重金属含量不超标,在以后的实际生产运行中,需要定期以排泥形式排出含重金属等污染物的污泥,以保证污水处理的正常运行。有机质含量基本一致,活性污泥能够处于一个良好的状态,排出污泥能够正常进行处理。4、通过对MCMP菌剂投加前、后活性污泥中微生物的DNA组成变化的分子生物学分析,初步揭示了投加MCMP菌剂后污泥中微生物种类的遗传多样性变化。分析结果表明:污泥微生物群落中的优势菌群种类发生改变,原有部分微生物优势菌群在投加MCMP菌剂后消失,增加了新的微生物优势菌群,同时部分优势菌群的数量进一步增加。说明MCMP菌剂影响污水生物处理系统中微生物群落中的优势菌群种类和数量,使原有活性污泥的功能发生改变,促进了污泥中有机物的分解成为CO2和H2O,降低了污泥的产率;同时,污水处理效果的稳定表明活性污泥中微生物形成一种新的共生平衡关系。MCMP菌剂对污水污泥减量影响是污水微生态系统的结构改变与功能的统一。投加MCMP菌剂前、后的污泥形态学观察表明,活性污泥的形态发生了一定的改变,活性污泥中大颗粒污泥数量更多,结构更紧密。活性污泥的形态的变化,在污泥絮体中形成不同环境条件的物理结构层和分布,使不同的微生物优势菌群有了合适的生存环境,有利于不同微生物菌群在污泥絮凝体中形成优势菌群,促进活性污泥的功能发生改变。5、基于微生态学结构平衡理论,强化活性污泥微生物群落功能,通过人工植入高效功能种群,实现对活性污泥生物群落的快速演替,从而达到对污水处理微生态系统功能强化的目的。可见,MCMP菌剂的加入优化了整个污水处理厂污水生物处理系统中活性污泥微生物群落结构,从而使其功能随之强化,提高了污水中污染物的分解去除,而降低了有机物的生物转化。同时应用工艺简单,直接在活性污泥曝气池进行投加,使用成本低于已有污水处理厂的成本,对于城市污水处理的可持续发展有着较为广泛的应用前景。