CN103796960A - 在活性污泥法中利用天然固体添加剂的废水处理 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改善活性污泥法中废水处理的效率和稳定性的方法，其利用天然矿物质的混合物作为固体添加剂，所述固体添加剂用作污泥载体。

Description

在活性污泥法中利用天然固体添加剂的废水处理

相关申请（一个或多个）

本发明要求2011年7月19日提交的美国临时申请号No.61/509，147的优先权。以上申请（一个或多个）的整个教导在此通过引用全文并入。

背景技术

活性污泥法（activated sludge process）是世界上广泛应用的废水处理法。在该方法中，初级处理的污水或废水暴露于空气或氧气以及微生物，空气或氧气以及微生物将废水中溶解或悬浮的有机内容物（organic content）降解和消耗。[1]并且，活性污泥法用于废水的脱氮作用、磷酸盐去除、重金属去除和除气作用。

活性污泥法的效率部分取决于沉降池（settling tank）中混合液的污泥与已处理水之间具有良好的分离。一些研究在活性污泥法中利用添加剂并检查其效果。例如，添加滑石使污泥变重（weight），改善其沉淀并降低污泥沉降体积（settling volume）。但是，该积极效果是非常短暂的，因此要求反复地加入非常大量的滑石（最高100%的混合液悬浮固体（MLSS）浓度）。这种做法的缺点是污泥在沉降池中分离之后干物质的量大量增加。对于该方法的改进在于多组分添加剂的配方，所述多组分添加剂包含滑石、季铵盐、和合成聚合物——一种具有更长期效果的辅助污泥沉淀的试剂。[2]

还利用含有硅藻土的活性污泥系统与普通的活性污泥系统对比，观察增强的污泥沉降——一个有助于在含有硅藻土的方法中获得更大生物量的因素。但是，发现硅藻土颗粒对于废水中溶解或悬浮的有机物具有相对较低吸收能力。采用显微照相证据，可以确定硅藻土用作污泥微生物的载体，使废水的有机成分的生物降解得以实现。[3]

已经相对于垃圾渗滤液处理中的氨氧化成亚硝酸盐，以高负荷检验矿物质膨润土。[4]对于在活性污泥法中加入沸石的进一步研究证明，这些矿物质对于增强的生物除磷[5]和重金属去除[6]等应用具有一些前景。

发明内容

本发明涉及一种改善活性污泥法中废水处理的效率和稳定性的方法，其利用一种或多种天然矿物作为用作污泥载体的固体添加剂。

本发明披露了一种用于废水处理的方法，包括：

a）制成包括至少一种固体矿物添加剂和微生物的高密度污泥（HDS）;

b）在活性污泥池中将废水暴露于步骤（a）的HDS，并搅动所述废水和HDS以产生已处理废水、普通活性污泥和HDS的混合物；和

c）将HDS从步骤（b）的混合物中分离，以便在废水处理法中再次使用。

在另一个实施方式中，所述用于废水处理的方法包括：

a）在处理池（handling tank）中将至少一种固体矿物添加剂和水混合以形成混合物;

b）将步骤（a）中的混合物引入培养池（culturing tank）中，所述培养池具有从活性污泥池获得的包括微生物、废水和有机废物的等分部分的混合液；

c）通过使步骤（b）中的所述混合物和所述混合液通气而搅动，使得所述微生物降解所述有机废物，从而形成高密度污泥（HDS）;

d）将步骤（c）的HDS引入步骤（b）中所用的活性污泥池；

e）通过使所述活性污泥池中的废水和HDS通气而搅动一段时间，使得所述微生物降解所述有机废物，并使得所述HDS结合（bind）废物中的溶解和悬浮的固体——如果存在，从而生成已处理废水、普通活性污泥（NAS）和HDS的混合物；

f）将所述已处理废水从步骤（e）产生的所述混合物中分离；

g）根据密度或尺寸将HDS从步骤（f）的NAS中分离；和

h）将至少一部分从步骤（g）分离的HDS传输至步骤（a）的处理池中。

在本发明的一些实施方式中，所述方法还包括：

i）在步骤（c）中HDS的形成或在步骤（d）中废水的降解不充分的情况下，向所述培养池中加入有效量的含有能够降解有机废物的菌株（strain）的可存活微生物菌剂。

在本发明的进一步的实施方式中，当所述废水包括高浓度的有毒离子时，不执行步骤（g）和（h）。在本发明的一些实施方式中，在进入活性污泥池之前对废水进行均衡。步骤（c）的通气使得需氧微生物能够在添加剂的多孔结构内部和表面上生长。

在本发明中，固体矿物添加剂选自凹凸棒土、膨润土、硅藻土、蒙脱石、珍珠岩、细碧岩、蛭石、沸石、滑石、高岭石、纳长石、奥长石、倍长石、钙长石、橄榄石、顽辉石、透辉石、角闪石和多孔硅酸盐矿物或其组合。在本发明的一些实施方式中，用水清洗所述固体矿物添加剂以溶解和除去水溶性污染物。

在本发明中，将HDS从步骤（f）的NAS中分离发生在密度分选分离装置或者尺寸分选分离装置中。

在本发明的示例性实施方式中，所述密度分选分离装置是离心分离机，其中已处理废水、普通活性污泥和高密度污泥分别流向各自的出口，其中每个出口位于不同的高度。

在本发明的一些实施方式中，所述尺寸分选分离装置是回转筛（rotating sieve）。

本发明描述的方法有助于克服利用活性污泥法对市政和工业废水进行处理的废水处理的低效率的缺点，特别是当有机负荷高、当水质量和操作参数变化显著以及当存在有毒离子例如重金属离子的时候。

与传统工艺相比，本发明的改进型活性污泥法在废水处理中以有效、低成本和新颖的方式利用天然添加剂。本发明的方法可以使用一种或多种具有可选粒度和孔隙度的添加剂，这与传统工艺相比是更多用途和新颖的。所有这些优点提供了采用添加剂处理和培养高密度污泥的改进方法。

附图说明

根据以下本发明示例性实施方式的更具体的描述，上述内容将是显而易见的，如附图中图解的，其中相同参考符号在不同视图中指的是相同的部件。在图解本发明的实施方式时，附图不必按照比例绘制，而是强调放置的位置。

图1示出加入HDS添加剂的改进的活性污泥法的示意图。

图2示出包括添加剂处理池和培养池的制备模块的示意图。

图3a在初始阶段（左）和成熟阶段（右）中，利用不同粒度（G0：0.25-0.71mm，G1：0.33-1.00mm）的膨胀蛭石，比较普通活性污泥（NAS）（无）和高密度污泥（HDS）之间的化学需氧量（COD）去除。图3b示出添加的不同量的膨胀蛭石的COD去除。

图4在成熟阶段中，利用不同粒度（G0：0.25-0.71mm，G1：0.33-1.00mm）的膨胀蛭石，比较（NAS）（无）和高密度污泥（HDS）之间的污泥沉淀。

图5示出用于培养污泥的容器的示意图。

图6示出用JEOL JSM-6701F扫描式电子显微镜（SEM）拍摄的SEM图像；图6a和图6c在图6b和图6d中分别放大。图6a和图6c的比例尺为50μm，以x300拍摄，图6b和图6b的比例尺为1μm，以x4000拍摄。

图7a是HDS的热重量分析（TGA）标绘图，图7b是NAS的TGA标绘图。

具体实施方式

以下是本发明的示例性实施方式的描述。

活性污泥法是废水处理中广泛应用的工艺，其利用空气或者氧气以及生物絮凝物（也称作污泥）除去有机废物。废水处理的效率极大地取决于污泥的生长、分配和处理。本文描述的发明涉及一种改进活性污泥法的方法以获得较高处理效率。所述方法基于在处理过程中添加、利用和循环使用一种或多种具有各种孔隙度和密度的固体矿物添加剂。所述固体矿物添加剂容纳絮凝物的微生物，并如本文所述，所述添加剂有助于提高污泥生长和絮凝作用、稳定污泥结构并与有机物质进行更有效的相互作用。通过利用基于重力的密度分选分离仪器回收利用含有所述添加剂的高密度污泥（HDS），很容易维护所述添加剂和培养的污泥。回收利用具有添加剂的HDS非常有益，原因是与需要反复添加补充物的方法相比，该方法降低了必须处理的污泥数量。并且，所述添加剂表现出强离子交换特性，其能够降低有毒离子（包括重金属离子）的影响。本发明提供用于自动处理、利用和回收利用添加剂的有效方法。所述方法可以并入现有活性污泥法中。

活性污泥法是用于生物废水处理的有氧方法。活性污泥法的成功取决于建立微生物的混合群落（mixed community），该混合群落将降解和消耗有机废物材料，并将聚集和粘附以形成污泥。一部分污泥随后被排出，剩余部分（返回活性污泥或者RAS）被返回到系统中以便回收利用。在传统活性污泥法中，通过重力沉降（gravitationalsettling）将污泥从已处理废水中分离，但是也可以通过其他方法进行分离，例如过滤法或者离心法。生物降解和分离处理都极大地取决于污泥或絮凝物的生物活性和总体物理结构。絮凝物的主要成分是胶状结构的菌胶团，包括细菌细胞的黏胶囊（slimy capsule）。菌胶团的吸收和氧化特性在活性污泥法中起到重要的作用。它们的生物活性和结构受到许多因素的影响，包括但不局限于溶解氧（DO）、有机负荷量和pH。但是，这些因素由于流入废水的特性或由于事故例如错误操作而变化。这些因素中任一的突然和强烈变化都可能降低处理效率或者甚至损坏整个污泥系统。为了提高废水处理的效率，改善污泥絮凝物的生物活性和稳定性非常重要。

细菌相互黏附以形成密集的菌胶团，用于有机物的有效氧化。菌胶团只能忍受一些环境因素的变化，或者发生污泥膨胀，其中污泥转变为低密度的松散结构。在本发明中，将一种或多种固体矿物添加剂引入活性污泥中。这些添加剂具有各种粒度和多孔结构。细菌从添加剂核心的多孔结构中生长出来并在添加剂的表面积上扩展以形成菌胶团。其结果是构建成具有核心单元簇状（cluster-like）的高密度污泥（HDS）。在这种结构中，菌胶团将通过其构成细菌在添加剂的多孔核心结构之间生长而交联。此结构特征能够形成稳定度污泥结构，其比普通活性污泥对环境影响的容忍性更高。作为本发明的另一个优势，添加剂的多孔结构提供高表面积，这将增加细菌对于废水中有机质含量的暴露，从而增强细菌的生物相互作用和生物活性。HDS很容易从水中分离，沉降所需时间少，用于处理的污泥的体积少。HDS还容易通过重力从普通活性污泥（NAS）中分离，这有助于添加剂的回收利用。

添加剂的选择应该基于以下的一些标准：

1.可天然获得，无需任何合成的化学物质；

2.比水密度高；

3.不溶于水；

4.容易加工为具有各种粒度的颗粒，所述粒度范围从微米到几个毫米；

5.容易加工成具有各种孔隙度和孔径尺寸的颗粒；

6.能够在活性污泥法的物理、化学和生物条件下存活的稳定结构和强度；

7.低成本。

在本发明的一些实施方式中，这种添加剂的示例包括但不限于：凹凸棒土、膨润土、硅藻土、蒙脱石、珍珠岩、细碧岩、蛭石、沸石、滑石、高岭石、纳长石、奥长石、倍长石、钙长石、橄榄石、顽辉石、透辉石、角闪石和更多多孔硅酸盐矿物和这些的组合。在本发明的优选实施方式中，所用的添加剂选自蛭石、沸石或膨润土。在本发明的一些实施方式中，采用单一的添加剂。采用至少一种、至少两种、至少三种、至少四种、或者四种或更多种固体天然添加剂。在采用至少两种或多种添加剂的实施方式中，通过考虑活性污泥法中的污泥体积、溶解氧和废水载荷选择所述添加剂的比。两种添加剂的比的范围从1：1到100：1，优选为从1：1到10：1，更优选为从1：1到2：1。在本发明可能采用的很多固体矿物添加剂中，体积密度、粒度和孔隙度的因素是类似的。本领域普通技术人员基于材料可用性、价格和系统兼容性的因素选择用于本发明的添加剂组合及其比。

本发明的一个关键优势是固体天然添加剂是可加工成具有可选尺寸和孔隙度的颗粒，该特征有助于方法的多功能性。在本发明的一些实施方式中，粒度从大约0.01mm至大约2mm。在本发明的优选实施方式中，粒度从大约0.1mm至大约1mm，在本发明的更优选实施方式中，粒度从大约0.25mm至大约0.75mm。在本发明的另一个方面，天然固体添加剂的孔隙度是大约10%至大约90%，优选为大约50%至大约90%，最优选的孔隙度为大约70%至大约90%。

本发明涉及通过添加混合天然固体添加剂改善用于废水处理的活性污泥法的效率。所述方法包括：（1）制成包括至少一种固体矿物添加剂和微生物的HDS；（2）在活性污泥池中将废水暴露于HDS，以产生已处理废水、普通活性污泥和高密度污泥的混合物；和（3）将已处理废水从HDS中分离，其中HDS在废水处理方法中再次使用。全部处理过程示于图1中并进一步说明如下。

制备具有添加剂的HDS

在本发明的一些实施方式中，通过首先将具有最优粒度和孔隙度的一种或多种选择的添加剂与足以悬浮所述添加剂的量的处理溶液（handling solution）混合来制备高密度污泥。在本发明中，所述处理溶液可以从水、海水或离子盐的水溶液中选择。共同地，它们在本文中被称为“水”。在本发明的一些实施方式中，选择的添加剂新加入到处理池中。在本发明的另一个方面，通过将输送来自密度分选分离装置的具有矿物添加剂的HDS的入口将所述添加剂引入至处理池中。

接下来，所选添加剂和处理溶液的混合物在处理池中受到浸湿、搅拌和漂洗，以获得水合的和均匀分布的混合物并除去污染物。在本发明的一些实施方式中，污染物溶解在处理溶液和/或悬浮在处理溶液中（例如，存在的污染物溶解在处理溶液中、悬浮在处理溶液中或者同时溶解和悬浮在处理溶液中）。在利用新引入的添加剂的本发明的实施方式中，所述污染物包括污垢、灰尘、纸片或者树叶。在利用从活性污泥法中回收的高密度污泥的另外实施方式中，所述污染物包括有毒重金属或者有机物。在本发明的一些实施方式中，在所述漂洗处理之后将包含所述污染物的溶液倒出。在本发明的其他实施方式中，通过声波降解法（sonication）除去所述污染物。将清洗后的添加剂混合物以最高大约50Kg/m³添加至培养池。图2所示的培养池装备有入口，用于加入添加剂和来自活性污泥（AS）池的混合液。所述混合液包括废水、有机废物、微生物和活性污泥。所述培养池还包括用于将制备的HDS转移至AS池的出口和保持污泥和水的一些水平的必要的泵送系统。在本发明的另外的实施方式中，本文描述的添加剂可以是新添加的和/或包括从HDS回收利用的那些矿物质。总量的矿物质存在于培养池中，以便维持混合液的某个密度，定期检查为MLSS（混合液悬浮固体），并且当回收利用的HDS不足以维持此密度时，只是充填（top up）新添加剂。在本发明中，培养池的容积足以连续向AS池提供制备的HDS。培养池充有与AS相同来源的水和污泥。通过通气搅动水和混合液中的固体矿物质添加剂的混合物以有助于通过混合液中存在的微生物对有机废物的降解形成HDS。所述通气持续足以获得最大污泥密度的一段时间。通过测量等分部分（aliquot）的沉降污泥上部的重量确定最大污泥密度。所述等分部分具有比容积。当等分部分的污泥重量达到最大并开始平稳时，所述污泥密度处于最大值。为了便于本发明的HDS法中的添加剂上的最初细菌生长，培养池中的溶解氧水平高于传统AS法。

在本发明的一些实施方式中，将一定量的能生存的微生物菌剂（例如商业可得的）添加至培养池。微生物菌剂含有能够降解有机废物的菌株。当HDS的形成不充分时，将微生物菌剂加入培养池中，其意味着获得健康活性污泥的最小量的HDS还未形成。加入至培养池中的微生物菌剂的量以一定速率逐渐增加，通过该速率，污泥体积在大约2至大约4天的时间内达到大约200mL/L至大约500mL/L的。在本发明的一些实施方式中，在方法故障或者紧急情况之后，将一定量的能生存的微生物菌剂添加至培养池。在其他实施方式中，在新的污泥处理法开始时，加入能生存的微生物菌剂。在本发明的另外实施方式中，当需要加速污泥生长时加入能生存的微生物菌剂。

根据本发明的另一个方面，对需要处理的废水的化学需氧量（COD）、生物需氧量（BOD）、油和油脂、重金属、基于氮的种类和基于磷的种类等内容进行分析。基于进行的分析测试，基于密度、粒度、孔隙度和细菌生长容易程度选择添加剂，以形成有效的高密度污泥。

在本发明的一些实施方式中，所选添加剂包括天然蛭石、膨胀蛭石、沸石和膨润土。在另外的实施方式中，所述添加剂包括沸石和膨润土。在其他实施方式中，所述添加剂包括膨润土。

将具有添加剂的HDS应用于AS法

通过连接至培养池的HDS出口的入口，将具有添加剂的HDS加入AS池中。以这样的方式对HDS流速进行优化：不显著影响活性污泥池中大约300至大约500mL/L的污泥体积并且添加剂的浓度保持在大约20kg/m³。在本发明的优选实施方式中，HDS入口位于废水入口附近，用于AS池中彻底的混合和长停留时间。根据本发明的一个方面，通过对混合物通气的搅拌进行混合。根据本发明的一个方面，AS池中的废水的停留时间从大约1至大约48个小时。在一个优选实施方式中，AS池中的废水的停留时间从大约2至大约10个小时。在一个更为优选实施方式中，AS池中的废水的停留时间从大约3至大约5个小时。在本发明的一些实施方式中，对AS池中需要处理的废水或进水（influent）进行均衡或预处理以缓冲废水的pH或除去宏观固体（macrosolid）。

对两种类型的具有不同粒度的添加剂进行初步研究。与传统AS法相比，通过具有添加剂的HDS改善COD去除率和污泥沉降。图3a示出利用膨胀蛭石的HDS形成的初始阶段和成熟阶段，采用HDS的COD去除率高于采用普通活性污泥（NAS）的，并且在成熟阶段改善更为显著。HDS成熟所需时间可最高大约7天。COD去除率取决于HDS中存在的添加剂的量，如图3b所示。图4示出了密度分选分离池中沉降过程中污泥的体积相对于时间的曲线图。其显示用膨胀蛭石添加剂形成的HDS以较小体积的污泥生产就比普通AS沉降得快。并且，这些添加剂由矿物质和钠、钾、钙、镁和铝的无机盐组成，其允许与废水中的有毒和重金属离子——包括但不限于铅、汞、锰、镉、铬、铜、镍和锌进行离子交换。

具有添加剂的HDS的回收利用

细菌的再生导致污泥粒度的增加。过多的菌胶团将从HDS中分离并在混合液中形成NAS。新生长的菌胶团将取代年老的菌胶团并加入NAS群落。悬浮在混合液中的NAS和HDS都溢出到密度分选或尺寸分选分离仪器，其中水、NAS和HDS被分离。

在本发明的一些实施方式中，基于重力差异分离已处理水、NAS和HDS。在优选实施方式中，通过密度分选分离装置分离已处理水、NAS和HDS。在本发明的一些实施方式中，密度分选分离装置基于由于材料密度的差异的不同材料对重力、离心力或流型（flow pattern）的响应的差异。

在一个实施方式中，密度分选分离发生在离心分离机中，其中锥形容器在中部装备有NAS出口，在底部设有HDS出口，还设有旋转机构（spinning mechanism）。混合液从分离机的底部至顶部被抽取至仪器中。流出水（effluent）从顶部旋出。当装置旋转时，NAS聚集在中部水平上，HDS聚集在底部。用于流出水排放、污泥处置和HDS回收利用的抽取系统未详细示出。

根据本发明的另一个方面，基于尺寸（例如粒度）差异分离已处理水、NAS和HDS。在一个示例性实施方式中，尺寸分选分离装置是回转筛，其中基于已处理废水、普通活性污泥和高密度污泥基于它们移动通过回转筛时穿过筛孔的能力进行分离。

在本发明的另一个实施方式中，废水含有高浓度的有毒离子，高于允许排放的浓度。在此实施方式中，对用过的HDS进行处置。在废水含有高浓度有毒离子的本发明的另一个实施方式中，应当用处理池中浓缩的盐溶液浸泡回收利用的HDS。然后，将含有污染物的溶液转移，剩下的HDS返回至培养池再次使用。

利用矿物添加剂形成高密度污泥的本发明的方法，可以用于对市政和工业废水使用活性污泥法的废水处理的操作中。进一步地，本发明的方法可以用于从食品生产和加工操作到纺织和焦炭生产工业中的其他工业应用的废水处理。本发明的方法对于下述性质的废水特别适用，其中：

1.有机负荷高；

2.操作参数和水质量显著变化；或者

3.存在有毒离子，例如重金属离子。

定义

术语“废水（wastewater）”或“废弃水（waste water）”是指由于人为影响，而质量受到不利影响的水。所述废水可以来源于市政或者工业源。在本发明的一些实施方式中，废水包括水和多种其他成分，包括但不限于病原体——例如病毒和细菌、非病原体细菌、有机颗粒物质、可溶有机材料、无机颗粒物质、可溶无机材料、动物、宏观固体、气体、药物和毒素。

术语“絮凝作用”是指胶体从悬浮液中出来以形成颗粒物质簇的过程。

术语“絮凝物”是指在絮凝作用过程中从悬浮液中出来的颗粒物质簇。

在本发明的一些实施方式中，术语“有毒离子”可以指重金属离子。在本发明的一些具体实施方式中，有毒离子是镉、铬、铜、镍或锌。

术语“均衡废水”是指在进入废水处理系统之前已经经受预处理的废水。均衡的预处理法是在废水处理之前缓冲废水的方法。在本发明的一些实施方式中，所述均衡处理是从废水混合物中除去无机和有机宏观固体。在本发明的另外实施方式中，所述均衡是通过化学添加进行pH中和。在本发明的另外实施方式中，通过调节废水的温度、流量或压力进行均衡。

实施例

提供下述实施例以对本发明的一个或多个实施方式进行说明，但不局限于所述实施方式。在本发明的范围内可以对以下实施例进行很多修改。

实施例1：具有添加剂的污泥的培养：培养容器

图5示出了容积为20升的培养容器。在容器的上部加入用于混合液的入口和出口。在容器底部附近加入用于培养的高密度污泥（HDS）的出口。高度为容器高度的三分之二到四分之三的一个分配器垂直地位于容器中央，其中所述分配器未完全浸入水中。所述分配器确保用于混合液的入口和出口不处于同一隔室中，以便混合液在通过出口流出之前在容器中持续长停留时间。在容器的底部安装空气扩散器，其与鼓风机连接。

实施例2：具有添加剂的高密度污泥的培养：培养过程

实施例1所述的培养容器充有来自废水处理厂的活性污泥（AS）池的混合液，用于灌输（inoculation）。沉降的污泥体积测量为300－400ml/L。将1kg添加剂在用水浸湿后加入至容器。对所述容器通气以保持溶解氧（DO）水平在3mg/L。一个星期之后，每隔6个小时重复以下步骤：

1）停止通气并关闭混合液入口；

2）在30分钟之后，替换12L上部的混合液并关闭入口；

3）开始通气。

实施例3：具有添加剂的污泥的培养：将HDS用于活性污泥法

当需要时，在通气停止30分钟之后从实施例1所述的HDS出口取出实施例2中产生的HDS。将一定量的HDS添加至AS池中，以便添加剂的浓度范围为2至10g/L。同时使用数个实验室规模的AS池，并保持普通AS法的操作参数。

实施例4：如由HDS改善的活性污泥法的评估

采用两种类型的不同粒度的添加剂进行初步研究，即0.25-0.71mm的G和0.33-1.00mm的G1。废水的COD大约为1000mg/L。在初始阶段（第一天）和成熟阶段（第七天），利用HDS进行4个小时处理后的COD去除与未采用HDS的普通AS进行对比。如图3（A）所示，由于添加剂的高得多的吸收能力，HDS在初始阶段将COD去除率从19%提高为50%。在成熟阶段，HDS的COD去除率仍然比普通AS高至少10%。较小颗粒由于更高的表面积而显示出略微更佳的性能。图3（B）显示出COD去除取决于用于HDS培养的添加剂的量。

实施例5：AS法中具有HDS的污泥沉降体积

图4示出沉降过程中沉降污泥随时间推移的体积。此结果是利用充有具有普通AS和HDS的混合液的25mL量筒进行测试。尽管普通AS需要多于30分钟的沉降时间，但HDS在10分钟内即沉降。并且，采用HDS的情况污泥体积降低了30－40%。

实施例6：添加剂的空位结构（vacancy structure）的污泥生长观察

图6示出了负载有活性污泥的蛭石的SEM图像。蛭石的层之间的未用空间（vacant space）范围从10至20μm，这对于平均尺寸为1μm的污泥细菌在蛭石内生长而言已经足够。在蛭石的层之间的未用空间内发现了生长的簇。放大的图像提示所述簇是细菌生长的聚集。已知的是活性污泥具有大约20μm的平均絮凝物尺寸。因此，SEC图像中观察到的聚集物是蛭石内生长的活性污泥絮凝物，产生HDS。

实施例7：HDS的成分

进行热重量分析（TGA），以通过除去水和燃烧HDS内含有的所有机化合物来测量HDS中存在的蛭石的百分比。将样本加热至550℃和1000℃，并在蛭石表面显示出差异，前者出现暗深棕色（dulland dark brown），后者温度下出现光亮的黄色（shiny and brightyellow）。这些物理特征指示活性污泥在1000℃温度下被完全除去，但是在550℃温度下只被部分除去。已知水合蛭石通过TGA具有大于90%的重量减轻。但是，如图7所示，HDS减轻了82.2%的自身重量，证明在蛭石的层之间具有不是水的物质。这个结果解释了与采用NAS相比，采用HDS的不同水平的污泥体积的降低，其在TGA中其失去了98.7%的自身重量。

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本文引用的所有专利、公开的申请和文献都通过引用全文并入。

虽然本发明已经被具体显示并参考其示例性实施方式进行说明，但本领域普通技术人员将理解到，可以在形式和细节上进行各种改变，而不脱离由所附权利要求包括的本发明的范围。

Claims (16)

1.一种用于废水处理的方法，包括：

a）制成包括至少一种固体矿物添加剂和微生物的高密度污泥（HDS）;

b）在活性污泥池中将废水暴露于步骤（a）的所述HDS，并搅动所述废水和HDS以产生已处理废水、普通活性污泥和HDS的混合物；和

c）将HDS从步骤（b）的所述混合物中分离，以便在所述废水处理法中再次使用。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述步骤（a）包括：

d）在处理池中将至少一种固体矿物添加剂和水混合以形成混合物;

e）将步骤（d）中的所述混合物引入培养池中，所述培养池具有从活性污泥池获得的包括微生物、废水和有机废物的等分部分的混合液；

f）通过使步骤（e）中的所述混合物和所述混合液通气而搅动，使得所述微生物降解所述有机废物，从而形成所述HDS。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述步骤（b）包括：

g）将步骤（a）的所述HDS引入步骤（e）中所用的所述活性污泥池；

h）通过使所述活性污泥池中的所述废水和所述HDS通气而搅动一段时间，使得所述微生物降解所述有机废物，并使得所述HDS结合所述废物中的溶解和悬浮的固体——如果存在，从而生成已处理废水、普通活性污泥（NAS）和HDS的混合物。

4.根据权利要求1－3中任一所述的方法，其中所述步骤（c）包括：

i）将所述已处理废水从步骤（h）的所述混合物中分离；

j）根据密度或尺寸将所述HDS从步骤（i）的NAS中分离；和

k）将至少一部分从步骤（j）分离的所述HDS传输至步骤（d）的所述处理池中。

5.一种用于废水处理的方法，包括：

a）在处理池中将至少一种固体矿物添加剂和水混合以形成混合物;

b）将步骤（a）中的所述混合物引入培养池中，所述培养池具有从活性污泥池获得的包括微生物、废水和有机废物的等分部分的混合液；

c）通过使步骤（b）中的所述混合物和所述混合液通气而搅动，使得所述微生物降解所述有机废物，从而形成高密度污泥（HDS）;

d）将步骤（c）的所述HDS引入步骤（b）中所用的所述活性污泥池；

e）通过使所述活性污泥池中的所述废水和所述HDS通气而搅动一段时间，使得所述微生物降解所述有机废物，并使得所述HDS结合所述废物中的溶解和悬浮的固体——如果存在，从而生成已处理废水、普通活性污泥（NAS）和HDS的混合物；

f）将所述已处理废水从步骤（e）产生的所述混合物中分离；

g）根据密度或尺寸将所述HDS从步骤（f）的NAS中分离；和

h）将至少一部分从步骤（g）分离的HDS传输至步骤（a）的所述处理池中。

6.根据权利要求5所述的方法，还包括：

i）在步骤（c）中HDS的形成或在步骤（d）中废水的降解不充分的情况下，向所述培养池中加入有效量的含有能够降解有机废物的菌株的可存活微生物菌剂。

7.根据权利要求4或5所述的方法，其中根据密度或尺寸将所述HDS从所述NAS中分离发生在密度分选分离装置或者尺寸分选分离装置中。

8.根据权利要求1－7中任一所述的方法，其中所述至少一种固体矿物添加剂选自凹凸棒土、膨润土、硅藻土、蒙脱石、珍珠岩、细碧岩、蛭石、沸石、滑石、高岭石、纳长石、奥长石、倍长石、钙长石、橄榄石、顽辉石、透辉石、角闪石和多孔硅酸盐矿物或其组合。

9.根据权利要求4所述的方法，其中当处理的所述废水包括高浓度的有毒离子时，不执行步骤（j）和（k）。

10.根据权利要求5所述的方法，其中当处理的所述废水包括高浓度的有毒离子时，不执行步骤（g）和（h）。

11.根据权利要求2或5所述的方法，其中所述通气使得需氧微生物在所述添加剂的多孔结构内部和所述添加剂的表面上生长以形成HDS簇。

12.根据权利要求7所述的方法，其中所述尺寸分选分离装置是回转筛。

13.根据权利要求7所述的方法，其中所述尺寸分选分离装置是离心分离机。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述离心分离机使已处理废水、普通活性污泥和高密度污泥分别流向各自的出口，其中每个出口位于不同的高度。

15.根据权利要求1－14其中任一所述的方法，其中在进入所述活性污泥池之前对所述废水进行均衡。

16.根据权利要求1－15其中任一所述的方法，其中在用于所述方法之前，用水清洗所述至少一种固体矿物添加剂，以溶解和除去水溶性污染物。

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