CN109160615A - 一种同步缓解膜生物反应器膜污染与控制污泥产率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种膜生物反应器(MBR)膜污染控制与污泥产率控制方法，包括如下步骤：1)以蛭弧菌类细菌、黄色黏球菌、酵母菌、芽孢杆菌、放线菌的一种或几种制备多功能复合菌剂；2)将多功能复合菌剂直接或现场活化后根据水量、水质、系统温度，流加投入好氧膜生物反应器。通过向MBR反应器中投加一种具有生物捕食能力和胞外水解酶分泌能力强等特性的多功能复合菌剂，通过裂解微生物细胞壁并破坏污泥结构，抑制膜反应器上生物膜形成，减少污泥混合液中胞外聚合物(EPS)和溶解性微生物产物(SMP)的含量，促进泥水同步降解，有效减缓MBR的膜污染并控制系统污泥产率，达到稳定反应器内污泥浓度的效果,减轻污水和污泥处理压力，并且对处理出水水质无影响。

Description

一种同步缓解膜生物反应器膜污染与控制污泥产率的方法
技术领域
本发明涉及一种控制方法，特别涉及一种同步缓解膜生物反应器膜污染与控制污泥产率的方法，属于生物技术处理污泥的技术领域。
背景技术
近年来，膜生物反应器(MBR)作为一项富有创新性和前景的废水处理工艺，日益受到人们的关注。它将膜的物理分离和活性污泥的生物降解结合起来，以膜分离装置取代传统活性污泥反应器中的二沉池，从而实现高效的固液分离。与传统的废水生物处理工艺相比具有许多优点，包括：出水水质好，占地面积小等。然而，MBR运行过程中产生的膜污染问题需耗费大量的费用，极大程度地制约了它的推广。
膜污染是指在膜过滤过程中水中的溶质大分子、微小颗粒和胶体粒子等物质在膜表面形成滤饼层，这些污染物的积累会增加过滤阻力，从而增加整个系统运行能耗。膜污染形成的原因复杂，有研究发现，溶解性难降解小分子有机物析出并与污泥混合液悬浮固体(MLSS)结合在膜表面会形成凝胶层，引起膜污染，造成膜堵塞，同时认为胞外聚合物(EPS)和溶解性微生物产物(SMP)的是引起膜污染最关键的物质。
同时，目前我国污水生化处理过程中产生的剩余污泥量巨大，中国城镇污水处理厂每年产生的含水率为80％的污泥超过了3000万吨，且污泥处理成本高昂，约占污水处理厂运行费用的25-40％，为污水处理厂运行带来了不小的负担，同时实际应用中污泥处置不当所造成的污染问题较为严重。因此，需要加快污泥处理处置方式的转变，只有从源头最大程度地控制与减少污泥产生量，才是满足生态环境保护与可持续发展要求的最佳方向。
发明内容
本发明正是针对现有膜生物反应器应用中存在的技术问题，提供一种同步缓解膜生物反应器膜污染与控制污泥产率的方法，所要解决的技术问题为提供一种膜生物反应器膜污染缓解与污泥产率控制生物技术，综合运用微生物裂解、EPS和SMP降解、抑制反应器过滤膜上凝胶层与生物膜的形成等原理，实现泥水同步降解，缓解膜污染并控制系统污泥产率，达到稳定反应器内污泥浓度的效果，减少污水和污泥处理成本，无二次污染及卫生安全问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种同步缓解膜生物反应器膜污染与控制污泥产率的方法，其特征在于，所述方法包括具体如下：
1)制备多功能复合菌剂，所述多功能复合菌剂由菌株为保藏号为CGMCC No.15222的蛭弧菌(Bdellovibrio sp.)SDWB03，黄色黏球菌、酵母菌、芽孢杆菌、放线菌的一种或几种制备而成；
2)将多功能复合菌剂直接或现场活化后流加投入膜生物反应器。
该方案中，菌种的保藏信息如下：菌种名称：SDWB03；菌种分类：蛭弧菌；保藏号：CGMCC No.15222；保藏地址：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心；保藏时间：2018年5月7日。
作为本发明的一种改进，所述步骤1)中多功能复合菌剂中微生物浓度范围在106—1013pfu/mL。
作为本发明的一种改进，所述步骤2)中的多功能复合菌剂投加量为膜生物反应器内处理水量的0.05～0.5‰。
作为本发明的一种改进，所述步骤2)中的多功能复合菌剂投加频率为2-10d。
作为本发明的一种改进，所述步骤2)中的膜生物反应器为好氧-膜反应器，投加点设置在膜生物反应器的进水口附近。
作为本发明的一种改进，所述的膜生物反应器，初始污泥质量浓度需控制在5～22g/L，优选为6～18g/L，噬菌微生物可通过粘附捕食(Epibiotic predation)、侵入捕食(Endobiotic predation)、狼群捕食(Wolfpack group)等作用杀死并降解细菌，如蛭弧菌类生物(Bdellovibrio-and-like organisms)和黄色黏球菌Myxococcus xanthus等。如蛭弧菌是以捕食宿主菌为生的小型寄生性革兰氏阴性好氧细菌，在自然界中广泛存在，其可裂解大多数革兰氏阴性菌和少部分革兰氏阳性菌，但不会侵染真核细胞，对动物与人体无致病性，《饲料药物添加剂允许使用品种目录》中已将蛭弧菌列入饲料药物添加剂允许使用的微生物有益菌类中。黄色粘球菌可以捕食各类原核生物，包括蓝细菌、各类革兰氏阳性菌株和大肠杆菌、根瘤菌等各类革兰氏阴性菌。膜生物反应器内的高污泥浓度条件(5～22g/L)和曝气高溶解氧环境(1-2mg/L)保证了该类细菌与宿主细菌的充分接触并适宜其生长。MBR反应器内的蛭弧菌与黄色黏球菌等通过捕食宿主细胞以达到增殖生长的同时，有效减缓反应器内污泥浓度随着污水处理时间的延长而不断增加的趋势，从而可控制系统污泥产率，大大减少后续剩余污泥的处理处置需求和费用，降低污水处理系统运行与处理成本。同时MBR投资和运行成本较高，MBR的膜组件造价高，并在反应器运行过程中容易出现膜污染，其主要原因是由于污水生物处理过程中一些溶解性难降解有机物——主要是来源于污泥细胞胞外多聚物(EPS)和和溶解性微生物产物(SMP)中的蛋白质、多糖和腐殖酸等，这些溶解性难降解有机物析出并与污泥混合液悬浮固体(MLSS)结合富集到膜表面形成凝胶层与生物膜，故需要定期清洗。而多功能复合菌剂中的蛭弧菌与黄色黏球菌等可通过分泌胞外蛋白酶、聚糖酶等水解污泥中的蛋白质、糖类、核酸和脂肪酸类物质，并协同其噬菌作用降低污泥产率、将反应器内污泥浓度稳定维持在最佳控制工况范围内的同时，降解膜表面凝胶层生成的前驱物与组成物质，有效控制微生物的附着与凝胶层的形成、抑制膜污染产生，延长膜使用寿命，保证MBR运行的稳定性与长期性，降低其运行费用。
本发明专利主要运用微生物裂解、EPS和SMP降解、污泥絮体结构破坏等的藕合作用原理，高效、经济的达到缓解膜污染并控制系统污泥产率的效果。通过投加噬菌微生物(蛭弧菌类生物和黄色黏球菌等)促进了污泥中部分微生物的裂解与泥水同步降解，抑制了污泥产率，可保证反应器内污泥浓度长期稳定在设计最佳浓度范围内，同时减缓膜上微生物的附着和抑制凝胶层形成，有效控制膜污染。同时本发明提出的多功能复合菌剂通过复配其他菌种，主要包括酵母菌、芽孢杆菌、放线菌，其作为高效蛋白酶、聚糖酶产生菌可强化EPS和SMP水解，协同提高噬菌微生物生物捕食作用，加速污泥絮体裂解，强化EPS和SMP降解，能够大大提升抑制膜污染生成的效果，延长多功能复合菌剂作用时效。各组分之间相互协同作用，共同提高膜污染和污泥浓度控制效果。与现有技术相比，多功能复合菌剂具有经济普适、操作简单、作用持久等优势，显著减少污泥排放量和排放频次，减轻污泥处理处置压力，无二次污染及卫生安全问题，从源头减少污泥排放量并有效减缓膜污染，有效减轻污水厂的工艺运行与污泥处理处置压力，具有多重经济和环保效益。
相对于现有技术，本发明的优点如下：1)发明通过投加多功能复合菌剂促进了反应器内微生物的自身裂解，实现了泥水同步降解，故可有效控制系统污泥产率，以保证在较长时间内不外排污泥的情况下控制反应器内污泥浓度稳定在设计浓度范围内从而长期稳定正常运行；2)该方案抑制生物膜形成，减少污泥混合液中EPS和SMP的含量，有效减缓膜污染，延长膜使用寿命，降低MBR膜工艺运行费用；3)该方案无需投加酶制剂、化学解偶联剂、氧化剂等化学制剂，操作简单且无环境生态与卫生安全问题；4)该方案显著减少污泥排放量和排放频次，减轻污泥处理处置压力，降低污泥处理处置成本；5)该工艺出水水质稳定良好。
附图说明
图1为实施例1空白组和实验组膜污染状态示意图；
图2为实施例1中系统日污泥排放量状态示意图。
图3为实施例2运行60天内实验组和对照组污泥增长状态示意图；
图4为实施例2连续运行中2组实验的出水达标情况示意图；
具体实施方式
为了加强对本发明的理解和认识，下面结合附图和具体实施方式对本发明做出进一步的说明和介绍。
实施例1：一种同步缓解膜生物反应器膜污染与控制污泥产率的方法，
1)制备多功能复合菌剂，所述多功能复合菌剂由菌株为保藏号为CGMCC No.15222的蛭弧菌(Bdellovibrio sp.)SDWB03，黄色黏球菌、酵母菌、芽孢杆菌、放线菌的一种或几种制备而成；
2)将多功能复合菌剂直接或现场活化后流加投入膜生物反应器。
所述步骤1)中多功能复合菌剂中微生物浓度范围在106—1013pfu/mL。
所述步骤2)中的多功能复合菌剂投加量为膜生物反应器内处理水量的0.05～0.5‰。
所述步骤2)中的多功能复合菌剂投加频率为2-10d。
所述步骤2)中的膜生物反应器为好氧-膜反应器，投加点设置在膜生物反应器的入口处。
所述的膜生物反应器，初始污泥质量浓度需控制在5～22g/L，优选为6～18g/L6～10g/L。
所述步骤2)中的多功能复合菌剂投加于膜生物反应器中，系统最终的噬菌型微生物数量达到103pfu/mL以上。
应用实施例1
通过在实验室模拟MBR工艺，验证本方法对缓解膜污染和污泥产率控制效果。
MBR工艺模拟装置主要由进水箱；蠕动泵，2个平行的膜生物反应器装置(包括膜组件)；曝气系统(空气泵、空气流量计和曝气管)组成。
接种污泥取自江苏省某污水处理厂浓缩池。试验用水采用人工配水模拟生活污水，水质参数为COD 300～400mg/L，NH4 +-N 30～40mg/L，pH值为6.5～8.0。膜组件为聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜板膜，膜平均孔径为0.1μm。水力停留时间为10h，曝气强度为0.6m3/h。室温条件下运行。大约经过20～30天培养后，反应器内的污泥浓度和性质基本稳定。试验中污泥的MLSS浓度均保持在8g/L左右。
运行稳定后，设置实验室与空白组。实验组每隔4个周期投加一次多功能复合菌剂，投加比为进水的0.1‰
其配比如下：
蛭弧菌SDWB03，80％；
芽孢杆菌，10％；
放线菌，10％。
其中，蛭弧菌SDWB03活菌数为8×1010pfu/mL。
膜污染情况可以用过膜压差(TMP)来表示。根据膜组件设计的要求，在恒流抽吸条件下，管道吸引压力需保持在5～50kPa的范围内才能延长膜的使用寿命，当TMP超过50kPa就需要对膜组件进行清洗。在恒流抽吸作用下运行MBR，随着膜污染的加剧，TMP会不断升高。
膜反应器中反映的过膜压差(TMP)值能直观地表现膜污染现状，过膜压差值越高表示膜片的过滤性越差，膜通量越低。
从图1中可以看出，空白对照组在12天后膜污染严重，TMP达到50kPa；而实验组在接种多功能复合菌剂后，在31天后发生膜污染，可见多功能复合菌剂使膜的可持续过滤性大大增强，膜使用周期延长了近2倍，。
污泥产率控制效果一般可通过日污泥排放量来反映污泥增长情况，用污泥产率变化来表征。系统运行过程中两组系统的日污泥排放情况如图2所示，污泥产率如表1所示。
系统日污泥排放量如图2所示，在运行的30d中，实验组系统始终保持着较低的日污泥排放量，并始终低于空白组。说明实验组可以维持较低的日污泥增长量，即可有效控制系统的污泥浓度。如表1所示，两组系统的污泥产率分别为0.311和0.162kg MLSS/kg COD，证实通过投加多功能复合菌剂可以有效控制污泥产率。前面专利写作都没提污泥排放量，只说明维持污泥浓度，这里却作为一个指标，是不是前面要做相应调整，改为降低了污泥产率和剩余污泥排放量。
表1
组别 日污泥产量(mg) 污泥产率(kg MLSS/kg COD)
空白组 4175±327 0.331
实验组 2078±263 0.162
应用实施例2：
在某城镇污水处理厂好氧-膜生物反应器投加多功能复合菌剂进行试验。污水厂处理水量为1万m3/d，有2组平行的膜-生物反应器工艺，两组工艺中的污泥浓度初始浓度控制在7000-8000mg/L，其中一组作为对照，一组作为实验组，在实验组的膜生物反应器(好氧池)内投加蛭弧菌类生物、黄色黏球菌、芽孢杆菌、放线菌混合多功能复合菌剂。
其中，多功能复合菌剂配比如下：
蛭弧菌SDWB03，65％；
黄色黏球菌，15％；
芽孢杆菌，12％；
放线菌，8％。
其中，蛭弧菌SDWB03的活菌数为(6～9)×1011pfu/mL。
先将多功能复合菌剂加5倍自来水曝气活化4h，用蠕动泵流加到膜生物反应器的进水口，流加量为处理水量的0.1‰，投加频率为3天一次。
连续运行2个月，每隔5d检测实验组和对照组的出水水质、污泥浓度变化，期间不排泥。同时每隔10d测定膜污染情况，其中膜污染情况主要通过测序过膜压力(TMP)的增长趋势来表征。
由表2的结果可知，本发明中多功能复合菌剂的添加，能够大大减缓MBR膜污染，延长膜使用寿命。
由图3可知，连续运行10d后，实验组污泥性状明显改善，污泥产生量开始减少，在运行后期基本保持在9000～1000mg/L，而对照组污泥浓度呈持续增长趋势，最终达到14000～15000mg/L，这说明投加多功能复合菌剂可显著降低生化处理系统中污泥的增长速率，减少污泥产量，即可以有效控制系统中污泥产率，降低剩余污泥的排放量，减轻污水处理厂剩余污泥处理处置压力。
由图4可知，在连续运行过程中，2组实验的出水COD，NH4 +-N，TN，TP均能达到一级A标准。利用多功能复合菌剂进行膜污染和污泥产率控制过程中，系统对COD、总氮和总磷的去除效果不会受到影响，出水水质良好，可作为回用中水。
表2
时间(天) 实验组TMP(kPa) 对照组TMP(kPa)
0 11.3 10.8
10 12.7 13.7
20 14.8 17.4
30 15.9 24.4
40 18.1 31.9
50 23.1 45.5
60 32.3 58.5
需要说明的是上述实施例，并没有用来限定本发明的保护范围，在上述基础上所作出的等同替换或者替代均属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种同步缓解膜生物反应器膜污染与控制污泥产率的方法，其特征在于，所述方法包括具体如下：
1)制备多功能复合菌剂，所述复合菌剂由菌株为保藏号为CGMCC No.15222的蛭弧菌(Bdellovibrio sp.)SDWB03，黄色黏球菌、酵母菌、芽孢杆菌、放线菌的一种或几种制备而成；
2)将多功能复合菌剂直接或现场活化后流加投入膜生物反应器。
2.根据权利权利要求1所述的同步缓解膜生物反应器膜污染与控制污泥产率的方法，其特征在于：所述步骤1)中多功能复合菌剂中微生物浓度范围在106—1013pfu/mL。
3.根据权利权利要求1所述的同步缓解膜生物反应器膜污染与控制污泥产率的方法，其特征在于：所述步骤2)中的多功能复合菌剂投加量为膜生物反应器内处理水量的0.05～0.5‰。
4.根据权利权利要求1所述的同步缓解膜生物反应器膜污染与控制污泥产率的方法，其特征在于：所述步骤2)中的多功能复合菌剂投加频率为2-10d。
5.根据权利权利要求1所述的同步缓解膜生物反应器膜污染与控制污泥产率的方法，其特征在于：所述步骤2)中的膜生物反应器为好氧-膜反应器，投加点设置在膜生物反应器的进水口附近。
6.根据权利权利要求1所述的同步缓解膜生物反应器膜污染与控制污泥产率的方法，其特征在于：所述的膜生物反应器，初始污泥质量浓度需控制在5～22g/L。
7.根据权利权利要求1所述的同步缓解膜生物反应器膜污染与控制污泥产率的方法，其特征在于：所述步骤1)中多功能复合菌剂中蛭弧菌类生物和黄色黏球菌的总比例在70％以上。
8.根据权利权利要求1所述的同步缓解膜生物反应器膜污染与控制污泥产率的方法，其特征在于：所述步骤2)中的多功能复合菌剂投加量为膜生物反应器内处理水量的0.15～0.35‰。
9.根据权利权利要求1所述的同步缓解膜生物反应器膜污染与控制污泥产率的方法，其特征在于：所述的膜生物反应器，初始污泥质量浓度需控制在6～18g/L。
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