一种利用古生菌对生化反应系统强化增效的方法与流程

1.本发明专利属于污水处理、生活垃圾堆肥处理、和沼气生产领域，可以提高污水处理、生活垃圾堆肥处理、和沼气生产等相关生化系统的生产能力，减少二次污染，节约生化系统的运行成本。
2.

背景技术：

3.随着国民经济的发展，环保行业越来受到重视。国家对污染物的排放标准也越来越苛刻，正因于此，很多在运行污水处理设施由于设计标准的不同，很难达到新的排放标准。同时，有些企业由于生产规模的扩大，增加了现有环保设施的负荷。如果要在新的条件下继续生产，要么就增加投资对现有设施扩建，要么通过技术手段在现有设施基础上改装和更新。同时，市场上现有的污水处理设施很多都是生化法，因为其工艺简单而广泛采用。但该方法由于是在有氧条件下进行的，需要大量补充新鲜空气来维持工程菌的生物活性，曝气是一个主要成本。另外，污水处理系统产生的二次污染主要是污泥和废气，同样也是个头痛的问题。本专利发明正好满足了这一市场需求，可以在提高生化系统活性的同时，还可以减少曝气量，减少污泥和产量。
4.随着国家城市化进程的加快，城市越来越大，垃圾处理已经成为很多城市的一个难题。而对生活垃圾的无害化利用是最佳的途径。生活垃圾堆肥处理就是一种很好的选择。同样也面临着处理能力提高和升级改造的问题。同时，生产环境中尽管有负压加氧措施，但还是不能避免大量恶臭气味的产生，本发明有效地解决了在增产、改善堆肥质量的同时还明显改善了生产环境，减少甚至消除生产环境地恶臭气味。
5.古生菌”这个概念是1977年由美国科学家卡尔
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沃斯和george fox提出的，原因是它们在16srrna的系统发生树上和其它原核生物有区别。这两组原核生物起初被定为古细菌（archaebacteria）和真细菌（eubacteria）两个界或亚界。卡尔
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沃斯认为它们是两支根本不同的生物，于是重新命名其为古菌（archaea）和细菌（bacteria），这两支和真核生物（eukarya）一起构成了生物的三域系统。
6.古生菌（archaea）或称古核生物是一类在进化途径上很早就与真细菌和真核生物相互独立的生物类群，过去把它们归属为原核生物是因为其形态结构、dna结构及其基本生命活动方式与原核细胞相似。最先发现的喜好高温的古生菌来自美国黄石公园。古生菌的生活环境常常是极端环境，即普通常见的生物是很难生存的高温、强酸强碱或盐浓度很高的环境中。
7.泉古菌（crenarchaeota）占全球生物量的35%，广泛存在于大自然中，是地球中碳循环关键角色。海洋中大多数co2都由泉古菌浮游生物固定。在氮循环过程中也起着关键作用，比其他微生物中氨氧化酶高3000倍。泉古菌可以是厌氧菌也可以是好氧菌。其特点是在其他生物均无法生长的恶劣环境中生长分裂。对古泉菌的开发和应用吸引着全世界的目光，越来越受到重视。尤其适合于用常规工程菌无法降解的高难度工业废水处理。
8.不同物种之间的电子交换在产甲烷和硫代谢的环境中是一个关键过程。在细菌和古生菌共生的环境中，由于两者之间的互生互养作用（syntrophic partner)，可以克服电子交换的能量壁垒，增进了新陈代谢作用，从而能将它们各自单独不能消化的化合物降解。
9.配合少量的营养物质，利用泉古菌可以制成独特的生物催化剂，用于不同的生物环境中增进微生物对污染物的分解作用。可以用于污水处理，沼气生产，垃圾处理和油污染土壤的改良。
10.

技术实现要素：

11.besa是从天然植物中通过发酵而培养产生的生物活性物质。这些天然物质包括海洋生物。其培养过程需要数年的试验和开发. 其中包含有多种成分，如微有机物、微营养物、协同因子和嗜菌体。
12.besa可以提高原生微生物（indigenous micro-organisms）的能力，通过发酵（fermentation）、微营养(micro-nutrients)和协同因子(co-factors)作用,增强了新陈代谢作用从而导致加快了污染物的分解，减少了污泥的产生。
13.嗜菌体可以解释为有些抗生素特性，并且可能在污泥累积过程中产生还原作用。
14.besa 在污染物物分解过程中发挥的作用，分两步进行：第一步：当污染物从工业装置进入污水池后，由于细菌的作用被分解为酸、醇、胺和不融性污泥。分解产物对细菌有毒害作用，慢慢减退甚至停止起作用。以上产物停留在水池中，直到第二步起作用；第二步：besa中独特的微生物将污泥和有毒物质分解为水、二氧化碳、甲烷和氮气。病原体减少而持水量增加了。第二步产生的物质是无毒无害的，污染物分解彻底。
15.对氨的降解作用有两种机理：.1 将大分子氨转化为有机胺基团
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氨基酸和蛋白质2. 增强消化反应，脱硝作用硝酸盐还原成亚硝酸盐效率不高。氧是很好的电子供体。然而在低的溶氧量下硝化还原反应才发生。脱硝作用通过副球菌（paracoccus）、假单菌（pseudomonas）、红细菌（rhodobacter）来完成。besa 能够促进这些有毒物质部分的消化吸收，使得反应更加充分彻底。
16.传统的暴气供氧工艺，为了加速有机废物的分解，通常是用增加暴气量的方法。但事实上有时候会适得其反，在高氧条件下有机物容易繁殖，而降低降解能力。
17.besa 可以使污染物降解而无需高成本的暴气。
18.besa和其他微生物之间存在共生（simbiosis）和互养（syntrophy）合作关系，在细菌和古生菌共生的环境中，由于两者之间的互生互养作用（syntrophic partner)，可以克服电子交换的能量壁垒，增进了新陈代谢作用，从而能将它们各自单独不能消化的化合物降解，从而起到其它微生物单独作用所不能达到的效果。
19.根据处理目标的大小，本发明使用的生物强化装置（cpu）其容积可以是200升到5000升的立式反应器，如果目标处理物的规模比较大，有时候需要多个生物强化装置同时使用。cpu跟自来水管连接，并且入口控制流量。cpu的大小以及数量，根据具体情况而定，但必须保证清水在cpu的停留时间充分，通常在10-25小时以上。而cpu的总流量，也就是cpu出
口活性成分的流量，按照目标处理物流量的1-5ppm计算。
20.一预先设计好的含有相应古菌的besa袋子固定在反应器的上面以提供反应所需的生物成分。
21.按照具体besa及营养物质的种类以及处理工艺要求，将预先设计好的营养物质量在底部按照一定的工艺要求铺上作为基质层。通常情况下，每个cpu需要一次性配制10-50公斤基质。
22.在稳定的状态下，一定剂量的顶层besa和基层物质同时消耗，并且连续不断地通过控制系统排放到目标处理物中。
23.上层和下层的微环境不相同但同样都很重要，它们共同提供协同因子促进新陈代谢作用。上层的besa生物袋分解并释放活性物质到底部。在开始启动阶段，需要的量会更多，随着时间的推移，逐渐达到稳定。
24.当自来水进入cpu后通过释放器，水跟besa及基质接触。水和基质层刺激了微生物的生长，当cpu满后，携带微生物的水通过重力从隔层排出cpu。隔层跟一出口管相连，并将有效活性成分从cpu引入到待处理的生物系统之中。
25.cpu内温度的控制是自动完成的，且可以调节，温度通常控制在25-40度之间。
26.自动给料系统，有根据具体工艺要求而设计的流量控制单元，液位控制单元以及给料泵以及相应的连接接头组成。启动过程中，观察cpu液位的变化及温度的变化情况，如有偏离及时做出调整。
27.当cpu系统经过10-25天的内部反应并达到稳定之后，生物活性成分从cpu连续排出，随时检测目标生化系统的各项控制指标，对于污水处理系统，重点监测cod及氨氮情况，并绘制随着时间推移的变化曲线。对于生活垃圾堆肥发酵池，除了重点监测车间臭气成分变化，还要定期检测ph值，电导率（ec），总有机碳（toc），全氮（tn）。
28.附图说明：附图1是生物强化装置示意图附图中标记分别为: 1.1
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顶盖， 1.2
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进水控制 1.3 温度控制单元 1.4 外壳 1.5 催化剂基层 1.6 顶部菌袋 1.7 活性成分排除口 1.8 控制阀门 1.9 排处控制单元 1.10 排放口附图2：污水处理工艺路线图附图3：生活垃圾堆肥处理工艺路线图
29.污水处理实例：如图2所示，石化企业的含油污水处理。污水原水流量90吨/小时，经过隔油、气浮前处理工艺，在延池曝气池里进行活性污泥生化处理，后经过沉淀池，最后处理水达标排放。延时曝气池有效容积为3200立方米.进出水各项设计指标表1 污水处理设计参数序号项目设计生化进水指标出水指标1ph6
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92codcr≤1500503氨氮≤604
4硫化物≤201.05油≤5046挥发酚≤800.5使用3个容积分别为2000升的生物强化装置cpu同时使用。在延迟曝气池旁边适当位置安装调试好后，在每台cpu里面预装10-40公斤与besa配套使用的基层营养物质。同时在cpu顶部固定好2-6袋成品besa标准袋，每个besa袋为300克。工作介质用自来水。
30.开始调试前保证生化排泥系统的通畅，实现生化系统的稳定运行，前处理利用原系统的隔油及涡凹气浮设备，生化工艺只利用3座延时曝气池及二沉池。
31.不改变原有工艺，不增加构筑物的情况下，在延时曝气池安装besa强化装置（含控制系统）两台，利用besa生物强化技术，最终实现稳定的达标排放。
32.besa生物强化装置的安装和调试运行过程不影响现有系统的正常运行。cpu生物强化装置、古菌besa和底层培养基在正常使用60~90日内系统的出水指标、污泥性能等将明显改善，并且达到预期目标。
33.调试初期，首先按照延时曝气池有效容积的1-5ppm的流量向延时曝气池连续不断地输入cpu培养成熟的活性成分，按计划的周期检查和更换besa袋子。
34.cpu生物强化装置自带控制系统和灌排系统，可以自动控制cpu温度和流量。引入的自来水在cpu内停留时间确保在10-25小时以上，然后稳定流量。
35.生活垃圾堆肥处理实例：具体工艺示意图如附图3所示。
36.根据目标处理物的情况，分拣后的有机垃圾处理量为1300吨/天，使用2个容积分别为2500升的生物强化装置cpu同时使用。安装调试好后，在每台cpu里面预装10-40公斤与besa配套使用的基层营养物质。同时在cpu顶部固定好2-8袋成品besa标准袋，每个besa袋为300克。工作介质用自来水。
37.将清水（自来水）引进到cpu后通过释放器跟besa 基质接触，激发了微生物的生长。当cpu填满后，携带微生物的水通过重力从隔层排出cpu。隔层跟排水管子相联，并将有效活性成分从cpu引入到待处理的水池之中。
38.具体实施方法是，将一定量的古生菌besa和基质层按照工艺要求放置在cpu之中，引入清水，按照一定的工艺条件调试cpu内部的生物环境，使besa达到最佳生存条件。从cpu排除的besa古生菌活性成分，贮存在缓冲池中，然后按照一定比例跟过滤后的渗沥液混合后，通过安装在输送皮带上的自动喷洒系统，按照垃圾处理量喷加到垃圾之中。
39.渗沥液的加入量，是生产过程中对垃圾中水份的含量要求而进行调节。渗沥液可以用中水或自来水代替，总之，其目的是满足生产工艺要求的前提下保证喷洒系统的正常运行。
40.cpu是24小时全天运行的，而垃圾处理设施运行时间是每天8-10小时，因而需要根据流量需要在现场制作一缓冲池，以便cpu连续释放的活性成分在垃圾处理设施停止运行阶段可以得到保存。喷洒系统的喷洒流量无论怎么样变化，都必须保证cpu每天所产的活性成分全部均匀地投加到当天处理的垃圾之中。cpu流量的设计依据是每天处理生产全部垃圾的量，如果处理量有变化，需要对cpu流量做相应的调整。
41.具体工艺操作设计参数如下：
表2 设计参数