本发明涉及废水处理领域，具体地，涉及活性炭-活性污泥耦合工艺中微生物含量的测定方法，及采用该测定方法控制微生物含量和活性炭含量的活性炭-活性污泥耦合工艺。
背景技术：
活性污泥处理工艺是一种广泛使用的污水处理工艺。在曝气池中，由微生物组成的活性污泥与污水中的有机污染物物质充分混合接触，并将其降解吸收并分解，这是活性污泥工艺的核心。曝气系统的作用是向曝气池供给微生物增长及分解有机物所必须的氧气，并起混合搅拌作用，使活性污泥与有机物充分接触。在曝气池内，悬浮的大量肉眼可观察到的絮状污泥颗粒就是活性污泥絮体。随着有机污染物被分解，曝气池每天都净增一部分活性污泥。
活性炭-活性污泥耦合工艺是一种向活性污泥曝气池中投加粉末活性炭，形成复合式生物反应器的新型水处理工艺，其工艺特点是活性炭颗粒包裹在活性污泥絮体中，通过活性炭吸附和生物降解的有机结合，强化活性污泥絮体的净化功能，提高系统的处理能力。该工艺的主要功能就是将悬浮性、胶质性以及溶解性的污染物转化成可降解的粉末活性炭生物胶体，促进污泥沉降，增加溶解性有机物、色度、毒性物质、重金属的去除率。活性炭-活性污泥耦合工艺不仅保持了传统活性污泥法的优点，同时也由于活性炭吸附剂的加入而大幅度提升了有机、无机污染物的去除率，在处理石化废水、焦化废水、锦纶废水、印染废水等废水时，均取得比常规活性污泥法更好的效果。
在活性炭-活性污泥耦合工艺的曝气池中，活性炭不仅为微生物提供固定化生物载体，而且活性炭与微生物絮体紧密结合，发生生物降解与活性炭吸附之间相互促进的协同作用，提高了污水处理效率。在曝气池中，活性炭不断累积，最终与活性污泥达到动态平衡，形成混合污泥。如果活性炭浓度过高，不仅增加处理成本，而且活性炭浓度超出了微生物的生物絮凝范围，且由于活性炭粉末密度较小，比表面积较大，活性炭粉末不易沉淀，造成二沉池出水中含有较高浓度的活性炭，不仅使工艺出水COD和浊度偏高，水质较差，而且活性炭流失严重，不利于活性炭回收和再生。如果活性炭浓度太低，则不能充分发挥活性炭的吸附作用，当污水中含较高浓度的难降解有机物时，微生物无法充分降解这些难降解有机物，出水水质也容易不合格。因此，测定混合污泥中微生物含量，合理调整微生物与活性炭的比例，对于该工艺的性能评价及处理系统的运行和控制具有重要的意义。
《排水工程》(张自杰主编，中国建筑工业出版社，第四版)指出，混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)能够表示相对生物量值，因此，广泛地用于活性污泥处理系统的设计和运行。《PACT活性污泥中生物质量与粉末活性炭质量的计算和测定》(臧炳祺等,《环境科学》,1991,(6):52-54)给出了一种微生物含量的测定方法，该方法需要预先测定活性污泥的性质。但是，由于在实际工艺中活性炭与微生物絮体紧密结合，不能把活性炭与微生物絮体有效分离，因此该方法可操作性较差。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服现有技术中活性炭与活性污泥无法分离致使测定方法可操作性差的缺陷，提供一种简单、准确性高的活性炭-活性污泥耦合工艺中微生物含量的测定方法及活性炭-活性污泥耦合工艺。
一方面，本发明提供了一种微生物含量的测定方法，所述方法包括：
(1)将含有活性炭和活性污泥的体积为L1的混合污泥进行预处理；
(2)将经预处理后的污泥进行高温处理；
(3)将经高温处理后的污泥进行泥水分离；
(4)将泥水分离得到的污泥烘干至恒重，得到处理后污泥，重量记为W1，所述处理后污泥的浓度M1＝W1/L1；
(5)另取体积为L2的所述混合污泥烘干至恒重，重量记为W2，所述混合污泥的浓度M2＝W2/L2；
(6)计算所述混合污泥中微生物含量＝M2-M1。
优选地，步骤(1)中，所述预处理包括调节所述混合污泥为碱性，更优选地，调节所述混合污泥的pH值为12-14。
优选地，步骤(2)中，所述高温处理的条件包括：温度为150-300℃，更优选为180-260℃；时间为10-300min，更优选为30-120min。
优选地，步骤(3)中，所述泥水分离的方式包括离心、无压过滤、真空抽滤，更优选为真空抽滤。
优选地，步骤(4)和步骤(5)中，烘干的温度为103-105℃。
第二方面，本发明提供了一种活性炭-活性污泥耦合工艺，所述工艺包括：
(a)测定曝气池中微生物含量；
(b)测定曝气池中活性炭含量；
(c)控制曝气池中微生物含量与活性炭含量之比为1:1-4，并控制微生物含量为3000-4000mg/L，
其中，步骤(a)采用如上所述的方法进行测定。
优选地，步骤(c)中，控制曝气池中微生物含量与活性炭含量之比为1:1.5-2.5。
优选地，步骤(b)中，测定曝气池中活性炭含量的方法包括：取体积为L3的所述混合污泥在500-600℃灼烧至恒重得到残渣，重量记为W3，所述残渣的浓度M3＝W3/L3，曝气池中活性炭含量＝M1-M3。
本发明的微生物含量的测定方法无需将活性炭与活性污泥分离，可操作性强，且方法简单、准确性高；本发明的活性炭-活性污泥耦合工艺，优化了微生物与活性炭的配比，充分利用了活性污泥中微生物的生物絮凝作用，不仅工艺出水中活性炭浓度非常低，减少了活性炭流失，而且出水水质显著提高。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
一方面，本发明提供了一种微生物含量的测定方法，该方法包括：
(1)将含有活性炭和活性污泥的体积为L1的混合污泥进行预处理；
(2)将经预处理后的污泥进行高温处理；
(3)将经高温处理后的污泥进行泥水分离；
(4)将泥水分离得到的污泥烘干至恒重，得到处理后污泥，重量记为W1，所述处理后污泥的浓度M1＝W1/L1；
(5)另取体积为L2的所述混合污泥烘干至恒重，重量记为W2，所述混合污泥的浓度M2＝W2/L2；
(6)计算所述混合污泥中微生物含量＝M2-M1。
本领域技术人员应该理解的是，本发明旨在测定活性炭-活性污泥耦合工艺中曝气池中的微生物含量，以通过测定控制曝气池中微生物与活性炭的 含量，从而优化活性炭-活性污泥耦合工艺，减少活性炭流失，提高出水水质。因此，对于活性炭-活性污泥耦合工艺的整体工艺流程无特殊要求，可以采用常规的活性炭-活性污泥耦合工艺流程，例如，废水进入曝气池，在活性炭和微生物的共同作用下进行曝气处理，曝气池出水进入二沉池进行沉淀分离，沉淀分离后的上清液作为系统出水排出，底部污泥部分回流至曝气池，部分进入再生系统进行活性炭再生，剩余污泥脱水排放。对活性炭-活性污泥耦合工艺中除了曝气池中微生物和活性炭含量之外的其他工艺条件也无特殊要求，可以采用常规的工艺条件，此为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。
本发明中，测定曝气池中微生物含量时，含有活性炭和活性污泥的混合污泥即为曝气池中的混合污泥。
本发明步骤(1)中，优选地，预处理包括调节混合污泥为碱性，更优选地，调节混合污泥的pH值为12-14。在上述优选情况下，可以进一步提高测定的准确性。
本发明步骤(2)中，优选地，高温处理的条件包括：温度为150-300℃，优选为180-260℃；时间为10-300min，优选为30-120min。
本发明步骤(3)中，对于泥水分离的方式无特殊要求，可以采用常规的泥水分离方式，例如可以包括离心、无压过滤、真空抽滤等，优选为真空抽滤。
本发明步骤(4)和步骤(5)中，烘干的温度为103-105℃。由于步骤(4)是为了得到处理后污泥的干重，以计算处理后污泥的浓度，步骤(5)是为了得到混合污泥的干重，以计算混合污泥的浓度，从而计算微生物含量，因此，为了方法的一致性和准确性，优选地，步骤(4)和步骤(5)中烘干的温度相同。
本领域技术人员应该理解的是，本发明步骤(4)中，处理后污泥的浓 度M1＝W1/L1，此浓度即为曝气池中处理后污泥的浓度。本发明步骤(5)中，混合污泥的浓度M2＝W2/L2，此浓度即为曝气池中混合污泥的浓度，因此，对于L1和L2的取值无特殊要求，可以相同也可以不同。
本发明步骤(5)中，为了更准确地测定混合污泥的浓度，在烘干之前，优选将混合污泥经定量滤纸过滤。
本发明中，微生物含量即指曝气池中微生物浓度。
第二方面，本发明提供了一种活性炭-活性污泥耦合工艺，该工艺包括：
(a)测定曝气池中微生物含量；
(b)测定曝气池中活性炭含量；
(c)控制曝气池中微生物含量与活性炭含量之比为1:1-4，并控制微生物含量为3000-4000mg/L，
其中，步骤(a)采用如上所述的方法进行测定。
本发明步骤(c)中，优选地，控制曝气池中微生物含量与活性炭含量之比为1:1.5-2.5。在该优选情况下，可以进一步减少活性炭流失，进一步提高出水水质。
本发明中，对于控制曝气池中微生物含量与活性炭含量的方式无特殊要求，可以采用本领域技术人员所能想到的各种方式，例如，可以通过控制加入新鲜活性炭的量、控制再生炭的投加量、控制曝气池水力停留时间、控制二沉池水力停留时间、控制回流比等各种方式进行控制，只要使曝气池中微生物含量与活性炭含量之比及微生物含量符合上述要求即可。
本发明中，回流比是指二沉池回流至曝气池的回流污泥的流量与曝气池进水流量的比值。
本发明步骤(b)中，测定曝气池中活性炭含量的方法优选包括：取体积为L3的混合污泥在500-600℃灼烧至恒重得到残渣，重量记为W3，残渣的浓度M3＝W3/L3，曝气池中活性炭含量＝M1-M3。
本领域技术人员应该理解的是，本发明中，残渣的浓度M3＝W3/L3，此浓度即为曝气池中残渣的浓度，因此，对于L3的取值无特殊要求，L1、L2、L3可以相同，也可以不同。
本发明中，曝气池中活性炭含量即指曝气池中活性炭浓度，曝气池中活性炭含量＝M1-M3，即活性炭浓度＝混合污泥的浓度-微生物浓度-残渣浓度，即验证了曝气池中混合污泥除了水之外，由活性炭、微生物和残渣三部分组成。
实施例
以下的实施例将对本发明作进一步的说明，但并不因此限制本发明。
在以下实施例和对比例中：
COD的测定：采用重铬酸盐法(GB 11914-89)；
活性炭流失率＝系统出水活性炭浓度/系统进水活性炭浓度×100％
实施例1-1
本实施例用于说明本发明的微生物含量的测定方法。
某传统活性污泥法工艺，从曝气池中取50mL活性污泥置于定量滤纸过滤后，于103℃烘干至恒重，计算活性污泥浓度为5000mg/L。将烘干至恒重的污泥置于550℃焚烧至恒重，计算焚烧残渣浓度为1500mg/L，则该活性污泥中微生物含量为3500mg/L，将此视为微生物的实际含量。
取用于活性炭-活性污泥耦合工艺的活性炭，于103℃烘干至恒重，测其重量为10000mg。将活性炭置于1L水中浸泡，并调节pH为12，在230℃处理75min，高温处理后采用真空抽滤方式过滤，然后将过滤所得固体于103℃烘干至恒重，计算活性炭含量为9997mg/L，说明在碱性和高温条件下，活性炭几乎不发生溶解，不会损失。
取上述活性污泥1L，并向该活性污泥中加入上述活性炭10000mg，得到混合污泥，则1L混合污泥中含有5000mg活性污泥和10000mg活性炭，则混合污泥的浓度为15000mg/L，其中，按如上计算，混合污泥中微生物含量为3500mg/L。
将得到的混合污泥进行如下处理：
(1)取50mL混合污泥，调节混合污泥的pH值为12；
(2)在230℃处理75min；
(3)采用真空抽滤方式过滤；
(4)将过滤所得污泥于103℃烘干至恒重，得到处理后污泥，重量为577mg，计算处理后污泥的浓度为11540mg/L；
(5)另取50mL混合污泥，在103℃烘干至恒重，重量为750mg，计算混合污泥浓度为15000mg/L；
(6)计算微生物含量为15000-11540＝3460mg/L。
可见根据本发明方法测定的微生物含量为3460mg/L，本发明方法的准确率为：本发明方法测定的微生物含量/实际微生物含量×100％，即3460/3500×100％＝98.9％。
实施例1-2
本实施例用于说明本发明的微生物含量的测定方法。
某传统活性污泥法工艺，从曝气池中取50mL活性污泥置于定量滤纸过滤后，于104℃烘干至恒重，计算活性污泥浓度为4500mg/L。将烘干至恒重的污泥置于600℃焚烧至恒重，计算焚烧残渣浓度为1300mg/L，则该活性污泥中微生物含量为3200mg/L，将此视为微生物的实际含量。
取用于活性炭-活性污泥耦合工艺的活性炭，于104℃烘干至恒重，测其重量为9000mg。将活性炭置于1L水中浸泡，并调节pH为13，在180℃处 理120min，高温处理后采用真空抽滤方式过滤，然后将过滤所得固体于104℃烘干至恒重，计算活性炭含量为8995mg/L，说明在碱性和高温条件下，活性炭几乎不发生溶解，不会损失。
取上述活性污泥1L，并向该活性污泥中加入上述活性炭9000mg，得到混合污泥，则1L混合污泥中含有4500mg活性污泥和9000mg活性炭，则混合污泥的浓度为13500mg/L，其中，按如上计算，混合污泥中微生物含量为3200mg/L。
将得到的混合污泥进行如下处理：
(1)取50mL混合污泥，调节混合污泥的pH值为13；
(2)在180℃处理120min；
(3)采用真空抽滤方式过滤；
(4)将过滤所得污泥于104℃烘干至恒重，得到处理后污泥，重量为516mg，计算处理后污泥的浓度为10320mg/L；
(5)另取50mL混合污泥，在104℃烘干至恒重，重量为675mg，计算混合污泥浓度为13500mg/L；
(6)计算微生物含量为13500-10320＝3180mg/L。
可见根据本发明方法测定的微生物含量为3180mg/L，本发明方法的准确率为：本发明方法测定的微生物含量/实际微生物含量×100％，即3180/3200×100％＝99.4％。
实施例1-3
本实施例用于说明本发明的微生物含量的测定方法。
某传统活性污泥法工艺，从曝气池中取50mL活性污泥置于定量滤纸过滤后，于105℃烘干至恒重，计算活性污泥浓度为5300mg/L。将烘干至恒重的污泥置于500℃焚烧至恒重，计算焚烧残渣浓度为1700mg/L，则该活性污 泥中微生物含量为3600mg/L，将此视为微生物的实际含量。
取用于活性炭-活性污泥耦合工艺的活性炭，于105℃烘干至恒重，测其重量为11000mg。将活性炭置于1L水中浸泡，并调节pH为14，在260℃处理30min，高温处理后采用真空抽滤方式过滤，然后将过滤所得固体于105℃烘干至恒重，计算活性炭含量为10998mg/L，说明在碱性和高温条件下，活性炭几乎不发生溶解，不会损失。
取上述活性污泥1L，并向该活性污泥中加入上述活性炭11000mg，得到混合污泥，则1L混合污泥中含有5300mg活性污泥和11000mg活性炭，则混合污泥的浓度为16300mg/L，其中，按如上计算，混合污泥中微生物含量为3600mg/L。
将得到的混合污泥进行如下处理：
(1)取50mL混合污泥，调节混合污泥的pH值为14；
(2)在260℃处理30min；
(3)采用真空抽滤方式过滤；
(4)将过滤所得污泥于105℃烘干至恒重，得到处理后污泥，重量为636mg，计算处理后污泥的浓度为12720mg/L；
(5)另取50mL混合污泥，在105℃烘干至恒重，重量为815mg，计算混合污泥浓度为16300mg/L；
(6)计算微生物含量为16300-12720＝3580mg/L。
可见根据本发明方法测定的微生物含量为3580mg/L，本发明方法的准确率为：本发明方法测定的微生物含量/实际微生物含量×100％，即3580/3600×100％＝99.4％。
实施例1-4
本实施例用于说明本发明的微生物含量的测定方法。
按照实施例1-1的原料和方法测定微生物含量，不同的是，步骤(1)中，调节混合污泥的pH值为10，测得微生物含量为3410mg/L，方法的准确率为97.4％；
从以上实施例可以看出，本发明的微生物含量的测定方法准确率均在97％以上，准确率高。
将实施例1-1与实施例1-4进行比较可以看出，调节混合污泥的pH值为12-14，可以进一步提高微生物含量测定方法的准确性。
实施例2-1
本实施例用于说明本发明的活性炭-活性污泥耦合工艺。
活性炭-活性污泥耦合工艺，废水(COD为280-400mg/L)进入曝气池，并在入口处加入新鲜活性炭，相对于系统进水，新鲜活性炭浓度为200mg/L，废水在曝气池中在活性炭和微生物的共同作用下进行曝气处理，曝气池水力停留时间为12h，曝气池水温为20-25℃，经曝气池曝气处理后的出水进入二沉池进行沉淀分离，二沉池水力停留时间为80min，得到上清液和底部污泥，上清液作为处理出水排出本系统，底部污泥部分回流至曝气池，回流比为50％；底部污泥的80体积％进入湿式空气再生系统进行再生，再生后的活性炭进入曝气池；剩余的底部污泥脱水后排放。
(1)从曝气池中取50mL混合污泥，调节混合污泥的pH值为13；
(2)在180℃处理120min；
(3)采用真空抽滤方式过滤；
(4)将过滤所得污泥于104℃烘干至恒重，得到处理后污泥，重量为600mg，计算处理后污泥的浓度为12000mg/L；
(5)另取50mL混合污泥，在104℃烘干至恒重，重量为750mg，计算 混合污泥浓度为15000mg/L；
(6)计算曝气池中微生物含量为15000-12000＝3000mg/L。
(7)另取50mL混合污泥，在600℃灼烧至恒重得到残渣，重量为50mg，计算残渣浓度为1000mg/L，则曝气池中活性炭含量为12000-1000＝11000mg/L。
曝气池中微生物含量与活性炭含量之比为1:3.7，测定二沉池出水活性炭浓度为7.8mg/L，出水COD为70mg/L。活性炭流失率为3.9％。
二沉池出水活性炭浓度测定方法：取1L二沉池出水，采用真空抽滤方式过滤，滤渣在104℃烘干至恒重，该重量为出水悬浮固体含量，由活性污泥和活性炭组成；烘干的固体在600℃焚烧至恒重，可得焚烧残渣含量；按照上述步骤(1)-(6)测定二沉池出水中的微生物含量；活性炭含量＝悬浮固体含量-焚烧残渣含量-微生物含量，从而计算二沉池出水活性炭浓度，下同。
实施例2-2
本实施例用于说明本发明的活性炭-活性污泥耦合工艺。
按照实施例2-1的方法进行活性炭-活性污泥耦合工艺，不同的是，使底部污泥的50体积％进入湿式空气再生系统进行再生。按照实施例2-1的测定方法，测定曝气池中微生物含量为3000mg/L，活性炭含量为7500mg/L，曝气池中微生物含量与活性炭含量之比为1:2.5，二沉池出水活性炭浓度为4.1mg/L，出水COD为45mg/L。活性炭流失率为2.1％。
实施例2-3
本实施例用于说明本发明的活性炭-活性污泥耦合工艺。
按照实施例2-1的方法进行活性炭-活性污泥耦合工艺，不同的是，将系 统进水活性炭浓度调整为220mg/L，回流比为55％，底部污泥的40体积％进入湿式空气再生系统进行再生。按照实施例2-1的测定方法，测定曝气池中微生物含量为3500mg/L，活性炭含量为6200mg/L，曝气池中微生物含量与活性炭含量之比为1:1.77，二沉池出水活性炭浓度为3.3mg/L，出水COD为48mg/L。活性炭流失率为1.5％。
实施例2-4
本实施例用于说明本发明的活性炭-活性污泥耦合工艺。
按照实施例2-1的方法进行活性炭-活性污泥耦合工艺，不同的是，将系统进水活性炭浓度调整为180mg/L，回流比为65％，底部污泥的40体积％进入湿式空气再生系统进行再生。按照实施例2-1的测定方法，测定曝气池中微生物含量为4000mg/L，活性炭含量为6000mg/L，曝气池中微生物含量与活性炭含量之比为1:1.5，二沉池出水活性炭浓度为3.8mg/L，出水COD为47mg/L。活性炭流失率为2.1％。
实施例2-5
本实施例用于说明本发明的活性炭-活性污泥耦合工艺。
按照实施例2-1的方法进行活性炭-活性污泥耦合工艺，不同的是，将系统进水活性炭浓度调整为350mg/L，回流比为60％，底部污泥的30体积％进入湿式空气再生系统进行再生。按照实施例2-1的测定方法，测定曝气池中微生物含量为4000mg/L，活性炭含量为4000mg/L，曝气池中微生物含量与活性炭含量之比为1:1，二沉池出水活性炭浓度为26mg/L，出水COD为93mg/L。活性炭流失率为7.4％。
对比例2-1
按照实施例2-1的方法进行活性炭-活性污泥耦合工艺，不同的是，将系统进水活性炭浓度调整为300mg/L，回流比为20％，底部污泥的70体积％进入湿式空气再生系统进行再生。按照实施例2-1的测定方法，测定曝气池中微生物含量为2000mg/L，活性炭含量为10000mg/L，曝气池中微生物含量与活性炭含量之比为2000:10000＝1:5，二沉池出水活性炭浓度为137mg/L，出水COD为412mg/L。活性炭流失率为45.7％。
对比例2-2
按照实施例2-1的方法进行活性炭-活性污泥耦合工艺，不同的是，将系统进水活性炭浓度调整为300mg/L，回流比为40％，底部污泥的50体积％进入湿式空气再生系统进行再生。按照实施例2-1的测定方法，测定曝气池中微生物含量为6000mg/L，活性炭含量为6000mg/L，曝气池中微生物含量与活性炭含量之比为1:1，二沉池出水活性炭浓度为46mg/L，出水COD为193mg/L。活性炭流失率为15.3％。
将实施例2-1至实施例2-5分别与对比例2-1和对比例2-2进行比较可以看出，本发明的活性炭-活性污泥耦合工艺，控制曝气池中微生物含量与活性炭含量之比为1:1-4，并控制微生物含量为3000-4000mg/L，可以减少活性炭流失，而且可以显著提高出水水质。
从实施例2-1、2-2、2-3、2-4、2-5可以看出，控制曝气池中微生物含量与活性炭含量之比为1:1.5-2.5，并控制微生物含量为3000-4000mg/L，能够进一步减少活性炭流失，进一步提高出水水质。
本发明的微生物含量的测定方法无需将活性炭与活性污泥分离，可操作性强，且方法简单、准确性高；本发明的活性炭-活性污泥耦合工艺，优化了微生物与活性炭的配比，充分利用了活性污泥中微生物的生物絮凝作用， 不仅工艺出水中活性炭浓度非常低，减少了活性炭流失，而且出水水质显著提高。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。