專利名稱：誘捕固定化載體及其制造方法、以及使用誘捕固定化載體的廢水處理方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及誘捕(entrapping)固定化載體及其制造方法、以及使用誘捕固定化載體的廢水處理方法及裝置。尤其是涉及從含氨的廢水中在生物學(xué)上將氨進(jìn)行脫氮的誘捕固定化載體及其制造方法、以及使用誘捕固定化載體誘捕固定化載體的廢水處理方法及裝置。
背景技術(shù)：
用于廢水處理的存在于活性污泥中的硝化細(xì)菌與一般的細(xì)菌相比，其繁殖速度慢，特別是在冬季的低水溫期，硝化細(xì)菌的細(xì)菌數(shù)減少，硝化活性明顯降低。這有時(shí)對(duì)和硝化細(xì)菌具有同樣性質(zhì)的微生物來(lái)說(shuō)也有同樣的傾向。
因此，將含硝化細(xì)菌的活性污泥在石英沙、活性碳、塑料等付著材料上固定化，將硝化細(xì)菌高濃度化，由此改善廢水的硝化性能(參考文獻(xiàn)采用微生物固定化法的水處理載體固定化法·誘捕固定化法·生物固定碳法 (株)エヌ·テイ一·エス2000年發(fā)行)。
但是，在采用將微生物付著在付著材料上的付著固定化型時(shí)，通過(guò)付著的微生物的剝離和與作為目的微生物的硝化細(xì)菌不同的微生物的付著，不能使硝化細(xì)菌充分高濃度化。因此，制造將硝化細(xì)菌等有用微生物誘捕固定化到固定化劑內(nèi)的誘捕固定化載體，將該誘捕固定化載體充填到反應(yīng)槽中，提高硝化細(xì)菌的濃度，由此來(lái)提高硝化活性并快速處理廢水。
但是，一般認(rèn)為誘捕固定化載體內(nèi)的初期的硝化細(xì)菌的菌數(shù)越多，硝化活性就越高，就可以在早期發(fā)揮載體性能。為此，為了提高初期的硝化細(xì)菌數(shù)，目前的方法是將含有硝化細(xì)菌的活性污泥濃縮后誘捕固定化(參考文獻(xiàn)環(huán)境微生物工學(xué)研究法、P123、技報(bào)堂出版、1993年發(fā)行)。在此，所謂活性污泥是向污水等有機(jī)性廢水中吹入空氣，使繁殖以后的微生物成為塊狀的污泥，微生物包括細(xì)菌、菌類、原生動(dòng)物、微小后生物等，廢水中的有機(jī)物被細(xì)菌吸附，在體內(nèi)攝取·同化使細(xì)菌繁殖。將該細(xì)菌用原生動(dòng)物、微小后生物等捕食形成食物連，使生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定。(出處技術(shù)研討會(huì)講義(セミナテキスト)、關(guān)于活性污泥法的各種故障對(duì)策的實(shí)際(株)技術(shù)情報(bào)中心2000年7月)這樣的活性污泥一般多含有有機(jī)物。
另外，有文獻(xiàn)提出使用除誘捕固定化載體之外的擔(dān)載有用微生物的表面積大的載體的制造方法(例如，特許文獻(xiàn)1)。該載體主要是將由無(wú)機(jī)成分構(gòu)成的凈化水污泥制成顆粒后，通過(guò)干燥及燒制得到，從而得到比表面積極高的多孔質(zhì)微生物載體。又有文獻(xiàn)提出，在污泥中混合有用的微生物，或在微生物載體上擔(dān)載有用微生物。
特許文獻(xiàn)1特許第3131678號(hào)公報(bào)但是，使用目前的活性污泥的誘捕固定化載體，存在不能使硝化細(xì)菌穩(wěn)定地增殖，硝化活性的提高較慢且不穩(wěn)定，不能充分發(fā)揮本來(lái)的載體性能的問(wèn)題。其主要原因如下1)在濃縮活性污泥而制造誘捕固定化載體時(shí)，有時(shí)因濃縮引起活性污泥中含有的硝化細(xì)菌以外的從屬營(yíng)養(yǎng)細(xì)菌數(shù)增加，因濃縮條件的不同使目的外的從屬營(yíng)養(yǎng)細(xì)菌成為優(yōu)勢(shì)種。在此，所謂從屬營(yíng)養(yǎng)細(xì)菌，是使用含有較低濃度有機(jī)物營(yíng)養(yǎng)物的培養(yǎng)基長(zhǎng)時(shí)間(20～28℃、5～7天)培養(yǎng)時(shí)，在培養(yǎng)基內(nèi)形成菌落的所有細(xì)菌(自來(lái)水實(shí)驗(yàn)方法2001年版、日本自來(lái)水管道協(xié)會(huì)、2001年發(fā)行)。
2)通常，活性污泥多含有有機(jī)物，VSS/SS高達(dá)0.7～0.9。使用了這種活性污泥的誘捕固定化載體多含有有機(jī)物，從屬營(yíng)養(yǎng)細(xì)菌將有機(jī)物作為基質(zhì)消耗溶解氧，同時(shí)容易繁殖，由此容易使硝化反應(yīng)所必須的溶解氧不足。
3)另外，活性污泥形成以稱作菌膠團(tuán)的細(xì)菌群為中心聚集了各種微生物的絮凝物。該絮凝物具有容易吸附水中有機(jī)物的性質(zhì)(參考文獻(xiàn)水處理工學(xué)P204、技報(bào)堂出版、1976年發(fā)行)。因此，從屬營(yíng)養(yǎng)細(xì)菌將絮凝物吸附的有機(jī)物作為基質(zhì)容易消耗且繁殖溶解氧，由此容易使硝化反應(yīng)所需的溶解氧不足。
4)所制造的誘捕固定化載體在容器中保存一定時(shí)間直到在處理槽中使用。如果該保管時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則誘捕固定化載體內(nèi)的從屬營(yíng)養(yǎng)細(xì)菌消耗溶解氧，容易使誘捕固定化載體內(nèi)部成為厭氧狀態(tài)，從而易發(fā)生甲烷發(fā)酵。持續(xù)這樣的厭氧狀態(tài)時(shí)，硝化反應(yīng)所需的溶解氧容易不足。即使在好氣槽中使用到達(dá)這種狀態(tài)的誘捕固定化載體，硝化活性的提高也較慢。
另外，在誘捕固定化載體內(nèi)發(fā)生甲烷發(fā)酵時(shí)，在載體內(nèi)部易發(fā)生氣體積存等問(wèn)題，且也有在保管誘捕固定化載體時(shí)，載體的強(qiáng)度和壽命降低的問(wèn)題。
另外，如特許文獻(xiàn)1，在將有用微生物擔(dān)載到載體中的方法中，很難使微生物穩(wěn)定地固定在載體中，從而其可能從載體脫落等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于這樣的情況而構(gòu)成的，其目的在于，提供硝化活性的提高快，且具有穩(wěn)定的載體強(qiáng)度的誘捕固定化載體及其制造方法、以及使用該載體的廢水處理方法及裝置。
為了實(shí)現(xiàn)所述目的，本發(fā)明第一方面提供一種誘捕固定化載體，其將微生物誘捕固定化，其特征在于，所述誘捕固定化載體誘捕固定化了含有硝化細(xì)菌的凈化水污泥。
一般認(rèn)為，在凈化水場(chǎng)產(chǎn)生的污泥(凈化水污泥)中不存在硝化細(xì)菌。因此，為將硝化細(xì)菌誘捕固定化，目前的辦法是不利用凈化水污泥作為接種污泥，而專門使用從污水處理場(chǎng)得到的活性污泥作為接種污泥。
但是，本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)在凈化水污泥中除含有無(wú)機(jī)物較多之外，還含有消化細(xì)菌等進(jìn)行自然凈化的微生物。本發(fā)明者還發(fā)現(xiàn)通過(guò)將這種凈化水污泥用于誘捕固定化載體，硝化活性的提高比目前更快，可以得到具有穩(wěn)定的載體強(qiáng)度的誘捕固定化載體。
根據(jù)第一方面，由于誘捕固定化載體將含硝化細(xì)菌的凈化水污泥誘捕固定化，所以可以使硝化活性的提高快，且能得到穩(wěn)定的載體強(qiáng)度。
在此，所謂凈化水污泥，主要是指在將河水及地下水、水壩湖水進(jìn)行凈化處理時(shí)得到的污泥，例如從凈化水場(chǎng)采集到的污泥。
第二方面在第一方面的基礎(chǔ)上，其特征在于，所述凈化水污泥的VSS/SS在0.1～0.3的范圍。
第二方面中將凈化水污泥按物理特性來(lái)規(guī)定，由此，因?yàn)檎T捕固定化載體中含有的凈化水污泥的VSS/SS在0.1～0.3的范圍，所以可以使硝化活性的提高快，且能得到穩(wěn)定的載體強(qiáng)度。
在此，所謂VSS/SS，是VSS(Volatile Suspended Solide、JISK0102法)和SS(Suspended Solid、JISK0102法)的比(VSS÷SS)，是表示污泥中的有機(jī)物含量的指標(biāo)之一。
第三方面在第一或第二方面的基礎(chǔ)上，其特征在于，所述誘捕固定化載體中含有的所述凈化水污泥的平均粒子直徑為10μm～30μm的范圍。
根據(jù)第三方面，通過(guò)將誘捕固定化載體中固定化的凈化水污泥的平均粒子直徑設(shè)為10μm～30μm的范圍，可以使載體強(qiáng)度得到改善。因而，可以使硝化活性的提高快，且能得到具有穩(wěn)定強(qiáng)度的載體。
在此，可以直接使用滿足所述平均粒子直徑范圍的凈化水污泥，且即使是沒(méi)有達(dá)到所述粒子范圍的凈化水污泥，也可以使用用凝聚劑和破碎裝置等調(diào)整到所述范圍的凈化水污泥。另外，所謂凈化水污泥具體是指，以二氧化硅等為主要成分的粒子和凝集了微生物的粒子的平均粒子直徑。另外，這種凈化水污泥的平均粒子可以容易地用激光衍射/散射式粒度分布儀測(cè)定。
本發(fā)明第四方面在第一～第三方面中任一方面的基礎(chǔ)上，其特征在于，所述每誘捕固定化載體中，以SS濃度含有2質(zhì)量％以上的所述凈化水污泥。
根據(jù)第四方面，由于每誘捕固定化載體中以SS濃度含有2質(zhì)量％的凈化水污泥，因此，可以得到硝化活性提高快且具有穩(wěn)定的強(qiáng)度的載體。另外，更優(yōu)選每誘捕固定化載體中以SS濃度含有2質(zhì)量％～10質(zhì)量％凈化水污泥。
本發(fā)明第五方面在第一～第四方面中任一方面的基礎(chǔ)上，其特征在于，所述誘捕固定化載體中含有的所述凈化水污泥的VSS濃度為0.2質(zhì)量％～2質(zhì)量％的范圍。
本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)由于誘捕固定化載體中含有的有機(jī)物的濃度不同，從而硝化活性的提高速度也不同，進(jìn)一步研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)了適合的范圍。
根據(jù)第五方面，通過(guò)將誘捕固定化載體所含有的凈化水污泥的VSS濃度設(shè)為0.2質(zhì)量％～2質(zhì)量％的范圍，可以使硝化細(xì)菌不容易受到從屬營(yíng)養(yǎng)細(xì)菌的影響，可以得到硝化活性提高快且具有穩(wěn)定強(qiáng)度的誘捕固定化載體。另外，誘捕固定化載體中所含的凈化水污泥的VSS濃度優(yōu)選0.5質(zhì)量％～1質(zhì)量％。
為實(shí)現(xiàn)所述目的，本發(fā)明的第六方面提供一種誘捕固定化載體，其將微生物誘捕固定化，其特征在于，所述誘捕固定化載體誘捕固定化了含有硝化細(xì)菌的污泥，并且所述污泥的VSS/SS為0.1～0.3的范圍。
根據(jù)第六方面，誘捕固定化載體誘捕固定化了含有硝化細(xì)菌的污泥，并且將所述污泥的VSS/SS設(shè)為0.1～0.3的范圍，由此可以得到硝化活性提高快且穩(wěn)定的載體強(qiáng)度。
在第六方面中，所謂污泥，只要是滿足所述組成的污泥，則可以是凈化水污泥以外的任何一種，例如可以是培養(yǎng)污泥、湖澤底泥等。另外，也可以使用在活性污泥中加入凈化水污泥和無(wú)機(jī)凝聚劑、無(wú)機(jī)物等，將VSS/SS調(diào)制到所述范圍的污泥作為所述污泥。
第七方面在第六方面的基礎(chǔ)上，其特征在于，所述誘捕固定化載體中含有的所述污泥的平均粒子直徑為10μm～30μm的范圍。
根據(jù)第七方面，通過(guò)將誘捕固定化載體固定化的污泥的平均粒子直徑設(shè)為10μm～30μm的范圍，可提高載體強(qiáng)度。因此，可得到硝化活性提高快且具有穩(wěn)定強(qiáng)度的載體。
在此，本方面的污泥在滿足所述平均粒子直徑的范圍時(shí)，可以直接用于固定化載體，且即使在沒(méi)有達(dá)到所述平均粒子直徑范圍的情況下，也可以使用用凝聚劑和破碎裝置等調(diào)整到所述范圍，之后用于誘捕固定化載體。
第八方面在第六或第七方面的基礎(chǔ)上，其特征在于，每個(gè)所述誘捕固定化載體中以SS濃度含有2質(zhì)量％以上的所述污泥。
根據(jù)第八方面，由于每誘捕固定化載體中以SS濃度含有2質(zhì)量％以上的滿足0.1～0.3范圍的污泥，故硝化活性提高更快且可得到穩(wěn)定強(qiáng)度。另外，更優(yōu)選每誘捕固定化載體中以SS濃度含有2質(zhì)量％～10質(zhì)量％的所述污泥。
第九方面在第六～第八方面中任一方面的基礎(chǔ)上，其特征在于，所述誘捕固定化載體中含有的所述污泥的VSS濃度為0.2質(zhì)量％～2質(zhì)量％的范圍。
根據(jù)第九方面，由于將誘捕固定化載體中含有的污泥的VSS濃度為0.2質(zhì)量％～2質(zhì)量％的范圍，故可得到硝化活性提高快且具有穩(wěn)定強(qiáng)度的載體。另外，更優(yōu)選誘捕固定化載體中含有的所述污泥的VSS濃度為0.5質(zhì)量％～1質(zhì)量％。
為實(shí)現(xiàn)所述目的，本方面第十方面提供一種誘捕固定化載體的制造方法，其特征在于，通過(guò)將含有硝化細(xì)菌的凈化水污泥和固定化材料混合使其凝膠化，將所述凈化水污泥作為所述硝化細(xì)菌的接種污泥誘捕固定化。
另外，為實(shí)現(xiàn)所述目的，本方面第十一方面提供一種誘捕固定化載體的制造方法，其特征在于，將含有硝化細(xì)菌且VSS濃度在0.1～0.3范圍的污泥與固定化材料混合并使其凝膠化，使得每誘捕固定化載體中的所述污泥的SS濃度成為2質(zhì)量％以上，將所述污泥誘捕固定化。
第十及第十一方面表示本方面的誘捕固定化載體的制造方法。
第十二方面提供一種廢水處理方法，其特征在于，將第一～第九方面中任一方面的誘捕固定化載體投入處理槽中，進(jìn)行廢水處理。
第十三方面提供一種廢水處理裝置，其特征在于，處理槽內(nèi)具備第一～第九方面中任一方面的誘捕固定化載體。
根據(jù)第十二及第十三方面，由于是在將本發(fā)明的誘捕固定化載體放入處理槽(好氣槽)進(jìn)行廢水處理的裝置中進(jìn)行廢水處理，所以可以穩(wěn)定、快速地處理廢水。
根據(jù)本發(fā)明，可以得到硝化活性提高快且具有穩(wěn)定的載體強(qiáng)度的誘捕固定化載體。


圖1是表示本發(fā)明的誘捕固定化載體制造方法之一例的圖。
圖2是表示本實(shí)施方式的廢水處理裝置10之一例的說(shuō)明圖。
圖3是本實(shí)施例的圖表。
圖4是本實(shí)施例的圖表。
圖5是本實(shí)施例的圖表。
圖6是本實(shí)施例的圖表。
圖7是本實(shí)施例的圖表。
圖中，10…廢水處理裝置、12…處理槽、14…流入配管、16…誘捕固定化載體、18…流出配管、22…網(wǎng)板、24…散氣管。
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的誘捕固定化載體及其制造方法、以及使用該載體的廢水處理方法及裝置的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
圖1是表示本發(fā)明的誘捕固定化載體的制造方法之一例。如圖1所示，首先將含微生物的凈化水污泥和固定化材料混合，調(diào)制原料液。其次，在該原料液中添加過(guò)硫酸鉀等聚合引發(fā)劑，在聚合溫度是15～40℃優(yōu)選20～30℃，聚合時(shí)間為1～60分鐘優(yōu)選1.5～60分鐘的條件下使其聚合(凝膠化)。然后，將凝膠化的載體片切成約3mm見(jiàn)方的方形后，使其成顆粒狀。由此，制造本發(fā)明的誘捕固定化載體。
作為凈化水污泥，主要是在處理河水和地下水、水壩湖水時(shí)得到的污泥。例如有從凈化水場(chǎng)采集的污泥。需要說(shuō)明的是，凈化水場(chǎng)的水源不特別限定于所述的河流、地下水、水壩等。
凈化水污泥的組成是在天然的沙粒組分中通過(guò)加入凝聚劑而加入鋁等的組成，主要多含有無(wú)機(jī)成分，此外，也含有進(jìn)行自然凈化的細(xì)菌(硝化細(xì)菌)。作為所述凝聚劑，可以使用鋁類硫酸鋁、聚氯化鋁(PAC)、氯化鐵、聚硫酸鐵等一般情況下使用的凝聚劑，沒(méi)有特別的限制。
凈化水污泥的VSS/SS優(yōu)選0.1～0.3的范圍，更優(yōu)選0.15～0.25的范圍。在此，在凈化水污泥不滿足所述的VSS/SS的范圍時(shí)，可以將無(wú)機(jī)物和活性污泥、有機(jī)物添加到凈化水污泥中，或局部燒結(jié)凈化水污泥，或者稀釋等進(jìn)行調(diào)整。
作為在本實(shí)施方式中使用的污泥，不限定于所述凈化水污泥，只要是滿足VSS/SS在0.1～0.3的范圍，則也可以是其他的污泥(培養(yǎng)污泥、湖沼底泥等)。另外，活性污泥的VSS/SS通常是0.7～0.9，但是在添加凈化水污泥和無(wú)機(jī)凝聚劑、無(wú)機(jī)物等后，也可以使用將VSS/SS調(diào)制到所述范圍的污泥。
在凈化水污泥、或VSS/SS滿足0.1～0.3范圍的污泥(以下，將這些總稱為「凈化水污泥」)中，優(yōu)選含有進(jìn)行自然凈化的微生物，特別是含有硝化細(xì)菌群、脫氮細(xì)菌群、厭氧性氨氧化細(xì)菌群等復(fù)合微生物。
所述凈化水污泥等的平均粒子直徑優(yōu)選10μm～30μm，更優(yōu)選10μm～20μm。由此，由于污泥本身作為填充物均勻分散在誘捕固定化載體中，所以可以提高載體的強(qiáng)度。另外，由于所述凈化水污泥等與固定化材料的親和性也高，所以可以與固定化材料均勻混合。
在此，所述凈化水污泥等滿足所述平均粒子直徑的范圍時(shí)，可以直接在誘捕固定化載體中使用，所述凈化水污泥等即使不滿足所述平均粒子直徑的范圍，在用凝聚劑和破碎方法(例如，均化器等)調(diào)整到所述平均粒子直徑的范圍后，也可以在誘捕固定化載體中使用。作為所述凝聚劑和以上所述的相同，可以使用一般所使用的鋁類硫酸鋁、聚氯化鋁(PAC)、氯化鐵、聚硫酸鐵等。
另外，所述凈化水污泥等的黏度比活性污泥的低，例如只要是SS濃度10000mg/L的凈化水污泥，則就優(yōu)選5mpa·s～30mpa·s(20℃)，更優(yōu)選5mpa·s～15mpa·s(20℃)。凈化水污泥等的黏度可以通過(guò)與水等溶劑和黏度低的污泥混合、或稀釋、添加增粘劑、或濃縮而進(jìn)行調(diào)整。
誘捕固定化載體中的所述凈化水污泥等的SS濃度優(yōu)選2質(zhì)量％以上，更優(yōu)選2質(zhì)量％～10質(zhì)量％。誘捕固定化載體中的所述凈化水污泥等的SS濃度，如上所述可以通過(guò)在凈化水污泥中添加無(wú)機(jī)物、稀釋或濃縮而進(jìn)行調(diào)整。
誘捕固定化載體中的所述凈化水污泥等的VSS濃度優(yōu)選0.2質(zhì)量％～2質(zhì)量％范圍的，更優(yōu)選0.5質(zhì)量％～1質(zhì)量％范圍的。誘捕固定化載體中的所述凈化水污泥等的VSS濃度，如上所述可以通過(guò)在凈化水污泥中添加無(wú)機(jī)物、稀釋或濃縮而進(jìn)行調(diào)整。
需要說(shuō)明的是，所述凈化水污泥等，可以單獨(dú)使用，也可以與其他的污泥和微生物等任意組合使用。
所述固定化材料例如有高分子單體、預(yù)聚物、低聚物等，但是沒(méi)有特別的限制。例如可以優(yōu)選使用聚乙二醇類的聚合物、聚乙烯醇類聚合物。具體地說(shuō)，環(huán)氧乙烷與環(huán)氧丙烷的構(gòu)成比是7∶3，可以優(yōu)選使用末端基是二丙烯酸酯的分子量為4000的預(yù)聚物。
另外，作為所述固定化材料可以使用聚乙二醇丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯，聚乙二醇甲基丙烯酸酯等，而且也可以使用以下的預(yù)聚物。
(一甲基丙烯酸酯類)聚乙二醇一甲基丙烯酸酯、聚戊二醇一甲基丙烯酸酯、聚丙二醇一甲基丙烯酸酯、甲氧基二乙二醇甲基丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酰基乙氧基氫化二烯鄰苯二甲酸酯、甲基丙烯?；已趸鶜浠┒《狨?、甲基丙烯酸三氯二羥丙酯、甲基丙烯酸硬脂酰酯、甲基丙烯酸二羥基酯、甲基丙烯酸乙酯等。
(一丙烯酸酯類)丙烯酸二羥乙酯、丙烯酸二羥丙酯、丙烯酸異丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸異辛酯、丙烯酸月桂酰酯、丙烯酸硬脂酰酯、丙烯酸異冰片酯、丙烯酸環(huán)己酯、甲氧基三乙二醇丙烯酸酯、丙烯酸二乙氧基乙酯、丙烯酸四氫糠酯、丙烯酸苯氧基乙酯、壬基苯氧基聚乙二醇丙烯酸酯、壬基苯氧基聚丙二醇丙烯酸酯、硅改性丙烯酸酯、聚丙二醇一丙烯酸酯、丙烯酸苯氧基乙酯、苯氧基二乙二醇丙烯酸酯、苯氧基聚乙二醇丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯、丙烯酰乙氧基氫化二烯丁二酸酯、丙烯酸月桂酰酯等。
(二甲基丙烯酸酯類)1，3丁二醇二甲基丙烯酸酯、1，4丁二醇二甲基丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、二乙二醇二甲基丙烯酸酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、丁二醇二甲基丙烯酸酯、己二醇二甲基丙烯酸酯、新戊二醇二甲基丙烯酸酯、聚戊二醇二甲基丙烯酸酯、二羥基1，3二甲基丙烯酰氧基丙烷、2，2雙四甲基丙烯酰氧基乙氧基苯丙烷、3，2雙四甲基丙烯酰氧基二乙氧基苯丙烷、2，2雙四甲基丙烯酰氧基多乙氧基苯丙烷等。
(二丙烯酸酯類)乙氧基化新戊二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、1，6己二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、聚丙二醇二丙烯酸酯、2，2雙四丙烯酰氧基二乙氧基苯丙烷、2羥基1丙烯酰氧基3甲基丙烯酰氧基丙烷等。
(三甲基丙烯酸酯類)三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯等。
(三丙烯酸酯類)三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、三羥甲基丙烷EO加成三丙烯酸酯、丙三醇PO加成三丙烯酸酯、乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯。
(四丙烯酸酯類)季戊四醇四丙烯酸酯、乙氧基化季戊四醇四丙烯酸酯、丙氧基化季戊四醇四丙烯酸酯、二三羥甲基丙烷四丙烯酸酯等。
(尿烷丙烯酸酯類)尿烷丙烯酸酯、尿烷二甲基丙烯酸酯、尿烷三甲基丙烯酸酯等。
(其它)丙烯酰胺、丙烯酸、二甲基丙烯酰胺等。
需要說(shuō)明的是，所述的固定化材料，可以單獨(dú)使用其中一種，也可以將兩種或兩種以上組合使用。
本實(shí)施方式中，就誘捕固定化載體的聚合而言，使用了過(guò)硫酸鉀的游離基聚合是最佳的，但也可以是使用了紫外線和電子線的聚合及氧化還原聚合。在使用了過(guò)硫酸鉀的游離基聚合中，過(guò)硫酸鉀的添加量?jī)?yōu)選在0.001質(zhì)量％～0.25質(zhì)量％范圍內(nèi)，鋁類聚合催化劑的添加量?jī)?yōu)選在0.001質(zhì)量％～0.5質(zhì)量％范圍內(nèi)。其種類優(yōu)選使用β二甲胺基丙腈、NNN’N’四甲基亞乙基二胺等。另外也優(yōu)選使用亞硫酸蘇打等。這些聚合引發(fā)劑和聚合催化劑可以單獨(dú)使用，也可以二種以上組合使用。
另外，在本實(shí)施方式中，作為誘捕固定化載體的成形方法，示例有片成形法，但不限于這種方法，也可以采用管成形法、滴下造粒法、塊成形法。
如上所述，優(yōu)選使誘捕固定化載體在廢水處理的本運(yùn)轉(zhuǎn)前活性化(馴養(yǎng))。作為誘捕固定化載體的活性化方法，優(yōu)選使含氨和亞硝酸的實(shí)際廢水或合成廢水與誘捕固定化載體接觸的方法。
然后，對(duì)將所述誘捕固定化載體適用于以除去氮為目的的廢水處理的例子進(jìn)行說(shuō)明。圖2是說(shuō)明本發(fā)明的使用了誘捕固定化載體的廢水處理裝置10之一例的圖。
如圖2所示，廢水處理裝置10主要備有處理原水的處理槽12、使含有氨的原水流入到處理槽12的流入配管14、投入到處理槽12內(nèi)的本發(fā)明的誘捕固定化載體16、使處理水從處理槽12內(nèi)流出的流出配管18。
處理槽12是在其內(nèi)部設(shè)置有誘捕固定化載體16，處理從流入配管14流入的含有氨的原水，除去氨的裝置。在處理槽12中，在處理槽12的流出口附近設(shè)置有用于抑制誘捕固定化載體16的流出的網(wǎng)板。另外，在處理槽12內(nèi)設(shè)置有用于使硝化反應(yīng)所需的氣泡冒出的散氣管24。
處理槽12內(nèi)的誘捕固定化載體16的填充率，作為容積％，優(yōu)選5％～40％，更優(yōu)選8％～20％。另外，只要是附著載體，則填充率按容積％優(yōu)選40％～90％，更優(yōu)選50％～80％。
通過(guò)這種構(gòu)成，含有氨的原水從流入配管14流入處理槽12，利用本發(fā)明的誘捕固定化載體16內(nèi)的微生物(硝化細(xì)菌等)進(jìn)行硝化反應(yīng)，使原水中的氨氧化成亞硝酸和硝酸。需要說(shuō)明的是，硝化反應(yīng)所需的氣體由散氣管24供給。而且，處理廢水通過(guò)網(wǎng)板22從流出配管18流出。
這樣，通過(guò)將本發(fā)明的誘捕固定化載體16填充在處理槽12內(nèi)，可以穩(wěn)定地進(jìn)行廢水處理。另外，活性的提高快且處理時(shí)間會(huì)大幅度縮短。
利用以上說(shuō)明的本發(fā)明的誘捕固定化載體及其制造方法、以及用其進(jìn)行廢水處理的方法及裝置，可以得到硝化活性提高快且具有穩(wěn)定的載體強(qiáng)度的誘捕固定化載體。
以上對(duì)本發(fā)明的誘捕固定化載體及其制造方法、以及用其進(jìn)行廢水處理的方法及裝置的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于所述實(shí)施方式，可以采用各種方式。
例如，在本實(shí)施方式中，對(duì)含有硝化細(xì)菌的誘捕固定化載體進(jìn)行了說(shuō)明，但也可以應(yīng)用于含有硝化細(xì)菌以外的難于增殖的微生物的誘捕固定化載體。
另外，不僅是誘捕固定化載體，對(duì)于其他的微生物載體(附著固定化載體、接觸濾材)所使用的微生物和污泥來(lái)說(shuō)，也可以使用本發(fā)明的污泥(凈化水污泥等)。
實(shí)施例下面，對(duì)實(shí)施例做詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。
1)污泥的種類首先，改變污泥種類，制作誘捕固定化載體，比較硝化性能。
(誘捕固定化載體的材料)污泥種類凈化水污泥(VSS/SS＝0.198) (實(shí)驗(yàn)1)湖沼底泥(實(shí)驗(yàn)2)、活性污泥(實(shí)驗(yàn)3)、厭氧污泥(實(shí)驗(yàn)4)
每載體的污泥濃度2質(zhì)量％-載體固定化材料聚乙二醇二丙烯酸酯 5質(zhì)量％聚合催化劑NNN’N’四甲基亞乙基二胺0.0500質(zhì)量％聚合引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀0.0025質(zhì)量％關(guān)于所述四種的每一種污泥，將所述固定化材料、聚合引發(fā)劑及聚合催化劑等混合，在聚合溫度20℃下，進(jìn)行30分鐘的聚合后，使其成為約3mm的方形，制造四種誘捕固定化載體。需要說(shuō)明的是，作為厭氧污泥使用甲烷發(fā)酵槽內(nèi)的污泥。
(廢水處理?xiàng)l件)使用廢水無(wú)機(jī)合成廢水(含有氨態(tài)氮40mg/L)處理槽12的容積2L誘捕固定化載體16的填充率10％散氣量2L/(L·分鐘)滯留時(shí)間3小時(shí)處理溫度20℃關(guān)于所述四種誘捕固定化載體，用所述處理?xiàng)l件分別進(jìn)行廢水處理(馴養(yǎng))。每載體的硝化速度，通過(guò)測(cè)定流入廢水和處理廢水的氨態(tài)氮，根據(jù)其減少量算出，此時(shí)的結(jié)果示于圖3。
如圖3所示，就每載體的硝化速度在到達(dá)100mg-N/L-載體·h所需的日期而言，使用了凈化水污泥的載體(實(shí)驗(yàn)1)最短，是13日。
另一方面，使用了活性污泥的載體(實(shí)驗(yàn)3)是19日，使用了湖沼底泥的載體(實(shí)驗(yàn)2)是24日，使用了厭氧污泥的載體(實(shí)驗(yàn)4)是28.5日，比使用任何凈化水污泥的載體(實(shí)驗(yàn)1)都長(zhǎng)。由此可知，使用了凈化水污泥的誘捕固定化載體硝化活性的提高最快。
其次，為研究所述結(jié)果是否是由硝化細(xì)菌引起，用MPN法(MostProbable Number)測(cè)定各誘捕固定化載體所含的硝化細(xì)菌數(shù)。
另外，測(cè)定各誘捕固定化載體的載體強(qiáng)度。就誘捕固定化載體的載體強(qiáng)度而言，使用流變儀，在顆粒上面慢慢加壓，測(cè)定顆粒破損的壓力(kg)，用顆粒截面積(cm2)算出分配載體強(qiáng)度(MPa/cm2)，該結(jié)果示于表1。
表1

如表1所示可確認(rèn)，誘捕固定化載體所含的硝化細(xì)菌數(shù)，從多到少的順序是活性污泥＞凈化水污泥＞厭氧污泥＞湖沼底泥，所述(圖3)的硝化活性的提高所需時(shí)間不一定與硝化細(xì)菌沒(méi)有比例關(guān)系。這樣，凈化水污泥的硝化細(xì)菌的快速增長(zhǎng)，一般認(rèn)為是由于未形成如活性污泥之類的塊狀，從而吸附的有機(jī)物少，載體中的有機(jī)物濃度低，因此，成為從屬營(yíng)養(yǎng)細(xì)菌難于繁殖的環(huán)境，使消化細(xì)菌容易增殖。
另外，誘捕固定化載體的載體強(qiáng)度，使用凈化水污泥的載體(實(shí)驗(yàn)1)最高，是通?；钚晕勰嗟募s1.4倍。
2)凈化水污泥的組成(VSS/SS)下面，研究了凈化水污泥的組成和除去氮性能的關(guān)系。在本例中，使用了具有表2所示組成的2種凈化水污泥和作為比較用的活性污泥。
(污泥的組成)表2

※1 SS浮游物質(zhì)或懸浮物質(zhì)。含無(wú)機(jī)物、有機(jī)物。
※2 VSSSS之中，通過(guò)強(qiáng)熱揮發(fā)的物質(zhì)，主要是有機(jī)物。
如表2所示，就凈化水污泥P、Q而言，與活性污泥相比，污泥中的有機(jī)物含有率VSS/SS極低。與此相反，就污泥中的無(wú)機(jī)物(Al、Fe)的含有率而言，凈化水污泥P、Q中多。
使用表2所示的各種污泥，與所述1)相同，制造表3所示的誘捕固定化載體。
表3

關(guān)于表3所示的各誘捕固定化載體，用與所述1)相同的條件進(jìn)行廢水處理實(shí)驗(yàn)，測(cè)定相對(duì)經(jīng)過(guò)天數(shù)的處理水中的氨態(tài)氮濃度。將此結(jié)果表示在圖4中。
如圖4(a)所示，在使用凈化水污泥P的實(shí)驗(yàn)1中，經(jīng)過(guò)15日后，處理水中的氨態(tài)氮幾乎被完全除去。與其相同，在使用凈化水污泥Q的實(shí)驗(yàn)2中，如圖4(b)所示，經(jīng)過(guò)20后，處理水中的氨態(tài)氮也被幾乎完全除去。
與其相對(duì)，在使用目前的活性污泥的實(shí)驗(yàn)3中，需要28日才能達(dá)到幾乎完全除去處理水中的氨態(tài)氮的水平。
這樣，使用目前的活性污泥時(shí)，認(rèn)為與使用了本發(fā)明的凈化水污泥的實(shí)驗(yàn)1及2相比，要除去處理水中的氨態(tài)氮需要更長(zhǎng)的時(shí)間。由此可知，使用所述凈化水污泥的誘捕固定化載體可以大幅度地縮短除去氮的性能提高的時(shí)間。
3)凈化水污泥的平均粒子直徑下面，對(duì)于使用了凈化水污泥的誘捕固定化載體，對(duì)凈化水污泥的平均粒子直徑和誘捕固定化載體的載體強(qiáng)度的關(guān)系進(jìn)行了研究。
在本例中，使用所述1)的凈化水污泥作為凈化水污泥。凈化水污泥的平均粒子直徑通過(guò)添加凝聚劑和使用均化器進(jìn)行調(diào)整。其他的用與所述1)相同的條件制作誘捕固定化載體。
誘捕固定化載體的載體強(qiáng)度和所述相同，使用流變儀，在顆粒上面慢慢加壓，測(cè)定顆粒破損的壓力(kg)，由截面積(cm2)算出分配載體強(qiáng)度(MPa/cm2)，該結(jié)果示于表5。
如圖5所示，若凈化水污泥的平均粒子直徑在30μm以下，則載體強(qiáng)度大致恒定提高。但是，平均粒子直徑超過(guò)30μm時(shí)，認(rèn)為載體強(qiáng)度會(huì)慢慢降低。一個(gè)原因認(rèn)為這是由于凈化水污泥本身作為填充劑而起作用。認(rèn)為可得到是目前活性污泥的約1.4倍的高強(qiáng)度。
另外，凈化水污泥的平均粒子直徑難于調(diào)整到不足10μm大小。由此，認(rèn)為凈化水污泥的平均粒子直徑優(yōu)選在10μm～30μm范圍。
4)誘捕固定化載體中的凈化水污泥的SS濃度下面，對(duì)于使用了凈化水污泥的誘捕固定化載體，研究載體中的凈化水污泥的SS濃度和硝化速度的關(guān)系。
在本例中，載體中的凈化水污泥的SS濃度在1質(zhì)量％～6質(zhì)量％的范圍，用和所述1)相同的條件制造誘捕固定化載體。
(廢水處理?xiàng)l件)使用廢水無(wú)機(jī)合成廢水(含有氨態(tài)氮40mg/L)處理槽12的容積2L誘捕固定化載體16的填充率10％散氣量2L/(L·分鐘)滯留時(shí)間3小時(shí)處理溫度20℃用所述處理?xiàng)l件分別對(duì)所述誘捕固定化載體進(jìn)行廢水處理(馴養(yǎng))。而且，在20℃溫度下經(jīng)過(guò)2周后，測(cè)定每載體的硝化速度。每載體的硝化速度通過(guò)使用了無(wú)機(jī)合成廢水的分批實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定。將此時(shí)的結(jié)果示于圖6。
如圖6所示，隨著載體中的凈化水污泥的SS濃度的增加，硝化速度增加，當(dāng)載體中的凈化水污泥的SS濃度達(dá)到2質(zhì)量％以上時(shí)，硝化速度穩(wěn)定，大致顯示為一定的值。由此可知，只要載體中的凈化水污泥的SS濃度在2質(zhì)量％以上，消化細(xì)菌的濃度就高，硝化反應(yīng)的提高就快。
5)誘捕固定化載體中的凈化水污泥的VSS濃度下面，對(duì)于使用了凈化水污泥的誘捕固定化載體，研究載體中的凈化水污泥的VSS濃度和硝化細(xì)菌的增加率的關(guān)系。
在本例中，作為凈化水污泥使用所述1)的凈化水污泥。載體中的凈化水污泥的VSS濃度通過(guò)在滅菌的凈化水污泥中添加滅菌的凈化水污泥而進(jìn)行調(diào)整。硝化細(xì)菌使用培養(yǎng)的硝化細(xì)菌，制造誘捕固定化載體，以使每載體的硝化細(xì)菌數(shù)成為40000個(gè)/ml-載體。其他的用和所述相同的條件制造誘捕固定化載體。
而且，在20℃的溫度下，經(jīng)過(guò)2周后測(cè)定每載體的硝化細(xì)菌的增加率。設(shè)馴養(yǎng)2周后的硝化細(xì)菌數(shù)/馴養(yǎng)前的硝化細(xì)菌數(shù)為硝化細(xì)菌的增加率，硝化細(xì)菌數(shù)用MPN法測(cè)定。該結(jié)果示于圖7。
如圖7所示，只要載體中的凈化水污泥的VSS濃度在0.2質(zhì)量％～2質(zhì)量％的范圍，硝化細(xì)菌就增加到約500倍，硝化細(xì)菌的增加率高。而且，只要載體中的凈化水污泥的VSS濃度在0.5質(zhì)量％～1質(zhì)量％的范圍，硝化細(xì)菌就增加到約1000倍，硝化細(xì)菌的增加率更高。
通常認(rèn)為這一原因是因?yàn)橹灰d體中的凈化水污泥污泥的VSS濃度不足0.2質(zhì)量％，在載體內(nèi)和硝化細(xì)菌共生的微生物就難于增殖，不能充分發(fā)揮降低硝化細(xì)菌的增殖度的作用。而且，當(dāng)載體中的凈化水污泥的VSS濃度超過(guò)2質(zhì)量％時(shí)，從屬營(yíng)養(yǎng)細(xì)菌容易將有機(jī)物氧化，硝化反應(yīng)所需要的溶解氧不足，硝化細(xì)菌難于增殖。
權(quán)利要求
1.一種誘捕固定化載體，其將微生物誘捕固定化，其特征在于，所述誘捕固定化載體誘捕固定化了含有硝化細(xì)菌的凈化水污泥。
2.如權(quán)利要求1所述的誘捕固定化載體，其特征在于，所述凈化水污泥的VSS/SS在0.1～0.3的范圍。
3.如權(quán)利要求1或2所述的誘捕固定化載體，其特征在于，每個(gè)所述誘捕固定化載體中含有的所述凈化水污泥的平均粒子直徑為10μm～30μm的范圍。
4.如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的誘捕固定化載體，其特征在于，所述誘捕固定化載體中，以SS濃度含有2質(zhì)量％以上的所述凈化水污泥。
5.如權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的誘捕固定化載體，其特征在于，所述誘捕固定化載體中含有的所述凈化水污泥的VSS濃度為0.2質(zhì)量％～2質(zhì)量％的范圍。
6.一種誘捕固定化載體，將微生物誘捕固定化，其特征在于，所述誘捕固定化載體誘捕固定化了含有硝化細(xì)菌的污泥，并且所述污泥的VSS/SS在0.1～0.3的范圍。
7.如權(quán)利要求6所述的誘捕固定化載體，其特征在于，所述誘捕固定化載體中含有的所述污泥的平均粒子直徑為10μm～30μm的范圍。
8.如權(quán)利要求6或7所述的誘捕固定化載體，其特征在于，每個(gè)所述誘捕固定化載體中以SS濃度含有2質(zhì)量％以上的所述污泥。
9.如權(quán)利要求6～8中任一項(xiàng)所述的誘捕固定化載體，其特征在于，所述誘捕固定化載體中含有的所述污泥的VSS濃度為0.2質(zhì)量％～2質(zhì)量％的范圍。
10.一種誘捕固定化載體的制造方法，其特征在于，通過(guò)將含有硝化細(xì)菌的凈化水污泥和固定化材料混合使其凝膠化，將所述凈化水污泥作為所述硝化細(xì)菌的接種污泥誘捕固定化。
11.一種誘捕固定化載體的制造方法，其特征在于，將含有硝化細(xì)菌且VSS/SS濃度在0.1～0.3范圍的污泥與固定化材料以使每個(gè)誘捕固定化載體中的所述污泥的SS濃度成為2質(zhì)量％以上地混合并使其凝膠化，由此將所述污泥誘捕固定化。
12.一種廢水處理方法，其特征在于，將權(quán)利要求1～9中任一項(xiàng)所述的誘捕固定化載體投入處理槽中，進(jìn)行廢水處理。
13.一種廢水處理裝置，其特征在于，處理槽內(nèi)具備權(quán)利要求1～9中任一項(xiàng)所述的誘捕固定化載體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種硝化活性提高快，且具有穩(wěn)定的載體強(qiáng)度的誘捕固定化載體。其將微生物誘捕固定化，其中，所述誘捕固定化載體誘捕固定化了含有硝化細(xì)菌的凈化水污泥。
文檔編號(hào)C12N11/00GK101041511SQ20071008878
公開(kāi)日2007年9月26日 申請(qǐng)日期2007年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月23日
發(fā)明者安部直樹(shù), 青山光太郎, 角野立夫 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立工業(yè)設(shè)備技術(shù)