專利名稱：廢水處理方法和廢水處理裝置的制作方法
廢水處理方法和廢水處理裝置發(fā)明背景 發(fā)明領(lǐng)域 本發(fā)明涉及廢水處理方法和廢水處理裝置，且特別涉及用于處理含有銨態(tài)氮的廢 水的方法以及為此的處理裝置。相關(guān)技術(shù)描述近年來，包括利用厭氧銨_氧化細菌進行脫氮處理的方法(厭氧銨氧化法)作為 處理含有銨態(tài)氮的廢水的方法已經(jīng)引起注意。該方法包括在硝化槽中利用硝化細菌將廢水 中的銨態(tài)氮亞硝酸化為亞硝酸鹽，然后利用厭氧銨_氧化細菌將脫氮槽中廢水中的亞硝酸 鹽和銨態(tài)氮同時脫氮。該方法不需要為脫氮反應(yīng)從外部提供有機物質(zhì)，且因此可以有效進 行廢水處理。厭氧銨氧化法中的同時脫氮反應(yīng)按照下述反應(yīng)式進行。因此，為了可靠地分解和 去除廢水中的銨態(tài)氮，需要基于下述反應(yīng)式中的化學(xué)計量比例而控制脫氮槽中銨態(tài)氮和亞 硝酸鹽態(tài)氮的比例。由于這一原因，需要嚴格控制硝化槽中的硝化率。1. 00 NH4+1. 32 N02+0. 066 HC03+0. 13H.— 1. 02 N2+0. 26 N03+0 . 066 CH2O0.5N0.15+2. 03 H2O然后，提議這樣的方法(所謂的CANON法)，其允許在需氧條件下在處理槽中進行 硝化反應(yīng)和脫氮反應(yīng)兩者，在所述處理槽中硝化細菌和厭氧銨-氧化細菌共存(例如，日 本專利申請公開號 2001-293494 和 Third, K. Α.，Sliekers, Α. 0.，Kuenen, J. G.，Jetten, Μ. S.Μ. ,2001 The CANON system(completely autotrophic nitrogen-removal over nitrite)under ammonium, limitation interaction and competition between three groups of bacteria. Syst.Appl. Microbiol. 24 (4)，588-596)。該方法可以在不嚴格控制 硝化率的條件下可靠地分解且去除廢水中的銨態(tài)氮，因為在同一處理槽中共存的硝化細菌 和厭氧銨_氧化細菌傾向于彼此保持平衡。發(fā)明概述然而，常規(guī)CANON法難以保持在同一處理槽中共存的硝化細菌和厭氧銨_氧化細 菌兩者的活性，并且因此難以快速地進行廢水處理。例如，日本專利申請公開號2001-293494 和 Third, K. Α.，Sliekers, Α. 0.， Kuenen, J.G., Jetten, Μ. S. Μ., 禾口 2001 The CANON system(completelyautotrophic nitrogen-removal over nitrite)under ammonium, 1 imitation :interaction and competition between three groups of bacteria. Syst. Appl. Microbiol. 24(4),588-596 中所述的方法包括在需氧條件下處理廢水，并且因此問題是降低了作為厭氧細菌的厭氧 銨_氧化細菌的脫氮活性，所述需氧條件是為了活化作為需氧細菌的硝化細菌的目的?？紤]到上述情形，已經(jīng)完成了本發(fā)明，且本發(fā)明的目的是提供利用在同一處理槽 中共存的硝化細菌和厭氧銨_氧化細菌可以快速進行廢水處理的廢水處理方法和廢水處 理裝置。
本發(fā)明所述的廢水處理方法是一種用于處理含有銨態(tài)氮的廢水的方法，其包括下 列步驟在處理槽中用硝化細菌將廢水中的銨態(tài)氮氧化為亞硝酸鹽，在所述處理槽中，所述 硝化細菌和具有6. lmgN/L以上的關(guān)于亞硝酸鹽的半飽和常數(shù)的厭氧銨-氧化細菌共存；并 且在所述處理槽中利用所述厭氧銨-氧化細菌，同時利用廢水中所含有的銨態(tài)氮作為氫供 體，將通過氧化銨態(tài)氮形成的亞硝酸鹽脫氮。 此處，在本發(fā)明中，厭氧銨-氧化細菌的“關(guān)于亞硝酸鹽的半飽和常數(shù)(mgN/L) ”是 米氏常數(shù)，其是依據(jù)Michaelis-Menten方程，通過近似(approximate)作為底物的亞硝酸 鹽態(tài)氮的濃度(mgN/L)和厭氧銨-氧化細菌對亞硝酸鹽態(tài)氮的消耗速率(mgN/L/hr)之間 的關(guān)系而獲得?！鞍腼柡统?shù)”特別表示為在后述的實施例1中所述的方法中確定的半飽和 常數(shù)(米氏常數(shù))。常規(guī)已知的厭氧銨-氧化細菌具有太小的關(guān)于亞硝酸鹽的半飽和常數(shù)，以致它 由于分析儀器的精確性而不能確定。在這樣的情形中，本發(fā)明人已經(jīng)進行了廣泛的研究， 并且因此，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)與常規(guī)的厭氧銨-氧化細菌相比較，存在具有非常高的半飽和常數(shù) (6. lmgN/L以上)的厭氧銨-氧化細菌。此外，本發(fā)明人已經(jīng)得到這樣的發(fā)現(xiàn)，即，所述厭氧 銨-氧化細菌甚至在溶解氧(DO)的量很大的條件下也可以保持脫氮活性。上述廢水處理 方法是基于本發(fā)明人的上述發(fā)現(xiàn)。上述廢水處理方法利用甚至在溶解氧(DO)的量很大的條件下也可以保持脫氮 活性的厭氧銨-氧化細菌，因此可以容易地保持在同一處理槽中共存的硝化細菌和厭氧 銨_氧化細菌兩者的活性，并且可以快速地進行廢水處理。在所述廢水處理方法中，處理槽中的亞硝酸鹽的濃度優(yōu)選保持在15mg/L以上和 250mg/L 以下。在所述廢水處理方法中，處理槽中的銨的濃度優(yōu)選保持在3mg/L以上。通過將處理槽中的亞硝酸鹽和銨的濃度保持在上述范圍內(nèi)，廢水處理速率可以進
一步提尚。在所述廢水處理方法中，所述硝化細菌優(yōu)選地具有15mgN/L以上的關(guān)于銨的半飽 和常數(shù)。此處，在本發(fā)明中，硝化細菌的“關(guān)于銨的半飽和常數(shù)(mgN/L) ”是米氏常數(shù)，其是 按照Michaelis-Menten方程，通過近似作為底物的銨態(tài)氮的濃度(mgN/L)和硝化細菌對銨 態(tài)氮的消耗速率(mgN/L/hr)之間的關(guān)系而獲得。所述"半飽和常數(shù)"特別表示為在后述 實施例1中所述的方法中確定的半飽和常數(shù)(米氏常數(shù))。當(dāng)使用具有較低的關(guān)于銨的半飽和常數(shù)的硝化細菌時，處理槽中的銨在硝化反應(yīng) 中被過度消耗，這可能影響厭氧銨-氧化細菌的脫氮反應(yīng)。通過使用具有15mgN/L以上的 關(guān)于銨的半飽和常數(shù)的硝化細菌，防止在硝化反應(yīng)中對銨的過度消耗，并且可以允許厭氧 銨_氧化細菌的脫氮反應(yīng)穩(wěn)定進行。在所述廢水處理方法中，所述硝化細菌和厭氧銨_氧化細菌優(yōu)選地固定在彼此不 同的載體上。然后，該方法可以通過調(diào)整在其上固定了硝化細菌的硝化載體和在其上固定了厭 氧銨-氧化細菌的脫氮載體的體積比而容易地控制硝化細菌和厭氧銨-氧化細菌的細菌負 荷。
特別地，所述載體優(yōu)選地為包埋固定顆粒(entrapping immobilizationpellet)。當(dāng)使用包埋固定顆粒作為載體時，不發(fā)生生物膜的剝離，因此可以可靠地控制細菌負荷，所述生物膜的剝離在附著固定顆粒的情形中可能發(fā)生。本發(fā)明所述的廢水處理裝置包括處理槽，其中硝化細菌和具有6. lmgN/L以上的 關(guān)于亞硝酸鹽的半飽和常數(shù)的厭氧銨_氧化細菌共存。在所述廢水處理裝置中，所述硝化細菌優(yōu)選具有15mgN/L以上的關(guān)于銨的半飽和 常數(shù)。在所述廢水處理裝置中，所述硝化細菌和厭氧銨_氧化細菌優(yōu)選地固定在彼此不 同的載體上。在所述廢水處理裝置中，所述載體優(yōu)選為包埋固定顆粒。本發(fā)明所述的廢水處理方法利用具有6. lmgN/L以上的關(guān)于亞硝酸鹽的半飽和常 數(shù)的厭氧銨_氧化細菌，可以容易地保持在同一處理槽中共存的硝化細菌和厭氧銨_氧化 細菌兩者的活性。因此，所述方法可以快速地進行廢水處理。附圖簡述

圖1是舉例說明根據(jù)本發(fā)明的一個廢水處理裝置實例的結(jié)構(gòu)圖；圖2是舉例說明另一個廢水處理裝置實例的結(jié)構(gòu)圖；圖3是顯示已用于馴化(acclimating)硝化載體的銨態(tài)廢水的水質(zhì)的表；圖4是顯示銨濃度和馴化的硝化細菌的硝化速率之間的關(guān)系的曲線圖；圖5是顯示已用于馴化脫氮載體的合成廢水的水質(zhì)的表；圖6是顯示亞硝酸鹽濃度和馴化的厭氧銨-氧化細菌的脫氮速率之間的關(guān)系的曲 線圖；圖7是顯示廢水處理實驗結(jié)果的曲線圖；和圖8是顯示馴化的厭氧銨_氧化細菌關(guān)于亞硝酸鹽的半飽和常數(shù)的表。優(yōu)選實施方案詳述本發(fā)明所述的實施方案將參考附圖在下文中進行描述。圖1是舉例說明根據(jù)本發(fā)明的一個廢水處理裝置實例的結(jié)構(gòu)圖。如在圖1中所示， 廢水處理裝置10主要包括源水(source water)槽13，其中儲存待處理的廢水(源水)； 處理槽20，在其中處理由源水槽輸送的廢水；和控制裝置40，其控制廢水處理裝置10中的 每個部分。儲存在源水槽12中的廢水是至少含有銨態(tài)氮的廢水，且除了銨態(tài)氮以外，還可能 包含氮、磷、碳等營養(yǎng)鹽。源水槽12與處理槽20連接，且設(shè)置成廢水可以通過泵14由其提 供至處理槽20。處理槽20包括在其中主要積聚了硝化細菌(銨氧化細菌)的硝化載體22和在其 中主要積聚了厭氧銨_氧化細菌的脫氮載體24。因此，通過將硝化細菌和厭氧銨_氧化細 菌固定在彼此不同的載體(硝化載體22和脫氮載體24)上，可以通過調(diào)整硝化載體22和 脫氮載體24的體積比而容易地控制硝化細菌和厭氧銨_氧化細菌的細菌負荷比例。圖1 顯示硝化細菌和厭氧銨-氧化細菌固定在彼此不同的載體上的實例，但是硝化細菌和厭氧 銨-氧化細菌可以積聚在同一載體上。例如，可以通過將所述硝化細菌和厭氧銨_氧化細 菌中的任一種包埋和固定在載體中且將兩者中的另一種細菌附著在該載體表面的步驟，而將所述硝化細菌和厭氧銨-氧化細菌積聚在同一載體中。
積聚在硝化載體22中的硝化細菌和積聚在脫氮載24中的厭氧銨-氧化細菌共存 在處理槽20中。因此，允許在處理槽20中進行由硝化載體22進行的硝化反應(yīng)和由脫氮 載體24進行的脫氮反應(yīng)，并且可以將廢水中的銨態(tài)氮分解成氮氣。此處，硝化反應(yīng)意指利 用硝化細菌將廢水中的銨態(tài)氮氧化成亞硝酸鹽的反應(yīng)，脫氮反應(yīng)意指利用厭氧銨-氧化細 菌、同時利用廢水中的銨態(tài)氮作為氫供體將通過硝化反應(yīng)形成的亞硝酸鹽脫氮的反應(yīng)。當(dāng)使用其中作為需氧細菌的硝化細菌和作為厭氧細菌的厭氧銨_氧化細菌共存 的處理槽20處理廢水時，難以在保持所述硝化細菌和所述厭氧銨-氧化細菌兩者的活性的 同時快速地進行廢水處理。例如，當(dāng)在為了活化作為需要細菌的硝化細菌的目的的需氧條 件下處理廢水時，則作為厭氧細菌的厭氧銨-氧化細菌的脫氮活性降低。本發(fā)明人在研究快速進行廢水處理的方法的過程中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)存在具有6. lmgN/L 以上的關(guān)于亞硝酸鹽的半飽和常數(shù)的厭氧銨-氧化細菌。具有這樣高的半飽和常數(shù)的厭氧 銨-氧化細菌不是常規(guī)已知的。通常已知的厭氧銨-氧化細菌具有太小的關(guān)于亞硝酸鹽的 半飽和常數(shù)，以致它由于分析儀器的精確性而不能確定。此外，本發(fā)明人已經(jīng)獲得了這樣的發(fā)現(xiàn)，S卩，所述厭氧銨-氧化細菌甚至在溶解氧 (DO)的量很大的條件下也可以保持脫氮活性。認為這是由于具有較大半飽和常數(shù)的厭氧 銨_氧化細菌具有針對氧的抗性?；谏鲜霭l(fā)現(xiàn)，在本實施方案中用作積聚在脫氮載體24中的厭氧銨-氧化細菌的 細菌具有6. lmgN/L以上的關(guān)于亞硝酸鹽的半飽和常數(shù)。在脫氮載體24中的厭氧銨-氧化 細菌(具有6. lmgN/L以上的關(guān)于亞硝酸鹽的半飽和常數(shù)的細菌)甚至在溶解氧的量大的 條件下也可以保持脫氮活性，因此可以容易地保持在處理槽20中共存的硝化細菌和厭氧 銨-氧化細菌兩者的活性。因此，該方法可以快速地進行廢水處理。其中，從進一步快速進行廢水處理的觀點來看，積聚在脫氮載體24中的厭氧 銨-氧化細菌優(yōu)選地具有15mgN/L以上的關(guān)于亞硝酸鹽的半飽和常數(shù)。其中主要積聚具有6. lmgN/L以上的關(guān)于亞硝酸鹽的半飽和常數(shù)的厭氧銨-氧化 細菌的脫氮載體24可以通過培養(yǎng)包含所述厭氧銨-氧化細菌的載體而產(chǎn)生。此時，優(yōu)選連 續(xù)培養(yǎng)所述載體3個月或更久，同時保持培養(yǎng)槽中的亞硝酸鹽濃度處于20-250mg/L。例如， 由此培養(yǎng)的厭氧銨-氧化細菌可以獲得6. l-40mgN/L的關(guān)于亞硝酸鹽的半飽和常數(shù)。主要積聚在硝化載體22中的硝化細菌優(yōu)選地是具有較大的關(guān)于銨的半飽和常數(shù) 的細菌(AH細菌)。特別地，具有15mgN/L以上的關(guān)于銨的半飽和常數(shù)的硝化細菌優(yōu)選地在 所述硝化細菌不抑制厭氧銨-氧化細菌的脫氮反應(yīng)的點上，其將在下文中描述。當(dāng)使用具有較低的關(guān)于銨的半飽和常數(shù)的硝化細菌(AL細菌)時，在硝化反應(yīng)中， 過度消耗處理槽中的銨，這可能影響厭氧銨-氧化細菌的脫氮反應(yīng)。通過使用具有15mgN/ L以上的關(guān)于銨的半飽和常數(shù)的硝化細菌，防止在硝化反應(yīng)中對銨的過度消耗，且可以允許 厭氧銨_氧化細菌的脫氮反應(yīng)穩(wěn)定地進行。例如，其中主要積聚具有15mgN/L以上的關(guān)于銨的半飽和常數(shù)的硝化細菌的硝化 載體22可以通過培養(yǎng)含有所述硝化細菌的載體而產(chǎn)生。此時，優(yōu)選地連續(xù)培養(yǎng)所述載體， 同時保持培養(yǎng)槽中的銨濃度為50mg/L以上。例如，由此培養(yǎng)的硝化細菌(AH細菌)可以獲 得10-60mgN/L的關(guān)于銨的半飽和常數(shù)。
對硝化載體22沒有特別限制，只要所述硝化細菌被固定在硝化載體22上，且可以是固定顆粒或接觸過濾介質(zhì)(contact filter medium)。固定在硝化載體22上的硝化細菌 可以利用從活性污泥等中的微生物分離的細菌。硝化載體22還可以利用包含其中主要繁 殖硝化細菌的微生物菌落的活性污泥。另外，優(yōu)選使用在其內(nèi)部部分包埋和固定硝化細菌的包埋固定顆粒作為固定顆粒 形式的硝化載體22。所述包埋固定顆粒，如果使用的話，可以可靠地控制細菌負荷，因為不 發(fā)生在附著固定顆粒的情形中可能發(fā)生的生物膜的剝落。另外，當(dāng)使用所述包埋固定顆粒 時，在馴化步驟中不需要返送污泥，因此細菌可以比較容易地進行馴化。硝化載體22的固定材料沒有特別限制，但是包括，例如，聚乙烯醇、褐藻酸、聚乙 二醇等的凝膠，和塑料，如纖維素、聚酯、聚丙烯和聚氯乙烯。硝化載體22的形狀可以是，例 如，球形、圓柱形或立方體形，且可以形成多孔形狀、蜂窩形狀或海綿形狀。備選地，利用微 生物的自我粒化的顆粒載體可以用作硝化載體22?？梢杂糜谙趸d體22的接觸過濾介質(zhì) 可以包括由聚氯乙烯和聚乙烯制成的那些。對脫氮載體24沒有特別限制，只要所述厭氧銨_氧化細菌固定在脫氮載體24上， 且可以是固定顆?；蚪佑|過濾介質(zhì)。另外，用于脫氮載體24的固定顆?？梢允窃谒鼈兊膬?nèi)部部分包埋和固定厭氧 銨_氧化細菌的包埋固定顆粒，或在它們的表面上附著和固定厭氧銨_氧化細菌的附著沉 淀固定顆粒。其中，優(yōu)選使用所述包埋固定顆粒作為脫氮載體24。所述包埋固定顆粒，如果 使用的話，可以可靠地控制細菌負荷，因為不發(fā)生在附著固定顆粒的情形中可能發(fā)生的生 物膜的剝離。所述包埋固定顆?？梢钥煽康乇３痔幚聿壑械募毦乙虼诉m用于用于在其 中固定通過培養(yǎng)獲得的寶貴的厭氧銨_氧化細菌的載體。此外，當(dāng)使用所述包埋固定顆粒 時，在馴化步驟中不必返送污泥，因此細菌可以比較容易地進行馴化。脫氮載體24的固定材料沒有特別限制，但是包括，例如，聚乙烯醇、褐藻酸、聚乙 二醇等的凝膠，和塑料，如纖維素、聚酯、聚丙烯和聚氯乙烯。脫氮載體24的形狀可以是，例 如，球形、圓柱形或立方體形，且可以形成多孔形狀、蜂窩形狀或海綿形狀。備選地，利用微 生物的自我粒化的顆粒載體可以用作脫氮載體24?？梢杂糜诿摰d體24的接觸過濾介質(zhì) 可以包括由聚氯乙烯和聚乙烯制成的那些。硝化載體22和脫氮載體24的總體積優(yōu)選為處理槽20中廢水體積的10_40%，且 更優(yōu)選為廢水體積的15-25%。脫氮載體24關(guān)于處理槽20中的硝化載體22和脫氮載體24 的總體積的體積分數(shù)(優(yōu)勢度(dominance))優(yōu)選為25_65%。特別地，當(dāng)水溫較高時(例 如，當(dāng)水溫為25-37°C時)，脫氮載體24的體積分數(shù)(優(yōu)勢度)優(yōu)選設(shè)置為25-40%。如圖1中所示，處理槽20提供有傳感器26，其測量處理槽20中的廢水的質(zhì)量。傳 感器26具有這樣的結(jié)構(gòu)，以致能夠測量，例如，銨、亞硝酸鹽和硝酸鹽的濃度、溶解氧的量 和pH。由傳感器26測量的結(jié)果傳送到控制裝置40，且基于該測量結(jié)果控制廢水處理裝置 10的每個部分。處理槽20提供有空氣_擴散裝置28，且結(jié)構(gòu)為由吹風(fēng)機30通過該空氣_擴散裝 置28提供空氣。因此，空氣-擴散裝置28為處理槽20中的廢水充氣，且攪動處理槽20中 的廢水，并且同時可以將溶解氧提供到廢水中。控制裝置40控制吹風(fēng)機30，以致處理槽20中廢水中溶解氧的量優(yōu)選為0. 5-4. Omg/L (更優(yōu)選為 1. 0-3. Omg/L)。 處理槽20中的亞硝酸鹽的濃度優(yōu)選保持在15_250mg/L，更優(yōu)選保持在20_100mg/ L。另外，處理槽20中的銨的濃度優(yōu)選保持在3mg/L以上，且更優(yōu)選保持在5mg/L。通過將處理槽20中的亞硝酸鹽濃度和銨濃度保持在上述范圍之內(nèi)，廢水處理的 速率可以進一步提高?？梢酝ㄟ^允許控制裝置40控制泵14來調(diào)節(jié)處理槽20中的亞硝酸鹽濃度和銨濃 度，從而改變處理槽20中的廢水保留時間(水理學(xué)保留時間)。在上文中記述了本發(fā)明的一個實施方案所述的廢水處理方法，但是本發(fā)明不限于 此，且當(dāng)然，在不背離本發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)可以以各種方式進行改進和修改。例如，在上述實施方案中所述的實例中，利用已經(jīng)積聚在硝化載體22和脫氮載體 24中的硝化細菌和厭氧銨-氧化細菌處理廢水，但是可以利用包含硝化細菌和厭氧銨-氧 化細菌的活性污泥處理廢水。圖2是舉例說明利用包含硝化細菌和厭氧銨-氧化細菌的活性污泥處理廢水的一 個廢水處理裝置實例的結(jié)構(gòu)圖。圖2中，相同的參照數(shù)字對應(yīng)與圖1所示的廢水處理裝置 10的相同部件，且在此省略描述。圖2所示的廢水處理裝置50與廢水處理裝置10不同，區(qū)別在于廢水不是用硝化 載體22和脫氮載體24處理的，而是用包含硝化細菌和厭氧銨-氧化細菌的污泥34處理的?；钚晕勰?4通過返送污泥管36，在處理槽20和在處理槽20的后段提供的沉淀槽 32之間循環(huán)。已經(jīng)積聚在活性污泥34中的硝化細菌和厭氧銨-氧化細菌共存在處理槽20 中。由此，允許在處理槽20中進行由硝化細菌進行的硝化反應(yīng)和由厭氧銨-氧化細菌進行 的脫氮反應(yīng)，以將廢水中的銨態(tài)氮分解為氮氣。如在上述實施方案中，使用在活性污泥34中的具有6. lmgN/L以上(優(yōu)選15mgN/ L以上)的關(guān)于亞硝酸鹽的半飽和常數(shù)的細菌作為厭氧銨_氧化細菌。所述厭氧銨_氧化 細菌甚至在溶解氧的量較大的條件下也可以保持脫氮活性，因此可以容易地保持在處理槽 20中共存的硝化細菌和厭氧銨-氧化細菌兩者的活性。因此，該方法可以快速進行廢水處理。在活性污泥34中的硝化細菌優(yōu)選是具有較高的關(guān)于銨的半飽和常數(shù)的細菌(AH 細菌)，如在上述實施方案中所述。特別地，具有15mgN/L以上的關(guān)于銨的半飽和常數(shù)的硝 化細菌是優(yōu)選的，原因在于所述硝化細菌不抑制由厭氧銨-氧化細菌進行的脫氮反應(yīng)。另外，通過允許控制裝置40控制泵14和吹風(fēng)機30，優(yōu)選地保持處理槽20中廢水 中溶解氧的量在0. 5-4. Omg/L (更優(yōu)選在1. 0-3. Omg/L)，保持亞硝酸鹽濃度在15_250mg/ L (更優(yōu)選在20-100mg/L)，并且保持銨濃度在3mg/L以上(更優(yōu)選在5mg/L以上)。[實施例]現(xiàn)在參考實施例在下文更具體地描述本發(fā)明的特征。然而，本發(fā)明的范圍不應(yīng)該 由下文描述的具體實施例限制性地解釋。(實施例1)<制備硝化載體22>使用已經(jīng)塑形為3mm正方形的立方體的基于聚乙二醇的凝膠包埋和固定包含硝 化細菌的活性污泥。將這些量為0. 2L的包埋固定顆粒填裝在具有2L體積容量的圓柱反應(yīng)器(培養(yǎng)槽)中。通過使得銨態(tài)廢水(無機合成廢水)流入該反應(yīng)器和將硝化細菌在反應(yīng) 器中保持為30°C的溫度下馴化1個月來制備硝化載體22。圖3是顯示用于馴化硝化細菌 的銨態(tài)廢水的水質(zhì)的表。當(dāng)馴化硝化細菌時，對廢水進行充氣和攪動，將反應(yīng)器中溶解氧(DO)的量保持在 2-4mg/L，且還通過加入5%的碳酸氫鈉溶液將pH保持在7. 5。在開始馴化后的早期，控制 銨態(tài)廢水的流速，以致保留時間(水理學(xué)保留時間)為24小時，然后縮短保留時間，且依據(jù) 硝化細菌活性的增加而增加負荷。控制上述負荷，以致反應(yīng)器中銨的濃度為50mg/L以上。圖4是顯示在上述步驟中已經(jīng)制備的硝化載體22的硝化速率和銨濃度之間的關(guān) 系的曲線圖。由于已經(jīng)依據(jù)Michaelis-Menten方程近似了圖4的曲線，所以所獲得的硝化 載體22關(guān)于銨的半飽和常數(shù)為20mgN/L。<制備脫氮載體24>使用已經(jīng)塑形為3mm正方形的立方體的基于聚乙二醇的凝膠包埋和固定厭氧 銨-氧化細菌。將這些量為0. 2L的包埋固定顆粒填裝在具有2L體積容量的圓柱反應(yīng)器(培 養(yǎng)槽)中。另外，所用的反應(yīng)器具有防止空氣進入內(nèi)部部分的結(jié)構(gòu)，且提供有攪拌器。通過 使得合成廢水流入該反應(yīng)器和將厭氧銨_氧化細菌在反應(yīng)器中保持為30°C的溫度下馴化6 個月而制備脫氮載體24。圖5是顯示用于馴化所述脫氮載體的合成廢水的水質(zhì)的表。當(dāng)馴化所述脫氮載體時，通過加入HCl溶液(0.2N)將廢水的pH保持在7. 5。另 夕卜，在開始馴化后的早期，控制銨態(tài)廢水的流速，以致保留時間(水理學(xué)保留時間)為12小 時。此外，控制負荷，以致反應(yīng)器中亞硝酸鹽的濃度為20-250mg/L。圖6是顯示在上述步驟中制備的脫氮載體24的脫氮速率(亞硝酸鹽的消耗速率) 和亞硝酸鹽濃度之間的關(guān)系的曲線圖。由于已經(jīng)依據(jù)Michaelis-Menten方程近似了圖6 的曲線，所獲得的脫氮載體24關(guān)于亞硝酸鹽的半飽和常數(shù)為28mgN/L。<硝化脫氮檢驗>通過使用在上述步驟中制備的硝化載體22和脫氮載體24進行關(guān)于銨態(tài)廢水的廢 水處理檢驗。將分別量為0. 2L的硝化載體22和脫氮載體24填裝到與用于制備硝化載體 22相同的反應(yīng)器中。使得具有圖3所示的水質(zhì)的合成廢水流入該反應(yīng)器，且將該廢水處理 1小時。
在處理廢水同時，將反應(yīng)器中溶解氧的量保持在1. 0-3. Omg/L，且控制流入到反應(yīng) 器中的廢水的量，以致廢水的保留時間為8小時。圖7是顯示在開始廢水處理后1個月后取樣的處理水的水質(zhì)的曲線圖。如從圖7 理解的，廢水中的銨幾乎完全得到了處理，并且在處理水中銨的平均濃度為6. 2mg/L。亞硝 酸鹽幾乎完全得到了處理。處理水中亞硝酸鹽的平均濃度為22. 4mg/L，并且由厭氧銨氧化 反應(yīng)形成的硝酸鹽的平均濃度為65mg/L。此時氮-去除速率為2. Okg-Ν/πΓ3/日Λ因此，證實本發(fā)明所述的廢水處理方法可以穩(wěn)定且快速進行廢水處理。(實施例2)<制備具有不同半飽和常數(shù)的脫氮載體24>通過利用由污水處理廠、家畜工業(yè)的發(fā)酵廢水處理廠、和食品廠廢水處理廠獲得 的污泥積聚和培養(yǎng)厭氧銨-氧化細菌，獲得包含三種類型的厭氧銨-氧化細菌的活性污泥。 將在“Acclimation of anaerobicammonium-oxidizing bacteria by continuous culturesystem(通過連續(xù)培養(yǎng)系統(tǒng)馴化厭氧銨-氧化細菌)，Proceedings of 38th Annual Meeting of JapanSociety on Water Environment (日本水環(huán)境學(xué)會第 38 次年會會議錄)， 第372頁(2004)) ”中描述的方法用作上述積聚和培養(yǎng)方法。按實施例1包埋和固定這些活性污泥，且通過馴化每一種厭氧銨_氧化細菌來制備三種類型的脫氮載體24 (載體A-C)。然后，測量每種脫氮載體關(guān)于亞硝酸鹽的半飽和常數(shù)。圖8是顯示半飽和常數(shù)測量結(jié)果的表。在圖8中，載體D意指在實施例1中制備 的脫氮載體24。另外，污泥E是通過在保持培養(yǎng)槽中亞硝酸鹽濃度為10mg/L以下的同時馴 化厭氧銨_氧化細菌而制備的污泥，并且所述半飽和常數(shù)不是在使得所述厭氧銨_氧化細 菌被包埋和固定在凝膠中的狀態(tài)下測量的，而是在使得所述厭氧銨_氧化細菌附著在無紡 布上的狀態(tài)下測量的。由圖8發(fā)現(xiàn)載體A-D分別具有15_40mgN/L的關(guān)于亞硝酸鹽的半飽和常數(shù)。另一 方面，污泥E表現(xiàn)出具有0. 01-lmgN/L范圍內(nèi)的關(guān)于亞硝酸鹽的半飽和常數(shù)的傾向，但是由 于分析儀器的精確性而不能確定。〈溶解氧的量的影響〉通過使用與實施例1中制備脫氮載體所用的相同的反應(yīng)器且使得合成廢水(具有 圖5所示的水質(zhì)的合成廢水)流入該反應(yīng)器，對上述載體A-D進行廢水處理操作。將填裝 到反應(yīng)器中的脫氮載體的量設(shè)置為0. 2L。在圖5中廢水中的銨濃度和亞硝酸鹽濃度分別為 150mgN/L和220mgN/L、D0為0mg/L的條件下，持續(xù)該操作約1個月，并且獲得穩(wěn)定的數(shù)據(jù)。 然后，DO增加至l-3mg/L，并且確定此時氮-去除速率的變化。水溫設(shè)置在30°C，且HRT設(shè) 置為4. 8小時。通過使用體積為0. 2L 的反應(yīng)器(其在〃 High nitrogen-removal rate withthe use of anaerobic ammonium oxidation method (禾丨J用厭氧銨氧化法的高氮-去除率)， Lectures in Japan Society on Water Environment 7th Symposium( El本水環(huán)境學(xué)會第 7次研討會文獻)，第125-126頁(2004)"中描述)，并且通過將無紡布填裝到已在內(nèi)部部 分附著了所述厭氧銨_氧化細菌的反應(yīng)器中，測試污泥E。將源水中NH4-N和N02-N的濃度 分別設(shè)置為50mg/L。水溫設(shè)置為30°C，并且將HRT設(shè)置為4小時。操作持續(xù)約1個月，且 獲得穩(wěn)定的數(shù)據(jù)。然后，DO增加至l-3mg/L，并且確定此時氮-去除速率的變化。結(jié)果，在載體A至D的情形中，在氮_去除性能方面沒有變化，且沒有發(fā)現(xiàn)溶解氧 的量的影響。另一方面，在污泥E的情形中，當(dāng)源水中溶解氧的量調(diào)整為l_3mg/L時，活性 顯著降低，并且在溶解氧的量改變后一周，該活性完全消失。由所述結(jié)果，證明具有6. lmgN/L以上的關(guān)于亞硝酸鹽的半飽和常數(shù)的厭氧銨-氧 化細菌不容易受到所述溶解氧的影響。
權(quán)利要求
用于處理含有銨態(tài)氮的廢水的廢水處理方法，其包括下列步驟在處理槽中用硝化細菌將所述廢水中的銨態(tài)氮氧化為亞硝酸鹽，在所述處理槽中，所述硝化細菌和具有6.1mgN/L以上的關(guān)于亞硝酸鹽的半飽和常數(shù)的厭氧銨-氧化細菌共存；和在所述處理槽中利用所述厭氧銨-氧化細菌，同時利用廢水中所含有的銨態(tài)氮作為氫供體，將通過氧化銨態(tài)氮形成的亞硝酸鹽脫氮。
2.按照權(quán)利要求1的廢水處理方法，其中所述處理槽中亞硝酸鹽的濃度保持在15mg/L 以上和250mg/L以下。
3.按照權(quán)利要求1的廢水處理方法，其中所述處理槽中銨的濃度保持在3mg/L以上。
4.按照權(quán)利要求2的廢水處理方法，其中所述處理槽中銨的濃度保持在3mg/L以上。
5.按照權(quán)利要求1的廢水處理方法，其中所述硝化細菌具有15mgN/L以上的關(guān)于銨的 半飽和常數(shù)。
6.按照權(quán)利要求4的廢水處理方法，其中所述硝化細菌具有15mgN/L以上的關(guān)于銨的 半飽和常數(shù)。
7.按照權(quán)利要求1的廢水處理方法，其中所述硝化細菌和所述厭氧銨-氧化細菌被固 定在彼此不同的載體上。
8.按照權(quán)利要求6的廢水處理方法，其中所述硝化細菌和所述厭氧銨-氧化細菌被固 定在彼此不同的載體上。
9.按照權(quán)利要求7的廢水處理方法，其中所述載體是包埋固定顆粒。
10.按照權(quán)利要求8的廢水處理方法，其中所述載體是包埋固定顆粒。
11.一種廢水處理裝置，其包括處理槽，其中硝化細菌和具有6. lmgN/L以上的關(guān)于亞硝酸鹽的半飽和常數(shù)的厭氧 銨-氧化細菌共存。
12.按照權(quán)利要求11的廢水處理裝置，其中所述硝化細菌具有15mgN/L以上的關(guān)于銨 的半飽和常數(shù)。
13.按照權(quán)利要求11的廢水處理裝置，其中所述硝化細菌和所述厭氧銨-氧化細菌被 固定在彼此不同的載體上。
14.按照權(quán)利要求12的廢水處理裝置，其中所述硝化細菌和所述厭氧銨-氧化細菌被 固定在彼此不同的載體上。
15.按照權(quán)利要求13的廢水處理裝置，其中所述載體是包埋固定顆粒。
16.按照權(quán)利要求14的廢水處理裝置，其中所述載體是包埋固定顆粒。
全文摘要
本發(fā)明的一方面提供用于處理含有銨態(tài)氮的廢水的廢水處理方法，其包括下列步驟在處理槽中用硝化細菌將廢水中的銨態(tài)氮氧化為亞硝酸鹽，在所述處理槽中，所述硝化細菌和具有6.1mgN/L以上的關(guān)于亞硝酸鹽的半飽和常數(shù)的厭氧銨-氧化細菌共存；并且在所述處理槽中利用所述厭氧銨-氧化細菌，同時利用廢水中所含有的銨態(tài)氮作為氫供體，將通過氧化銨態(tài)氮形成的亞硝酸鹽脫氮。該方法利用厭氧銨-氧化細菌，其甚至在溶解氧的量大的條件下還可以保持脫氮活性，因此可以容易地保持在同一處理槽中共存的硝化細菌和厭氧銨-氧化細菌兩者的活性，并且可以快速進行廢水處理。
文檔編號C02F3/34GK101838055SQ20101013632
公開日2010年9月22日 申請日期2010年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月13日
發(fā)明者井坂和一, 木村裕哉, 角野立夫 申請人:株式會社日立工業(yè)設(shè)備技術(shù)