專利名稱：含有氨性氮的水的硝化方法及處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將含有氨性氮的水在氨氧化細(xì)菌存在的條件下曝氣來進(jìn)行硝化的方法，特別是涉及進(jìn)行亞硝酸型硝化的含有氨性氮的水的硝化方法。本發(fā)明還涉及在該亞硝酸型硝化后，利用自養(yǎng)細(xì)菌進(jìn)行脫氮處理的含有氨性氮的水的處理方法。
背景技術(shù)：
廢水中所含的氨性氮是河流、湖沼和海洋等富營(yíng)養(yǎng)化的原因物質(zhì)之一，有必要充分除去。一般而言，廢水中的氨性氮經(jīng)過下述2個(gè)階段的生物反應(yīng)被分解成氮?dú)饧蠢冒毖趸?xì)菌將氨性氮氧化成亞硝酸性氮，進(jìn)而利用亞硝酸氧化細(xì)菌將該亞硝酸性氮的一部分氧化成硝酸性氮的硝化工序；以及把有機(jī)物用作電子供體，利用為異養(yǎng)細(xì)菌的脫氮菌將這些亞硝酸性氮和硝酸性氮分解成氮?dú)獾拿摰ば颉?br> 但是，就這樣的以往的硝化脫氮法而言，在脫氮工序中必需大量的作為電子供體的甲醇等有機(jī)物，而且在硝化工序中還必需大量的氧，因此存在工作成本高的缺點(diǎn)。
近年來，提出了利用把氨性氮作偽電子供體、把亞硝酸性氮作為電子受體的自養(yǎng)微生物(以下有時(shí)稱為“ANAMMOX菌”)，使氨性氮和亞硝酸性氮反應(yīng)來進(jìn)行脫氮的方法。通過這種方法，由于不需要添加有機(jī)物，因此與利用異養(yǎng)性脫氮菌的方法相比，可以降低成本。此外，自養(yǎng)性的微生物收率低、污泥產(chǎn)生量與異養(yǎng)性微生物相比明顯減少，因此可以抑制剩余污泥的產(chǎn)生量。還有如下優(yōu)點(diǎn)沒有在以往的硝化脫氮法中觀察到的N2O的產(chǎn)生，能夠減少對(duì)于環(huán)境的負(fù)荷。
Strous，M，et al.，Appl.Microbiol.Biotecnol.，50，p.589-596(1998)中報(bào)道了利用該ANAMMOX菌的生物脫氮工藝，認(rèn)為氨性氮和亞硝酸性氮通過如下的反應(yīng)被分解成氮?dú)狻?br> …(1)為了進(jìn)行利用該ANAMMOX菌的生物脫氮處理，利用氨氧化細(xì)菌處理廢水中的氨性氮時(shí)，不是氧化到硝酸，而是必需進(jìn)行將氧化停止在亞硝酸的亞硝酸型硝化。
已知氨性氮的硝化反應(yīng)一般通過將DO(溶解氧)控制在低濃度來形成亞硝酸型。即，供給僅使氨性氮形成亞硝酸性氮所必需的量的氧，控制從亞硝酸性氮到硝酸性氮的氧化反應(yīng)，由此進(jìn)行亞硝酸型硝化。為了使DO保持低濃度，不斷用例如DO傳感器來測(cè)量反應(yīng)槽內(nèi)的DO濃度，根據(jù)該值來控制曝氣風(fēng)量。
然而，在容積小的實(shí)驗(yàn)裝置中可以準(zhǔn)確地控制DO濃度，可以實(shí)現(xiàn)亞硝酸型硝化，但在實(shí)際的水處理裝置中，在進(jìn)行曝氣的反應(yīng)槽內(nèi)DO濃度發(fā)生分布，且DO傳感器一般難以進(jìn)行精密的連續(xù)測(cè)量。因此，對(duì)于實(shí)際裝置中的DO濃度控制而言，不能將反應(yīng)槽內(nèi)的DO濃度長(zhǎng)期均勻地控制在例如0.1mg/L單位的低濃度，可靠地進(jìn)行亞硝酸型硝化，由于過量曝氣，亞硝酸的一部分被氧化成硝酸。
在日本特開2003-10883號(hào)公報(bào)中，記載有調(diào)節(jié)曝氣風(fēng)量，使得硝化槽內(nèi)的硝化液或者從硝化槽流出的硝化液中的殘留氨性氮濃度達(dá)到20ml/L以上，由此穩(wěn)定且可靠地進(jìn)行亞硝酸型硝化。
如上述日本特開2003-10883號(hào)公報(bào)所述，僅控制來自硝化工序的硝化液中的氨性氮濃度時(shí)，沒有控制硝化液中的氨和亞硝酸的濃度比。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于在將硝化工序和上述自養(yǎng)脫氮菌組合來處理含有氨性氮的水時(shí)，適當(dāng)設(shè)定硝化工序流出水中的亞硝酸和氨之比，從而使高效地進(jìn)行脫氮處理成為可能。
本發(fā)明的含有氨性氮的水的硝化方法是將含有氨性氮的水導(dǎo)入硝化槽中，在氨氧化細(xì)菌存在的條件下曝氣來進(jìn)行硝化的含有氨性氮的水的硝化方法，其特征在于，使從該硝化槽流出的硝化液中的亞硝酸的摩爾濃度A和氨的摩爾濃度B之比A/B為1.1以上。
依照本發(fā)明方法，通過使來自硝化槽的硝化液中的亞硝酸濃度和氨濃度之比A/B為1.1以上，可以高效地進(jìn)行利用自養(yǎng)細(xì)菌的脫氮。
本發(fā)明的含有氨性氮的水的處理方法通過所述本發(fā)明的硝化方法將含有氨性氮的水硝化之后，利用自養(yǎng)細(xì)菌進(jìn)行脫氮處理。


是表示本發(fā)明的含有氨性氮的水的硝化方法的實(shí)施方式的流程圖。
是脫氮處理工序的流程圖。
是表示實(shí)施例1的原水的NH4-N濃度和處理水水質(zhì)的經(jīng)時(shí)變化的曲線圖。
是表示實(shí)施例2的處理水的NH4-N濃度、NO2-N濃度和NO3-N濃度的經(jīng)時(shí)變化的曲線圖。
是表示比較例1的原水的NH4-N濃度和處理水水質(zhì)的經(jīng)時(shí)變化的曲線圖。
是表示比較例2的處理水的NH4-N濃度、NO2-N濃度和NO3-N濃度的經(jīng)時(shí)變化的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
在本發(fā)明中，為了調(diào)節(jié)來自硝化槽的硝化液中的氨和亞硝酸的比率，優(yōu)選利用以下1～3中的任意一種方法來控制操作因子(曝氣量、水力滯留時(shí)間和流入水量的至少1個(gè))。
方法1測(cè)定流入水中的氨性氮濃度和凱式氮濃度的至少一個(gè)，根據(jù)該測(cè)定值計(jì)算使硝化液中的A/B比達(dá)到1.1以上的硝化液中的氨濃度或亞硝酸濃度的目標(biāo)值。
在生物學(xué)地將有機(jī)態(tài)氮或氨性氮硝化成亞硝酸的硝化工序中，預(yù)先求出操作因子與所得處理水水質(zhì)的關(guān)系，例如，曝氣風(fēng)量和處理水中的亞硝酸濃度的關(guān)系。然后控制操作因子，以便得到具有目標(biāo)氨濃度或亞硝酸濃度的硝化液。
方法2測(cè)定硝化液中的氨性氮和亞硝酸性氮的濃度，計(jì)算該硝化液中的A/B比。
控制操作因子，使得該硝化液中的A/B比達(dá)到1.1以上。
方法3測(cè)定流入硝化槽的水中的氨濃度和凱式氮濃度的至少一個(gè)，由此計(jì)算作為目標(biāo)的處理水的氨濃度或亞硝酸濃度。另外還測(cè)定硝化液中的凱式氮、氨性氮、亞硝酸性氮的至少一個(gè)的濃度，計(jì)算硝化液中的A/B比。
基于此來控制操作因子，使硝化液中的A/B比達(dá)到1.1以上。例如，比較硝化液中的A/B比與由流入水水質(zhì)算得的目標(biāo)A/B值，控制曝氣量等，使得硝化液的A/B比接近目標(biāo)值。
在上述方法1～3的任一種中都控制操作因子，使硝化液中的亞硝酸濃度與氨濃度之比A/B優(yōu)選達(dá)到1.1～2.0，特別優(yōu)選達(dá)到1.2～1.5，尤其優(yōu)選達(dá)到1.3～1.4。
硝化液中的氨和亞硝酸的濃度與用于控制其的操作因子的關(guān)系如下。
生物學(xué)硝化反應(yīng)是硝化細(xì)菌利用氧將氨氧化的反應(yīng)，因此通過改變曝氣風(fēng)量控制供給到反應(yīng)裝置中的氧的量，可以調(diào)節(jié)硝化液所含的亞硝酸的量。
當(dāng)使曝氣量一定時(shí)，可以通過改變水力滯留時(shí)間來調(diào)節(jié)硝化液所含的亞硝酸的量。為了改變?cè)摐魰r(shí)間，可以改變流入水量，也可以預(yù)先并列設(shè)置多個(gè)反應(yīng)槽，改變處理所用的反應(yīng)槽的數(shù)量。
本發(fā)明的含有氨性氮的水的硝化方法，優(yōu)選利用如下裝置來實(shí)施即測(cè)定流入水和硝化液的至少一個(gè)的氨性氮濃度的測(cè)定裝置、由測(cè)定結(jié)果計(jì)算目標(biāo)值的計(jì)算裝置以及用于使硝化液中的亞硝酸/氨比A/B接近目標(biāo)的控制裝置。利用硝化槽的滯留時(shí)間來控制A/B比時(shí)，優(yōu)選進(jìn)一步設(shè)置測(cè)定原水流量的裝置。另外，也可以測(cè)定凱式氮濃度來代替對(duì)氨性氮濃度進(jìn)行直接測(cè)定。
對(duì)于氨或凱式氮濃度的測(cè)定裝置而言，只要是能夠掌握氨性氮濃度或凱式氮濃度的測(cè)定裝置，無論是基于怎么樣的測(cè)定原理的測(cè)定裝置都可以使用。
對(duì)于計(jì)算裝置而言，優(yōu)選由測(cè)得的氨性氮濃度或凱式氮濃度計(jì)算硝化液中的目標(biāo)氨、亞硝酸濃度，由預(yù)先求出的操作量與生成的亞硝酸濃度的關(guān)系計(jì)算必要的操作量的裝置。根據(jù)該計(jì)算結(jié)果，控制裝置對(duì)曝氣量、滯留時(shí)間或流入水量進(jìn)行控制。
對(duì)于利用自養(yǎng)細(xì)菌將對(duì)含有氨性氮的水進(jìn)行硝化處理得到的硝化液進(jìn)行脫氮處理的本發(fā)明的脫氮處理方法而言，由于亞硝酸濃度與氨性氮濃度以適當(dāng)比率存在，因此脫氮反應(yīng)有效地進(jìn)行。
如上述反應(yīng)式(1)所示，在該利用自養(yǎng)細(xì)菌進(jìn)行的脫氮反應(yīng)中，生成作為副產(chǎn)物的硝酸。因此，可以在該利用自養(yǎng)細(xì)菌進(jìn)行的脫氮工序后，進(jìn)一步設(shè)置用于除去硝酸的后脫氮工序。
此時(shí)，在利用自養(yǎng)細(xì)菌的脫氮工序的處理水中殘留有氨時(shí)，在后脫氮工序中不能將其除去，從而氨會(huì)流出到體系外。因此，優(yōu)選在自養(yǎng)細(xì)菌的處理水中基本不殘留氨。具體而言，優(yōu)選利用自養(yǎng)細(xì)菌的脫氮處理水中的氨濃度為50mg/L以下，特別優(yōu)選為10mg/L以下。應(yīng)說明的是，在該后脫氮工序中，由于不僅除去硝酸而且還除去亞硝酸，因此利用自養(yǎng)細(xì)菌的脫氮處理水中殘留亞硝酸沒有關(guān)系。
對(duì)含有氨性氮的水進(jìn)行硝化處理之后的硝化液中的A/B比如上所述，達(dá)到1.3以上時(shí)，在來自利用自養(yǎng)細(xì)菌的脫氮工序的處理水中完全或幾乎不殘留氨。
下面參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體方式。
圖1是表示本發(fā)明的含有氨性氮的水的硝化方法的實(shí)施方式的流程圖。
在圖1中，1是硝化槽(曝氣槽)，設(shè)有將從鼓風(fēng)機(jī)3供給的空氣進(jìn)行曝氣的散氣管2。
在圖1中，構(gòu)成如下設(shè)有用于測(cè)定導(dǎo)入硝化槽1中的原水和來自硝化槽1的硝化液的氨性氮濃度的NH4-N濃度測(cè)定裝置4、5，根據(jù)NH4-N濃度測(cè)定裝置4、5的測(cè)定結(jié)果，利用鼓風(fēng)機(jī)控制器6控制鼓風(fēng)機(jī)3的曝氣風(fēng)量。
該NH4-N濃度測(cè)定裝置4、5可以使用隔膜型離子電極等。
在該控制器6，由原水與來自硝化槽1的硝化液中的NH4-N濃度差算出硝化液中的亞硝酸濃度A，計(jì)算與硝化液的NH4-N濃度B之比A/B，調(diào)節(jié)利用鼓風(fēng)機(jī)3的硝化槽1的曝氣風(fēng)量，使得該A/B值達(dá)到1.1以上、優(yōu)選達(dá)到1.1～2.0、特別優(yōu)選達(dá)到1.2～1.5、尤其優(yōu)選達(dá)到1.3～1.4。
在本發(fā)明中，對(duì)硝化槽的形式?jīng)]有特別的限定，可以采用污泥懸浮式、固定床、流化床、顆粒法、海綿等載體添加法等的任意一種形式。
根據(jù)氨性氮濃度來調(diào)節(jié)曝氣風(fēng)量，由此可以穩(wěn)定且可靠地進(jìn)行亞硝酸型硝化。為了把硝化槽1中的氨氧化細(xì)菌的活性維持在很高，而且使亞硝酸氧化細(xì)菌的活性降低，優(yōu)選將硝化槽1內(nèi)的液體pH控制在5～9、特別優(yōu)選控制在7～8，將亞硝酸離子濃度控制在50～10000mg-N/L、特別優(yōu)選控制在200～3000mg-N/L，將溫度控制在10-40℃，特別優(yōu)選控制在20～35℃，將氮負(fù)荷控制在0.1～3kg-N/m3·天、特別優(yōu)選控制在0.2～1kg-N/m3·天。
在圖1中，通過泵9將堿劑罐8內(nèi)的堿劑水溶液(例如苛性鈉水溶液)添加到硝化槽1中，使得用pH計(jì)7檢出的硝化槽1內(nèi)的pH達(dá)到上述范圍。
來自硝化槽1的硝化液利用ANAMMOX菌(自養(yǎng)細(xì)菌)進(jìn)行生物脫氮處理。
圖2是用于該利用自養(yǎng)細(xì)菌進(jìn)行脫氮處理的優(yōu)選的反應(yīng)裝置的示意圖。來自硝化工序的硝化液通過配管10以向上流的方式通入立式的反應(yīng)槽11內(nèi)。在該反應(yīng)槽11內(nèi)存在自養(yǎng)細(xì)菌的絮凝物，利用自養(yǎng)細(xì)菌進(jìn)行了脫氮處理的脫氮處理水通過配管12取出。
通過從配管12分支的、帶有循環(huán)泵14的循環(huán)配管13，再次將脫氮處理水的一部分送回到反應(yīng)塔10中進(jìn)行再次脫氮處理。pH調(diào)整劑通過添加裝置15添加于該循環(huán)配管13。
實(shí)施例和比較例下面舉出實(shí)施例和比較例更具體地說明本發(fā)明。
實(shí)施例1在圖1中，容積為300L的硝化槽1中裝有海綿擔(dān)體90L。向該硝化槽1投入來自污水污泥的活性污泥，將厭氧性硝化槽的上層清液(pH為7.5、NH4-N濃度約為400～500mg-N/L)作為原水以2m3/d的速度供給。水力學(xué)的槽內(nèi)滯留時(shí)間(HRT)為約3.6小時(shí)。NH4-N濃度測(cè)定裝置4、5使用隔膜型離子電極。
測(cè)定原水和硝化液的氨濃度，由原水中的NH4-N濃度設(shè)定硝化液的目標(biāo)NH4-N濃度，控制來自鼓風(fēng)機(jī)3的曝氣風(fēng)量，使得檢出的實(shí)際硝化液的NH4-N濃度達(dá)到該目標(biāo)NH4-N濃度。曝氣風(fēng)量在約6～9.6m3/Hr的范圍變化。應(yīng)說明的是，通過泵9注入苛性鈉水溶液(濃度25％)，使得用pH計(jì)7檢出的硝化槽1內(nèi)的pH達(dá)到7.5。
硝化液中的NH4-N濃度、NO2-N濃度、NO3-N濃度以及原水中的NH4-N濃度的經(jīng)時(shí)變化示于圖3。如圖3所示，硝化液中幾乎不存在NO3-N，NO2-N的摩爾濃度A與NH4-N的摩爾濃度B之比A/B大約在1.3～1.4的范圍變化。
實(shí)施例2將實(shí)施例1的來自硝化槽1的硝化液通入圖2所示的脫氮反應(yīng)槽11中，進(jìn)行脫氮處理。該反應(yīng)槽11的容積是300L，填充ANAMMOX菌的顆粒180L。從添加裝置15添加鹽酸水溶液(濃度10％)，使得反應(yīng)槽11內(nèi)的pH達(dá)到7.3。
硝化液的流入水量設(shè)為2m3/d，反應(yīng)槽11的HRT設(shè)為約3.6小時(shí)。
該脫氮處理水的NH4-N濃度、NO2-N濃度和NO3-N濃度的經(jīng)時(shí)變化示于圖4。
如圖4所示，該脫氮處理水中的NH4-N濃度、NO2-N濃度和NO3-N濃度極低。
比較例1使實(shí)施例1的曝氣風(fēng)量一定，為6m3/Hr，除此以外，對(duì)相同的原水進(jìn)行相同的處理。原水中的NH4-N濃度、硝化液中的NH4-N濃度、NO2-N濃度和NO3-N濃度的經(jīng)時(shí)變化示于圖5。
如圖5所示，A/B比在0.8～1.4的范圍變化，基本在1.3以下。
比較例2將比較例1的硝化液與實(shí)施例2相同地進(jìn)行脫氮處理。該脫氮處理水的NH4-N濃度、NO2-N濃度和NO3-N濃度的經(jīng)時(shí)變化示于圖6。
如圖6所示，由該比較例2可確認(rèn)，原水中的NH4-N濃度和NO3-N濃度與圖4的實(shí)施例2相比明顯增高，而且NH4-N濃度的變化幅度明顯大。
權(quán)利要求
1.含有氨性氮的水的硝化方法，其是將含有氨性氮的水導(dǎo)入硝化槽中，在氨氧化細(xì)菌存在的條件下曝氣來進(jìn)行硝化的含有氨性氮的水的硝化方法，其特征在于，使從該硝化槽流出的硝化液中的亞硝酸的摩爾濃度A和氨的摩爾濃度B之比A/B為1.1以上。
2.如權(quán)利要求1所述的含有氨性氮的水的硝化方法，其特征在于，使所述比A/B為1.1～2.0。
3.如權(quán)利要求2所述的含有氨性氮的水的硝化方法，其特征在于，使所述比A/B為1.2～1.5。
4.如權(quán)利要求3所述的含有氨性氮的水的硝化方法，其特征在于，使所述比A/B為1.3～1.4。
5.如權(quán)利要求1所述的含有氨性氮的水的硝化方法，其特征在于，通過控制曝氣量、硝化槽滯留時(shí)間和流入硝化槽的量的至少1個(gè)來控制所述比A/B。
6.如權(quán)利要求1所述的含有氨性氮的水的硝化方法，其特征在于，測(cè)定流入硝化槽的水和硝化液中的凱式氮濃度，由兩者的差計(jì)算硝化液中的亞硝酸濃度A。
7.如權(quán)利要求1所述的含有氨性氮的水的硝化方法，其特征在于，測(cè)定流入硝化槽的水和硝化液中的氨性氮濃度，由兩者的差計(jì)算硝化液中的亞硝酸濃度A。
8.如權(quán)利要求1所述的含有氨性氮的水的硝化方法，其特征在于，測(cè)定流入硝化槽的水中的氨性氮濃度和凱式氮濃度的至少一個(gè)，根據(jù)該測(cè)定值，計(jì)算使硝化液中的A/B比達(dá)到1.1以上的硝化液中的氨濃度或亞硝酸濃度的目標(biāo)值，控制曝氣量、硝化槽滯留時(shí)間和流入硝化槽的量的至少1個(gè)，以便能夠得到具有目標(biāo)氨濃度或亞硝酸濃度的硝化液。
9.如權(quán)利要求1所述的含有氨性氮的水的硝化方法，其特征在于，測(cè)定硝化液中的氨性氮和亞硝酸性氮的濃度，計(jì)算該硝化液中的A/B比，控制曝氣量、硝化槽滯留時(shí)間和流入硝化槽的量的至少1個(gè)，使得該A/B比達(dá)到1.1以上。
10.如權(quán)利要求1所述的含有氨性氮的水的硝化方法，其特征在于，將硝化槽內(nèi)的液體的pH控制在5～9、亞硝酸離子濃度控制在50～10000mg-N/L、溫度控制在10～40℃、氮負(fù)荷控制在0.1～3kg-N/m3·天。
11.如權(quán)利要求10所述的含有氨性氮的水的硝化方法，其特征在于，將硝化槽內(nèi)的液體的pH控制在7～8、亞硝酸離子濃度控制在200～3000mg-N/L、溫度控制在20～35℃、氮負(fù)荷控制在0.2～1kg-N/m3·天。
12.含有氨性氮的水的處理方法，其特征在于，用權(quán)利要求1的硝化方法對(duì)含有氨性氮的水進(jìn)行硝化之后，利用自養(yǎng)細(xì)菌進(jìn)行脫氮處理。
13.如權(quán)利要求12所述的含有氨性氮的水的處理方法，其特征在于，將用自養(yǎng)細(xì)菌進(jìn)行了脫氮處理的水用異養(yǎng)細(xì)菌進(jìn)行脫氮處理。
全文摘要
組合硝化工序和自養(yǎng)脫氮細(xì)菌處理含有氨性氮的水時(shí)，適當(dāng)設(shè)定硝化工序流出水中的亞硝酸和氨的比，從而高效地進(jìn)行脫氮處理。用NH
文檔編號(hào)C02F3/34GK1926072SQ20058000652
公開日2007年3月7日 申請(qǐng)日期2005年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月1日
發(fā)明者德富孝明 申請(qǐng)人:栗田工業(yè)株式會(huì)社