專利名稱：有機廢水的微生物降解處理方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種利用微生物降解有機廢水的處理方法，特別是，利用氫氧化鋁膜降解有機廢水的生物處理方法。
為了處理含有有機物的家庭污水、動物飼養(yǎng)過程中的糞尿和各種工業(yè)排水等廢水，迄今，開發(fā)使用了物理化學處理法和生化處理法等各種處理方法。其中，對于生化法(生化需氧量)處理高濃度污水的方法，具有代表性的是活性污泥法，該方法比物理化學處理法用的更為廣泛。
該活性污泥法是這樣的一種方法，先使微生物在含有有機物的廢水中繁殖，由細菌降解這些有機物，繁殖后的細菌富有吸附性成絮凝體沉淀，得到透明的處理液。
雖然，該活性污泥法處理含有機物的廢水極為有效，但處理設施的面積相對大，另外，在處理高濃度(例如，BOD2，000-3，000ppm以上)的污水時必須用水稀釋，而且，需要多次才能將沉淀后的污泥排除干盡，因此費用高，在處理過程中，產生臭氣而造成環(huán)境污染等，該方法存在上述問題。
鑒于以活性污泥法為代表的現有生物處理方法中存在的上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種不產生臭氣，即使為高濃度的污水，也不必稀釋，并能減少沉淀的污泥量，而且，即使設施規(guī)模小也能處理大量的有機廢水，并利用微生物處理有機廢水的有機廢水生物處理方法。
為了完成上述目的，本發(fā)明的權利要求1的特征在于利用微生物來降解處理有機廢水，通過在有機廢水中添加鋁離子，使廢水中的離子濃度為0.1mM以上0.5mM以下，來降解處理有機廢水。
本發(fā)明的權利要求2的特征在于在由上述權利要求1的方法降解處理后的有機廢水中再添加鋁離子至鋁離子濃度為4mM以上。
本發(fā)明的權利要求3的特征在于在如權利要求1所述的那樣利用微生物降解處理的有機廢水的過程中，在有機廢水中再混入如沸石那樣的礦物片。
本發(fā)明的權利要求4的特征在于在由權利要求3的方法混入礦物片進行處理的情況下，在降解處理后的有機廢水中再添加鋁離子至鋁離子濃度為1mM以上。
本發(fā)明的權利要求5的特征在于由權利要求1，2，3或4中的任何一個權利要求所述的方法來降解處理有機廢水的過程中，添加適量的鋁離子，以便將有機廢水的鋁離子濃度保持在0.1mM以上0.5mM以下。
因為本發(fā)明以如上所述的方式構成，所以，可以起到如下的作用與效果。
即，根據權利要求1所述的方法，通過將有機廢水中的鋁離子濃度調整至0.1mM以上0.5mM以下，能夠把在現有活性污泥法中降解有機廢水過程中產生臭氣的細菌沉淀分離，有選擇地使不產生臭氣的細菌繁殖。如此，就可以由有選擇地繁殖的細菌不產生臭氣地降解處理有機廢水。另外，有選擇地繁殖的細菌與現有活性污泥法中使用的細菌不同，因為其能繁殖至高濃度，所以能夠在不稀釋高濃度污水的情況下進行降解處理，而且還可使污水處理設施小型化。
根據權利要求2所述的方法，通過添加高濃度鋁離子，并按權利要求1所述方法使有機排水中的有機物分解，將繁殖的細菌封入氫氧化鋁膜中，由于可形成迅速分離沉降的結構物，所以可在除去大量繁殖的細菌后獲得達到污水處理水質標準的上層清液。
根據權利要求3所述的方法，用低濃度的鋁離子溶液有選擇地繁殖的細菌，在無需高濃度鋁離子的情況下，使其與礦物片充分混合，同時被捕集在氫氧化鋁膜內。結果是，細菌的混凝沉淀物在結構強度上有所增加，在曝氣過程上也不會破裂。當除去了防廢水中有機物的細菌后，可得到滿足水質標準的上層清液。這樣得到的細菌的凝聚沉淀物比較堅硬不易受機械破壞，當通過用原生動物吃掉沉淀的細菌后，可以得到以礦物片為主的少量的污泥。而礦物片又可重復使用。
根據權利要求4所述的方法，通過使特殊的細菌與礦物片混合并捕集在氫氧化鋁膜內來加速細菌沉淀物的形成，從而使生成的細菌絮凝沉淀物易凝聚在一起，沉淀在底部。
根據權利要求5所述的方法，當在降解有機物的過程中，輸入新的有機廢水的情況下，通過使鋁離子濃度保持在0.1mM以上至0.5mM以下，可長時間地抑制產生臭氣的細菌繁殖，使不產生臭氣的細菌繁殖至高濃度，所以，即使是高濃度的有機廢水，也不需要稀釋就可以迅速地對其進行無臭氣的降解處理。


圖1是表示從下水中采取的細菌隨時間繁殖后的狀態(tài)曲線。
圖2是表示在從下水中采取的細菌的培養(yǎng)液中添加鋁離子的情況下的、鋁離子濃度和上層清液中存在的細菌量的關系曲線。
圖3是添加2mM鋁離子的情況和沒有鋁離子的情況下，細菌繁殖狀態(tài)的比較曲線。
圖4是使用鋁離子的污水處理系統(tǒng)的示意圖。
圖5是表示添加礦物片的情況下的細菌隨時間變化的曲線。
圖6是利用礦物片和鋁離子的污水處理系統(tǒng)的示意圖。
圖7是表示分析惡臭成分的名稱的流程圖。
圖8是表示摸擬的中性臭氣成分的比例的曲線。
圖9是表示上層清液和沉淀中的中性臭氣成分比例隨時間變化曲線。
圖10是表示摸擬的酸性臭氣成分的比例的曲線。
圖11是表示上層清液和沉淀中的酸性臭氣成分比例隨時間的變化曲線。
圖12是表示用鋁離子法處理養(yǎng)豬埸污水時有機炭量的變化。
圖13是表示污水處理埸的細菌量的變化曲線。
圖14是表示把上述各污水處理池內的有機碳量分成含有細菌的有機碳量和可溶(殘余有機碳量)的含量圖。
圖15是用含褐色物質的溶液除去硫化氫。
圖16是用含褐色物質的溶液除去氨。
圖17是用含褐色物質的溶液除去氨類。
圖18表示豬埸廢物的原污水，加入礦物質和鋁離子的污水處理池中處理后的處理水的水質。
下面，參照附圖，詳細地說明根據本發(fā)明構成的有機廢水的微生物降解處理方法的較好的實施例。
如上所述，有機廢水包括家庭污水、動物飼養(yǎng)過程中的糞便和各種工業(yè)廢水，為處理這些有機廢水，目前已開發(fā)并被使用的方法有物理化學處理法和生物處理法等各種方法。其中，涉及污水處理的方法中，生物方法，即活性污泥法比物理化學法使用得更為普遍。但是，活性污泥法中也還存在必須預以克服的缺點，即，若處理高濃度(BOD2000-3000ppm以上)的污水，必須使用大量的水將其稀釋，也就必須具有大型設備。另外，需要反復多次處理沉淀的污泥，因此費用高。此外在處理過程中會產生臭氣，同時出現臭氣公害的問題。
為了克服目前的活性污泥法等的污水處理方法中的弱點，發(fā)明者選擇了不產生臭氣的細菌，因這些細菌不會產生臭氣，所以能夠處理高濃度的污水，而且，沉淀量也少。這種新方法是發(fā)明者們銳意努力開發(fā)的結果。
據發(fā)明者所知，目前的活性污泥法中使用的細菌能在鋁離子的濃度低至0.1-0.5mM，更好的是0.1-0.8mM時會向下沉降。當有鋁離子的存在的情況下，有選擇地培養(yǎng)一些細菌，并供給其營養(yǎng)，使其快速繁殖，可以得到具有如下特色的細菌群。
首先，選擇的細菌群不同與活性污泥法中使用的細菌，它不會產生臭氣。這意味著通過在污水處理池內加入低濃度的鋁離子，可以抑制有機物降解的過程中產生臭氣的細菌的生長。
其次，選擇的細菌群要能夠吸收并降解糞便的惡臭、吲哚、糞臭素、P-甲酚等。其結果是，進入污水處理池內的惡臭被迅速除去。使得能夠在污水處理現場消除臭氣，同時除掉糞便的惡臭。而且，通過所選擇的合適細菌，可以完成本發(fā)明之一個目的，即消除建設污水處理場會帶來惡臭的不滿。
進一步地，現有活性污泥法中必須把注入污水處理池內的原污水稀釋至2000-3000ppm以下，這就必然要使用大型污水處理池。這一點，正如本發(fā)明人所知，因為在低濃度的鋁離子存在下，由本發(fā)明方法所選用的細菌不同與用于活性污泥法中的細菌，該細菌可繁殖至高濃度，所以能夠降解處理注入污水處理池內的濃度高達10，000ppm的原污水，可使污水處理裝置小型化。
下面，詳細描述本發(fā)明的有機廢水的微生物降解處理方法，該方法采用鋁離子，通過選出的細菌的作用，在處理過程中除去臭氣和糞便惡臭，用礦物片使繁殖的細菌迅速絮凝沉淀，然后放流上層清水。
1.利用鋁離子使細菌沉淀而除去產生臭氣的細菌。
如圖1所示，在顯微鏡下可以觀察到來自污水的細菌當采用傳統(tǒng)活性污泥法激活時，其細菌數量迅速增加而發(fā)生絮凝。
這里，用生物處理方法處理污水的目的是降解并除去由BOD和COD表示的有機物，但為了產生盡可能少的污泥，并除去氮氣和磷，為此采取了各種手段。例如，在活性污泥法中，為了得到上層透明清液，利用細菌的凝聚作用，從污水處理池中除去細菌。因此，處理池內的細菌不能達到高濃度，高濃度的污水必須被稀釋后才能注入處理池內。為此，處理池不得不做得很大。本發(fā)明的方法是通過使細菌繁殖至高濃度來處理污水而使處理池小型化成為可能，本發(fā)明的方法就是涉及到這樣的問題。
在這些活性污泥法中使用的處理池內的污泥有臭氣，除去這些氣體也是本發(fā)明所涉及的范圍。
從污水中采取細菌并在培養(yǎng)液中馴養(yǎng)，加入鋁離子。則如圖2所示，在超過0.1mM的濃度時，絮凝沉淀增加，上層液變清。細菌成為大量的沉淀，用能夠使氫氧化鋁顯色的鋁試劑測試沉淀的顏色，一部分細菌絮狀體變成紅色，傳統(tǒng)活性污泥法中的大多數細菌保持不變。觀察用鋁試劑過后變成紅色的那一部分沉淀，該部分細菌被氫氧化鋁膜覆蓋。
如此，根據本發(fā)明，下水中的細菌通過加入低濃度的鋁離子，幾乎全部沉降并被除去。即使將此溶液放置在室溫下(超過25度)，過了數周也不會發(fā)臭。借此，產生臭氣的細菌在低濃度的鋁離子中絮凝沉降而被除去，另外，低濃度鋁離子被認為是使細菌沉淀從污水處理池中除去臭氣的原因。
2.鋁離子存在下的細菌的繁殖在下列實驗中，使用由孔徑為0.5mm的濾網過濾作為有機廢水(污水)的人類生活廢水(胨)或柵欄式養(yǎng)豬埸的圈內堆積的糞尿混合物后的液體部分。在20升的污水處理裝置中加入1.8升的有機廢水(污水)進行降解處理。在該溶液中，根據本發(fā)明的方法，一旦加入0.4mM的鋁離子，細菌就會絮凝沉降。若對該溶液在少量的有機廢水(污水)的存在的情況下進行曝氣(鼓入空氣)一夜，本發(fā)明所選的細菌大量繁殖，在各種鋁離子濃度的環(huán)境下測量其繁殖的特性。
因鋁離子的水溶液呈酸性，所以在加入鋁離子后，用NaOH來調整培養(yǎng)液的pH值成中性。在規(guī)定的各個小時內，用分光光度計測定細菌的含量，并在顯微鏡下觀察。
首先，在不加鋁離子的無添加的培養(yǎng)液中，細菌直接開始繁殖，然后可以觀察到那種傳統(tǒng)活性污泥法中已知的絮狀沉淀隨時間的變化。如圖3所示，大約4小時后細菌停止增加，因沉淀使細菌數迅速降低。
與此相反，在含有2mM的鋁離子的處理水中，開始的大約3小時內幾乎沒有繁殖，而超過4小時后開始繁殖，之后，繼續(xù)繁殖到高濃度。若采用0.5mM鋁離子，細菌急劇繁殖，致使溶液在610nm的波長時，溶液的吸光度為4.8，而在2mM的鋁離了溶液中，細菌繁殖吸光度為3.4，在5mM中，繁殖達到2.3的程度。
如此，根據本發(fā)明方法，在低濃度的鋁離子存在下，若給予所選擇的細菌營養(yǎng)物，即污水，與現有活性污泥法中的細菌相比，本發(fā)明所采用的細菌容易繁殖到更高的濃度，因此，高濃度的污水不必稀釋就能夠進行降解處理。
然而，根據本發(fā)明方法，在鋁離子存在下繁殖的細菌不同與活性污泥法中的細菌，不會完全凝聚沉淀，而且，不能在污水處理后形成上層清液。在顯微鏡下，可以見到氫氧化鋁膜包覆細菌的小顆粒物，但在如上的低濃度的鋁離子溶液中，多數細菌不形成沉淀，懸浮于溶液中。
根據上面觀察到的結果，由本發(fā)明方法所選的能繁殖到高濃度的細菌可以降解含高濃度TOC的污水。然而，降解處理后的上層清液，若與完全透明的活性污泥法的相比，其是混濁的，不能直接排放，因此，還要探討下面的細菌除去方法。
3.在高濃度鋁離子溶液中產生沉淀如下水中的細菌，即形成活性污泥的細菌，如圖2所示，當添加0.15mM的鋁離子時，在活性污泥法中能夠絮凝并沉降產生清澈的上層清液。與之相對，已知在低濃度鋁離子存在下繁殖的細菌若不增加鋁離子濃度，就很難沉降。若加入5mM的鋁離子，則開始有少量的細菌沉淀，若加7mM濃度的鋁離子，則幾乎都沉淀。由此，已判明在0.15mM下開始沉淀的下水中的細菌通過在低濃度的鋁離子中培養(yǎng)，可以轉變成必須在約50倍的7mM的鋁離子中沉淀的細菌群。
下面，對實施上述本發(fā)明方法的具體的污水處理的最佳實例作簡單說明。
1利用高濃度鋁離子進行沉淀的污水處理系統(tǒng)。
(1)初級處理如圖4所示的簡單結構的污水處理系統(tǒng)，將污水處理池1和沉淀池2并排設置，通過帶有圖中未示出的管的管路3將兩池連通。首先，在已導入了污水處理池1內的污水中加入0.2-0.5mM的鋁離子，它作為生物降解池。接著，大量地繁殖細菌，并在培養(yǎng)液中投入一定量的污水，用這些細菌在生物降解池1中降解有機物之后，通過管路3將一定量的處理水導入到沉淀池2內。
(2)細菌混凝沉降然后，一旦在沉淀池2內加入7mM的鋁離子，細菌幾乎全部沉淀。雖然在該實施例中，通過添加7mM的鋁離子，可使細菌沉淀，但本發(fā)明的方法并不限于上述的鋁離子濃度。為使細菌沉淀的必要的濃度可以根據細菌的濃度或是否混入了后述的礦物片作大幅度變化，在沒有混入礦物片的情況下，通過加入4mM以上最好是7mM以上的鋁離子濃度，能夠達到較好的沉淀效果。
(3)上層清液及污泥的處理如上所述，在采用細菌對污水進行降解處理，再通過添加高濃度的鋁離子而使細菌沉淀后，就可得到透明的上層清液。該上層清液因滿足污水處理水質標準而可排出。另外，除去污泥細菌)，并將除去的污泥用于其它目的是完全可能的。
以上采用最簡單的氫氧化鋁膜法降解有機物的方法，而在不重復利用細菌時，會產生較多的污泥的問題，就必須尋找解決該問題的對策。因此，下面說明還考慮了污泥對策的污水處理系統(tǒng)。
2采用細菌，礦物片和鋁離子的污水處理系統(tǒng)將細菌，礦物片和鋁離子結合使用處理污水，考察污水處理。
(1)污水處理條件作為污水處理系統(tǒng)，如圖6所示的，并排地設置原水池10，流量調整池12，第一曝氣池14，第二曝氣池16，沉淀池18及第三處理裝置20，用圖中未示出的帶管的管路將它們連通。
(2)細菌的選擇和繁殖首先，從原水池10通過流量調整池12將污水導入到第一曝氣池14內，這里，添加低濃度的鋁離子使細菌繁殖。而且，在1mM的鋁離子濃度的條件下，有所選地培養(yǎng)細菌，把作為礦物片的沸石200混入到其中。
然后，在從原水池10通過流量調整池12在第一次曝氣池14內加入1/10量的有機廢水(人類生活廢水)并進行曝氣后，細菌急劇繁殖，如圖5所示，在3-5小時內，細菌達到最高濃度。在該處理池底部形成沉淀，形成的沉淀類似于活性污泥法中細菌的絮凝體。
2小時后，用鋁試劑對沉淀試色，并可發(fā)現大量的細菌被氫氧化鋁膜所包覆，鋁試劑使這些細菌變成紅色。這些細菌被作為礦物片的泡沸石200所包覆。由于細菌沉淀受到沸石200的殼的保護，所以它們的耐機械破壞力增強了，在曝氣過程中，也難以破壞被氫氧化鋁膜包覆的細菌沉淀物。
(3)細菌為沉淀又過6小時的培養(yǎng)后，變成白色狀的混濁液被輸送到第二次曝氣池16內，并再加入1mM的鋁離子，如圖5所示，溶液中細菌在沸石的作用下產生凝聚并幾乎全部沉淀。但該上層液仍具有在波長為660nm時，吸光度為0.5的輕微混濁液。
采用2mM的鋁離子對上層清液繼續(xù)曝氣，則如圖5所示，2天后吸光度成0.3，3天后吸光度成0.15，4天后，吸光度變成0.04，上層完全透明。一旦看見上層液體成透明時，原生動物就吃細菌，幾乎全部的泡沸石200變成其本身的沉淀。
這樣，通過由原生動物除去細菌，就可以經濟地重復使用礦物片，同時可以使最終產生的污泥量較少，能夠容易且經濟地進行污水處理系統(tǒng)的維護。
與之相對，在不放入礦物片的情況下，在低濃度的鋁離子中繁殖的細菌在2mM左右低濃度的鋁離子中不會沉淀，而必須在7mM的濃度下才能沉淀。然而，如上述所述，在加入了如沸石200之類的礦物片的情況下，細菌群就吸附在礦物片內，由氫氧化鋁膜所覆蓋，當細菌和礦物片構成的一種結構物時，通過再加入低濃度的鋁離子，如1mM以上的，更好的是2mM以上，就能容易地使細菌群沉淀。
如此，使聯合使用細菌，礦物片和鋁離子，并使污水處理池運行時，細菌便大量繁殖，高濃度的污水曝氣后，形成透明的上層液體。另外，也表明了礦物片可再利用。因此，根據本發(fā)明方法，確立了與活性污泥法不同的新的利用氫氧化鋁膜的污水處理法。
作為投入污水的礦物片，除泡沸石200以外，也可使用其它各種礦物片，基本的要求是只要細菌能夠吸附到其上則可使用。把礦物片和水的交界面稱作界面，已知在界面上具有細菌吸附，營液液的濃縮和稀釋或細菌活性化能量的轉變及縮短誘導酶的誘導時間的效果。另外，因為由鋁離子有選擇地吸收具有特殊能力的細菌，從而細菌被吸附到礦物片上。加入植物土壤，森林土壤，砂和粘土中的一種可代替泡沸石200，也可形成同樣的礦物片，細菌和氫氧化鋁膜的構成物，但對不添加上述任何一種物質的污水處理情況沒有作觀察。
下面，通過根據本發(fā)明構成的污水處理方法，來證明污水處理池中的糞尿臭氣的除去效果。
根據本發(fā)明方法，一旦利用在低濃度鋁離子存在下繁殖的細菌，在污水處理池內加入家畜的糞尿并進行曝氣，該處理池中的糞尿的惡臭就可被除去。
為了確認該效果，制作模擬的惡臭成分。在中性惡臭成分(P-甲酚，吲哚和糞臭素)和酸性惡臭成分(醋酸，丙酸，異丁酸，丁酸，異戌酸)中加入被包在上述污水處理池內的氫氧化鋁膜內的細菌和泡沸石200結合的構成物，根據圖7所示的順序用Leoplex400的色譜儀分析惡臭量的變化。
圖8-圖11表示該結果。如圖8-9所示，中性惡臭在處理1小時后沉淀，與上層液體分離。2小時后上層液體中幾乎沒有惡臭成分，放置一晚上后完全消失。這表示了細菌吸收了惡臭氣體，并將這些成分降解掉了。這樣，人們感覺到惡臭的消失也被色譜儀進行了科學的論證。此外，如圖10至圖11所示，酸性惡臭也因吸附在細菌的沉淀物上而被慢慢在降解掉了。
人類感官感覺到污水處理埸的惡臭主要是中性惡臭，因此，通過由本發(fā)明方法，采用在低濃度的鋁離子的存在下繁殖的細菌能夠使糞尿的惡臭消失。
為了證實這一點，將惡臭中的一種吲哚混入到由本發(fā)明方法所產生的細菌的沉淀物中，放置不久后用離心機除去剩余的吲哚。若將能夠使吲哚改變顏色的cobac試劑測試生成混合物的顏色混入其中，經過一定時間后沉淀變成紅色，在顯微鏡下觀察這些沉淀，便可發(fā)現幾乎所有的沉淀都變成了紅色，從而可知該污水處理池內的細菌富有吸附吲哚并將其降解的能力。
3養(yǎng)豬埸污水處理的連續(xù)運轉下面，根據本發(fā)明的方法，對降解處理池內的養(yǎng)豬埸的糞尿的實施例進行說明。
含糞尿濃度達7，000-10，000ppm左右的濃污水適時地流入的養(yǎng)豬埸污水處理池內。
如圖12所示，污水處理埸的污水是5，000-7，000ppm的高濃度有機廢水。其中大約1，000ppm是由褐色物質構成的有機碳(TOC/GF所表示的有機碳的基線值相當于此)。在污水處理埸中，投入濃度為4，000ppm的由本發(fā)明方法所選擇的細菌群，由這些細菌群將流入的1，500ppm濃度的有機碳在2小時間內降解并氣化掉。如圖12所示，每次加入污水就要增加1，500ppm的有機碳，不久就因降解而減少。因TOC(GF)是除了細菌群以外的有機碳，在污水處理池內降解引入的有機碳的周期如圖12所示。此外，已證實TOC基線的原始值不增加，因而，由本發(fā)明所選擇的細菌不會在有機物降解處理中增加，實質上，保持為一恒定值。因此，可以判斷流入的有機物由細菌群降解和氣化掉了。
圖13表示在上述污水處理池內，采用由本發(fā)明方法在鋁離子存在下所有選擇地繁殖細菌的濃度。如圖所示，若濃度在A610nm下為30-32，則可知道形成了高濃度的細菌和大量的絮狀體。處理開始時(0小時)含糞尿的污水在流入處理池并被降解時細菌群還處于極高的濃度，不可能觀察到濃度的顯著變化，可判明細菌群的增減的程度在誤差范圍內變化。盡管長時間的運行過程中可以觀察到細菌群的增減，但使流入的有機碳降解的2個小時內還是不能觀察到明顯的細菌群的增減，因此，可以知道流入的大部分有機碳被分解而轉變成二氧化碳氣體排放到大氣中。
圖14表示用TOC計測定養(yǎng)豬埸的各污水處理池內的有機物的量及細菌群量的值。有的養(yǎng)豬埸將含有TOC為10，000ppm(BOD為20，000ppm)的有機物的原水作為有機廢水流入到污水處理池內。因此，根據本發(fā)明方法，無需對如此高濃度的糞尿進行稀釋就能夠由細菌群降解。如圖14所示，廢水一旦從原水池流入調整池內，就開始曝氣，并由細菌開始降解有機廢水。在該實施例中，雖然稱作為調整池，不過該調整池實質上相當于第一曝氣池。因而，在該實施例中，可以考慮使用三個曝氣池進行降解處理。如圖14所示，在各池中，由細菌對有機物依次降解，在含10，460ppm濃度的有機物的原水到達沉淀池時變成含490ppm濃度的有機物的處理水。因而可以知道隨著有機物的降解細菌自身在降解了有機物之后也慢慢地減少著。在來自沉淀池的處理水的廢水用過濾器過濾后，該過濾溶液中所含的物質幾乎全部是為褐色的有機物，其BOD為0.因此，根據本發(fā)明方法，因為有機物通過在有鋁離子存在下由所選擇的細菌群的降解而變成二氧化碳，水氮氣而排放出，所以能夠處理高濃度的污水。另外，本發(fā)明處理方法，與活性污泥法不同，不會產生很多污泥。此外，若使該處理池內的溶液靜置并除去細菌后流回豬圈內，則消除了豬圈內的臭氣，豬圈也就成為無臭氣的豬圈。
4關于污水處理池內的褐色物質(酚化合物)根據本發(fā)明，用鋁離子法處理養(yǎng)豬埸的污水，處理后的水變成了褐色。
下面，將要描述這種褐色物質的化學結構和生成，它的吸收光譜與腐殖酸的吸收光譜相類似，使該褐色物質通過孔徑為0.22μ的玻璃過濾器。因為污水中的細菌群不會通過該過濾器，所以，可以知道通過該過濾器的濾液由上述褐色物質和污水中的未降解的有機物構成。因而，用總有機碳計(TOC計)測定通過該過濾器的有機物，則可確認該物質。進一步地，通過由細菌群充分地對有機物進行降解，能夠除去污水中未降解的有機物。因而，殘余的有機物實質上是褐色的物質。更具體地說，該褐色物質也不能由本發(fā)明所選擇的細菌完全地降解，所以，一旦在污水處理后殘余的有機物中除去了細菌群(通過0.22μ的玻璃過濾器)，殘余的有機物則被確認為褐色物質。
根據本發(fā)明者的研究，證實在有機廢水中有選擇地繁殖的細菌當與大量的褐色物質結合時，能夠保持安全的生存狀態(tài)。如圖12所示，在養(yǎng)豬埸的污水處理池內裝填存在5，000-7，000ppm的有機物。這些有機物內大約有1，000ppm的褐色物質。而褐色物質幾乎沒有增減，基本保持在一定的值上。而且，已證明這種褐色物質是具有酚環(huán)的在合成化時稱作為酚類的物質群。已知最近酚類物質大量地用于植物圃育過程的地方，對生物來說，其是起到重要角色的物質。
該酚類含有羰基，酚羥基，氨基。因此，通過羥基與氫結合成一種聚合物。特別地，含酚化合物與鋁離子，鐵離子和鋅等，形成有機絡合物促進處理池內形成沉淀。又因酚類的反應能力強，因此可除去糞尿內存在的硫化氫，胺和氨等的臭氣。
其次，說明上述硫化氫，氨和胺等臭氣的除去。在廁所中我們聞到的臭氣有硫化氫，氨和胺等。這些物質是在降解糞尿時要被處理的物質。硫化氫是蛋腐化時產生的惡臭氣，在廁所中也是我們聞覺到最臭的物質。
(1)除去硫化氫首先，考察硫化氫惡臭氣體的除去。
在500ml的三角燒瓶中加50ml來自養(yǎng)豬埸的糞尿的調整池處理液。密封三角燒瓶，并開一小孔，不用時關閉。通過該小孔把封入在玻璃管內的硫化氫檢驗管(ガステツク社制)插入三角燒瓶內，吸取燒瓶內的空氣并測定硫化氫的量。在該調整液中加等量(50ml)的各種溶液。之后，測量硫化氫隨著時間的變化量。
如圖15所示，一旦加入本發(fā)明方法中使用的濃污水處理池液后過5分鐘，基本上檢查不出有硫化氫。加入褐色物質時，硫化氫的量也幾乎接近于0。第一曝氣池溶液或淡污水處理池液加入后5至8分鐘，可檢查出硫化氫的濃度為12ppm，而10分鐘后基本上檢查不出有硫化氫存在。除去硫化氫臭氣的可能是褐色的phenolic compounds。因該褐色沉淀物幾乎不含細菌，并不是細菌除去了硫化氫。另外，在加入為糞尿原水量的1/100的酸抽出的顆粒懸浮液時，也檢查不出有硫化氫存在。與這些相同的物質是褐色物質，現在已知可能是分子量從數百至聚合物的這樣的物質群。
(2)氨的去除氨臭的除去隨著加入的溶液是不一致的。從圖16可見，最能除去氨的溶液是第一曝氣池內溶液。其次是褐色沉淀。
(3)胺的除去圖17表示胺的除去狀態(tài)。雖然用來自處理池的高濃縮液在10分鐘后可使氨類下降到接近50%，但之后就難以再下降。而稀釋液比來自處理池的高濃縮液更能降低胺。
如上所述，在污水處理池內，由本發(fā)明方法所選的細菌產生褐色酚化合物(phenolic compounds)，不僅穩(wěn)定地繁殖細菌，而且，因反應能力較強，所以能夠除去硫化氫、胺和氨等，具有除去污水處理池內的惡臭氣體的效果。另外，褐色物質與鋁離子、鐵離子和鋅離子形成有機絡合物，促進含細菌的沉淀的形成，實現了除去沉淀層中的細菌的目的。
如上所述，若使用由本發(fā)明的方法所選的細菌群，因能夠除去臭氣，在原廢渣處理機中加入0.2mM濃度的鋁離子，再加入上述細菌群，一夜之間則可降解原廢渣而不會產生臭氣，作為水，二氧化碳和氮氣排出，因而，由本發(fā)明方法所選的細菌群用于生物降解型原廢渣處理機中是最合適的。
迄今進行的活性污泥法的污泥的有機物幾乎全部是細菌將其降解并無機化是困難的。因此，為了調整這些污泥中水份而加入泡沸石等的礦物，且一旦加入由本發(fā)明方法調制成的污水處理池液，污泥就會與礦物片結合，作為褐色物質而覆蓋礦物片并土壤化。這些即使加水也不會從礦物片上溶出，形成大顆粒結構的土壤。這樣，本發(fā)明作為通過由植物慢慢地降解礦物片和褐色物質形成的顆粒結構的具有惡臭的污泥作為植物的營養(yǎng)源能再利用的方法是很有用的。
其次，為了鑒定由本發(fā)明方法所選定的細菌，使其在低濃度鋁離子的存在下繁殖，邊使用試劑邊選擇能夠吸收惡臭中的一種吲哚的細菌。把細菌埋植在一般農田里在25度下培養(yǎng)4天。所有細菌全部回收，在純培養(yǎng)確認后，根據Cowan-Steel的手冊，鑒定細菌。
不添加鋁離子的處理池中，以Bacillusspp.，Pseudomonas spp.，Coryneform bacteria、Flavobacterium spp.等為主。
與之相對，在低濃度鋁離子存在下繁殖并能夠吸收降解吲哚的主要的大量細菌是Achromkbacter spp.，Alcaligenes spp.，Pseudomonas spp.，Acinetobacterspp.這些的大多數細菌還具有還原硝酸鹽能力和反硝化能力，另外還能進行硝化。
不添加鋁離子的處理池內所繁殖的細菌類似于通常的活性污泥法中的細菌，而在加入了礦物片和鋁離子的污水處理池內繁殖的細菌不僅是細菌屬不同，而且在能力上與不添加的處理池內的細菌有差別。如上所述，由于添加的礦物片和鋁離子，因為選出的具有特別能力的細菌，所以，根據本發(fā)明方法，選擇了最合適處理污水的細菌。
最后探討降解處理后的處理水的水質。根據JIS規(guī)則測定實驗前污水和污水處理后的處理水的pH、BOD、SS、總氮量、總磷量。大腸肝菌數用微生物檢查用Coli-Count取樣器(日本尼康公司制作)測定。
結果是，在加入鋁離子的污水處理池內，具有還原硝酸鹽和反硝化能力的細菌占優(yōu)，并業(yè)已顯示出可繁殖到高濃度，因此，可高效地降解污水中的有機物，因為有機物作為二氧化碳氣體和氮氣排出處理池，產生的污泥量要比不添加鋁離子的污水處理池產生的污泥量少得多。
圖18表示污水處理前的豬尿、加入礦物片和鋁離子的污水處理池中處理豬尿的處理水的水質。
污水水質、處理水水質與排放標準相比較，后者滿足排放標準要求。在放入河流的情況下，要符合各市府規(guī)定的排放標準，例如東京的環(huán)境標準水質和瀨戶內規(guī)劃地區(qū)(新設工業(yè)區(qū))的水質標準，pH為5.6-8.6、BOD 20mg/l、COD為120mg/l、ss為70mg/l、大腸肝菌群數為3000/cm3。本實驗的處理水的水質不會低于該標準，并已確認定水質非常很好。
如上所述，根據本發(fā)明方法，因為在低濃度鋁離子的存在下，能夠除去產生臭氣的細菌，所以有選擇地繁殖的細菌能夠無臭氣地降解處理有機廢水。這樣，因為所選的細菌能夠繁殖到高濃度，因此無需稀釋有機廢水就能對其進行處理，并能使污水處理系統(tǒng)小型化。
在降解處理后，通過添加高濃度的鋁離子，使所選的細菌凝聚沉淀，能夠形成高于水質標準的上層清液。另外，通過添加適當的礦物片，因在該礦物片周圍形成細菌群，從而促進了凝聚沉淀，通過添加濃度更低的鋁離子而除去細菌群。
權利要求
1.一種有機廢水的微生物降解處理方法，其特征在于在有機廢水中添加鋁離子，使鋁離子濃度保持在0.1mM-0.5mM范圍內，來降解處理有機廢水。
2.一種有機廢水的微生物降解處理方法，其特征在于在用權利要求1的方法降解處理過的有機廢水中，再添加使鋁離子濃度為4mM以上。
3.根據權利要求1所述的微生物降解處理方法，其特征在于在上述有機廢水中加入礦物片。
4.一種有機廢水微生物降解處理方法，其特征在于在用權利要求3所述的方法降解處理過的有機廢水中，再添加鋁離子使鋁離子濃度為1mM以上。
5.一種有機廢水的微生物降解處理方法，其特征在于在由權利要求1，2，3或4的任何一個權利要求所述的方法進行有機廢水的降解處理中，添加適量的鋁離子，以便將有機廢水內的鋁離子濃度保持在0.1mM--0.5mM之間。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種不產生臭氣能處理高濃度有機廢水的方法。本發(fā)明方法的特征在于通過在有機廢水中添加鋁離子使其保持為低濃度(0.1mM-0.5mM)，有選擇地使不產生臭氣的細菌繁殖至高濃度，因為由于這些細菌能夠使高濃度的有機廢水不產生臭氣地進行處理，因此，可以實現處理設備的小型化。另外，通過進一步添加鋁離子至高濃度(4mM)以上，就能夠降解除去處理后的細菌。此外，通過混入適當的礦物片，只要添加鋁離子至低濃度(1mM以上)就能夠促進分離除去細菌，同時因為能夠減少污泥重量，所以能夠減輕運行負擔。
文檔編號C02F1/52GK1109029SQ94120778
公開日1995年9月27日 申請日期1994年12月16日 優(yōu)先權日1993年12月16日
發(fā)明者香川晴男, 中山英一郎, 吉村文彥 申請人:香川晴男, 中山英一郎, 吉村文彥