誘捕固定化載體及其製造方法、以及使用誘捕固定化載體的廢水處理方法及裝置的製作方法
2023-05-31 20:03:36
專利名稱：誘捕固定化載體及其製造方法、以及使用誘捕固定化載體的廢水處理方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及誘捕(entrapping)固定化載體及其製造方法、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上將氨進行脫氮的誘捕固定化載體及其製造方法、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：
用於廢水處理的存在於活性汙泥中的硝化細菌與一般的細菌相比，其繁殖速度慢，特別是在冬季的低水溫期，硝化細菌的細菌數減少，硝化活性明顯降低。這有時對和硝化細菌具有同樣性質的微生物來說也有同樣的傾向。
因此，將含硝化細菌的活性汙泥在石英沙、活性碳、塑料等付著材料上固定化，將硝化細菌高濃度化，由此改善廢水的硝化性能(參考文獻採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年發行)。
但是，在採用將微生物付著在付著材料上的付著固定化型時，通過付著的微生物的剝離和與作為目的微生物的硝化細菌不同的微生物的付著，不能使硝化細菌充分高濃度化。因此，製造將硝化細菌等有用微生物誘捕固定化到固定化劑內的誘捕固定化載體，將該誘捕固定化載體充填到反應槽中，提高硝化細菌的濃度，由此來提高硝化活性並快速處理廢水。
但是，一般認為誘捕固定化載體內的初期的硝化細菌的菌數越多，硝化活性就越高，就可以在早期發揮載體性能。為此，為了提高初期的硝化細菌數，目前的方法是將含有硝化細菌的活性汙泥濃縮後誘捕固定化(參考文獻環境微生物工學研究法、P123、技報堂出版、1993年發行)。在此，所謂活性汙泥是向汙水等有機性廢水中吹入空氣，使繁殖以後的微生物成為塊狀的汙泥，微生物包括細菌、菌類、原生動物、微小後生物等，廢水中的有機物被細菌吸附，在體內攝取·同化使細菌繁殖。將該細菌用原生動物、微小後生物等捕食形成食物連，使生態系統穩定。(出處技術研討會講義(セミナテキスト)、關於活性汙泥法的各種故障對策的實際(株)技術情報中心2000年7月)這樣的活性汙泥一般多含有有機物。
另外，有文獻提出使用除誘捕固定化載體之外的擔載有用微生物的表面積大的載體的製造方法(例如，特許文獻1)。該載體主要是將由無機成分構成的淨化水汙泥製成顆粒後，通過乾燥及燒製得到，從而得到比表面積極高的多孔質微生物載體。又有文獻提出，在汙泥中混合有用的微生物，或在微生物載體上擔載有用微生物。
特許文獻1特許第3131678號公報但是，使用目前的活性汙泥的誘捕固定化載體，存在不能使硝化細菌穩定地增殖，硝化活性的提高較慢且不穩定，不能充分發揮本來的載體性能的問題。其主要原因如下1)在濃縮活性汙泥而製造誘捕固定化載體時，有時因濃縮引起活性汙泥中含有的硝化細菌以外的從屬營養細菌數增加，因濃縮條件的不同使目的外的從屬營養細菌成為優勢種。在此，所謂從屬營養細菌，是使用含有較低濃度有機物營養物的培養基長時間(20～28℃、5～7天)培養時，在培養基內形成菌落的所有細菌(自來水實驗方法2001年版、日本自來水管道協會、2001年發行)。
2)通常，活性汙泥多含有有機物，VSS/SS高達0.7～0.9。使用了這種活性汙泥的誘捕固定化載體多含有有機物，從屬營養細菌將有機物作為基質消耗溶解氧，同時容易繁殖，由此容易使硝化反應所必須的溶解氧不足。
3)另外，活性汙泥形成以稱作菌膠團的細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物的性質(參考文獻水處理工學P204、技報堂出版、1976年發行)。因此，從屬營養細菌將絮凝物吸附的有機物作為基質容易消耗且繁殖溶解氧，由此容易使硝化反應所需的溶解氧不足。
4)所製造的誘捕固定化載體在容器中保存一定時間直到在處理槽中使用。如果該保管時間過長，則誘捕固定化載體內的從屬營養細菌消耗溶解氧，容易使誘捕固定化載體內部成為厭氧狀態，從而易發生甲烷發酵。持續這樣的厭氧狀態時，硝化反應所需的溶解氧容易不足。即使在好氣槽中使用到達這種狀態的誘捕固定化載體，硝化活性的提高也較慢。
另外，在誘捕固定化載體內發生甲烷發酵時，在載體內部易發生氣體積存等問題，且也有在保管誘捕固定化載體時，載體的強度和壽命降低的問題。
另外，如特許文獻1，在將有用微生物擔載到載體中的方法中，很難使微生物穩定地固定在載體中，從而其可能從載體脫落等。
發明內容
本發明是鑑於這樣的情況而構成的，其目的在於，提供硝化活性的提高快，且具有穩定的載體強度的誘捕固定化載體及其製造方法、以及使用該載體的廢水處理方法及裝置。
為了實現所述目的，本發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，其特徵在於，所述誘捕固定化載體誘捕固定化了含有硝化細菌的淨化水汙泥。
一般認為，在淨化水場產生的汙泥(淨化水汙泥)中不存在硝化細菌。因此，為將硝化細菌誘捕固定化，目前的辦法是不利用淨化水汙泥作為接種汙泥，而專門使用從汙水處理場得到的活性汙泥作為接種汙泥。
但是，本發明者發現在淨化水汙泥中除含有無機物較多之外，還含有消化細菌等進行自然淨化的微生物。本發明者還發現通過將這種淨化水汙泥用於誘捕固定化載體，硝化活性的提高比目前更快，可以得到具有穩定的載體強度的誘捕固定化載體。
根據第一方面，由於誘捕固定化載體將含硝化細菌的淨化水汙泥誘捕固定化，所以可以使硝化活性的提高快，且能得到穩定的載體強度。
在此，所謂淨化水汙泥，主要是指在將河水及地下水、水壩湖水進行淨化處理時得到的汙泥，例如從淨化水場採集到的汙泥。
第二方面在第一方面的基礎上，其特徵在於，所述淨化水汙泥的VSS/SS在0.1～0.3的範圍。
第二方面中將淨化水汙泥按物理特性來規定，由此，因為誘捕固定化載體中含有的淨化水汙泥的VSS/SS在0.1～0.3的範圍，所以可以使硝化活性的提高快，且能得到穩定的載體強度。
在此，所謂VSS/SS，是VSS(Volatile Suspended Solide、JISK0102法)和SS(Suspended Solid、JISK0102法)的比(VSS÷SS)，是表示汙泥中的有機物含量的指標之一。
第三方面在第一或第二方面的基礎上，其特徵在於，所述誘捕固定化載體中含有的所述淨化水汙泥的平均粒子直徑為10μm～30μm的範圍。
根據第三方面，通過將誘捕固定化載體中固定化的淨化水汙泥的平均粒子直徑設為10μm～30μm的範圍，可以使載體強度得到改善。因而，可以使硝化活性的提高快，且能得到具有穩定強度的載體。
在此，可以直接使用滿足所述平均粒子直徑範圍的淨化水汙泥，且即使是沒有達到所述粒子範圍的淨化水汙泥，也可以使用用凝聚劑和破碎裝置等調整到所述範圍的淨化水汙泥。另外，所謂淨化水汙泥具體是指，以二氧化矽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，這種淨化水汙泥的平均粒子可以容易地用雷射衍射/散射式粒度分布儀測定。
本發明第四方面在第一～第三方面中任一方面的基礎上，其特徵在於，所述每誘捕固定化載體中，以SS濃度含有2質量％以上的所述淨化水汙泥。
根據第四方面，由於每誘捕固定化載體中以SS濃度含有2質量％的淨化水汙泥，因此，可以得到硝化活性提高快且具有穩定的強度的載體。另外，更優選每誘捕固定化載體中以SS濃度含有2質量％～10質量％淨化水汙泥。
本發明第五方面在第一～第四方面中任一方面的基礎上，其特徵在於，所述誘捕固定化載體中含有的所述淨化水汙泥的VSS濃度為0.2質量％～2質量％的範圍。
本發明者發現由於誘捕固定化載體中含有的有機物的濃度不同，從而硝化活性的提高速度也不同，進一步研究的結果發現了適合的範圍。
根據第五方面，通過將誘捕固定化載體所含有的淨化水汙泥的VSS濃度設為0.2質量％～2質量％的範圍，可以使硝化細菌不容易受到從屬營養細菌的影響，可以得到硝化活性提高快且具有穩定強度的誘捕固定化載體。另外，誘捕固定化載體中所含的淨化水汙泥的VSS濃度優選0.5質量％～1質量％。
為實現所述目的，本發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，其特徵在於，所述誘捕固定化載體誘捕固定化了含有硝化細菌的汙泥，並且所述汙泥的VSS/SS為0.1～0.3的範圍。
根據第六方面，誘捕固定化載體誘捕固定化了含有硝化細菌的汙泥，並且將所述汙泥的VSS/SS設為0.1～0.3的範圍，由此可以得到硝化活性提高快且穩定的載體強度。
在第六方面中，所謂汙泥，只要是滿足所述組成的汙泥，則可以是淨化水汙泥以外的任何一種，例如可以是培養汙泥、湖澤底泥等。另外，也可以使用在活性汙泥中加入淨化水汙泥和無機凝聚劑、無機物等，將VSS/SS調製到所述範圍的汙泥作為所述汙泥。
第七方面在第六方面的基礎上，其特徵在於，所述誘捕固定化載體中含有的所述汙泥的平均粒子直徑為10μm～30μm的範圍。
根據第七方面，通過將誘捕固定化載體固定化的汙泥的平均粒子直徑設為10μm～30μm的範圍，可提高載體強度。因此，可得到硝化活性提高快且具有穩定強度的載體。
在此，本方面的汙泥在滿足所述平均粒子直徑的範圍時，可以直接用於固定化載體，且即使在沒有達到所述平均粒子直徑範圍的情況下，也可以使用用凝聚劑和破碎裝置等調整到所述範圍，之後用於誘捕固定化載體。
第八方面在第六或第七方面的基礎上，其特徵在於，每個所述誘捕固定化載體中以SS濃度含有2質量％以上的所述汙泥。
根據第八方面，由於每誘捕固定化載體中以SS濃度含有2質量％以上的滿足0.1～0.3範圍的汙泥，故硝化活性提高更快且可得到穩定強度。另外，更優選每誘捕固定化載體中以SS濃度含有2質量％～10質量％的所述汙泥。
第九方面在第六～第八方面中任一方面的基礎上，其特徵在於，所述誘捕固定化載體中含有的所述汙泥的VSS濃度為0.2質量％～2質量％的範圍。
根據第九方面，由於將誘捕固定化載體中含有的汙泥的VSS濃度為0.2質量％～2質量％的範圍，故可得到硝化活性提高快且具有穩定強度的載體。另外，更優選誘捕固定化載體中含有的所述汙泥的VSS濃度為0.5質量％～1質量％。
為實現所述目的，本方面第十方面提供一種誘捕固定化載體的製造方法，其特徵在於，通過將含有硝化細菌的淨化水汙泥和固定化材料混合使其凝膠化，將所述淨化水汙泥作為所述硝化細菌的接種汙泥誘捕固定化。
另外，為實現所述目的，本方面第十一方面提供一種誘捕固定化載體的製造方法，其特徵在於，將含有硝化細菌且VSS濃度在0.1～0.3範圍的汙泥與固定化材料混合併使其凝膠化，使得每誘捕固定化載體中的所述汙泥的SS濃度成為2質量％以上，將所述汙泥誘捕固定化。
第十及第十一方面表示本方面的誘捕固定化載體的製造方法。
第十二方面提供一種廢水處理方法，其特徵在於，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，進行廢水處理。
第十三方面提供一種廢水處理裝置，其特徵在於，處理槽內具備第一～第九方面中任一方面的誘捕固定化載體。
根據第十二及第十三方面，由於是在將本發明的誘捕固定化載體放入處理槽(好氣槽)進行廢水處理的裝置中進行廢水處理，所以可以穩定、快速地處理廢水。
根據本發明，可以得到硝化活性提高快且具有穩定的載體強度的誘捕固定化載體。
圖1是表示本發明的誘捕固定化載體製造方法之一例的圖。
圖2是表示本實施方式的廢水處理裝置10之一例的說明圖。
圖3是本實施例的圖表。
圖4是本實施例的圖表。
圖5是本實施例的圖表。
圖6是本實施例的圖表。
圖7是本實施例的圖表。
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…網板、24…散氣管。
具體實施例方式
下面，參照附圖對本發明的誘捕固定化載體及其製造方法、以及使用該載體的廢水處理方法及裝置的優選實施方式進行說明。
圖1是表示本發明的誘捕固定化載體的製造方法之一例。如圖1所示，首先將含微生物的淨化水汙泥和固定化材料混合，調製原料液。其次，在該原料液中添加過硫酸鉀等聚合引發劑，在聚合溫度是15～40℃優選20～30℃，聚合時間為1～60分鐘優選1.5～60分鐘的條件下使其聚合(凝膠化)。然後，將凝膠化的載體片切成約3mm見方的方形後，使其成顆粒狀。由此，製造本發明的誘捕固定化載體。
作為淨化水汙泥，主要是在處理河水和地下水、水壩湖水時得到的汙泥。例如有從淨化水場採集的汙泥。需要說明的是，淨化水場的水源不特別限定於所述的河流、地下水、水壩等。
淨化水汙泥的組成是在天然的沙粒組分中通過加入凝聚劑而加入鋁等的組成，主要多含有無機成分，此外，也含有進行自然淨化的細菌(硝化細菌)。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，沒有特別的限制。
淨化水汙泥的VSS/SS優選0.1～0.3的範圍，更優選0.15～0.25的範圍。在此，在淨化水汙泥不滿足所述的VSS/SS的範圍時，可以將無機物和活性汙泥、有機物添加到淨化水汙泥中，或局部燒結淨化水汙泥，或者稀釋等進行調整。
作為在本實施方式中使用的汙泥，不限定於所述淨化水汙泥，只要是滿足VSS/SS在0.1～0.3的範圍，則也可以是其他的汙泥(培養汙泥、湖沼底泥等)。另外，活性汙泥的VSS/SS通常是0.7～0.9，但是在添加淨化水汙泥和無機凝聚劑、無機物等後，也可以使用將VSS/SS調製到所述範圍的汙泥。
在淨化水汙泥、或VSS/SS滿足0.1～0.3範圍的汙泥(以下，將這些總稱為「淨化水汙泥」)中，優選含有進行自然淨化的微生物，特別是含有硝化細菌群、脫氮細菌群、厭氧性氨氧化細菌群等複合微生物。
所述淨化水汙泥等的平均粒子直徑優選10μm～30μm，更優選10μm～20μm。由此，由於汙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度。另外，由於所述淨化水汙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，所述淨化水汙泥等滿足所述平均粒子直徑的範圍時，可以直接在誘捕固定化載體中使用，所述淨化水汙泥等即使不滿足所述平均粒子直徑的範圍，在用凝聚劑和破碎方法(例如，均化器等)調整到所述平均粒子直徑的範圍後，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，所述淨化水汙泥等的黏度比活性汙泥的低，例如只要是SS濃度10000mg/L的淨化水汙泥，則就優選5mpa·s～30mpa·s(20℃)，更優選5mpa·s～15mpa·s(20℃)。淨化水汙泥等的黏度可以通過與水等溶劑和黏度低的汙泥混合、或稀釋、添加增粘劑、或濃縮而進行調整。
誘捕固定化載體中的所述淨化水汙泥等的SS濃度優選2質量％以上，更優選2質量％～10質量％。誘捕固定化載體中的所述淨化水汙泥等的SS濃度，如上所述可以通過在淨化水汙泥中添加無機物、稀釋或濃縮而進行調整。
誘捕固定化載體中的所述淨化水汙泥等的VSS濃度優選0.2質量％～2質量％範圍的，更優選0.5質量％～1質量％範圍的。誘捕固定化載體中的所述淨化水汙泥等的VSS濃度，如上所述可以通過在淨化水汙泥中添加無機物、稀釋或濃縮而進行調整。
需要說明的是，所述淨化水汙泥等，可以單獨使用，也可以與其他的汙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、預聚物、低聚物等，但是沒有特別的限制。例如可以優選使用聚乙二醇類的聚合物、聚乙烯醇類聚合物。具體地說，環氧乙烷與環氧丙烷的構成比是7∶3，可以優選使用末端基是二丙烯酸酯的分子量為4000的預聚物。
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、甲基丙烯醯基乙氧基氫化二烯鄰苯二甲酸酯、甲基丙烯醯基乙氧基氫化二烯丁二酸酯、甲基丙烯酸三氯二羥丙酯、甲基丙烯酸硬脂醯酯、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、丙烯酸月桂醯酯、丙烯酸硬脂醯酯、丙烯酸異冰片酯、丙烯酸環己酯、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、矽改性丙烯酸酯、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、丙烯醯乙氧基氫化二烯丁二酸酯、丙烯酸月桂醯酯等。
(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1，3二甲基丙烯醯氧基丙烷、2，2雙四甲基丙烯醯氧基乙氧基苯丙烷、3，2雙四甲基丙烯醯氧基二乙氧基苯丙烷、2，2雙四甲基丙烯醯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雙四丙烯醯氧基二乙氧基苯丙烷、2羥基1丙烯醯氧基3甲基丙烯醯氧基丙烷等。
(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)丙烯醯胺、丙烯酸、二甲基丙烯醯胺等。
需要說明的是，所述的固定化材料，可以單獨使用其中一種，也可以將兩種或兩種以上組合使用。
本實施方式中，就誘捕固定化載體的聚合而言，使用了過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。在使用了過硫酸鉀的游離基聚合中，過硫酸鉀的添加量優選在0.001質量％～0.25質量％範圍內，鋁類聚合催化劑的添加量優選在0.001質量％～0.5質量％範圍內。其種類優選使用β二甲胺基丙腈、NNN』N』四甲基亞乙基二胺等。另外也優選使用亞硫酸蘇打等。這些聚合引發劑和聚合催化劑可以單獨使用，也可以二種以上組合使用。
另外，在本實施方式中，作為誘捕固定化載體的成形方法，示例有片成形法，但不限於這種方法，也可以採用管成形法、滴下造粒法、塊成形法。
如上所述，優選使誘捕固定化載體在廢水處理的本運轉前活性化(馴養)。作為誘捕固定化載體的活性化方法，優選使含氨和亞硝酸的實際廢水或合成廢水與誘捕固定化載體接觸的方法。
然後，對將所述誘捕固定化載體適用於以除去氮為目的的廢水處理的例子進行說明。圖2是說明本發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內的本發明的誘捕固定化載體16、使處理水從處理槽12內流出的流出配管18。
處理槽12是在其內部設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的流出口附近設置有用於抑制誘捕固定化載體16的流出的網板。另外，在處理槽12內設置有用於使硝化反應所需的氣泡冒出的散氣管24。
處理槽12內的誘捕固定化載體16的填充率，作為容積％，優選5％～40％，更優選8％～20％。另外，只要是附著載體，則填充率按容積％優選40％～90％，更優選50％～80％。
通過這種構成，含有氨的原水從流入配管14流入處理槽12，利用本發明的誘捕固定化載體16內的微生物(硝化細菌等)進行硝化反應，使原水中的氨氧化成亞硝酸和硝酸。需要說明的是，硝化反應所需的氣體由散氣管24供給。而且，處理廢水通過網板22從流出配管18流出。
這樣，通過將本發明的誘捕固定化載體16填充在處理槽12內，可以穩定地進行廢水處理。另外，活性的提高快且處理時間會大幅度縮短。
利用以上說明的本發明的誘捕固定化載體及其製造方法、以及用其進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定的載體強度的誘捕固定化載體。
以上對本發明的誘捕固定化載體及其製造方法、以及用其進行廢水處理的方法及裝置的實施方式進行說明，但本發明並不限於所述實施方式，可以採用各種方式。
例如，在本實施方式中，對含有硝化細菌的誘捕固定化載體進行了說明，但也可以應用於含有硝化細菌以外的難於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，對於其他的微生物載體(附著固定化載體、接觸濾材)所使用的微生物和汙泥來說，也可以使用本發明的汙泥(淨化水汙泥等)。
實施例下面，對實施例做詳細說明，但本發明並不限於以下實施例。
1)汙泥的種類首先，改變汙泥種類，製作誘捕固定化載體，比較硝化性能。
(誘捕固定化載體的材料)汙泥種類淨化水汙泥(VSS/SS＝0.198) (實驗1)湖沼底泥(實驗2)、活性汙泥(實驗3)、厭氧汙泥(實驗4)
每載體的汙泥濃度2質量％-載體固定化材料聚乙二醇二丙烯酸酯 5質量％聚合催化劑NNN』N』四甲基亞乙基二胺0.0500質量％聚合引發劑過硫酸鉀0.0025質量％關於所述四種的每一種汙泥，將所述固定化材料、聚合引發劑及聚合催化劑等混合，在聚合溫度20℃下，進行30分鐘的聚合後，使其成為約3mm的方形，製造四種誘捕固定化載體。需要說明的是，作為厭氧汙泥使用甲烷發酵槽內的汙泥。
(廢水處理條件)使用廢水無機合成廢水(含有氨態氮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)滯留時間3小時處理溫度20℃關於所述四種誘捕固定化載體，用所述處理條件分別進行廢水處理(馴養)。每載體的硝化速度，通過測定流入廢水和處理廢水的氨態氮，根據其減少量算出，此時的結果示於圖3。
如圖3所示，就每載體的硝化速度在到達100mg-N/L-載體·h所需的日期而言，使用了淨化水汙泥的載體(實驗1)最短，是13日。
另一方面，使用了活性汙泥的載體(實驗3)是19日，使用了湖沼底泥的載體(實驗2)是24日，使用了厭氧汙泥的載體(實驗4)是28.5日，比使用任何淨化水汙泥的載體(實驗1)都長。由此可知，使用了淨化水汙泥的誘捕固定化載體硝化活性的提高最快。
其次，為研究所述結果是否是由硝化細菌引起，用MPN法(MostProbable Number)測定各誘捕固定化載體所含的硝化細菌數。
另外，測定各誘捕固定化載體的載體強度。就誘捕固定化載體的載體強度而言，使用流變儀，在顆粒上面慢慢加壓，測定顆粒破損的壓力(kg)，用顆粒截面積(cm2)算出分配載體強度(MPa/cm2)，該結果示於表1。
表1
如表1所示可確認，誘捕固定化載體所含的硝化細菌數，從多到少的順序是活性汙泥＞淨化水汙泥＞厭氧汙泥＞湖沼底泥，所述(圖3)的硝化活性的提高所需時間不一定與硝化細菌沒有比例關係。這樣，淨化水汙泥的硝化細菌的快速增長，一般認為是由於未形成如活性汙泥之類的塊狀，從而吸附的有機物少，載體中的有機物濃度低，因此，成為從屬營養細菌難於繁殖的環境，使消化細菌容易增殖。
另外，誘捕固定化載體的載體強度，使用淨化水汙泥的載體(實驗1)最高，是通常活性汙泥的約1.4倍。
2)淨化水汙泥的組成(VSS/SS)下面，研究了淨化水汙泥的組成和除去氮性能的關係。在本例中，使用了具有表2所示組成的2種淨化水汙泥和作為比較用的活性汙泥。
(汙泥的組成)表2
※1 SS浮遊物質或懸浮物質。含無機物、有機物。
※2 VSSSS之中，通過強熱揮發的物質，主要是有機物。
如表2所示，就淨化水汙泥P、Q而言，與活性汙泥相比，汙泥中的有機物含有率VSS/SS極低。與此相反，就汙泥中的無機物(Al、Fe)的含有率而言，淨化水汙泥P、Q中多。
使用表2所示的各種汙泥，與所述1)相同，製造表3所示的誘捕固定化載體。
表3
關於表3所示的各誘捕固定化載體，用與所述1)相同的條件進行廢水處理實驗，測定相對經過天數的處理水中的氨態氮濃度。將此結果表示在圖4中。
如圖4(a)所示，在使用淨化水汙泥P的實驗1中，經過15日後，處理水中的氨態氮幾乎被完全除去。與其相同，在使用淨化水汙泥Q的實驗2中，如圖4(b)所示，經過20後，處理水中的氨態氮也被幾乎完全除去。
與其相對，在使用目前的活性汙泥的實驗3中，需要28日才能達到幾乎完全除去處理水中的氨態氮的水平。
這樣，使用目前的活性汙泥時，認為與使用了本發明的淨化水汙泥的實驗1及2相比，要除去處理水中的氨態氮需要更長的時間。由此可知，使用所述淨化水汙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間。
3)淨化水汙泥的平均粒子直徑下面，對於使用了淨化水汙泥的誘捕固定化載體，對淨化水汙泥的平均粒子直徑和誘捕固定化載體的載體強度的關係進行了研究。
在本例中，使用所述1)的淨化水汙泥作為淨化水汙泥。淨化水汙泥的平均粒子直徑通過添加凝聚劑和使用均化器進行調整。其他的用與所述1)相同的條件製作誘捕固定化載體。
誘捕固定化載體的載體強度和所述相同，使用流變儀，在顆粒上面慢慢加壓，測定顆粒破損的壓力(kg)，由截面積(cm2)算出分配載體強度(MPa/cm2)，該結果示於表5。
如圖5所示，若淨化水汙泥的平均粒子直徑在30μm以下，則載體強度大致恆定提高。但是，平均粒子直徑超過30μm時，認為載體強度會慢慢降低。一個原因認為這是由於淨化水汙泥本身作為填充劑而起作用。認為可得到是目前活性汙泥的約1.4倍的高強度。
另外，淨化水汙泥的平均粒子直徑難於調整到不足10μm大小。由此，認為淨化水汙泥的平均粒子直徑優選在10μm～30μm範圍。
4)誘捕固定化載體中的淨化水汙泥的SS濃度下面，對於使用了淨化水汙泥的誘捕固定化載體，研究載體中的淨化水汙泥的SS濃度和硝化速度的關係。
在本例中，載體中的淨化水汙泥的SS濃度在1質量％～6質量％的範圍，用和所述1)相同的條件製造誘捕固定化載體。
(廢水處理條件)使用廢水無機合成廢水(含有氨態氮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)滯留時間3小時處理溫度20℃用所述處理條件分別對所述誘捕固定化載體進行廢水處理(馴養)。而且，在20℃溫度下經過2周後，測定每載體的硝化速度。每載體的硝化速度通過使用了無機合成廢水的分批實驗進行測定。將此時的結果示於圖6。
如圖6所示，隨著載體中的淨化水汙泥的SS濃度的增加，硝化速度增加，當載體中的淨化水汙泥的SS濃度達到2質量％以上時，硝化速度穩定，大致顯示為一定的值。由此可知，只要載體中的淨化水汙泥的SS濃度在2質量％以上，消化細菌的濃度就高，硝化反應的提高就快。
5)誘捕固定化載體中的淨化水汙泥的VSS濃度下面，對於使用了淨化水汙泥的誘捕固定化載體，研究載體中的淨化水汙泥的VSS濃度和硝化細菌的增加率的關係。
在本例中，作為淨化水汙泥使用所述1)的淨化水汙泥。載體中的淨化水汙泥的VSS濃度通過在滅菌的淨化水汙泥中添加滅菌的淨化水汙泥而進行調整。硝化細菌使用培養的硝化細菌，製造誘捕固定化載體，以使每載體的硝化細菌數成為40000個/ml-載體。其他的用和所述相同的條件製造誘捕固定化載體。
而且，在20℃的溫度下，經過2周後測定每載體的硝化細菌的增加率。設馴養2周後的硝化細菌數/馴養前的硝化細菌數為硝化細菌的增加率，硝化細菌數用MPN法測定。該結果示於圖7。
如圖7所示，只要載體中的淨化水汙泥的VSS濃度在0.2質量％～2質量％的範圍，硝化細菌就增加到約500倍，硝化細菌的增加率高。而且，只要載體中的淨化水汙泥的VSS濃度在0.5質量％～1質量％的範圍，硝化細菌就增加到約1000倍，硝化細菌的增加率更高。
通常認為這一原因是因為只要載體中的淨化水汙泥汙泥的VSS濃度不足0.2質量％，在載體內和硝化細菌共生的微生物就難於增殖，不能充分發揮降低硝化細菌的增殖度的作用。而且，當載體中的淨化水汙泥的VSS濃度超過2質量％時，從屬營養細菌容易將有機物氧化，硝化反應所需要的溶解氧不足，硝化細菌難於增殖。
權利要求
1.一種誘捕固定化載體，其將微生物誘捕固定化，其特徵在於，所述誘捕固定化載體誘捕固定化了含有硝化細菌的淨化水汙泥。
2.如權利要求1所述的誘捕固定化載體，其特徵在於，所述淨化水汙泥的VSS/SS在0.1～0.3的範圍。
3.如權利要求1或2所述的誘捕固定化載體，其特徵在於，每個所述誘捕固定化載體中含有的所述淨化水汙泥的平均粒子直徑為10μm～30μm的範圍。
4.如權利要求1～3中任一項所述的誘捕固定化載體，其特徵在於，所述誘捕固定化載體中，以SS濃度含有2質量％以上的所述淨化水汙泥。
5.如權利要求1～4中任一項所述的誘捕固定化載體，其特徵在於，所述誘捕固定化載體中含有的所述淨化水汙泥的VSS濃度為0.2質量％～2質量％的範圍。
6.一種誘捕固定化載體，將微生物誘捕固定化，其特徵在於，所述誘捕固定化載體誘捕固定化了含有硝化細菌的汙泥，並且所述汙泥的VSS/SS在0.1～0.3的範圍。
7.如權利要求6所述的誘捕固定化載體，其特徵在於，所述誘捕固定化載體中含有的所述汙泥的平均粒子直徑為10μm～30μm的範圍。
8.如權利要求6或7所述的誘捕固定化載體，其特徵在於，每個所述誘捕固定化載體中以SS濃度含有2質量％以上的所述汙泥。
9.如權利要求6～8中任一項所述的誘捕固定化載體，其特徵在於，所述誘捕固定化載體中含有的所述汙泥的VSS濃度為0.2質量％～2質量％的範圍。
10.一種誘捕固定化載體的製造方法，其特徵在於，通過將含有硝化細菌的淨化水汙泥和固定化材料混合使其凝膠化，將所述淨化水汙泥作為所述硝化細菌的接種汙泥誘捕固定化。
11.一種誘捕固定化載體的製造方法，其特徵在於，將含有硝化細菌且VSS/SS濃度在0.1～0.3範圍的汙泥與固定化材料以使每個誘捕固定化載體中的所述汙泥的SS濃度成為2質量％以上地混合併使其凝膠化，由此將所述汙泥誘捕固定化。
12.一種廢水處理方法，其特徵在於，將權利要求1～9中任一項所述的誘捕固定化載體投入處理槽中，進行廢水處理。
13.一種廢水處理裝置，其特徵在於，處理槽內具備權利要求1～9中任一項所述的誘捕固定化載體。
全文摘要
本發明涉及一種硝化活性提高快，且具有穩定的載體強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菌的淨化水汙泥。
文檔編號C12N11/00GK101041511SQ20071008878
公開日2007年9月26日 申請日期2007年3月22日 優先權日2006年3月23日
發明者安部直樹, 青山光太郎, 角野立夫 申請人:株式會社日立工業設備技術