除氮方法及裝置的製作方法
2023-07-12 20:30:21
專利名稱：除氮方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及除氮方法及裝置，特別涉及使用厭氧性氨氧化法，除去生水中的氨態氮的除氮方法及裝置。
背景技術：
在以往的硝化和脫氮法中，生水中的氨態氮是用這一方法來除去的，即在好氧性條件下利用硝化菌經亞硝酸氧化成硝酸，然後在厭氧性條件下，利用脫氮菌把該硝酸轉換為氮氣。
但是，該方法，因為在脫氮處理時需要添加甲醇等的氫給與體，所以具有操作成本增加的缺點。
作為無需添加氫給與體的除氮方法，提出了稱作厭氧性氨氧化法(Anaerobic Ammonium OxidationANAMMOX)的方法。
該方法中，向反應槽供給調製成亞硝酸離子和氨離子的溶解化學當量近似相等的溶液，在液體溫度30℃、PH8.0下使HRT為6～23小時。其結果，通過厭氧性氨氧化菌的參與，液相中的亞硝酸氨被轉化為氮氣而排向系統之外。因為厭氧性氨氧化細菌是自養性細菌，所以不同於通常的其它營養性脫氮，不需要用於脫氮的氫給與體(例如甲醇)。因此，不需要營養源或者氧，能夠以低成本除去氮成分。
在上述的厭氧性氨氧化法中，包括厭氧性氨氧化細菌的菌體合成在內的物料平衡式是以下式(1)。
…(1)式由式(1)可知，在厭氧性氨氧化方法中，理想的是，把生水中的氨和亞硝酸的摩爾比調配成1∶1.31。
作為得到這樣摩爾比的溶液的方法，使用稱作SHARON法的除氮法。該方法，是在不具有汙泥滯留機構的連續攪拌槽形反應器中，溫度保持30～40℃、PH保持7～8左右，進行通氣，停滯1.5天。其結果，創造出可僅氨氧化細菌繁殖，而亞硝酸氧化細菌不能繁殖的環境。由此，能夠得到氨和亞硝酸為上述摩爾比的液體。
但是，因為SHARON法沒有用於滯留汙泥的設備，所以存在處理變得不穩定的問題。並且因為處理時間受限制，所以不能把氨完全轉換成亞硝酸。另外存在，為了使整個液體處於高溫，需要大量熱量的問題。
在特開2001-170684號公報中記載了，為得到氨和亞硝酸的摩爾比為1∶1.31的液體的另一種方法。該方法中把生水分配，對一部分生水用添加亞硝酸氧化細菌抑制劑的汙泥進行硝化處理之後，與另一部分生水合併。根據該方法，通過添加亞硝酸氧化細菌抑制劑，在汙泥中含有的亞硝酸氧化細菌的生長得到抑制，而汙泥中的氨氧化細菌優先生長，從而能夠把生水中的氨態氮主要轉換成亞硝酸。因此，把該硝化處理液與另一份生水合併時，可得到上述摩爾比的液體。
但是，特開2001-170684號公報中，因為使用除草劑等有害物質作為亞硝酸氧化細菌抑制劑，所以並不是現實的方法。
並且特開2001-170684號公報中，因為需要使用亞硝酸氧化細菌抑制劑的培養設備，所以存在整個設備的大型化、或者操作成本增加的問題。
發明內容
本發明是鑑於以上的問題而完成的，其目的在於提供一種，可簡單地得到適於厭氧性氨氧化的液體，並且在厭氧性氨氧化處理中可有效地除去氮成分的除氮方法和裝置。
為了達到上述目的，本發明之1是除去生水中含有的氨態氮的除氮方法，其特徵在於，將上述生水分配成2部分，並利用在給定的加熱條件下加熱處理過的固定化微生物載體或者在給定的加熱條件下加熱處理過的活性汙泥，對被分配的一部分生水進行硝化處理，從而把含在上述生水中的氨態氮轉化為亞硝酸態氮，然後把該被硝化處理過的硝化處理液與上述被分配的另一部分生水混合在一起，並對該混合液進行厭氧性氨氧化處理。
為了達到上述目的，本發明之2是除去生水中含有的氨態氮的除氮裝置，其特徵在於，設有把上述生水向第1輸液管路和第2輸液管路進行分配的分配槽；設置在上述第1輸液管路上，並利用在給定的加熱條件下加熱處理過的固定化微生物載體或者在給定的加熱條件下加熱處理過的活性汙泥進行硝化處理，把含在上述生水中的氨態氮轉化為亞硝酸態氮的硝化槽；混合用上述硝化槽進行硝化處理過的硝化處理液和在上述第2輸液管路流動的生水的混合槽；對在該混合槽中混合的混合液進行厭氧性氨氧化處理的厭氧性氨氧化裝置。
根據本發明之1和本發明之2，因為將上述生水分配成2部分，並利用在給定的加熱條件下加熱處理過的固定化微生物載體或者活性汙泥，對被分配的一部分生水進行硝化處理，由此氨態氮轉化為亞硝酸態氮，然後把該硝化處理液與分配的另一部分生水混合，所以通過對生水的分配比的調節，可簡單地調節混合液中的氨和亞硝酸的比例。其結果，因為能夠得到適於厭氧性氨氧化的混合液，從而在厭氧性氨氧化處理中，可有效地進行脫氮處理。另外，在本發明之1和之2所述的發明中，給定的加熱條件，在微生物固定化載體的場合，是指30～80℃加熱溫度、更理想的是40～70℃以及1h以上的加熱時間、更理想的是1天以上2周以內。另外，在活性汙泥的場合，加熱溫度為50～90℃、更理想的是60～90℃以及加熱時間為1h以上、更理想的是1天以上1周以內。
本發明之3，其特徵在於，具有測定在上述硝化槽硝化處理過的硝化處理液中的亞硝酸濃度的亞硝酸敏感元件；測定在上述第2輸液管路流動的生水的氨濃度的氨敏感元件；根據上述亞硝酸敏感元件的測定值和上述氨敏感元件的測定值，調整流入上述混合槽中的硝化處理液的流量和生水流量之比的流量調節機構。因此，根據本發明之3，因為根據生水的氨濃度和硝化處理液的亞硝酸濃度，調整被混合的生水的流量和硝化處理液的流量的比值，所以可任意地調節混合液中的氨和亞硝酸的比例。從而，能夠可靠地得到適於厭氧性氨氧化的比例的混合液。並且，即使在生水中含有的氨態氮的濃度隨時間變化的場合，也能夠把混合液中的氨和亞硝酸的比例調節為給定的值。
本發明之4，其特徵在於，在上述第2輸液管路上設有，與上述硝化槽容積近似相同的槽。因此，根據本發明之4的記載，在第2輸液管路流動的生水將在槽中停留，而其停留時間近似與硝化槽中的停留時間相同。因此，同一時刻從分配槽分配的生水，將同步流入混合槽中，所以即使生水中的氨態氮的濃度發生變化，也不受其影響。由此，混合液中的氨和亞硝酸之比不發生變動，所以可穩定地進行厭氧性氨氧化處理。
圖1是表示本發明的除氮裝置的實施方式1構成的模式圖。
圖2是表示混合液的成分和厭氧性氨氧化處理的除氮率之間關係的圖。
圖3是表示本發明的除氮裝置的實施方式2構成的模式圖。
圖4是表示本發明的除氮裝置的實施方式3構成的模式圖。
圖5是表示本發明的除氮裝置的實施方式4構成的模式圖。
圖中，10-除氮裝置，12-生水槽，14-分配槽，16-硝化槽，18-加熱處理槽，20-混合槽，22-厭氧性氨氧化裝置，24-第1輸液管路，26-第2輸液管路，28-回收裝置，30-硝化處理液管路，32-載體輸送管路，34-載體回流管路，36-除氮裝置，38-亞硝酸敏感元件，40-氨敏感元件，42-除氮裝置，44-緩衝槽，46-除氮裝置，48-沉澱槽，50-加熱處理槽，52-汙泥抽出管路，54-汙泥輸送管路，56-汙泥回流管路。
具體實施例方式
下面，根據
本發明的除氮方法及裝置。
圖1是表示本發明的除氮裝置的實施方式1結構的模式圖。
如圖1所示，實施方式1的除氮裝置10，主要由生水槽12、分配槽14、硝化槽16、加熱處理槽18、混合槽20以及厭氧性氨氧化裝置22構成，貯存在生水槽12中的生水被輸送至分配槽14。
在分配槽14上連接有第1輸液管路24和第2輸液管路26。分配槽14把生水分配成給定的流量比，向所述第1輸液管路24和第2輸液管路26輸送。例如分配為在第1輸液管路24流動的生水的流量和在第2輸液管路流動的生水的流量比(以下，稱為分配比)是1∶1～1∶1.4左右。
第2輸液管路直接與混合槽20連接。另外，第1輸液管路24與硝化槽16連接，並且該硝化槽16，通過硝化處理液管路30，與混合槽20連接。
向硝化槽16投入固定化微生物載體(以下，稱為載體)。該載體是，在湖沼或河川或海的底泥、地表的土壤、或者汙水處理場的活性汙泥等任一種汙泥的存在下，把用於固定化微生物的單體或者預聚物中的任一種，邊在30～80℃下加熱處理邊聚合而製造的。這樣製得的載體上，優先集聚把氨態氮硝化至亞硝酸的氨氧化細菌，同時可使把亞硝酸硝化至硝酸的亞硝酸氧化細菌的集聚得到抑制。另外，製造載體時的加熱溫度，理想的是30～80℃，更理想的是40～70℃。另外，製造載體時的加熱時間，理想的是1小時以上，更理想的是1天以上2周以內。因為如果加熱時間短，則優先地集聚氨氧化細菌的效果小。另外，即使加熱時間超過2周時間，集聚效果也幾乎不改變，所以使加熱時間在2周以內是理想的。
在硝化槽16的流出口設有載體的回收裝置28。在回收裝置被回收的載體，將經過載體運輸管路32，被輸送至加熱處理槽18。加熱處理槽18是加熱處理載體的裝置，作為其加熱條件，理想的是與製造上述載體時相同的加熱條件。即加熱溫度，理想的是30～80℃，更理想的是40～70℃。另外，加熱時間，理想的是1小時以上，更理想的是1天以上2周以內。在這樣的加熱條件下加熱處理載體時，載體中，亞硝酸氧化細菌的集聚受到抑制，並且氨氧化細菌被有效地集聚。即，能夠恢復由載體的亞硝酸生成性能。
在加熱處理槽18被加熱處理的載體，經過載體回流管路34，被送回至硝化槽16。由此，在硝化槽16中，沒有必要把生水中的氨態氮轉化至硝酸，可以主要地轉化為亞硝酸。另外，把載體的加熱溫度作為50～70℃時，硝化處理液中含有的亞硝酸和硝酸的濃度比成為30左右，亞硝酸型反應率(＝亞硝酸/(亞硝酸+硝酸)×100)成為97％，可進行近似100％的亞硝酸型的硝化反應。
在硝化槽16中被硝化處理的硝化處理液，經過硝化處理液管路30，被輸送至混合槽20。該硝化處理液在混合槽20中，將與從第2輸液管路26直接輸送的生水混合。即，因為在混合槽20中，含有亞硝酸的硝化處理液和含氨的生水混合在一起，所以在混合液中含有氨和亞硝酸。混合液中含有的氨和亞硝酸的比例，因在硝化槽16中氨幾乎完全轉化為亞硝酸，所以與在分配槽14中的分配比(即第1輸液管路24的流量和第2輸液管路26的流量之比)近似成比。因此，通過把分配比調節為1∶1～1∶1.4，能夠做成氨和亞硝酸的摩爾比近似於1∶1.31的混合液。
混合槽20中的混合液，被輸送至厭氧性氨氧化裝置22中。厭氧性氨氧化裝置22，通過在30℃溶液溫度、PH8.0下停留6～23小時，將氨作為氫給予體，除去氮成分。
下面，說明由以上構成的除氮裝置10的作用。
圖2是表示混合液的成分和厭氧性氨氧化裝置22的除氮效率之間關係的圖。
如圖2所示，厭氧性氨氧化裝置22，在混合液中的氨和亞硝酸的比例為0.9～1.4範圍時，可得到高的除去效率。因此，需要把混合液中的氨和亞硝酸的比例控制在0.9～1.4。
在本實施方式構成為，通過分配槽14，把生水向第1輸液管路24和第2輸液管理26輸送，並把第1輸液管路24的生水中的氨態氮轉化為亞硝酸，與第2輸液管路26中的生水混合，所以通過調整分配槽14中的分配比，能夠簡單地調整混合液中的氨和亞硝酸的比例。從而，可把混合液中的氨和亞硝酸的比例調整在上述範圍，可在厭氧性氨氧化裝置22中有效地進行脫氮處理。
圖3是表示實施方式2的除氮裝置36的結構的模式圖。
圖3中表示的除氮裝置36，與圖1中所示的實施方式1的除氮裝置10相比較不同之處在於，在硝化處理液管路30上設有亞硝酸敏感元件38以及在第2輸液管路26上設有氨敏感元件40。亞硝酸敏感元件38是，用於計測硝化處理液中的亞硝酸濃度的計測器，例如可使用BranLuebbe。氨敏感元件40是，用於計測在第2輸液管路中流動的氨濃度的計測器，例如可使用離子電極。
分配槽14，根據亞硝酸敏感元件38的測定值和氨敏感元件40的測定值，調節第1輸液管路24和第2輸液管路26的分配比。並且控制成在混合槽20內，相對於氨的亞硝酸的比為0.9～1.4。
下面，說明由以上構成的實施方式2的作用。
在第1輸液管路流動的生水，將在硝化槽16被硝化處理，而在第2輸液管路流動的生水將直接被輸送至混合槽20中。因此，在第1輸液管路流動的生水流入混合槽20的時間僅滯後於相當於在硝化槽16中的停留時間。因此，如果生水中含有的氨的濃度發生改變，則混合時的氨和亞硝酸的比例容易有很大的改變。例如，當生水中的氨的濃度大大降低時，從第2輸液管路26，流入混合槽20的生水中的氨濃度立刻下降，而相對於此，從硝化處理液管路30，流入混合槽20的硝化處理液中的亞硝酸濃度將滯後下降。因此，生水中的氨濃度下降後不久，混合液中相對於氨的亞硝酸的比例容易變大。
因此，在實施方式2中，根據亞硝酸敏感元件38的測定值和氨敏感元件40的測定值來調整由分配槽14的分配比。例如，當如上述生水中的氨濃度下降時，相對於第1輸液管路24，增加第2輸液管路26的流量。結果，能夠抑制混合液中的氨和亞硝酸的比例發生改變。
並且，根據實施方式2，即使在硝化槽16中的硝化效率發生改變的場合，也同樣通過調整由分配槽14的分配比，能夠抑制混合液中的氨和亞硝酸比例的變化。
這樣，根據實施方式2，通過調節由分配槽14的分配比，可將混合液中的氨和亞硝酸的比例調節為任意值。因此，即使在生水中的氨濃度改變的場合或處理槽16的硝化效率改變的場合，也能夠可靠地把混合液中的氨和亞硝酸的比例控制在0.9～1.4的範圍。從而能夠提高在厭氧性氨氧化裝置22中的脫氮效率。
在上述實施方式2中，調節在分配槽14的分配比，但是，只要調節在第1輸液管路24(或者是硝化處理液管路30)流動的流量和在第2輸液管路26流動的流量的比值就可以，所以也可以在第1輸液管路24(或者是硝化處理液管路30)或者第2輸液管路26上設置流量調節閥。
圖4是表示實施方式3的除氮裝置42的結構的模式圖。
圖4中表示的實施方式3的除氮裝置42與圖1中所示的實施方式1的除氮裝置10相比較，其不同之處在於，在第2輸液管路26上設有緩衝槽44。該緩衝槽44構成為，與硝化槽16近似相同的容積。因此，在硝化槽16的停留時間和在緩衝槽44的停留時間近似相等。所以從分配槽14，於同一時刻向第1送水管路24和第2送水管路26分配的生水，將在近似同一時刻流入混合槽20中。結果，即使生水中的氨濃度發生變化的場合，混合液的成分也不會受其影響，而使混合液中的氨和亞硝酸的比值經常保持在近似恆定的值。由此，在厭氧性氨氧化裝置22中可進行穩定的脫氮處理。
另外，在上述的實施方式3中，使緩衝槽44的容積和硝化槽16的容積近似相等，但並不限於這一方式。如果使硝化槽16的容積和緩衝槽44的容積的比值與在分配槽14的分配比相一致，則能夠使在硝化槽16中的停留時間和在緩衝槽44中的停留時間相同。
圖5是表示實施方式4的除氮裝置46的結構的模式圖。
圖5中所表示的除氮裝置46的硝化槽16通過活性汙泥進行硝化處理。在硝化槽16的後段設有沉澱槽48，並通過該沉澱槽48，從硝化槽16流出的活性汙泥被沉澱回收。在沉澱槽48沉澱的活性汙泥，其一部分通過抽出管路52被抽出，作為剩餘汙泥而定期被清除。殘餘的活性汙泥，通過汙泥輸送管路54被輸送至加熱處理槽50中，在加熱處理槽50中被加熱處理。被加熱處理過的活性汙泥，通過汙泥回流管路56，被送回到硝化槽16中。
作為加熱處理槽50的加熱條件，理想的加熱溫度是50～90℃，更理想的是60～90℃。並且，理想的加熱時間為1小時以上，更理想的是1天～1周時間。通過在這樣的加熱條件下進行加熱處理，能夠使活性汙泥中的亞硝酸氧化細菌的生長得到抑制，並同時使氨氧化細菌優先生長。因此，使用加熱處理過的活性汙泥進行硝化處理時，生水中的氨態氮，不會被硝化至硝酸而被轉化為亞硝酸。
根據如上構成的實施方式4，因在硝化槽16中能夠把氨幾乎完全地轉化為亞硝酸，所以可簡單地調節混合液中的氨和亞硝酸的比例，可得到適於厭氧性氨氧化處理的混合液。
另外，在上述的實施方式4中，也可以在硝化處理液管路30上配設亞硝酸敏感元件的同時在第2輸液管路26上配設氨敏感元件，或者在第2輸液管路26上配設與硝化槽16近似相同容積的緩衝槽。
如上述的說明，根據本發明的除氮方法以及裝置，把生水分配為2部分，使其中一部分生水中的氨態氮轉化為亞硝酸態氮之後，再與分配的另一部分生水混合，所以可簡單地得到把亞硝酸和氨的比值調整為給定值的液體，在厭氧性氨氧化處理中可有效地除去氮。
權利要求
1.一種除氮方法，除去生水中含有的氨態氮，其特徵在於，將上述生水分配成2部分，並利用在給定的加熱條件下加熱處理過的固定化微生物載體或者在給定的加熱條件下加熱處理過的活性汙泥，對被分配的一部分生水進行硝化處理，從而把含在上述生水中的氨態氮轉化為亞硝酸態氮，然後把該硝化處理過的硝化處理液與上述被分配的另一部分生水混合在一起，並對該混合液進行厭氧性氨氧化處理。
2.一種除氮裝置，除去生水中含有的氨態氮，其特徵在於，設有把上述生水向第1輸液管路和第2輸液管路進行分配的分配槽；設置在上述第1輸液管路上，並利用在給定的加熱條件下加熱處理過的固定化微生物載體或者在給定的加熱條件下加熱處理過的活性汙泥進行硝化處理，把含在上述生水中的氨態氮轉化為亞硝酸態氮的硝化槽；混合用上述硝化槽進行硝化處理過的硝化處理液和在上述第2輸液管路流動的生水的混合槽；對在該混合槽中混合的混合液進行厭氧性氨氧化處理的厭氧性氨氧化裝置。
3.根據權利要求2所述的除氮裝置，其特徵在於，具有測定在上述硝化槽硝化處理過的硝化處理液中的亞硝酸濃度的亞硝酸敏感元件；測定在上述第2輸液管路中流動的生水的氨濃度的氨敏感元件；根據上述亞硝酸敏感元件的測定值和上述氨敏感元件的測定值，調整流入上述混合槽中的硝化處理液的流量和生水流量之比的流量調節機構。
4.根據權利要求2所述的除氮裝置，其特徵在於，在上述第2輸液管路上設有，與上述硝化槽容積近似相同的槽。
全文摘要
一種除氮方法及裝置，生水槽(12)中的生水，通過分配槽(14)向第1輸液管路(24)和第2輸液管路(26)分配輸送。第2輸液管路(26)中的生水被直接輸送到混合槽(20)中，而第1輸液管路(24)中的生水在硝化槽(16)進行硝化處理之後被送至混合槽(20)中。在硝化槽(16)，使用在給定的加熱條件下加熱處理過的載體進行硝化處理，使生水中的氨態氮主要轉化為亞硝酸態氮。該硝化處理液在混合槽(20)中與第2輸液管路中的生水混合，然後該混合液被輸送至厭氧性氨氧化裝置(22)中，被厭氧性氨氧化處理。利用上述除氮方法，可簡單地得到適於厭氧性氨氧化的液體，並且通過厭氧性氨氧化處理，可有效地除去氮成分。
文檔編號C12M1/40GK1532151SQ03138508
公開日2004年9月29日 申請日期2003年5月30日 優先權日2003年3月19日
發明者井坂和一, 生田創, 角野立夫, 夫 申請人:日立工程設備建設株式會社