厭氧性氨氧化槽的運轉方法及厭氧性氨氧化裝置的製作方法
2023-10-08 08:26:14 2
專利名稱：厭氧性氨氧化槽的運轉方法及厭氧性氨氧化裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種厭氧性氨氧化槽的運轉方法及厭氧性氨氧化裝置，特別涉及利用厭氧性氨氧化細菌同時脫氮被處理水中的氨和亞硝酸的厭氧性氨氧化槽的運轉方法及厭氧性氨氧化裝置。
背景技術：
下水或工業廢水中所含的氮成分，由於是造成湖泊富營養化及降低河流的溶存氧的原因等，需要去除氮成分。下水或工業廢水中所含的氮成分，是以氨性氮、亞硝酸性氮、硝酸性氮、有機性氮為主的氮成分。
以往，這種廢水，如果氮濃度低，採用離子交換法去除，也採用氯、臭氧的氧化，但在中高濃度的情況下，採用生物處理，一般，在以下條件下運轉。
在生物處理中，進行利用好氧硝化和厭氧脫氮的硝化·脫氮處理，在好氧硝化中，進行利用氨氧化細菌(Nitrosomonas，Nitrosococcus，Nitrosospira，Nitrosolobuss等)和亞硝酸氧化細菌(Nitrobactor，Nitrospina，Nitrococcus，Nitrospira等)的氨性氮或亞硝酸性氮的氧化，另外，在厭氧脫氮中，進行利用從屬營養細菌(Pseudomonas denitrificans等)的脫氮。
此外，進行好氧硝化的硝化槽，在負荷0.2～0.3kg-N/m3/天的範圍內運轉。要處理總氮濃度30～40mg/L的下水，在硝化槽，需要6～8小時的滯留時間，在脫氮槽，需要5～8小時，需要大規模的處理槽。此外，對於只含無機質的工業廢水中，按與上述同樣的負荷，設計硝化槽或脫氮槽，但脫氮需要有機物，添加為氮濃度3～4倍的甲醇。因此，不僅起始成本，而且還存在要求高的運轉成本的問題。
對此，最近，利用厭氧性氨氧化法的除氮方法引人注目(例如，專利文獻1)。該厭氧性氨氧化法，是以氨作為氫供給體，以亞硝酸作為氫受體，利用厭氧性氨氧化細菌，按以下的反應式，同時脫氮氨和亞硝酸的方法。
(反應式1)
如果採用該方法，由於以氨作為氫供給體，因此具有能夠大幅度削減脫氮使用的甲醇等的使用量，或能夠削減汙泥發生量等優點，作為今後的除氮方法，認為是有效的方法。
但是，據文獻(Strous，M.et al.Nature，400，446(1999)報導，進行厭氧性氨氧化反應的厭氧性氨氧化細菌，是以Planctomycete為代表的菌群，增殖速度極慢，為0.001h-1。此外，在專利文獻2中，有比增殖速度為0.02～0.05天-1範圍的非常小的值，要得到2倍的菌體量，需要多達14～35天的培養天數的報導。
專利文獻1特開2001-37467號公報專利文獻2特開2003-24990號公報為此，如果要從活性汙泥進行利用厭氧性氨氧化細菌的厭氧性氨氧化槽的調試，需要尚無經驗的長時間的馴化時間，存在效率極差的缺陷。
如果是小規模的實驗室水平的實驗裝置，通過預先在厭氧性氨氧化槽內投入厭氧性氨氧化細菌，能夠縮短調試時間，但要用大規模的實際裝置進行相同的處理，需要培養厭氧性氨氧化細菌的培養設施。但是，在實用化時，存在培養設施巨大，運轉中不僅需要高額的設備費用和運轉管理費用，而且為培養還需要調整大量氮排水的缺陷。
如此，要現實地運轉利用厭氧性氨氧化法的厭氧性氨氧化槽，還存在要解決的問題，目前在國內尚無運轉例。
發明內容
本發明，是針對上述問題而提出的，目的是提供一種厭氧性氨氧化槽的運轉方法以及採用該方法的厭氧性氨氧化裝置，能夠縮短增殖速度慢的厭氧性氨氧化細菌的馴化時間，不需要設置培養設施，同時也不使抽出厭氧性氨氧化細菌的一方的厭氧性氨氧化槽的性能降低。
為達到上述目的，本發明之一，在利用厭氧性氨氧化細菌對被處理水中的氨和亞硝酸進行同時脫氮的厭氧性氨氧化中，從上述厭氧性氨氧化細菌的馴化結束的厭氧性氨氧化槽內，抽出部分厭氧性氨氧化細菌，將該抽出的厭氧性氨氧化細菌投入到要開始進行馴化的另外的厭氧性氨氧化槽中，進行調試運轉，其特徵在於，在上述一方的厭氧性氨氧化槽內，馴化結束後的厭氧性氨氧化細菌，是附著固定或包含固定在固定化材料上的微生物固定化材。
本發明，是基於用以實際裝置運轉的厭氧性氨氧化槽，也兼作厭氧性氨氧化細菌的培養，抽出培養後的厭氧性氨氧化細菌，作為另外的厭氧性氨氧化槽的調試的種菌供應的設想，以形成可縮短另外的厭氧性氨氧化槽的馴化時間，並且防止被抽出一方的厭氧性氨氧化槽的性能降低的構成，同時，在可謀求培養的效率化及抽出精度或抽出的容易性等的上述一方的厭氧性氨氧化槽，結束馴化的厭氧性氨氧化細菌，是附著固定或包含固定在固定化材料上的微生物固定化材的方式構成的。
如果採用本發明之一，由於能夠將在一方的厭氧性氨氧化槽馴化好的厭氧性氨氧化細菌，用於另外的厭氧性氨氧化細菌的馴化，所以能夠縮短增殖速度慢的厭氧性氨氧化細菌的馴化時間，不需要設置培養設施。此外，通過將厭氧性氨氧化細菌操作為固定在固定化材料上的微生物固定化材，能夠容易從一方的厭氧性氨氧化槽抽出厭氧性氨氧化細菌，或向另外的厭氧性氨氧化槽投入厭氧性氨氧化細菌，同時能夠高精度地控制抽出量或投入量。
在本發明中，所謂的馴化時間，指的是氨性氮濃度及亞硝酸性氮濃度同時減少一半所需的時間，即厭氧性氨氧化細菌以優勢繁殖，到發揮厭氧性氨氧化活性的時間。此外，調試運轉，除調試新設置的厭氧性氨氧化槽的情況外，也包括在厭氧性氨氧化細菌失活時的再次調試。此外，一方的厭氧性氨氧化槽和另外的厭氧性氨氧化槽，可以設在相同的廢水處理設施中，也可以分別設在不同的廢水處理設施中。
本發明之二，如本發明之一所述，其特徵在於，從上述一方的厭氧性氨氧化槽一次抽出的上述微生物固定化材的抽出量，是上述馴化的微生物固定化材總量的25％以下。此處，25％可以是重量％，也可以體積％。
這是因為，如果從馴化結束的一方的厭氧性氨氧化槽，一次抽出的微生物固定化材的量，相對於總量，在25％以下，幾乎不對被抽出的一方的厭氧性氨氧化槽的脫氮性能產生不良影響。一次抽出的微生物固定化材的量，相對於總量，如果在10％以下，更好。
本發明之三，如本發明之一或之二所述，其特徵在於，在上述一方的厭氧性氨氧化槽中，以抽出微生物固定化材為前提，馴化過剩的微生物固定化材。
如此，在一方的厭氧性氨氧化槽中，以抽出微生物固定化材為前提，馴化過剩的微生物固定化材，如果要抽出過剩部分的微生物固定化材，通常能夠在厭氧性氨氧化槽保持所需量的微生物固定化材，完全不會對脫氮性能產生影響。即，過剩部分，可以說能夠將厭氧性氨氧化槽用作培養槽。
本發明之四，如本發明之一至之三中任何一項所述，其特徵在於，從上述一方的厭氧性氨氧化槽，抽出微生物固定化材，同時補充未馴化的新的微生物固定化材。此處，所謂的未馴化槽，指的是厭氧性氨氧化活性低的，按單位載體的脫氮速度，是1(kg-N/m3-載體/天)以下的厭氧性氨氧化活性，不一定是指是新品。另外，只要不預先告知「單位載體」的脫氮速度，脫氮速度及容積負荷為按「單位反應槽容積」的評價，記載為(kg-N/m3-載體/天)，以下相同。
這是因為，如果抽出量在馴化的微生物固定化材總量的25％以下，幾乎對被抽出的一方的厭氧性氨氧化槽的脫氮性能無影響，但在下次抽出時，由於超過25％，所以只能抽出1次。但是，如本發明之四，通過於抽出微生物固定化材同時，補充未馴化的微生物固定化材，不減少厭氧性氨氧化槽內的微生物固定化材的數量。因此，只要重複此操作，就能夠接連不斷地從1個厭氧性氨氧化槽向另一厭氧性氨氧化槽，抽出馴化好的的微生物固定化材，作為馴化的種菌。
本發明之五，如本發明之一至之四中任何一項所述，其特徵在於，從上述一方的厭氧性氨氧化槽的微生物固定化材的抽出，以馴化結束的微生物固定化材的總量，用1個月以上，換入上述新的微生物固定化材的方式，分多次抽出。
如果在短時間內多次頻繁從一方的厭氧性氨氧化槽微生物固定化材，在被抽出的厭氧性氨氧化槽，不能充分馴化的微生物固定化材的比率增大，會使脫氮性能惡化。因此，如果以用1個月以上，優選用2個月以上，換入補充的新的微生物固定化材的方式，分多次抽出馴化好的微生物固定化材的總量，如此調整抽出頻度，由於也促進補充的新的微生物固定化材的馴化，所以減小對脫氮性能的影響。作為抽出方法，優選均勻抽出。即，優選將多次的抽出量設定成每次相同，如果每次抽出的量不同，因為脫氮性能容易變動。
本發明之六，如本發明之一至之五中任何一項所述，其特徵在於，相對於在上述一方的厭氧性氨氧化槽內流動的被處理水的流向，從平行方向的部位，均勻地抽出微生物固定化材。
這是因為，在厭氧性氨氧化槽內，被處理水的流入側的脫氮速度高，流出側的脫氮速度低，存在脫氮速度分布，如果從方向與被處理水的流向直交的部位抽出微生物固定化材，在該部位是被處理水的流入側的情況下，嚴重惡化厭氧性氨氧化槽的脫氮性能。另外，如果相對於被處理水的流動方向，擴展平行方向的部位的寬度，微生物固定化材的抽出量增加，如果變窄，減小抽出量。
本發明之七，如本發明之六所述，其特徵在於，上述微生物固定化材，使微生物附著在固定床上，同時作為與上述被處理水的流向平行的多個單元形成該微生物固定化材，抽出該單元。
如此，如果將微生物固定化材形成為固定床式，同時作為在被處理水的流向平行的多個單元，使其浸漬在厭氧性氨氧化槽，通過抽出單元，能夠從方向與被處理水的流向平行的部位，抽出微生物固定化材。
為達到上述目的，本發明之八，是一種厭氧性氨氧化裝置，其特徵在於，以實施本發明之一至之八所述的厭氧性氨氧化槽的運轉方法的方式構成的裝置。
為達到上述目的，本發明之九，是利用厭氧性氨氧化細菌對被處理水中的氨和亞硝酸進行同時脫氮的厭氧性氨氧化裝置，其特徵在於，具有上述厭氧性氨氧化細菌的馴化結束後的馴化完成槽、要開始進行上述厭氧性氨氧化細菌的調試的未馴化槽、多個單元，設在上述馴化完成槽及上述未馴化槽中的至少馴化完成槽內，使固定了含有上述厭氧性氨氧化細菌的微生物的固定床，在上述被處理水的流動方向，平行地配置、裝卸自如地支持上述多個單元的殼體；在將上述馴化完成槽的厭氧性氨氧化細菌作為種菌，進行未馴化槽的調試的時候，從上述馴化完成槽，連單元一起抽出，裝入未馴化槽中。
如果採用本發明之九，由於在馴化完成槽及未馴化槽中的至少馴化完成槽內，使含有厭氧性氨氧化細菌的微生物固定在固定床，同時作為在上述被處理水的流動方向平行的多個單元，在殼體上裝卸自如地支持該固定床，因此，通過抽出單元，能夠確實從方向與被處理水的流向平行的部位，抽出馴化好的厭氧性氨氧化細菌。所以，即使在以馴化好的厭氧性氨氧化細菌作為種菌抽出，投入到未馴化槽，進行未馴化槽的調試的時候，馴化完成槽的脫氮性能也不會嚴重惡化。
如以上說明，如果採用本發明的厭氧性氨氧化槽的運轉方法，由於將在一方的厭氧性氨氧化槽，馴化好的厭氧性氨氧化細菌用於另一厭氧性氨氧化細菌的馴化，所以能夠縮短增殖速度慢的厭氧性氨氧化細菌的馴化時間，不需要設置培養設施，同時也不使抽出厭氧性氨氧化細菌的一方的厭氧性氨氧化槽的性能降低。
圖1是實施本發明的厭氧性氨氧化槽的運轉方法的厭氧性氨氧化裝置的概念圖。
圖2是表示用同一廢水處理廠實施本發明的厭氧性氨氧化槽的運轉方法時的模式圖。
圖3是表示用不同的廢水處理廠實施本發明的厭氧性氨氧化槽的運轉方法時的模式圖。
圖4是在用馴化完成槽馴化後的微生物固定化材為包含固定化載體時，製造投入未馴化槽的包含固定化載體的方法的說明圖。
圖5是表示從馴化完成槽一次抽出的微生物固定化材的量和脫氮速度關係的關係圖。
圖6是說明馴化完成槽的脫氮速度的分布的說明圖。
圖7是說明不會使馴化完成槽的脫氮性能惡化的微生物固定化材的抽出部位的說明圖。
圖8是在本發明的厭氧性氨氧化裝置中，具有與被處理水的流動方向平行地使微生物固定化材單元化的單元的縱型馴化完成槽的構成圖。
圖9是在本發明的厭氧性氨氧化裝置中，具有與被處理水的流動方向平行地使微生物固定化材單元化的單元的橫型馴化完成槽的構成圖。
圖中10…馴化完成槽、12…未馴化槽、13…長方形、14A…馴化結束的微生物固定化材、14B…未馴化或補充的微生物固定化材、15…長方形集合體、16A、16B…原水配管、17…連結棒、18A、18B…原水泵、20A、20B…處理水管、21…單元、23…殼體、25…導向槽具體實施方式
下面，參照附圖，詳細說明本發明的厭氧性氨氧化槽的運轉方法及採用該運轉方法的厭氧性氨氧化裝置的優選實施方式。
圖1是實施本發明的厭氧性氨氧化槽的運轉方法的厭氧性氨氧化裝置的概念圖。
在圖1所示的2個縱型的厭氧性氨氧化槽中，一方的厭氧性氨氧化槽，是具有厭氧性氨氧化細菌以優勢繁殖的馴化好的微生物固定化材14A的厭氧性氨氧化槽(以下，稱為「馴化完成槽10」)，另一方的厭氧性氨氧化槽，是具有厭氧性氨氧化細菌還未以優勢繁殖的微生物固定化材14B的未馴化的厭氧性氨氧化槽(以下，稱為「未馴化槽12」)，由此進行調試。另外，本實施方式的微生物固定化材14A、14B，是以在無紡布的周圍附著固定微生物的固定床型的微生物固定化材14A、14B的例子進行說明，但也不局限於此。例如，也能夠使用，在凝膠或樹脂珠球等可在槽內流動的粒狀的固定化材料的周圍附著固定微生物的附著·流動型的微生物固定化材，或在含水凝膠的內部包含固定微生物，能夠在槽內自由流動的包含·流動型的微生物固定化材。
作為固定化材料的材質，可舉例聚乙烯醇或褐藻酸、聚乙二醇系的凝膠或纖維素、聚酯、聚丙烯、氯乙烯等塑料系的材質等，但也不特別限定。關於形狀，優選使用進行球形或圓筒形、多孔質、立方體、海綿狀、蜂窩狀等成型的。此外，本發明中也能夠使用利用微生物的自造粒的顆粒。
在馴化完成槽10及未馴化槽12的槽內，在被處理水中，垂直浸漬以棒狀的無紡布作為固定化材料的微生物固定化材14A、14B，經由原水配管16A、16B，通過原水泵18A、18B，從槽10、12底部供給的被處理水，以上向流在槽10、12內流動，從槽10、12上部，經由處理水管20A、20B排出。此處，圖1中用黑色標出的微生物固定化材14A，是指厭氧性氨氧化細菌以優勢繁殖的馴化好的微生物固定化材，用白色標出的微生物固定化材14B，是指厭氧性氨氧化細菌未以優勢繁殖的未馴化的微生物固定化材或重新補充的微生物固定化材。
在馴化完成槽10及未馴化槽12的槽內底部，設置分散盤22A、22B，從原水配管16A、16B流入的被處理水，在槽10、12內整體形成均勻的上向流，同時局部亞硝酸性氮濃度(NO2-N)變高，防止厭氧性氨氧化細菌失活。
如圖2及圖3所示，這些馴化完成槽10及未馴化槽12，可以設在同一廢水處理廠，也可以設在不同的廢水處理廠。
圖2表示，在同一廢水處理廠內，從已經馴化好厭氧性氨氧化細菌(運轉中)的A系列的馴化完成槽10，向開始進行調試運行的B系列的未馴化槽12內，移動馴化好的微生物固定化材14A。如此，當在同一廢水處理廠內，運轉多個處理系列A、B、C、D時，前面已經調試的處理系列的厭氧性氨氧化細菌，能夠作為其它處理系列的種汙泥。
圖3表示，從已經馴化好厭氧性氨氧化細菌(運轉中)的廢水處理廠A，向開始進行調試運行的另外的廢水處理廠F，移動馴化好的微生物固定化材14A。如此，在不同的廢水處理廠A、F之間，能夠向要開始運轉的一方的廢水處理廠F，移送前面已經調試好的廢水處理廠A的汙泥。
在使用上述馴化完成槽10及未馴化槽12，實施本發明的厭氧性氨氧化槽的運轉方法中，如圖1所示，從馴化完成槽10抽出馴化好的微生物固定化材14A的一部分，投入到未馴化槽12內。然後，在馴化完成槽10內，補充未馴化的微生物固定化材14B，繼續運轉。另外，在未馴化槽12中，放入從馴化完成槽10抽出的微生物固定化材14A，進行調試運轉。此時，馴化好的微生物固定化材4A，不局限於直接使用，也可以剝離呈固定化的厭氧性氨氧化細菌，作為馴化汙泥添加到未馴化槽12中。
在上述本發明的運轉方法中，在馴化完成槽10馴化後的微生物固定化材14A是包含固定化載體，在將馴化完成槽10內的包含固定化載體的總量的一部分投入到未馴化槽12中的時候，可以利用圖4所示的包含固定化載體的製造方法，增加投入到未馴化槽12的包含固定化載體的數量。
如圖4所示，對於從馴化完成槽10抽出的包含固定化載體，利用均化器等使包含固定化載體液狀化(液狀化工序)。此時，優選添加，厭氧性氨氧化細菌的中間代謝物即防止氧混入的還原劑肼和/或厭氧性氨氧化細菌的中間代謝物即羥胺。然後，在液狀化的包含固定化載體中混合水或活性汙泥(混合工序)。之後，將在混合工序混合的混合物與包含固定化材料即凝膠化材料混合，同時在凝膠化材料中添加水或作為反應調節劑的稀硫酸。最後，通過添加過氧化鉀等聚合引發劑，引起聚合反應，使凝膠化材料凝膠化，將混合物包含固定在凝膠化材料上(包含固定化工序)。如此，通過在液狀化的包含固定化載體中混合活性汙泥，進行增量，能夠增加包含固定化載體的數量，同時在製造的包含固定化載體內，與其它細菌相比，也能夠提高厭氧性氨氧化細菌的優佔比率，形成易於馴化的狀態。
此外，補充到馴化完成槽10中的未馴化的微生物固定化材14A，及投入到未馴化槽12中的未馴化的微生物固定化材14B，在是附著固定方式的情況下，也可以在投入之前，預先在固定化材料上附著汙泥等的微生物，然後投入。此外，此時，汙泥內附著的有機物，由於阻礙厭氧性氨氧化細菌的馴化，因此優選在使槽內的BOD濃度降到50mg/L以下後，投入馴化好的厭氧性氨氧化細菌。此外，也可以投入未附著微生物的固定化材料，使在運轉中附著微生物。
表1是通過實施本發明的上述運轉方法，說明能夠縮短增殖速度慢的厭氧性氨氧化細菌的馴化時間的試驗結果。
試驗，採用無機合成廢水，利用厭氧性氨氧化法，進行以實驗裝置構成的未馴化槽12的調試。另外，所謂表1中的添加，是指除投入馴化好的微生物固定化材14A外，在未馴化槽12內也添加馴化完成槽10內浮遊的馴化汙泥自身的情況，未添加指的是不添加的情況。
表1
試驗1，是在未馴化槽12中投入附著有未馴化厭氧性氨氧化細菌的活性汙泥的無紡布，進行調試時的情況。
作為調試的運轉條件，在未馴化槽12中投入，在下水汙泥(汙泥濃度MLSS30000mg/L的汙泥)中浸漬新品的無紡布，使在其上附著有下水汙泥的無紡布。另外，除了附著有下水汙泥的無紡布外，也在未馴化槽12中添加下水汙泥自身。關於原水組成，以文獻「A.A.van de Graaf et.al Microbiology(1996)，142，p2187-2196」作為參考，使用表2所示的組成的原水，通過改變亞硝酸性氮(NO2-N)濃度及氨性氮(NH4-N)濃度，進行運轉。
表2
(備註)T.Ellement S1EDTA5g/L、FeSO45g/LT.Ellement S2EDTA15g/L、ZnSO4·7H2O0.43g/L、CoCl2·6H2O0.24g/L、MnCl2·4H2O0.99g/L、CuSO4·5H2O0.25g/L、NaMoO4·2H2O0.22g/L、NiCl2·6H2O0.19g/L、NaSeO4·10H2O0.21g/L、H3BO40.014g/L結果，在未馴化槽12中，從運轉開始到第124天，開始氨和亞硝酸的同時脫氮，確認厭氧性氨氧化活性。然後，在第220天，確認脫氮速度0.45(kg-N/m3/天)。在試驗1的情況下，馴化時間為220天，但利用厭氧性氨氧化法的脫氮速度還不足夠。
試驗2，是在未馴化槽12中投入上面附著有硝化汙泥的無紡布，進行調試時的情況。所謂的硝化汙泥，是從硝化·脫氮裝置的硝化槽取樣的汙泥。作為運轉條件，首先在硝化汙泥(汙泥濃度MLSS30000mg/L的汙泥)中浸漬新品的無紡布，然後在無紡布上附著硝化汙泥。此外，除附著硝化汙泥的無紡布外，也在未馴化槽12中添加硝化汙泥自身。添加量與試驗1相同，也與以下試驗添加時的添加量相同。其它方面與試驗1相同。
結果，即使在運轉天數到180天後，也不開始氨和亞硝酸的同時脫氮，不能確認厭氧性氨氧化活性。即，通過馴化，厭氧性氨氧化細菌不以優勢繁殖，不能調試未馴化槽12。
從試驗1和試驗2得出，用厭氧性氨氧化細菌不佔優勢繁殖的未馴化的微生物固定化材，不能調試未馴化槽12，或者即使調試，也需要長的時間。
試驗3～7是本發明的運轉方法，從預先運轉的馴化完成槽10抽出馴化好的微生物固定化材14A，投入到未馴化槽12，進行未馴化槽12的調試。即，預先運轉的馴化完成槽10，以無紡布作為固定床，在槽內，以表觀充填率投入80％。另外，如表2所示，使用將亞硝酸性氮濃度(NO2-N)調整到200mg/L、將氨性氮濃度(NH4-N)調整到250mg/L的無機合成廢水，按脫氮速度3～5(kg-N/m3/天)進行運轉。如此，試驗3～7中的馴化完成槽10的微生物固定化材14A，使用以上述的無紡布作為固定床的種床，並將其添加到未馴化槽14中。以馴化汙泥量大致一定的方式進行試驗。另外，在試驗中，馴化完成槽10的微生物固定化材14A的形態，以無紡布作為固定床，但也不局限於此。此外，添加到未馴化槽14的微生物固定化材的形態也不局限於無紡布，在試驗中，除無紡布以外，以包含固定化載體、PVA凝膠珠球、顆粒等多種形態，進行了試驗。
試驗3，從馴化完成槽10抽出馴化好的微生物固定化材14A總量的5％，投入到未馴化槽12中，其餘的95％投入附著未馴化的活性汙泥的新品的微生物固定化材14B。此外，馴化完成槽10內的馴化汙泥自身不添加。結果，在開始運轉52天後，未馴化槽12的脫氮速度達到3.0(kg-N/m3/天)，而且，能夠得到與馴化完成槽10相同水平的厭氧性氨氧化活性。即，試驗3的馴化時間為52天，能夠得到利用厭氧性氨氧化法的足夠的脫氮速度。
試驗4，以5％從馴化完成槽10抽出的馴化好的微生物固定化材14A中的4％部分，投入到未馴化槽12中，剩餘1％部分，剝離汙泥，投入未馴化槽12。結果，在開始運轉40天後，未馴化槽12的脫氮速度達到3.3(kg-N/m3/天)，由於添加馴化汙泥自身，所以結果好於試驗3。試驗4的馴化時間為40天，能夠得到利用厭氧性氨氧化法的足夠的脫氮速度。
試驗5，從以5％從馴化完成槽10抽出的馴化好的微生物固定化材14A剝離汙泥，用聚乙二醇系的凝膠，固定混合了活性汙泥的混合物，通過形成顆粒狀，得到包含固定化載體。凝膠濃度為15重量％，載體內的混合物濃度為1.5重量％。
在未馴化槽12中投入該包含固定化載體，載體充填率為30％，進行試驗，結果表明，在開始運轉後大約1個月(31天)，未馴化槽12的脫氮速度達到3.3(kg-N/m3/天)，能夠用比試驗4短的時間馴化。
試驗6，從以5％從馴化完成槽10抽出的馴化好的微生物固定化材14A剝離汙泥，在該汙泥中24小時浸漬PVA(聚乙烯醇)制的凝膠珠球後，將汙泥和PVA凝膠珠球投入未馴化槽12中。另外，PVA凝膠珠球的向未馴化槽12的充填率，作為表觀容積達到50％。結果，在運轉開始後60天後，儘管比其它上述試驗3、4、5小，但未馴化槽12的脫氮速度也能夠調試到1.8(kg-N/m3/天)。脫氮速度比試驗3、4、5小的理由，認為是由於附著在PVA凝膠珠球馴化汙泥部分剝離，從槽流出的緣故。
試驗7，從以5％從馴化完成槽10抽出的馴化好的微生物固定化材14A剝離汙泥，在該汙泥中24小時浸漬顆粒後，將汙泥和顆粒投入未馴化槽12中。以顆粒的向未馴化槽12的充填率作為表觀容積達到40％的方式充填，採用UASB裝置運轉。結果，在運轉開始後50天後，未馴化槽12的脫氮速度達到3.5(kg-N/m3/天)，能夠得到與馴化完成槽10相同水平的厭氧性氨氧化活性。即，試驗7的馴化時間為50天，能夠得到利用厭氧性氨氧化法的足夠的脫氮速度。
此外，從表1的試驗3～7看出，實施本發明的運轉方法時的馴化時間是1～2個月。由此，補充到馴化完成槽10的未馴化的微生物固定化材14B需要1個月以上的馴化時間，優選需要2個月以上的馴化。因此，從馴化完成槽10的抽出頻率，優選以用1個月以上，優選用2個月以上將馴化完成槽10的馴化好的微生物固定化材14A替換成補充的微生物固定化材14B的速度，每次少量地抽出。如果比該抽出頻率快地抽出，在馴化完成槽10內，未馴化的微生物固定化材佔多數，如此會使馴化完成槽10的脫氮性能惡化。
此外，在本發明的運轉方法中，從馴化完成槽10一次抽出的微生物固定化材14A的抽出量，優選在馴化完成槽10的微生物固定化材14A總量的25％以下。
圖5是研究從馴化完成槽10一次抽出的微生物固定化材14A的抽出量和馴化完成槽10的脫氮性能關係的試驗結果，通過測定脫氮速度評價脫氮性能。
試驗，採用亞硝酸性氮濃度(NO2-N)調整到220mg/L、氨性氮濃度(NH4-N)調整到200mg/L的表2的無機合成廢水，HRT設定為3小時，運轉條件的馴化完成槽10(實驗裝置)，準備6槽。作為微生物固定化材14A的固定化材料，採用無紡布。6槽的抽出微生物固定化材14A之前的脫氮速度，都是2.5(kg-N/m3/天)。
另外，以相對於微生物固定化材14A，從6槽的馴化完成槽10的微生物固定化材14A的抽出量，達到3％、5％、10％、15％、25％、30％的方式，進行抽出。
圖5示出其結果。圖5的橫軸是抽出微生物固定化材14A後的經過天數，縱軸是馴化完成槽10的脫氮速度。從圖5得知，如果抽出量在10％以下，隨著抽出後的天數的增加，脫氮速度幾乎不降低。如果抽出量為15％及25％，從抽出後開始到10天左右，脫氮速度稍微下降，10天以後又恢復到原來的脫氮速度。但是，如果抽出量達到30％，隨著抽出後的天數的增加，脫氮速度急劇下降，到經過第5天，脫氮速度急劇下降到大約1(kg-N/m3/天)，其後，即使經過30天，也無脫氮速度的恢復樣子。
根據圖5的結果，從馴化完成槽10一次抽出的微生物固定化材14A的抽出量，優選在微生物固定化材14A總量的25％以下，更優選在10％以下，最優選在5％以下。
因此，在作為培養厭氧性氨氧化細菌的培養槽，兼用馴化完成槽10的情況下，重要的是，將從馴化完成槽10抽出的微生物固定化材14A的抽出量設定在25％以下，並且以用1～2個月以上替換成補充的微生物固定化材14B的方式抽出。
此外，在本發明的運轉方法中，優選，在馴化完成槽10，以抽出微生物固定化材14A為前提，馴化過剩的微生物固定化材14A。使用按脫氮速度3.0(kg-N/m3/天)運轉的馴化完成槽10，在抽出之前，預先過剩地投入相當於抽出量的5％的微生物固定化材14A，1個月一次進行一次抽出該5％的微生物固定化材14A，同時補充新的微生物固定化材14B的抽出·補充操作，進行連續運轉。結果表明，即使從馴化完成槽10，5％抽出微生物固定化材14A，馴化完成槽10的脫氮速度也不會降低，此外，馴化完成槽10的處理水的水質也不會惡化。由此，能夠作為培養槽，兼用馴化完成槽10，能夠1個月一次得到馴化好的微生物固定化材14A，能夠用作其它的未馴化槽12的種菌。
以上，說明了在不影響脫氮性能的情況下，從馴化完成槽10抽出的微生物固定化材4A的抽出量和抽出頻率等，但即使從馴化完成槽10抽出同量的微生物固定化材14A，如果在馴化完成槽10內的抽出部位不同，也嚴重影響馴化完成槽10的脫氮性能，所以需要恰當地設定抽出部位。
圖6表示，為設定恰當的抽出部位，研究馴化完成槽10的脫氮速度分布的結果。
試驗，採用圖1所示的被處理水以上向流流動的縱型的馴化完成槽10，同時，採用以無紡布作為固定化材料的馴化後的微生物固定化材14A，利用無機合成廢水進行了廢水處理試驗。在馴化完成槽10內，設置多根直徑100mm×長300mm的圓棒狀的在垂直方向浸漬配置無紡布的微生物固定化材14A。被處理水的組成採用表2所示的無機合成廢水，通過變化亞硝酸性氮(NO2-N)濃度及氨性氮(NH4-N)濃度，進行運轉。按水溫℃36、HRT 6小時、氮負荷大約1.8～2.2(kg-N/m3/天)的負荷，進行1個月的連續運轉。此時的脫氮速度為1.3～1.62(kg-N/m3/天)。
然後，在1個月後，從馴化完成槽10抽出微生物固定化材14A中的1根，在長度方向切斷成各5cm的6個長方形，研究了每個長方形的脫氮速度。結果見圖6。
圖6的棒狀圖表，表示切斷微生物固定化材14A的無紡布的6個長方形的各自的脫氮速度，No.1是無紡布的最下的長方形，是從無紡布的下面，在50mm的位置切斷的長方形。No.2是從下面的第2長方形，No.3是從下面的第3長方形，No.4是從下面的第4長方形，No.5是從下面的第5長方形，No.6是從下面的第6長方形。
從圖6的結果得知，相當於微生物固定化材14A的下半部分部位的No.1～No.3的長方形，顯示出高的脫氮速度，相當於微生物固定化材14A的上半部分部位的No.4～No.6的長方形，顯示出低的脫氮速度。這表明，在以縱型的馴化完成槽10的例看時，馴化完成槽10內的脫氮速度不均勻，由從被處理水的流入側(槽下部)到流出側(槽上部)的被處理水的流向看，流入側的脫氮速度快，流出側的脫氮速度慢。換句話講，流入側的厭氧性氨氧化細菌的活性高，流出側的厭氧性氨氧化細菌的活性低。這樣，如果從方向與沿馴化完成槽10內流動的被處理水的流向直交的部位，抽出微生物固定化材14A，有嚴重影響馴化完成槽10的脫氮性能的危險。即，在方向與被處理水的流向直交的抽出部位是流入側的情況下，大量引出活性高的厭氧性氨氧化細菌，嚴重惡化馴化完成槽10的脫氮性能。
因此，在本發明的運轉方法中，為不嚴重影響脫氮性能，在從馴化完成槽10抽出微生物固定化材14A的時候，重要的是，從方向與沿馴化完成槽10內流動的被處理水的流向平行的部位，均勻地抽出微生物固定化材14A。另外，取代以無紡布作為固定化材料的微生物固定化材14A，作為在圓柱容器內充填PVA凝膠珠球的固定床式的微生物固定化材14A，在馴化完成槽10內，在垂直方向，多根浸漬配置，相同地進行了抽出試驗，但在此情況下，通過從方向與沿馴化完成槽10內流動的被處理水的流向平行的部位，均勻地抽出微生物固定化材14A，幾乎不會對馴化完成槽10的脫氮速度產生不良影響。如此，恰當地設定抽出微生物固定化材14A的部位，不局限於像無紡布或充填在圓柱容器中的PVA凝膠珠球這樣的固定床式的微生物固定化材。
因此，為確認微生物固定化材14A的抽出部位和脫氮性能的關係，如圖7的概念圖所示，從方向與被處理水的流向平行的部位和方向與流向直交的部位的雙方，抽出微生物固定化材14A。即，在馴化完成槽10內，垂直地配置10根微生物固定化材14A，同時將各微生物固定化材14A切斷成10個長方形，準備2個由未圖示的支持部件支持各自的槽。在實際的馴化完成槽10中，在圖7的表裡方向，也配置微生物固定化材14A，但此處，為便於理解說明，用配置在圖示的一平面上的微生物固定化材14A進行說明。由此，如果抽出被圖7的虛線圍住的10個長方形13的集合體，即，在切斷成長方形13之前的微生物固定化材14A，能夠從方向與被處理水的流向平行的部位，抽出微生物固定化材14A。此外，如果抽出被2點虛線圍住的10個長方形13的集合體15，能夠從方向與被處理水的流向直交的部位，抽出微生物固定化材14A。無論在哪個抽出時，抽出量都相同。關於該2個馴化完成槽10，使用表2所示的無機合成廢水，以氮負荷大約為1.8～2.2(kg-N/m3/天)的負荷，進行連續運轉。此時的脫氮速度為1.3～1.62(kg-N/m3/天)。另外，由於從馴化完成槽10排出的處理水中的亞硝酸性氮濃度達到5mg/L，因6此在確認脫氮性能穩定後，從一方的馴化完成槽10，抽出1根無紡布，從另外的馴化完成槽10抽出與流向直交的10個長方形的集合體15。對於10個長方形集合體15，抽出位於從無紡布的下面50～75mm處的流入位置側的長方形集合體15。
結果，在從方向與被處理水的流向平行的部位，抽出1根無紡布時，一時，處理水的亞硝酸性氮濃度上升到30mg/L，大約用10天，處理水的亞硝酸性氮濃度降到最初的5mg/L。對此，在從方向與被處理水的流向直交的部位，抽出10個長方形集合體15的時候，馴化完成槽10的脫氮速度降低，處理水的亞硝酸性氮濃度超過100mg/L，即使經過30天，也不能恢復脫氮性能。研究了馴化完成槽10的厭氧性氨氧化細菌，結果發現細菌已失活。
如此，通過從方向與沿馴化完成槽10內流動的被處理水的流向平行的部位，均勻地抽出微生物固定化材14A，能夠以幾乎不會對馴化完成槽10的脫氮速度產生不良影響的方式，抽出微生物固定化材14A。
圖8是以能夠簡單地從方向與沿縱型的馴化完成槽10內流動的被處理水的流向平行的部位，均勻地抽出微生物固定化材14A的方式，使固定化材料無紡布單元化的圖。圖8(A)是側面概念圖，圖8(B)示上面概念圖。
如圖8所示，在縱型的馴化完成槽10內的被處理水中，以棒狀的無紡布作為固定化材料的多個微生物固定化材14A，分上下2段垂直配置，同時，相隔一定間隙(間隔)地相互排列微生物固定化材14A。此外，上下2段的微生物固定化材14A的配置關係，在下段的間隙的上面，配置上段的微生物固定化材14A，在上段的間隙的下面，配置下段的微生物固定化材14A。此外，相同列的微生物固定化材14A的無紡布的上端和下端，分別由連結棒17連結。由此，如圖8(B)所示，在上下一對連結棒17、17，間隔地形成支持多個微生物固定化材14A的四方板狀的單元21，在馴化完成槽的上段和下段的各自上，通過沿四方開放的骨架殼體23，支持多枚單元21。在該殼體23上，按一定間隔，插入單元21的導向槽25形成在垂直方向，通過在該導向槽25內插入單元21，能夠與被處理水的流向平行地排列多個單元21。
如此，如果將微生物固定化材14A形成固定床式，同時作為與被處理水的流向平行的多個單元21，使其浸漬在馴化完成槽10內，通過抽出單元21，能夠均勻且簡單地，從方向與被處理水的流向平行的部位，抽出微生物固定化材14A。此外，由於馴化完成槽10的上段和下段的微生物固定化材14A的配置能夠相互不同，同時在被處理水的入口配置分散用的幹擾板22A，因此能夠向馴化完成槽10內整體分散被處理水的流動。由此，在馴化完成槽10內，不產生局部增高亞硝酸性氮濃度的區域。在同時脫氮氨和亞硝酸的厭氧性氨氧化法中，需要亞硝酸，但是如果亞硝酸性氮濃度達到80mg/L以上，由於損害厭氧性氨氧化細菌的活性，因此不優選在馴化完成槽10內產生局部增高亞硝酸性氮濃度的區域。
圖8是表示縱型的馴化完成槽10的例子，但圖9是表示橫型的馴化完成槽10的例子，圖8的相同部件或裝置附加相同的符號，省略說明。
在橫型的馴化完成槽10的情況下，被處理水(原水)，如圖9(A)所示，從馴化完成槽10的流入部(圖9的左側)，朝流出部(圖9的右側)，水平方向流動。因此，如圖9(B)所示，在馴化完成槽10內，在間隔地排列的馴化好的多個微生物固定化材14A中，與圖6時同樣，用連結棒17隻連結與被處理水的流向平行的一列的微生物固定化材(用黑色表示的無紡布)，作為單元21，以能夠抽出該單元21。如此，由於通過形成1個抽出用的單元21，不需要將全部微生物固定化材14A形成單元21，因此容易組合，同時也能降低單元21的製作費用。此外，如圖9(C)所示，按流入側和流出側，將設在1列上的單元21分割成2個單元21A、21B，也可以根據馴化完成槽10的脫氮性能，變化抽出的單元21A、21B。但是，在橫型的馴化完成槽10的情況下，也與圖8的縱型的馴化完成槽10同樣，也可以組合全部微生物固定化材14A。
權利要求
1.一種厭氧性氨氧化槽的運轉方法，在利用厭氧性氨氧化細菌對被處理水中的氨和亞硝酸進行同時脫氮的厭氧性氨氧化中，從上述厭氧性氨氧化細菌的馴化結束的厭氧性氨氧化槽內，抽出部分厭氧性氨氧化細菌，將該抽出的厭氧性氨氧化細菌投入到要開始進行馴化的另外的厭氧性氨氧化槽中，進行調試運轉，其特徵在於，在上述一方的厭氧性氨氧化槽內，馴化結束後的厭氧性氨氧化細菌，是附著固定或包含固定在固定化材料上的微生物固定化材。
2.如權利要求1所述的厭氧性氨氧化槽的運轉方法，其特徵在於，從上述一方的厭氧性氨氧化槽一次抽出的上述微生物固定化材的抽出量，是上述馴化的微生物固定化材總量的25％以下。
3.如權利要求1或2所述的厭氧性氨氧化槽的運轉方法，其特徵在於，在上述一方的厭氧性氨氧化槽中，以抽出微生物固定化材為前提，馴化過剩的微生物固定化材。
4.如權利要求1～3中任何一項所述的厭氧性氨氧化槽的運轉方法，其特徵在於，從上述一方的厭氧性氨氧化槽，抽出微生物固定化材，同時補充未馴化的新的微生物固定化材。
5.如權利要求1～4中任何一項所述的厭氧性氨氧化槽的運轉方法，其特徵在於，從上述一方的厭氧性氨氧化槽的微生物固定化材的抽出，以馴化結束的微生物固定化材的總量，用1個月以上，換入上述新的微生物固定化材的方式，分多次抽出。
6.如權利要求1～5中任何一項所述的厭氧性氨氧化槽的運轉方法，其特徵在於，相對於在上述一方的厭氧性氨氧化槽內流動的被處理水的流向，從平行方向的部位，均勻地抽出微生物固定化材。
7.如權利要求6所述的厭氧性氨氧化槽的運轉方法，其特徵在於，上述微生物固定化材，使微生物附著在固定床上，同時作為與上述被處理水的流向平行的多個單元，形成該微生物固定化材，抽出該單元。
8.一種厭氧性氨氧化裝置，其特徵在於，以實施權利要求1～7所述的厭氧性氨氧化槽的運轉方法的方式構成的裝置。
9.一種厭氧性氨氧化裝置，是利用厭氧性氨氧化細菌對被處理水中的氨和亞硝酸進行同時脫氮的厭氧性氨氧化裝置，其特徵在於，具有上述厭氧性氨氧化細菌的馴化結束後的馴化完成槽、要開始進行上述厭氧性氨氧化細菌的調試的未馴化槽、多個單元，設在上述馴化完成槽及上述未馴化槽中的至少馴化完成槽內，使固定了含有上述厭氧性氨氧化細菌的微生物的固定床，在上述被處理水的流動方向，平行地配置、裝卸自如地支持上述多個單元的殼體；在將上述馴化完成槽的厭氧性氨氧化細菌作為種菌，進行未馴化槽的調試的時候，從上述馴化完成槽，連單元一起抽出，裝入未馴化槽中。
全文摘要
一種厭氧性氨氧化槽的運轉方法，從具有馴化厭氧性氨氧化細菌後的微生物固定化材(14A)的馴化完成槽(10)，抽出微生物固定化材(14A)的一部分，將該抽出的微生物固定化材(14A)投入要開始馴化的未馴化槽(12)，進行調試。根據本發明能夠縮短增殖速度慢的厭氧性氨氧化細菌的馴化時間，不需要設置培養設施，同時也不使抽出厭氧性氨氧化細菌的一方的厭氧性氨氧化槽的性能降低。
文檔編號C02F3/34GK1709806SQ20041009006
公開日2005年12月21日 申請日期2004年11月1日 優先權日2004年6月18日
發明者角野立夫, 井坂和一 申請人:日立工程設備建設株式會社