CN100337935C - 除氮方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种除氮方法及装置，生水槽(12)中的生水，通过分配槽(14)向第1输液管路(24)和第2输液管路(26)分配输送。第2输液管路(26)中的生水被直接输送到混合槽(20)中，而第1输液管路(24)中的生水在硝化槽(16)进行硝化处理之后被送至混合槽(20)中。在硝化槽(16)，使用在给定的加热条件下加热处理过的载体进行硝化处理，使生水中的氨态氮主要转化为亚硝酸态氮。该硝化处理液在混合槽(20)中与第2输液管路中的生水混合，然后该混合液被输送至厌氧性氨氧化装置(22)中，被厌氧性氨氧化处理。利用上述除氮方法，可简单地得到适于厌氧性氨氧化的液体，并且通过厌氧性氨氧化处理，可有效地除去氮成分。
Description
技术领域
本发明涉及除氮方法及装置，特别涉及使用厌氧性氨氧化法，除去生水中的氨态氮的除氮方法及装置。
背景技术
在以往的硝化和脱氮法中，生水中的氨态氮是用这一方法来除去的，即在好氧性条件下利用硝化菌经亚硝酸氧化成硝酸，然后在厌氧性条件下，利用脱氮菌把该硝酸转换为氮气。
但是，该方法，因为在脱氮处理时需要添加甲醇等的氢给与体，所以具有操作成本增加的缺点。
作为无需添加氢给与体的除氮方法，提出了称作厌氧性氨氧化法(Anaerobic Ammonium Oxidation：ANAMMOX)的方法。
该方法中，向反应槽供给调制成亚硝酸离子和氨离子的溶解化学当量近似相等的溶液，在液体温度30℃、PH8.0下使HRT为6～23小时。其结果，通过厌氧性氨氧化菌的参与，液相中的亚硝酸氨被转化为氮气而排向系统之外。因为厌氧性氨氧化细菌是自养性细菌，所以不同于通常的其它营养性脱氮，不需要用于脱氮的氢给与体(例如甲醇)。因此，不需要营养源或者氧，能够以低成本除去氮成分。
在上述的厌氧性氨氧化法中，包括厌氧性氨氧化细菌的菌体合成在内的物料平衡式是以下式(1)。
1NH4 ++1.31NO2 -+0.0425CO2→1.045N2+0.220NO3 -+1.870H2O+0.090OH-+0.0425CH2O…(1)式
由式(1)可知，在厌氧性氨氧化方法中，理想的是，把生水中的氨和亚硝酸的摩尔比调配成1∶1.31。
作为得到这样摩尔比的溶液的方法，使用称作SHARON法的除氮法。该方法，是在不具有污泥滞留机构的连续搅拌槽形反应器中，温度保持30～40℃、PH保持7～8左右，进行通气，停滞1.5天。其结果，创造出可仅氨氧化细菌繁殖，而亚硝酸氧化细菌不能繁殖的环境。由此，能够得到氨和亚硝酸为上述摩尔比的液体。
但是，因为SHARON法没有用于滞留污泥的设备，所以存在处理变得不稳定的问题。并且因为处理时间受限制，所以不能把氨完全转换成亚硝酸。另外存在，为了使整个液体处于高温，需要大量热量的问题。
在特开2001-170684号公报中记载了，为得到氨和亚硝酸的摩尔比为1∶1.31的液体的另一种方法。该方法中把生水分配，对一部分生水用添加亚硝酸氧化细菌抑制剂的污泥进行硝化处理之后，与另一部分生水合并。根据该方法，通过添加亚硝酸氧化细菌抑制剂，在污泥中含有的亚硝酸氧化细菌的生长得到抑制，而污泥中的氨氧化细菌优先生长，从而能够把生水中的氨态氮主要转换成亚硝酸。因此，把该硝化处理液与另一份生水合并时，可得到上述摩尔比的液体。
但是，特开2001-170684号公报中，因为使用除草剂等有害物质作为亚硝酸氧化细菌抑制剂，所以并不是现实的方法。
并且特开2001-170684号公报中，因为需要使用亚硝酸氧化细菌抑制剂的培养设备，所以存在整个设备的大型化、或者操作成本增加的问题。
发明内容
本发明是鉴于以上的问题而完成的，其目的在于提供一种，可简单地得到适于厌氧性氨氧化的液体，并且在厌氧性氨氧化处理中可有效地除去氮成分的除氮方法和装置。
为了达到上述目的，本发明之1是除去生水中含有的氨态氮的除氮方法，其特征在于，将上述生水分配成2部分，并利用在给定的加热条件下加热处理过的固定化微生物载体或者在给定的加热条件下加热处理过的活性污泥，对被分配的一部分生水进行硝化处理，从而把含在上述生水中的氨态氮转化为亚硝酸态氮，然后把该被硝化处理过的硝化处理液与上述被分配的另一部分生水混合在一起，并对该混合液进行厌氧性氨氧化处理。
为了达到上述目的，本发明之2是除去生水中含有的氨态氮的除氮装置，其特征在于，设有：把上述生水向第1输液管路和第2输液管路进行分配的分配槽；设置在上述第1输液管路上，并利用在给定的加热条件下加热处理过的固定化微生物载体或者在给定的加热条件下加热处理过的活性污泥进行硝化处理，把含在上述生水中的氨态氮转化为亚硝酸态氮的硝化槽；混合用上述硝化槽进行硝化处理过的硝化处理液和在上述第2输液管路流动的生水的混合槽；对在该混合槽中混合的混合液进行厌氧性氨氧化处理的厌氧性氨氧化装置。
根据本发明之1和本发明之2，因为将上述生水分配成2部分，并利用在给定的加热条件下加热处理过的固定化微生物载体或者活性污泥，对被分配的一部分生水进行硝化处理，由此氨态氮转化为亚硝酸态氮，然后把该硝化处理液与分配的另一部分生水混合，所以通过对生水的分配比的调节，可简单地调节混合液中的氨和亚硝酸的比例。其结果，因为能够得到适于厌氧性氨氧化的混合液，从而在厌氧性氨氧化处理中，可有效地进行脱氮处理。另外，在本发明之1和之2所述的发明中，给定的加热条件，在微生物固定化载体的场合，是指30～80℃加热温度、更理想的是40～70℃以及1h以上的加热时间、更理想的是1天以上2周以内。另外，在活性污泥的场合，加热温度为50～90℃、更理想的是60～90℃以及加热时间为1h以上、更理想的是1天以上1周以内。
本发明之3，其特征在于，具有：测定在上述硝化槽硝化处理过的硝化处理液中的亚硝酸浓度的亚硝酸敏感元件；测定在上述第2输液管路流动的生水的氨浓度的氨敏感元件；根据上述亚硝酸敏感元件的测定值和上述氨敏感元件的测定值，调整流入上述混合槽中的硝化处理液的流量和生水流量之比的流量调节机构。因此，根据本发明之3，因为根据生水的氨浓度和硝化处理液的亚硝酸浓度，调整被混合的生水的流量和硝化处理液的流量的比值，所以可任意地调节混合液中的氨和亚硝酸的比例。从而，能够可靠地得到适于厌氧性氨氧化的比例的混合液。并且，即使在生水中含有的氨态氮的浓度随时间变化的场合，也能够把混合液中的氨和亚硝酸的比例调节为给定的值。
本发明之4，其特征在于，在上述第2输液管路上设有，与上述硝化槽容积近似相同的槽。因此，根据本发明之4的记载，在第2输液管路流动的生水将在槽中停留，而其停留时间近似与硝化槽中的停留时间相同。因此，同一时刻从分配槽分配的生水，将同步流入混合槽中，所以即使生水中的氨态氮的浓度发生变化，也不受其影响。由此，混合液中的氨和亚硝酸之比不发生变动，所以可稳定地进行厌氧性氨氧化处理。
附图说明
图1是表示本发明的除氮装置的实施方式1构成的模式图。
图2是表示混合液的成分和厌氧性氨氧化处理的除氮率之间关系的图。
图3是表示本发明的除氮装置的实施方式2构成的模式图。
图4是表示本发明的除氮装置的实施方式3构成的模式图。
图5是表示本发明的除氮装置的实施方式4构成的模式图。
图中，10-除氮装置，12-生水槽，14-分配槽，16-硝化槽，18-加热处理槽，20-混合槽，22-厌氧性氨氧化装置，24-第1输液管路，26-第2输液管路，28-回收装置，30-硝化处理液管路，32-载体输送管路，34-载体回流管路，36-除氮装置，38-亚硝酸敏感元件，40-氨敏感元件，42-除氮装置，44-缓冲槽，46-除氮装置，48-沉淀槽，50-加热处理槽，52-污泥抽出管路，54-污泥输送管路，56-污泥回流管路。
具体实施方式
下面，根据附图说明本发明的除氮方法及装置。
图1是表示本发明的除氮装置的实施方式1结构的模式图。
如图1所示，实施方式1的除氮装置10，主要由生水槽12、分配槽14、硝化槽16、加热处理槽18、混合槽20以及厌氧性氨氧化装置22构成，贮存在生水槽12中的生水被输送至分配槽14。
在分配槽14上连接有第1输液管路24和第2输液管路26。分配槽14把生水分配成给定的流量比，向所述第1输液管路24和第2输液管路26输送。例如分配为在第1输液管路24流动的生水的流量和在第2输液管路流动的生水的流量比(以下，称为分配比)是1∶1～1∶1.4左右。
第2输液管路直接与混合槽20连接。另外，第1输液管路24与硝化槽16连接，并且该硝化槽16，通过硝化处理液管路30，与混合槽20连接。
向硝化槽16投入固定化微生物载体(以下，称为载体)。该载体是，在湖沼或河川或海的底泥、地表的土壤、或者污水处理场的活性污泥等任一种污泥的存在下，把用于固定化微生物的单体或者预聚物中的任一种，边在30～80℃下加热处理边聚合而制造的。这样制得的载体上，优先集聚把氨态氮硝化至亚硝酸的氨氧化细菌，同时可使把亚硝酸硝化至硝酸的亚硝酸氧化细菌的集聚得到抑制。另外，制造载体时的加热温度，理想的是30～80℃，更理想的是40～70℃。另外，制造载体时的加热时间，理想的是1小时以上，更理想的是1天以上2周以内。因为如果加热时间短，则优先地集聚氨氧化细菌的效果小。另外，即使加热时间超过2周时间，集聚效果也几乎不改变，所以使加热时间在2周以内是理想的。
在硝化槽16的流出口设有载体的回收装置28。在回收装置被回收的载体，将经过载体运输管路32，被输送至加热处理槽18。加热处理槽18是加热处理载体的装置，作为其加热条件，理想的是与制造上述载体时相同的加热条件。即加热温度，理想的是30～80℃，更理想的是40～70℃。另外，加热时间，理想的是1小时以上，更理想的是1天以上2周以内。在这样的加热条件下加热处理载体时，载体中，亚硝酸氧化细菌的集聚受到抑制，并且氨氧化细菌被有效地集聚。即，能够恢复由载体的亚硝酸生成性能。
在加热处理槽18被加热处理的载体，经过载体回流管路34，被送回至硝化槽16。由此，在硝化槽16中，没有必要把生水中的氨态氮转化至硝酸，可以主要地转化为亚硝酸。另外，把载体的加热温度作为50～70℃时，硝化处理液中含有的亚硝酸和硝酸的浓度比成为30左右，亚硝酸型反应率(＝亚硝酸/(亚硝酸+硝酸)×100)成为97％，可进行近似100％的亚硝酸型的硝化反应。
在硝化槽16中被硝化处理的硝化处理液，经过硝化处理液管路30，被输送至混合槽20。该硝化处理液在混合槽20中，将与从第2输液管路26直接输送的生水混合。即，因为在混合槽20中，含有亚硝酸的硝化处理液和含氨的生水混合在一起，所以在混合液中含有氨和亚硝酸。混合液中含有的氨和亚硝酸的比例，因在硝化槽16中氨几乎完全转化为亚硝酸，所以与在分配槽14中的分配比(即第1输液管路24的流量和第2输液管路26的流量之比)近似成比。因此，通过把分配比调节为1∶1～1∶1.4，能够做成氨和亚硝酸的摩尔比近似于1∶1.31的混合液。
混合槽20中的混合液，被输送至厌氧性氨氧化装置22中。厌氧性氨氧化装置22，通过在30℃溶液温度、PH8.0下停留6～23小时，将氨作为氢给予体，除去氮成分。
下面，说明由以上构成的除氮装置10的作用。
图2是表示混合液的成分和厌氧性氨氧化装置22的除氮效率之间关系的图。
如图2所示，厌氧性氨氧化装置22，在混合液中的氨和亚硝酸的比例为0.9～1.4范围时，可得到高的除去效率。因此，需要把混合液中的氨和亚硝酸的比例控制在0.9～1.4。
在本实施方式构成为，通过分配槽14，把生水向第1输液管路24和第2输液管理26输送，并把第1输液管路24的生水中的氨态氮转化为亚硝酸，与第2输液管路26中的生水混合，所以通过调整分配槽14中的分配比，能够简单地调整混合液中的氨和亚硝酸的比例。从而，可把混合液中的氨和亚硝酸的比例调整在上述范围，可在厌氧性氨氧化装置22中有效地进行脱氮处理。
图3是表示实施方式2的除氮装置36的结构的模式图。
图3中表示的除氮装置36，与图1中所示的实施方式1的除氮装置10相比较不同之处在于，在硝化处理液管路30上设有亚硝酸敏感元件38以及在第2输液管路26上设有氨敏感元件40。亚硝酸敏感元件38是，用于计测硝化处理液中的亚硝酸浓度的计测器，例如可使用BranLuebbe。氨敏感元件40是，用于计测在第2输液管路中流动的氨浓度的计测器，例如可使用离子电极。
分配槽14，根据亚硝酸敏感元件38的测定值和氨敏感元件40的测定值，调节第1输液管路24和第2输液管路26的分配比。并且控制成在混合槽20内，相对于氨的亚硝酸的比为0.9～1.4。
下面，说明由以上构成的实施方式2的作用。
在第1输液管路流动的生水，将在硝化槽16被硝化处理，而在第2输液管路流动的生水将直接被输送至混合槽20中。因此，在第1输液管路流动的生水流入混合槽20的时间仅滞后于相当于在硝化槽16中的停留时间。因此，如果生水中含有的氨的浓度发生改变，则混合时的氨和亚硝酸的比例容易有很大的改变。例如，当生水中的氨的浓度大大降低时，从第2输液管路26，流入混合槽20的生水中的氨浓度立刻下降，而相对于此，从硝化处理液管路30，流入混合槽20的硝化处理液中的亚硝酸浓度将滞后下降。因此，生水中的氨浓度下降后不久，混合液中相对于氨的亚硝酸的比例容易变大。
因此，在实施方式2中，根据亚硝酸敏感元件38的测定值和氨敏感元件40的测定值来调整由分配槽14的分配比。例如，当如上述生水中的氨浓度下降时，相对于第1输液管路24，增加第2输液管路26的流量。结果，能够抑制混合液中的氨和亚硝酸的比例发生改变。
并且，根据实施方式2，即使在硝化槽16中的硝化效率发生改变的场合，也同样通过调整由分配槽14的分配比，能够抑制混合液中的氨和亚硝酸比例的变化。
这样，根据实施方式2，通过调节由分配槽14的分配比，可将混合液中的氨和亚硝酸的比例调节为任意值。因此，即使在生水中的氨浓度改变的场合或处理槽16的硝化效率改变的场合，也能够可靠地把混合液中的氨和亚硝酸的比例控制在0.9～1.4的范围。从而能够提高在厌氧性氨氧化装置22中的脱氮效率。
在上述实施方式2中，调节在分配槽14的分配比，但是，只要调节在第1输液管路24(或者是硝化处理液管路30)流动的流量和在第2输液管路26流动的流量的比值就可以，所以也可以在第1输液管路24(或者是硝化处理液管路30)或者第2输液管路26上设置流量调节阀。
图4是表示实施方式3的除氮装置42的结构的模式图。
图4中表示的实施方式3的除氮装置42与图1中所示的实施方式1的除氮装置10相比较，其不同之处在于，在第2输液管路26上设有缓冲槽44。该缓冲槽44构成为，与硝化槽16近似相同的容积。因此，在硝化槽16的停留时间和在缓冲槽44的停留时间近似相等。所以从分配槽14，于同一时刻向第1送水管路24和第2送水管路26分配的生水，将在近似同一时刻流入混合槽20中。结果，即使生水中的氨浓度发生变化的场合，混合液的成分也不会受其影响，而使混合液中的氨和亚硝酸的比值经常保持在近似恒定的值。由此，在厌氧性氨氧化装置22中可进行稳定的脱氮处理。
另外，在上述的实施方式3中，使缓冲槽44的容积和硝化槽16的容积近似相等，但并不限于这一方式。如果使硝化槽16的容积和缓冲槽44的容积的比值与在分配槽14的分配比相一致，则能够使在硝化槽16中的停留时间和在缓冲槽44中的停留时间相同。
图5是表示实施方式4的除氮装置46的结构的模式图。
图5中所表示的除氮装置46的硝化槽16通过活性污泥进行硝化处理。在硝化槽16的后段设有沉淀槽48，并通过该沉淀槽48，从硝化槽16流出的活性污泥被沉淀回收。在沉淀槽48沉淀的活性污泥，其一部分通过抽出管路52被抽出，作为剩余污泥而定期被清除。残余的活性污泥，通过污泥输送管路54被输送至加热处理槽50中，在加热处理槽50中被加热处理。被加热处理过的活性污泥，通过污泥回流管路56，被送回到硝化槽16中。
作为加热处理槽50的加热条件，理想的加热温度是50～90℃，更理想的是60～90℃。并且，理想的加热时间为1小时以上，更理想的是1天～1周时间。通过在这样的加热条件下进行加热处理，能够使活性污泥中的亚硝酸氧化细菌的生长得到抑制，并同时使氨氧化细菌优先生长。因此，使用加热处理过的活性污泥进行硝化处理时，生水中的氨态氮，不会被硝化至硝酸而被转化为亚硝酸。
根据如上构成的实施方式4，因在硝化槽16中能够把氨几乎完全地转化为亚硝酸，所以可简单地调节混合液中的氨和亚硝酸的比例，可得到适于厌氧性氨氧化处理的混合液。
另外，在上述的实施方式4中，也可以在硝化处理液管路30上配设亚硝酸敏感元件的同时在第2输液管路26上配设氨敏感元件，或者在第2输液管路26上配设与硝化槽16近似相同容积的缓冲槽。
如上述的说明，根据本发明的除氮方法以及装置，把生水分配为2部分，使其中一部分生水中的氨态氮转化为亚硝酸态氮之后，再与分配的另一部分生水混合，所以可简单地得到把亚硝酸和氨的比值调整为给定值的液体，在厌氧性氨氧化处理中可有效地除去氮。
Claims (4)
1、一种除氮方法，除去生水中含有的氨态氮，其特征在于，将上述生水分配成2部分，并利用在给定的加热条件下加热处理过的固定化微生物载体或者在给定的加热条件下加热处理过的活性污泥，对被分配的一部分生水进行硝化处理，从而把含在上述生水中的氨态氮转化为亚硝酸态氮，然后把该硝化处理过的硝化处理液与上述被分配的另一部分生水混合在一起，并对该混合液进行厌氧性氨氧化处理。
2、一种除氮装置，除去生水中含有的氨态氮，其特征在于，设有：把上述生水向第1输液管路和第2输液管路进行分配的分配槽；设置在上述第1输液管路上，并利用在给定的加热条件下加热处理过的固定化微生物载体或者在给定的加热条件下加热处理过的活性污泥进行硝化处理，把含在上述生水中的氨态氮转化为亚硝酸态氮的硝化槽；混合用上述硝化槽进行硝化处理过的硝化处理液和在上述第2输液管路流动的生水的混合槽；对在该混合槽中混合的混合液进行厌氧性氨氧化处理的厌氧性氨氧化装置；将固定化微生物载体或活性污泥进行热处理的热处理槽。
3、根据权利要求2所述的除氮装置，其特征在于，具有：测定在上述硝化槽硝化处理过的硝化处理液中的亚硝酸浓度的亚硝酸敏感元件；测定在上述第2输液管路中流动的生水的氨浓度的氨敏感元件；根据上述亚硝酸敏感元件的测定值和上述氨敏感元件的测定值，调整流入上述混合槽中的硝化处理液的流量和生水流量之比的流量调节机构。
4、根据权利要求2所述的除氮装置，其特征在于，在上述第2输液管路上的分配槽和混和槽之间，设有与上述硝化槽容积近似相同的槽。
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