CN101085693A - 利用甲烷氧化细菌的生物脱除磷和氮的方法及其设备 - Google Patents
利用甲烷氧化细菌的生物脱除磷和氮的方法及其设备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101085693A CN101085693A CNA2007101107311A CN200710110731A CN101085693A CN 101085693 A CN101085693 A CN 101085693A CN A2007101107311 A CNA2007101107311 A CN A2007101107311A CN 200710110731 A CN200710110731 A CN 200710110731A CN 101085693 A CN101085693 A CN 101085693A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nitrogen
- water
- methane
- gas
- reaction tank
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 159
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 80
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 title claims abstract description 60
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 50
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 30
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 30
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 title claims abstract description 30
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 89
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 89
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 62
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 122
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 57
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 32
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 32
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 19
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 19
- 238000005273 aeration Methods 0.000 claims description 16
- 230000008030 elimination Effects 0.000 claims description 13
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 claims description 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 13
- 238000013019 agitation Methods 0.000 claims description 6
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 6
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 6
- XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N ammonia nh3 Chemical compound N.N XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 4
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 claims description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 3
- 239000013589 supplement Substances 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 6
- 238000005469 granulation Methods 0.000 abstract 3
- 230000003179 granulation Effects 0.000 abstract 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 16
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 16
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 10
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 7
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 6
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 6
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- MMDJDBSEMBIJBB-UHFFFAOYSA-N [O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[NH6+3] Chemical compound [O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[NH6+3] MMDJDBSEMBIJBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 5
- KXKVLQRXCPHEJC-UHFFFAOYSA-N acetic acid trimethyl ester Natural products COC(C)=O KXKVLQRXCPHEJC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 4
- 235000005911 diet Nutrition 0.000 description 4
- 230000000378 dietary effect Effects 0.000 description 4
- -1 nitrogenous compound Chemical class 0.000 description 4
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 3
- 239000011345 viscous material Substances 0.000 description 3
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 3
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- 235000011089 carbon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 230000008676 import Effects 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- JVMRPSJZNHXORP-UHFFFAOYSA-N ON=O.ON=O.ON=O.N Chemical compound ON=O.ON=O.ON=O.N JVMRPSJZNHXORP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003834 intracellular effect Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 238000001471 micro-filtration Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000014075 nitrogen utilization Effects 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000007348 radical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 239000013076 target substance Substances 0.000 description 1
- 210000000689 upper leg Anatomy 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
- C02F3/30—Aerobic and anaerobic processes
- C02F3/308—Biological phosphorus removal
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
- C02F3/34—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
- C02F3/34—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used
- C02F3/348—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used characterised by the way or the form in which the microorganisms are added or dosed
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S210/00—Liquid purification or separation
- Y10S210/902—Materials removed
- Y10S210/903—Nitrogenous
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S210/00—Liquid purification or separation
- Y10S210/902—Materials removed
- Y10S210/906—Phosphorus containing
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)
- Biological Treatment Of Waste Water (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
本发明涉及包括向储气器中供应混合气体的生物脱除磷和氮的方法。将流入水和回水供应到储气器中，使得所述混合气体溶解在流入水和回水中。所述回水从颗粒化生物反应池中提供。将含有溶解的混合气体的流入水和回水传送到颗粒化生物反应池。利用在颗粒化生物反应池中颗粒化的甲烷氧化细菌从流入水和回水中脱除氮基组分。将不含氮基组分的处理水传送到缺氧池进行处理，并从缺氧池排出。
Description
相关申请的交叉参考
本发明要求2006年6月8日提交的韩国专利申请10-2006-51523号的优先权，其全文在此引用作为参考。
技术领域
本发明涉及生物脱除磷和氮的方法及其设备，更具体而言，本发明涉及利用颗粒化甲烷氧化细菌生物脱除磷和氮的方法及其设备。
背景技术
一般来说，利用悬浮微生物生物脱除磷和氮的设备包含厌氧池、缺氧池、曝气池和沉降池。在厌氧池内，释放细胞内的磷，将硝态氮或亚硝态氮还原成氮气并且在缺氧池中脱除。曝气池脱除有机物质，氧化氮基组分例如硝态氮，并且过量地消耗从厌氧池释放的磷。沉降池沉降悬浮的微生物，以将处理水和微生物彼此分离。这种类型的设备通过重复连续的厌氧和曝气过程脱除磷，其中厌氧池中的污泥经过缺氧池，流入曝气池，并且返回厌氧池。还需要重复进行从污泥中脱除氧和将污泥暴露于空气中的过程来脱除氮。
流入水中由生物需氧量(BOD)和化学需氧量(COD)表示的有机物质的高浓度对于在厌氧池和缺氧池中容易地进行从目标物质释放磷和脱除硝态氮是必要的，所述厌氧池和缺氧池是脱除磷和氮的反应池。如果流入水的有机物质浓度低或不足，就需要在曝气过程后放置另外的反应池来脱除氮，并且需要提供甲醇或乙酸作为有机碳的补充源。如果反硝化过程中甲醇或乙酸没有被分解，那么进行另外的曝气过程来完全分解甲醇或乙酸。因此，如果流入水的碳量不足，那么通常需要额外的成本来安装另外的反硝化和曝气池，并且需要购买昂贵的药剂例如甲醇或乙酸。因此，需要开发可以代替甲醇或乙酸的其它碳源。
甲烷气体是由有机废物填埋和污水处理厂的厌氧污泥水合池产生的。具体而言，甲烷气经常被认为是全球变暖气体，并且通常在空气中燃烧。因此，甲烷可以是成本合算的反硝化的替代碳源。
将甲烷与空气一起供应到为好氧反应池的曝气池以将甲烷作为碳源时，甲烷氧化细菌开始生长并且引起如下的连续反应。首先，甲烷营养菌通过使用水中溶解的氧将甲烷转化为有机物质例如甲醇。其次，甲基营养生物利用甲醇作为碳源将水中的硝态氮还原为氮气。
设计常规的方法来改进基于甲烷氧化细菌特征的氮脱除率，所述甲烷氧化细菌通常在好氧条件下生长。更具体地，在利用悬浮微生物的活性污泥方法中，将流入废水、空气和甲烷气体直接输入曝气池，和在使用粘附微生物的生物介质中，将流入废水、空气和甲烷气体直接输入反应池中。因此，在基于甲烷氧化细菌的常规脱除氮和磷的方法中，甲烷氧化细菌通常与用来脱除以COD和BOD表示的有机物质的细菌、用来氧化氨氮的氮氧化细菌一起生长。结果，甲烷氧化细菌不能优势生长。
由于氧化有机物质的细菌比甲烷氧化细菌生长得更快，由甲烷氧化细菌(即甲烷营养菌)产生的反应产物例如甲醇首先被氧化有机物质的细菌消耗。因此，甲基营养生物的氮脱除速度很低。另外，甲烷气体产生的甲烷氧化细菌通常比传统的悬浮或粘附微生物多产生10倍或更多的凝胶状物质例如胞外多糖(EPS)。因此，使用生物介质例如卵石和陶瓷时，生物介质之间的孔通常是闭合的。甲烷气体是一种全球变暖气体，并且当空气中存在超过5％的甲烷气体时是易爆炸的。因此，使用常规方法时，生物反应之后排出气体的浓度是高的；因此，排出气体可能变为易爆炸的。
因此，需要开发使得甲烷氧化细菌优势生长的方法和设备，防止使用生物介质时孔的闭合，在生物反应之后在排放气体中得到低浓度的甲烷以有效地将甲烷气体用作脱除氮的碳源。
发明内容
本发明的具体实施方案涉及提供能从污染的水中有效地生物脱除氮和磷的方法和设备。
根据本发明的一个方面，提供了生物脱除磷和氮的方法，所述方法包括：将混合气体供应到储气器中，将流入水和回水供应到储气器中以使得所述混合气体溶解在流入水和回水中，所述回水由颗粒化生物反应池提供，将含有溶解的混合气体的流入水和回水传送到颗粒化生物反应池，利用在颗粒化生物反应池中颗粒化的甲烷氧化细菌从流入水和回水中脱除氮基组分，将不含氮基组分的处理水传送到缺氧池，处理并将处理水从缺氧池排出。
根据本发明的另一个方面，提供了生物脱除磷和氮的设备，所述设备包含用于提供混合气体的混合池，包括回水泵和搅拌器的颗粒化生物反应池，所述泵和搅拌器用来颗粒化甲烷氧化细菌；与颗粒化生物反应池和混合池连接的储气器，其供应有流入水和来自颗粒化生物反应池的回水，并且用来将混合气体供应到颗粒化生物反应池；与颗粒化生物反应池连接的缺氧池，并且利用有机物质处理处理水中的氮基组分，所述处理水从颗粒化生物反应池传送。
附图说明
图1举例说明了根据本发明实施方案的利用颗粒化甲烷氧化细菌来生物脱除磷和氮的设备。
图2举例说明了安装有包含中空纤维合成膜的生物介质的颗粒化生物反应池部分。
具体实施方式
根据本发明的各种实施方案，利用甲烷氧化细菌来生物脱除磷和氮的方法包括：将氧与甲烷气体混合，将混合气体供应到生物反应池的储气器中。为了适当地培养甲烷氧化细菌，使用压缩空气时，甲烷气体和氧以约1∶1的体积比混合在一起，而使用纯氧(例如气态氧或超过60％的氧)时，甲烷气体和氧的体积比为1∶0.5。这里提到的混合比只是举例说明，不应该解释为对示范性实施方案的限制。
将流入水供应到储气器中，使得甲烷气体和氧溶解在流入水中，包含溶解的甲烷气体和氧的流入水被传送到颗粒化生物反应池。
除了混合有机物质和含氮物质的重度污染废水之外，可以使用其它类型的水，例如包含高含量硝态氮，但是不含有机物质的处理水作为流入水。所述处理水通过在活性污泥的曝气池中分解有机物质和氧化含氮化合物得到，所述活性污泥的曝气池是典型的生物处理设备。
甲烷氧化细菌可以优势生长，这是因为将作为碳源的甲烷气体供应到颗粒化生物反应池中，其中向所述颗粒化生物反应池中传送溶解了甲烷气体和氧的流入水。具体而言，根据本发明的实施方案，甲烷氧化细菌能消耗最大量的作为碳源提供的甲烷气体。因此，最终排出气体中残余甲烷的浓度很低。
根据本发明实施方案的方法进一步包括，利用在颗粒化生物反应池中颗粒化的甲烷氧化细菌将流入水的硝态氮还原为氮气。详细地，当将甲烷供应到好氧条件下的目标时，甲烷营养菌产生甲醇，并且甲基营养菌通过利用产生的甲醇作为碳源将硝态氮还原为氮气来脱除氮。
本实施方案基于以下事实，甲烷氧化细菌包含为粘性物质的大量多糖，以最大化甲烷氧化细菌脱除氮的能力并使得甲烷氧化细菌优势生长。根据本发明的实施方案，可以产生包含高度浓缩的微生物而不含介质的颗粒化甲烷氧化细菌。
甲烷氧化细菌粒子连续地彼此接触时，甲烷氧化细菌被颗粒化，所述接触基于作为主要能量源的涡旋和作为补充能量源的配置于颗粒化生物反应池中的搅拌器的搅拌能量。所述涡旋通过将回水传送到储气器的泵的水能产生。所述搅拌器的搅拌能量具有约10rpm到20rpm的搅拌速度。如果搅拌速度低于约10rpm，颗粒化的污泥可能会沉到底部。另一方面，如果搅拌能量超过约20rpm，颗粒化污泥层可能过度展开。
甲基营养菌在颗粒化生物反应池中将硝态氮还原成氮气之后，颗粒化生物反应池中的流入水返回到储气器中。在储气器中甲烷气体和氧再次溶解在回水中，使得消耗甲烷气体和氧。
将硝态氮还原为氮气之后，流入水和回水中的硝态氮还可以通过另外的还原成氮气而脱除，所述另外的还原成氮气利用粘附到包含中空纤维合成膜的介质表面的甲烷氧化细菌。在这种情况下，所述硝态氮可以连续地脱除，而不使用多糖闭合生物介质。
所述可以另外用来脱除磷和氮的中空纤维合成膜包括合成高聚物例如聚乙烯或聚丙烯。所述中空纤维合成膜是内部中空的，并且可以为直径为约0.5mm到1mm的典型微滤膜。当中空纤维合成膜的直径在前述直径范围内时，由于直径小，微生物粘附部分的比表面积变大。所述中空纤维合成膜可以是内部中空的，并且形成为单独的成股的线轴形状。在这种情况下，流入水向上游流动时产生的浮力和流速使得中空纤维合成膜的线轴彼此分离，所以即使甲烷氧化细菌粘附在中空纤维合成膜的表面，所述中空纤维合成膜也不闭合。
在经过上述方法排出硝态氮之后，脱除硝态氮的处理水被传送到缺氧池，再次处理并且随后排出。
通过参考附图，将更详细地描述生物脱除磷和氮的方法及其使用的设备。甚至在不同的附图中同样的附图标记表示同样的元件。
参考图1，打开供给阀103和104，使得通过压缩机压缩的第一存储罐中的压缩氧或空气与第二存储罐102中的压缩甲烷气体以约0.5∶1或约1∶1的体积比在混合池105中混合。将混合气体供应到生物反应池的储气器201中。
密封储气器201的上部，不允许外部空气渗入储气器201。因此，由于混合气体供应到储气器201时产生的注入压，储气器201的液面下降，而颗粒化生物反应池202的液面上升。将包含大量硝态氮的流入水204和从颗粒化生物反应池202返回的回水205分别通过泵203和206供应到储气器201时，储气器201内包含的甲烷气体和氧被溶解在流入水204和回水205中，并且传送到颗粒化生物反应池202。通过喷雾型喷嘴207喷射从颗粒化生物反应池202传送到储气器201的回水205，使得甲烷气体和氧均匀地溶解在流入水204和回水205中。
甲烷营养菌利用溶解的氧将传送到颗粒化生物反应池202的甲烷气体和氧转化为甲醇和二氧化碳。甲基营养菌利用产生的甲醇，通过将流入水204中包含的硝态氮转化为氮气来脱氮。因此，由甲烷氧化细菌分解的氮和二氧化碳从颗粒化生物反应池202的上部排出。将储气器201内的甲烷气体和氧传送到回水205中用于消耗，因此，氧和甲烷气体的分压逐渐降低，随之储气器201的液面升高。
当储气器201的液面达到最大时，打开混合池105的阀门210以提供氧和甲烷气体，直到储气器201的液面达到最小。通过间断性地供应甲烷气体和氧而使用甲烷气体和氧直到消耗掉，使得甲烷不在颗粒化生物反应池202的排出气中被带走。
利用涡旋作为主要能量源和机械搅拌器208的搅拌能量作为补充能量源将颗粒化生物反应池202中的甲烷氧化细菌颗粒化，所述涡旋通过将回水205传送到储气器201的泵206的水能产生。具体而言，由于具有高含量凝胶状/粘性物质例如多糖的甲烷氧化细菌的微生物粒子之间的连续接触，发生甲烷氧化细菌的颗粒化。
参考图2，如果基于甲烷氧化细菌颗粒化的生物脱除磷和氮的方法进一步使用中空纤维合成膜401作为将微生物粘附到目标的介质，通过阀210供应甲烷气体和氧的混合气体、供应流入水204和供应回水205基本上与图1举例说明的甲烷氧化细菌的颗粒化方法相同。图2没有举例说明图1说明的设备的相同或类似部分。
更具体地，包含高含量凝胶状/粘性物质例如多糖的甲烷氧化细菌使用中空纤维合成膜401作为可以粘附到目标而不闭合的介质。由于中空纤维合成膜的直径通常为约0.5mm到1mm，并且由于内部中空而重量轻，所以当向上游传送回水205时，中空纤维合成膜401直立于回水205的流动方向。结果，中空纤维合成膜401彼此不重叠。甲烷气体和溶解的氧均匀地在回水205的流动方向供应，因此，甲烷氧化细菌均匀地粘附在中空纤维合成膜401的表面。
流经颗粒化甲烷氧化细菌的处理水209(见图1)和另一种处理水402(见图2)包含没有分解的甲醇。处理水209和另一种处理水402在安装有搅拌器301(见图1)的缺氧池302中被再次处理，以再次被用作碳源。然后，排放流经缺氧池302的处理水209和另一种处理水402。附图标记303表示上述排出之后的最终处理水。
此后，将详细描述本发明的具体实施方案。所述具体实施方案只用于举例说明，不应该解释为对本发明的限制。
<具体实施方案1>
当甲烷作为碳源供应到各个反应池时，测量排出气体中硝态氮和磷的有效脱除率以及全球变暖气体-甲烷的量，所述反应池利用包含其中将甲烷氧化细菌颗粒化的颗粒化生物反应池202的设备(见图1)。对于通过脱除有机物质和氧化氨氮处理以含有高浓度硝态氮的流入水、处理水，另外加入KNO3作为硝态氮组分，并加入KH2PO4作为可溶磷组分。
流入水以约100L/天的速率供应。流入水在颗粒化生物反应池202中停留约3小时，在缺氧池302中停留约2小时以将甲醇用作碳源。所述甲醇是在颗粒化生物反应池202中消耗之后得到的残余甲醇。利用压缩气体将约99％的甲烷气体和约99％的氧供应到单独的反应池，并且以约1∶1的体积比混合，使得混合气体的含量比保持在约50％∶50％。
利用混合池105的压力供应混合气体，直到达到储气器201的最小液面，并且通过回水205传送到颗粒化生物反应池202，以消耗甲烷气体和氧。再次将混合气体供应到储气器201，直到达到储气器201的最小液面，从而间断性地供应混合气体。下面的表1显示了本发明的具体实施方案1的结果。具体而言，得到的值是进行了约1个月试验的平均值。
<具体实施方案2>
通过使用额外包含颗粒化生物反应池202的设备(见图2)，进行与具体实施方案1中描述的方法基本相同的方法，所述颗粒化生物反应池202安装有基于聚丙烯材料的直径约1mm的中空纤维合成膜401。下面的表1显示了具体实施方案2的结果。
<比较实施例>
利用传统活性污泥法测量脱除磷和氮的效率和排出气体中甲烷的量。每分钟向传统的活性污泥曝气池中供应约300mL甲烷气体。传统的活性污泥曝气池通常通过供应空气来运行。甲烷气体用作脱除氧和氮的碳源。使用机械搅拌器来完全混合活性污泥与甲烷气体。甲烷气体在活性污泥曝气池中的水中(hydraulic)停留时间为约6小时，使用其量与具体实施方案1和2中所用流入水的量基本相同的流入水。
表1
| 类型 | 试验项目 | COD(mg/L) | BOD(mg/L) | NO3 --N(mg/L) | S-P(mg/L) | 甲烷(％) |
| 比较实施例 | 流入水 | 8 | 5 | 40 | 10 | 50 |
| 最终处理水 | 5 | 3 | 32 | 8 | - | |
| 方法效率(％) | -′ | - | 20 | 25 | - | |
| 排出气体 | - | - | - | - | 35 | |
| 具体实施方案1 | 流入水 | 8 | 5 | 40 | 10 | 50 |
| 颗粒化生物反应池中的处理水 | 35 | 22 | 12 | 2 | - | |
| 最终处理水 | 5 | 2 | 3 | 1 | - | |
| 方法效率(％) | - | - | 93 | 90 | - | |
| 排出气体 | - | - | - | - | 未检测到 | |
| 具体实施方案2 | 流入水 | 8 | 5 | 40 | 10 | 50 |
| 具有膜基介质的颗粒化生物反应池中的处理水 | 25 | 18 | 10 | 1.8 | - | |
| 最终处理水 | 3 | 2 | 2 | 1.0 | - | |
| 方法效率(％) | - | - | 95 | 90 | - | |
| 排出气体 | - | - | - | - | 未检测到 |
如所示，对于说明传统活性污泥法的使用的比较实施例，其具有分别测量为约20％和25％的低的硝态氮和磷脱除效率(即方法效率)。排出气体中未反应的甲烷气体为约35％。该测量值相对高，表明了其可燃性。在活性污泥法中，供应甲烷气体时，好氧活性污泥细菌和甲烷氧化细菌彼此竞争。因此甲烷氧化细菌很难优势生长。
具体实施方案1和2的硝态氮和磷的脱除效率高于比较实施例中的脱除效率。具体实施方案1和2中测量的各个硝态氮和磷的脱除效率大于约90％。在排出气体中不存在未反应的甲烷气体。得到这个结果可能是由于甲烷氧化细菌的优势生长和间断性供应甲烷，这使得甲烷气体和氧溶解在回水中，并且继续直到储气器中的甲烷被消耗掉(即，储气器的液面升高)。通过重新利用颗粒化生物反应池和中空纤维合成膜基反应池中产生的甲醇作为缺氧活性污泥过程的碳源，可以实现更有效的脱除氮。与根据活性污泥法供应甲烷的情况相比，由于多糖的粘附，提高了脱除磷的效率。
根据本发明的各种实施方案，使得甲烷氧化细菌优势生长。结果，可以提高脱除氮和磷的效率。间断性气体供应步骤使得排出气体中残余甲烷的量大幅降低。根据间断性气体供应步骤，将甲烷和氧的压缩气体传送到生物反应池，使得压缩气体溶解于目标反应池并且在其中循环。这种压缩气体的循环导致压缩气体耗尽，从而引起压力降低。然后，将压缩气体再次供应到另一个目标反应池。通过重新利用颗粒化生物反应池中产生的甲醇作为缺氧活性污泥法的碳源，可以改进脱除氮的效率。
尽管已经参考说明性实施方案描述了本发明，但对本领域的技术人员而言显而易见是，可以进行多种变化和修改，而不偏离以下权利要求中限定的本发明的精神和范围。
Claims (20)
1.一种生物脱除磷和氮的方法，所述方法包括：
将混合气体供应到储气器中；
将流入水和回水供应到储气器中，以使得混合气体溶解在流入水和回水中，所述回水从颗粒化生物反应池提供；
将含有溶解的混合气体的流入水和回水传送到颗粒化生物反应池；
利用在颗粒化生物反应池中颗粒化的甲烷氧化细菌从流入水和回水中脱除氮基组分；
将不含氮基组分的处理水传送到缺氧池；和
处理并从缺氧池排出处理水。
2.权利要求1的方法，其中所述混合气体包含氧和甲烷气体。
3.权利要求1的方法，其中从流入水和回水中脱除氮基组分包括利用颗粒化的甲烷氧化细菌将氮基组分还原成氮气。
4.权利要求1的方法，其中所述氮基组分包含硝态氮。
5.权利要求1的方法，其中所述甲烷氧化细菌通过利用涡旋作为主要能量源和搅拌能量作为补充能量源的甲烷氧化细菌粒子之间的连续接触而颗粒化。
6.权利要求5的方法，其中所述涡旋通过用于将回水传送到储气器的泵的水能产生，和所述搅拌能量由颗粒化生物反应池的搅拌器提供。
7.权利要求6的方法，其中所述搅拌器的搅拌速率为约10rpm到20rpm。
8.权利要求1的方法，所述方法进一步包括从流入水和回水中脱除氮基组分之后，利用粘附到中空纤维合成膜基介质上的甲烷氧化细菌将流入水和回水中的氮基组分还原成氮气，从而从流入水和回水中脱除氮基组分。
9.权利要求8的方法，其中所述氮基组分包含硝态氮。
10.权利要求1的方法，其中供应到储气器的所述流入水是处理水，所述处理水通过实施曝气过程分解有机物质和氧化其它氮基组分而具有高含量的氮基组分。
11.权利要求10的方法，其中所述其它氮基组分包含氨氮。
12.一种生物脱除磷和氮的设备，所述设备包含：
用于提供混合气体的混合池；
包括用于回水的泵和搅拌器的颗粒化生物反应池，所述泵和搅拌器用来颗粒化甲烷氧化细菌；
与颗粒化生物反应池和混合池连接的储气器，其供应有流入水和来自颗粒化生物反应池的回水，并且用来将混合气体供应到颗粒化生物反应池；和
与颗粒化生物反应池连接的缺氧池，并且利用有机物质处理处理水中的氮基组分，所述处理水从颗粒化生物反应池传送。
13.权利要求12的设备，其中所述混合气体包含甲烷气体和氧。
14.权利要求12的设备，其中所述泵和搅拌器用来使甲烷氧化细菌粒子彼此碰撞，从而引起甲烷氧化细菌的颗粒化。
15.权利要求12的设备，其中所述氮基组分包含硝态氮。
16.权利要求12的设备，其中所述有机物质包含处理水中剩余的甲醇。
17.权利要求12的设备，其中所述储气器包括辅助混合气体以可溶状态均匀地供应到来自颗粒化生物反应池的回水中的喷嘴。
18.权利要求12的设备，其进一步包括安装有包含中空纤维合成膜的生物介质的另一种颗粒化生物反应池。
19.权利要求12的设备，其中供应到储气器的所述流入水是处理水，所述处理水通过实施曝气过程分解有机物质和氧化其它氮基组分而具有高含量的氮基组分。
20.权利要求19的设备，其中所述其它氮基组分包含氨氮。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020060051523A KR100804624B1 (ko) | 2006-06-08 | 2006-06-08 | 입상화된 메탄산화 박테리아를 이용한 생물학적 인 및 질소의 제거 방법 및 이를 위한 장치 |
| KR10-2006-0051523 | 2006-06-08 | ||
| KR1020060051523 | 2006-06-08 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101085693A true CN101085693A (zh) | 2007-12-12 |
| CN101085693B CN101085693B (zh) | 2011-12-14 |
Family
ID=38820818
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2007101107311A Active CN101085693B (zh) | 2006-06-08 | 2007-06-06 | 利用甲烷氧化细菌的生物脱除磷和氮的方法及其设备 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US7520991B2 (zh) |
| KR (1) | KR100804624B1 (zh) |
| CN (1) | CN101085693B (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101618908A (zh) * | 2008-07-03 | 2010-01-06 | 奥加诺株式会社 | 脱氮处理方法以及脱氮处理装置 |
| EP2172256A1 (en) | 2008-10-03 | 2010-04-07 | Politechnika Lubelska | Device for oxidation of methane in residual biogas |
| CN102719374A (zh) * | 2012-05-21 | 2012-10-10 | 北京大学 | 一种低温同步脱氮除磷的约氏不动杆菌及其应用 |
| CN104743682A (zh) * | 2015-04-17 | 2015-07-01 | 成都工业学院 | 一种处理废水中有机磷的方法 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101294879B1 (ko) * | 2012-02-17 | 2013-08-16 | 고려대학교 산학협력단 | 막 결합형 호기성 메탄산화 탈질방법 및 탈질장치 |
| KR102043367B1 (ko) * | 2018-11-05 | 2019-11-12 | 한국건설기술연구원 | 하수처리수 및 혼합종 메탄산화균(Type I 및 Type X)과 혐기성소화조 소화가스를 연계 이용한 하수처리공정에서의 메탄올 생산방법 |
| WO2021117981A1 (ko) * | 2019-12-13 | 2021-06-17 | 한국건설기술연구원 | 메탄과 메탄올 의존 공생박테리아와 바이오가스를 이용한 하수처리공정의 반류수내 고농도 암모니아 제거 방법 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5057221A (en) * | 1988-12-19 | 1991-10-15 | Weyerhaeuser Company | Aerobic biological dehalogenation reactor |
| JP2603183B2 (ja) * | 1993-02-25 | 1997-04-23 | 環境庁国立環境研究所長 | 有機塩素化合物分解菌の活性化方法 |
| JP4224542B2 (ja) * | 1996-03-12 | 2009-02-18 | 株式会社荏原総合研究所 | 水処理方法及び装置 |
| JP3485240B2 (ja) * | 1996-11-01 | 2004-01-13 | 日立プラント建設株式会社 | 窒素除去方法及び装置並びに包括固定化担体 |
| JP3089297B2 (ja) * | 1998-03-18 | 2000-09-18 | 農林水産省畜産試験場長 | 嫌気性汚水処理用後処理装置 |
| CN1116235C (zh) * | 2000-11-23 | 2003-07-30 | 中国冶金建设集团鞍山焦化耐火材料设计研究总院 | 焦化污水中氨氮脱除方法 |
| JP4428620B2 (ja) * | 2003-10-20 | 2010-03-10 | 財団法人電力中央研究所 | メタン酸化菌保持担体の製造方法、製造装置並びにメタン発生抑制方法 |
| US7459076B2 (en) * | 2005-12-22 | 2008-12-02 | Zenon Technology Partnership | Flow-through aerobic granulator |
-
2006
- 2006-06-08 KR KR1020060051523A patent/KR100804624B1/ko active IP Right Grant
-
2007
- 2007-06-06 CN CN2007101107311A patent/CN101085693B/zh active Active
- 2007-06-08 US US11/808,386 patent/US7520991B2/en active Active
-
2009
- 2009-03-16 US US12/405,029 patent/US7604733B2/en active Active
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101618908A (zh) * | 2008-07-03 | 2010-01-06 | 奥加诺株式会社 | 脱氮处理方法以及脱氮处理装置 |
| EP2172256A1 (en) | 2008-10-03 | 2010-04-07 | Politechnika Lubelska | Device for oxidation of methane in residual biogas |
| CN102719374A (zh) * | 2012-05-21 | 2012-10-10 | 北京大学 | 一种低温同步脱氮除磷的约氏不动杆菌及其应用 |
| CN102719374B (zh) * | 2012-05-21 | 2013-12-11 | 北京大学 | 一种低温同步脱氮除磷的约氏不动杆菌及其应用 |
| CN104743682A (zh) * | 2015-04-17 | 2015-07-01 | 成都工业学院 | 一种处理废水中有机磷的方法 |
| CN104743682B (zh) * | 2015-04-17 | 2016-08-24 | 成都工业学院 | 一种处理废水中有机磷的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20090173679A1 (en) | 2009-07-09 |
| US20070284305A1 (en) | 2007-12-13 |
| CN101085693B (zh) | 2011-12-14 |
| KR100804624B1 (ko) | 2008-02-20 |
| US7520991B2 (en) | 2009-04-21 |
| KR20070117354A (ko) | 2007-12-12 |
| US7604733B2 (en) | 2009-10-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105668783B (zh) | 一种一体式养殖场废水生物处理反应器 | |
| CN101085693B (zh) | 利用甲烷氧化细菌的生物脱除磷和氮的方法及其设备 | |
| CN105540841B (zh) | 一种好氧/厌氧生物滤池生物脱氮方法和装置 | |
| Westerman et al. | Aeration of livestock manure slurry and lagoon liquid for odor control: A review | |
| CN109485157A (zh) | 一种用于污水脱氮的复合碳源及其制备方法和使用方法 | |
| KR101274721B1 (ko) | 유기성 폐수의 생물 처리 방법 및 생물 처리 장치 | |
| Huynh et al. | Application of CANON process for nitrogen removal from anaerobically pretreated husbandry wastewater | |
| CN100528776C (zh) | 用于畜禽类粪便污水处理的方法 | |
| CN104773828A (zh) | 养猪场污水处理系统 | |
| CN108002531A (zh) | 一种高效脱氮方法及实现该方法的新型膜曝气膜生物反应器 | |
| CN211078812U (zh) | 高效智能污水处理装置 | |
| CN109721161A (zh) | 一种用于垃圾渗滤液处理的生物处理装置及方法 | |
| CN109516559A (zh) | 一体化污水处理回用设备 | |
| CN210683343U (zh) | 一种农村生活污水mbr一体化处理装置 | |
| CN105152330A (zh) | 一种用于垃圾渗滤液的处理方法 | |
| KR101258045B1 (ko) | 폐수처리방법 및 장치 | |
| WO2023082316A1 (zh) | 一种基于低氧完全硝化耦合内碳源短程反硝化厌氧氨氧化深度脱氮的装置和方法 | |
| CN105016467A (zh) | 一种用于垃圾渗滤液处理的装置 | |
| JP2006061879A (ja) | 廃水処理方法及び装置 | |
| CN209507740U (zh) | 一体化污水处理回用设备 | |
| CN109665632A (zh) | 一种快速降解高浓度富营养化污水的工艺 | |
| KR100983829B1 (ko) | 메탄발효조를 이용하는 유기물의 부식화에 의한 폐수의처리방법 | |
| CN205527988U (zh) | 一种一体式养殖场废水生物处理反应器 | |
| CN108793614A (zh) | 一种连续式污水处理的方法及其装置 | |
| KR200425128Y1 (ko) | 입상화된 메탄산화 박테리아를 이용한 생물학적 인 및질소의 제거 장치 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20231012 Address after: Gyeonggi Do District of the city of South Korea Patentee after: KOREA INSTITUTE OF CONSTRUCTION TECHNOLOGY Address before: Gyeonggi Do District of the city of South Korea Patentee before: KOREA INSTITUTE OF CONSTRUCTION TECHNOLOGY Patentee before: DAEWOO ENGINEERING & CONSTRUCTION CO.,LTD. |
|
| TR01 | Transfer of patent right |