CN101792244B

CN101792244B - 亚硝酸型硝化反应污泥、其制造方法、其制造装置以及废水处理方法和废水处理装置

Info

Publication number: CN101792244B
Application number: CN2010101077712A
Authority: CN
Inventors: 生田创; 角野立夫
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2009-01-30
Filing date: 2010-01-29
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2030-01-29
Also published as: EP2226296A1; JP2010172857A; JP5170446B2; US20100193431A1; US8323487B2; KR101654936B1; KR20100088563A; CN101792244A

Abstract

本发明涉及亚硝酸型硝化反应污泥、其制造方法、其制造装置以及废水处理方法和废水处理装置。本发明涉及用于制造亚硝酸型硝化反应污泥的方法，包括对活性污泥(12)进行碱处理，以使得至少包含铵氧化菌和亚硝酸氧化菌的活性污泥(12)的pH可以为10或更高，从而在活性污泥(12)中优势聚积铵氧化菌的步骤。

Description

亚硝酸型硝化反应污泥、其制造方法、其制造装置以及废水处理方法和废水处理装置

技术领域

本发明涉及亚硝酸型硝化反应污泥、其制造方法、其制造装置以及废水处理方法和废水处理装置。在此，亚硝酸型硝化反应污泥是指其中将铵态氮氧化为亚硝酸的铵氧化菌已优势聚积的活性污泥。

背景技术

硝化反硝化方法已知是用于处理含铵态氮的废水的方法，其是通过硝化菌将铵态氮硝化(氧化)为硝酸、然后再通过反硝化菌将硝酸还原为氮气而除去铵态氮的方法。

但是，在上述的硝化反硝化方法中，废水中的铵态氮(NH₄)经过亚硝酸(盐)(nitrite)(NO₂)被硝化为硝酸(盐)(nitrate)(NO₃)，因而在硝化反应中需要提供大量的氧。此外，在将硝酸转化为氮气的反硝化反应中，需要提供大量的氢供体(例如甲醇)。

于是，有人考虑到将铵态氮的硝化反应停止在亚硝酸阶段并将亚硝酸反硝化成氮气，因而降低了在硝化反应中需要提供的氧的量以及在反硝化反应中需要提供的氢供体的量。

另一方面，包括使用厌氧铵氧化菌进行反硝化处理的废水处理方法作为替代常规硝化反硝化方法的废水处理方法已引起了人们的注意。该方法包括将废水中的铵态氮亚硝化为亚硝酸，同时使用厌氧铵氧化菌来反硝化废水中的亚硝酸和铵态氮，并因此其比常规的硝化反硝化方法更加有利，因为它不仅能够降低硝化反应中需要提供的氧的量，而且在反硝化反应中无需提供氢供体。但是，为了使用厌氧铵氧化菌处理废水，废水中铵态氮的硝化反应需要停止在亚硝酸阶段。

出于这样的原因，针对制造提供将废水中的铵态氮亚硝化为亚硝酸的亚硝酸型硝化反应的微生物载体提出了一些方法。

例如，日本专利No.3788601公开了通过热处理仅聚积适于亚硝酸型硝化反应的硝化菌来将铵态氮的硝化反应停止在亚硝酸的阶段的方法。该方法对包含将铵态氮氧化为亚硝酸的铵氧化菌和将亚硝酸硝化为硝酸的亚硝酸氧化菌的载体进行热处理以灭活亚硝酸氧化菌，并在载体中优势聚积铵氧化菌。通过使用该载体，废水中铵态氮的硝化反应可以停止在亚硝酸阶段。

发明内容

但是，日本专利No.3788601中描述的方法在热处理载体时需要提供大量的热能。为此，从降低能量消耗的角度提出了无需热处理载体的方法。

例如，日本专利申请公开No.2008-272610公开了对包含铵氧化菌和亚硝酸氧化菌的活性污泥集合地固定在其上的载体进行酸处理以形成铵氧化菌优势聚积其上的载体，以及使用该载体进行废水处理的方法。

但是，日本专利申请公开No.2008-272610中描述的方法需要定期地对载体进行酸处理以灭活与废水等一起从外部带来的亚硝酸氧化菌，并因而在酸处理的一些条件下使载体的机械强度逐渐退化，这有可能使得存在于载体内部的硝化菌流出。

此外，为了定期地对载体进行酸处理，该方法必须将载体与硝化反应池中的废水分离且仅回收载体，因此需要用于回收载体的复杂的方法。

此外，当已经过酸处理的载体未经中和就加入硝化反应池中时，硝化反应池的pH会降低，硝化反应的速率也会偶尔降低。

本发明针对上述情况进行设计并致力于提供可长时间地用于低能量消耗的稳定和简单的废水处理中的亚硝酸型硝化反应污泥、其制造方法、其制造装置、废水处理方法和废水处理装置。

用于制造本发明的亚硝酸型硝化反应污泥的方法为用于制造其中铵氧化菌已优势聚积的亚硝酸型硝化反应污泥的方法，该方法包括对活性污泥进行碱处理以使得至少包含铵氧化菌和亚硝酸氧化菌的活性污泥的pH为10或更高的步骤。

在此，短语“pH为10或更高”不但包括pH为10或更高但低于14的情况，还包括难以通过pH计测量的pH为14或更高的情况。在本说明书中，“pH”是指在25℃和1atm状态中的log₁₀[H⁺]，其中，[H⁺]代表氢离子浓度(mol/L)。

本发明人大量研究的结果表明，铵氧化菌对碱性环境具有高抗性，而亚硝酸氧化菌对碱性环境的抗性较低。上述的制造方法利用了铵氧化菌和亚硝酸氧化菌的抗碱性之间的差异，可以通过对活性污泥进行碱处理灭活亚硝酸氧化菌而在活性污泥中优势聚积铵氧化菌。

此外，对活性污泥进行的碱处理可以比对载体进行热处理的成本低，因此可以降低能量消耗。

该制造方法还可以通过在活性污泥中而不是在载体上聚积铵氧化菌来防止由于载体的损坏而造成的硝化反应速率的降低，且因此可以省去回收载体的复杂过程。

此外，该制造方法还可以省去中和处理，因为即使已经过碱处理的活性污泥不经过中和就被加入硝化反应池中，硝化反应的速率也不会降低。

在制造亚硝酸型硝化反应污泥的方法中，优选在碱处理步骤中通过向活性污泥添加碱性液体来维持活性污泥的pH在10或更高至14或更低的范围内(更优选为11或更高至14或更低)。

通过在上述范围内调节活性污泥的pH，亚硝酸氧化菌可被选择性地灭活，而铵氧化菌不会被灭活。

在制造亚硝酸型硝化反应污泥的方法中，上述的碱处理优选在下面(1)至(3)中的至少一个条件下进行：

(1)维持活性污泥的pH在13或更高的范围内5分钟或更长时间；

(2)维持活性污泥的pH在12或更高和低于13的范围内10分钟或更长时间；和

(3)维持活性污泥的pH在10或更高和低于12的范围内60分钟或更长时间。

因此，可制造其中铵氧化菌已被更加选择性地聚积、而亚硝酸氧化菌的确被灭活的活性污泥。

可以使用制造亚硝酸型硝化反应污泥的方法来制造本发明的亚硝酸型硝化反应污泥。

用于制造本发明的亚硝酸型硝化反应污泥的装置为用于制造其中铵氧化菌已优势聚积的亚硝酸型硝化反应污泥的装置，该装置包括对其中至少包含铵氧化菌和亚硝酸氧化菌的活性污泥进行碱处理以使得活性污泥的pH可以为10或更高的碱处理装置。

碱处理装置通过对活性污泥进行pH控制为10或更高的碱处理来灭活活性污泥中的亚硝酸氧化菌，并可在活性污泥中优势聚积铵氧化菌。

本发明的废水处理方法为用于处理包含铵态氮的废水的方法，并包括步骤：对至少包含铵氧化菌和亚硝酸氧化菌的活性污泥进行碱处理以使得该活性污泥的pH可以为10或更高；使用已经过碱处理的活性污泥将废水中包含的铵态氮氧化为亚硝酸；和对亚硝酸进行反硝化处理。

该废水处理方法通过对活性污泥进行pH控制为10或更高的碱处理而在活性污泥中优势聚积铵氧化菌，并可以因此将铵态氮的硝化反应停止在亚硝酸阶段。因此，该方法可以降低在硝化反应中需要提供的氧的量以及在还原反应中需要提供的氢供体的量。

在废水处理方法的对亚硝酸进行反硝化处理的步骤中，已在氧化铵态氮的步骤中形成的亚硝酸可被厌氧铵氧化菌反硝化，同时使用废水中包含的铵态氮作为氢供体。

在废水处理方法的对亚硝酸进行反硝化处理的步骤中，在氧化铵态氮的步骤中形成的亚硝酸可被反硝化菌反硝化。

废水处理方法优选进一步包括以下步骤：回收在将铵态氮氧化成亚硝酸的步骤中使用的活性污泥，并对回收的活性污泥进行碱处理。

因此，即使当从外部带来亚硝酸氧化菌时，亚硝酸型硝化性能也能够维持很长一段时间。

废水处理方法优选进一步包括通过向活性污泥添加酸性试剂来调节已经过碱处理的活性污泥的pH。

因此，在碱处理之后通过添加酸性试剂来降低活性污泥的pH，可以防止废水处理的效率降低。

本发明的废水处理装置为用于处理包含铵态氮的废水的装置，并包括：在其中对至少包含铵氧化菌和亚硝酸氧化菌的活性污泥进行碱处理以使得活性污泥的pH可以为10或更高的碱处理装置；其中使用已经过碱处理的活性污泥将废水中包含的铵态氮氧化为亚硝酸的亚硝酸生成池；和其中对亚硝酸进行反硝化处理的反硝化池。

在废水处理装置的反硝化池中，已在亚硝酸生成池中生成的亚硝酸可被厌氧铵氧化菌反硝化，同时使用废水中包含的铵态氮作为氢供体。

在废水处理装置的反硝化池中，已在亚硝酸生成池中生成的亚硝酸可被反硝化菌反硝化。

废水处理装置优选进一步包括从亚硝酸生成池中回收活性污泥的回收装置和在其中对已由回收装置回收的活性污泥进行碱处理以再生活性污泥的再生装置。

废水处理装置优选进一步包括通过向已经过碱处理的活性污泥添加酸性试剂来调节活性污泥的pH的pH调节装置。

本发明的制造方法可以通过对活性污泥进行pH控制为10或更高的碱处理并因此灭活亚硝酸氧化菌而在活性污泥中优势聚积铵氧化菌。因此，该处理方法可将废水中铵态氮的硝化反应停止在亚硝酸阶段，并降低硝化反应中需要提供的氧的量和还原反应中需要提供的氢供体的量。

进行碱处理可以比对载体进行热处理的成本低，并可降低能量消耗。

该制造方法还可以通过在活性污泥中而不是在载体上聚积铵氧化菌来防止由于载体的损坏而造成的硝化反应速率的降低，并因此可以省去回收载体的复杂过程。

此外，该制造方法可以省去中和处理，因为即使已经过碱处理的活性污泥不经过中和就被加入硝化反应池中，硝化反应的速率也不会降低。

附图简述

图1为显示用于制造本发明的亚硝酸型硝化反应污泥的装置(用于制造活性污泥的装置)的一个实施例的框图；

图2为显示使用亚硝酸型硝化反应污泥的硝化处理装置的一个实施例的框图；

图3为显示在第一个废水处理试验中使用的合成废水的水质的表；

图4A至4D为显示在第一个废水处理试验的条件下处理水中氮浓度的曲线图，其中图4A至4C显示当分别使用本发明的污泥A至C时的氮浓度，图4D显示当使用对比污泥时的氮浓度；

图5A和5B为显示在第二个废水处理试验中使用的合成废水的水质的表；

图5A为显示含44mg/L的亚硝态氮的合成废水的水质的表，图5B为显示含44mg/L的铵态氮的合成废水的水质的表；

图6为显示在第二个废水处理试验中使用的好氧反应池的示意图；

图7A为显示通过对含44mg/L的亚硝态氮的合成废水(参见图5A)进行一个月的连续的充气处理而得到的上清液中亚硝态氮的浓度的图；

图7B为显示通过对含44mg/L的铵态氮的合成废水(参见图5B)进行一个月的连续的充气处理而得到的上清液中亚硝态氮的浓度的图；

图8为显示对活性污泥定期地进行碱处理的硝化处理装置的一个实施例的框图；

图9为显示在第三个废水处理试验中使用的废水的平均水质的表；

图10为显示在第三个废水处理试验的条件下处理水中氮浓度的曲线图；

图11A为显示包括使用反硝化菌进行反硝化处理的废水处理方法的流程图，图11B为显示包括使用厌氧铵氧化菌进行反硝化处理的废水处理方法的流程图；

图12为显示用于进行本发明的废水处理方法的废水处理装置的一个实施例的框图；

图13为显示图12所示的废水处理装置的改进的实施例的框图；

图14为显示图12所示的废水处理装置的另一改进的实施例的框图；和

图15为显示图14所示的废水处理装置的改进的实施例的框图。

具体实施方式

下面将会参考附图来描述本发明的实施方式。

本发明的亚硝酸型硝化反应污泥为其中将铵态氮氧化为亚硝酸的铵氧化菌已优势聚积的活性污泥。

图1为显示用于制造亚硝酸型硝化反应污泥的装置(用于制造活性污泥的装置)的一个实施例的框图。如图所示，反应污泥制造装置10包括其中储存活性污泥12的碱处理池14、用于测量活性污泥12的pH的pH测量仪16，和根据pH测量仪16的测量结果向碱处理池14提供碱性液体池18中储存的碱性液体的泵P。

活性污泥12为至少包含铵氧化菌和亚硝酸氧化菌的基于微生物的复合污泥，并可以使用例如处理污水和工业废水的处理厂中的活性污泥、湖底、河底和海底的污泥、地表的土壤等。

始终使用pH测量仪16来测量活性污泥12的pH，通过泵P需要向碱处理池14提供的碱性液体的量是基于pH测量仪16的测量结果进行调节的。因此，对活性污泥12进行pH控制在10或更高的pH的碱处理。在此，短语“pH为10或更高”不但包括pH为10或更高但低于14的情况，还包括普通的pH计难以测量的pH为14或更高的情况。例如，即使当活性污泥12被加到理论上应该显示高于14的pH的2当量氢氧化钠溶液中时，活性污泥12中的铵氧化菌可通过在碱处理之后中和活性污泥12和将得到的污泥放置固定的一段时间而被再次活化。

本发明人大量研究的结果表明，铵氧化菌对碱性的抗性高，而亚硝酸氧化菌对碱性的抗性低。具有上述配置的用于制造反应污泥的装置10利用了上述铵氧化菌和亚硝酸氧化菌的抗碱性之间的差异，并可以通过对活性污泥12进行pH控制为10或更高的碱处理并因此灭活亚硝酸氧化菌而产生铵氧化菌在其内优势聚积的反应污泥。

在碱处理中，活性污泥12被优选控制在10或更高但14或更低的pH范围内，更优选在11或更高但14或更低的pH范围内。因此，亚硝酸氧化菌可被迅速杀灭而不会灭活铵氧化菌。

活性污泥12的碱处理优选是在下面(1)至(3)中的至少一个条件下进行的：

(1)维持活性污泥12的pH在13或更高的范围内5分钟或更长时间；

(2)维持活性污泥12的pH在12或更高但低于13的范围内10分钟或更长时间；和

(3)维持活性污泥12的pH在10或更高但低于12的范围内60分钟或更长时间。

因此，碱处理确实灭活了活性污泥12中的亚硝酸氧化菌，并可以在其内更加选择性地聚积铵氧化菌。

在经过碱处理之后优选通过向活性污泥12添加酸性试剂来调节活性污泥12的pH。因此，在碱处理之后通过添加酸性试剂来降低活性污泥的pH，可以防止废水处理的效率降低。

图1显示了对预先确定量的活性污泥12进行批次系统的碱处理的实施例。但是，也可以对活性污泥12进行以固定的流速使活性污泥12通过碱处理池14的连续系统的碱处理。当对活性污泥12进行连续系统的碱处理时，上述条件(1)至(3)中的碱处理时间(pH维持时间)可由活性污泥12在碱处理池14中的平均停留时间取代，且平均停留时间可以应用在碱处理中。

图1描述了其中用于制造反应污泥的装置10为独立形式的实施例，但是用于制造反应污泥的装置10可作为废水处理装置的一部分整合到废水处理装置中。

接下来，将在下面描述硝化处理装置的配置，其通过使用在具有上述配置的、用于制造反应污泥的装置10中制造的亚硝酸型硝化反应污泥将废水中的铵态氮氧化(硝化)为亚硝酸。

图2为显示使用亚硝酸型硝化反应污泥的硝化处理装置的一个实施例的框图。硝化处理装置20主要包括：其内储存来源废水的来源水池22；其中对从来源水池22流出的来源废水进行硝化处理的好氧反应池(亚硝酸生成池)24；和其中反应污泥(亚硝酸型硝化反应污泥)28与已经过硝化处理的废水(处理水30)分离的沉淀池26。

将来源废水送至好氧反应池24的泵P1(来源水泵)设置于来源水池22和好氧反应池24之间，且将反应污泥28送回好氧反应池24的泵P2(污泥返回泵)设置于沉淀池26和好氧反应池24之间。

在好氧反应池24中，作为由泵P1从来源水池22输送的来源废水和由泵P2从沉淀池26返回的反应污泥28的混合物的混合溶液32被收集，且混合溶液32由设置在好氧反应池24中的空气扩散器34进行充气和搅拌。该空气扩散器34具有使得空气从圆柱形管上设置的多个孔中喷出的构造，例如，均匀地搅拌混合溶液32，且还为好氧反应池24提供硝化处理所需的氧气。

始终(或定期地)使用pH测量仪16测量好氧反应池24中的混合溶液32的pH，且泵P3基于pH测量仪16测量的值将碱性液体从碱性液体池18提供到好氧反应池24中。因此，混合溶液32的pH可在预先确定的范围内调节。

在具有上述配置的好氧反应池24中，混合溶液32中的铵态氮被已由反应污泥28带来的铵氧化菌氧化(硝化)成亚硝酸。

已在好氧反应池24中经过硝化处理的混合溶液32被送到沉淀池26中，并被分成反应污泥28和处理水30。沉淀池26中的反应污泥28和处理水30可通过任意的技术进行分离。图2示出了通过利用反应污泥和处理水30的比重差异将处理水30与反应污泥28分离的实施例。

已在沉淀池26中经过重力沉淀的反应污泥28从沉淀池26的较低部分提取出来，而作为上清液的处理水30从沉淀池26排出。

然后，通过在打开污泥返回阀V1的状态下操作泵P2使反应污泥28再次返回到好氧反应池24。可以通过打开/关闭污泥提取阀V2来调节硝化处理装置20中反应污泥28的总量。

为了确定由用于制造反应污泥的装置10制造的亚硝酸型硝化反应污泥的亚硝酸型硝化性能，通过使用具有上述配置的硝化处理装置20按照下面的方法进行了第一个废水处理试验。

铵态氮的浓度被调节到40mg/L的合成废水被用作作为硝化处理对象的废水。图3为显示作为硝化处理对象的合成废水的水质。

用作反应污泥28的反应污泥(污泥A至C和对比污泥)是通过对废水处理厂收集的返回污泥(活性污泥悬浮固体的浓度(MLSS浓度：混合液悬浮固体)为6,000mg/L)在下面条件下进行碱处理和中和处理得到的。

本发明的污泥A是通过维持上述返回污泥的pH处于13.4至13.6的范围内20分钟、然后再添加酸性试剂以中和碱处理的污泥到pH7.5而制成的。

本发明的污泥B是通过维持上述返回污泥的pH处于11.9至12.1的范围内60分钟、然后再添加酸性试剂来中和碱处理的污泥到pH7.5而制成的。

本发明的污泥C是通过维持上述返回污泥的pH处于10.9至11.1的范围内120分钟、然后再添加酸性试剂来中和碱处理的污泥至pH7.5而制成的。

对比污泥是通过维持上述返回污泥的pH处于7.4至7.6的范围内60分钟而制成的。

对于碱处理和中和处理而言，使用1mol/L的氢氧化钠溶液和1mol/L的硫酸溶液。

好氧反应池24的反应体积为2L，并有意地进行操作以使得好氧反应池24中的MLSS浓度为2,500至3,500mg/L。好氧反应池24中的水温被调节到18至22℃(平均为20℃)。好氧反应池24中废水的水文停留时间被设置为3小时。

从空气扩散器34喷出的空气的量被调节以使得好氧反应池24中的溶解氧(DO：溶解的氧气)的浓度可为4.0mg/L或更高，在此溶解氧浓度下容易发生亚硝酸型硝化反应，从而方便地评价亚硝酸型硝化反应的性能。

有意地调节通过泵P3添加的碱性液体的量以使得好氧反应池24的pH可为7.0或更高但7.5或更低，在此pH下亚硝酸型硝化反应容易发生，从而方便地评价亚硝酸型硝化反应的性能。

图4A至4D为显示在上述条件下处理水30中的氮浓度的曲线图，其中图4A至4C显示当分别使用本发明的污泥A至C时的氮浓度，图4D显示当使用对比污泥时的氮浓度。在图4A至4D中，“白圈”标记表示来源废水中铵态氮的浓度，“黑圈”标记表示处理水30中铵态氮的浓度，“三角”标记表示处理水30中亚硝态氮的浓度，而“方形”标记表示处理水30中硝态氮的浓度。

如图4A至4C所示，在使用本发明的污泥A至C的废水处理中，铵氧化活性从开始之后的第一周就开始上升，通过亚硝酸在第三周的生成速率可以确定亚硝酸的生产能力为90％或更高。之后对合成废水继续2个月或更长时间的硝化处理，但是硝酸的生产能力不增长。因此，可以发现，通过使用按照本发明的制造方法制造的反应污泥28，在好氧反应池24中发生亚硝酸型硝化反应。

另一方面，如图4D所示，在使用对比污泥的废水处理中，亚硝酸的生产能力仅在紧接着运行开始之后的两周内增长，但是之后硝酸的生产能力开始增长，且通过硝酸在第三周或之后的生成速率可以确定硝酸的生产能力为90％或更高。之后继续2个月或更长时间的废水处理，但是并未确认硝酸的生产能力下降。

如上所述，可以确定的是，具有亚硝酸型硝化性能的反应污泥28可以通过对至少包含铵氧化菌和亚硝酸氧化菌的活性污泥进行pH控制为10或更高的碱处理进行制造。

下面，为了研究产生反应污泥28的碱处理条件与反应污泥28的亚硝酸型硝化性能之间的关系，按照下面的方法进行了第二个废水处理试验。

使用的亚硝酸型硝化反应污泥为已具有6,000mg/L的MLSS浓度和已经过碱处理以及中和处理的污泥(废水处理厂收集的)，与第一个废水处理试验中的污泥类似。污泥的碱处理在pH为8、9、10、11、12、13、13.5或14和处理时间为0.5、1、3、5、10、20、40或60(分钟)的条件下进行。然后，使用酸性液体将碱处理之后的污泥快速中和为pH7.5。

使用的作为硝化处理对象的合成废水为含44mg/L的亚硝态氮的合成废水和含44mg/L的铵态氮的合成废水。图5A为显示含44mg/L的亚硝态氮的合成废水的水质的表，图5B为显示含44mg/L的铵态氮的合成废水的水质的表。

各450mL的那些合成废水和各50mL的上述亚硝酸型硝化反应污泥被装入图6所示的好氧反应池24中，并在水温为20℃和充气流速为300mL/min的条件下进行连续的充气处理。考虑到好氧反应池24中反应液体的蒸发，因此每日停止充气一次以沉淀活性污泥，并进行其中使用相应的培养基替代400mL的上清液的这种半批次培养。

图7A为显示通过对含44mg/L的亚硝态氮的合成废水(参见图5A)进行连续的充气处理一个月而得到的上清液中硝态氮的浓度的曲线图，图7B为显示通过对含44mg/L的铵态氮的合成废水(参见图5B)进行连续的充气处理一个月而得到的上清液中硝态氮的浓度的曲线图。

从图7A和7B可以发现，能促进亚硝酸产生而抑制硝酸产生的反应污泥可以通过对活性污泥进行下面(1)至(3)条件的碱处理而得到：

(1)维持活性污泥的pH在13或更高的范围内5分钟或更长时间；

(2)维持活性污泥的pH在12或更高但低于13的范围内10分钟或更长时间；和

(3)维持活性污泥的pH在10或更高但低于12的范围内60分钟或更长时间。

下面将描述用于长期稳定地保持亚硝酸型硝化反应污泥的亚硝酸型硝化性能的硝化处理装置的配置。

在上述的第一个废水处理试验和第二个废水处理试验中，合成废水被用作硝化处理的对象，因此，亚硝酸氧化菌并非从外面引入的，而是亚硝酸氧化菌包含在实际的废水中。出于此原因，当长时间持续进行硝化处理时，已与废水一起流入好氧反应池的亚硝酸氧化菌进行增殖，因而好氧反应池中的硝化反应可以从亚硝酸型硝化转变成硝化型硝化。

出于此原因，从长期保持亚硝酸型硝化性能的角度来看，优选定期地对反应污泥(亚硝酸型硝化反应污泥)进行pH控制为10或更高(优选为10或更高但14或更低，更优选为11或更高但14或更低)的碱处理。

在这种情况下，优选不是一次对所有的反应污泥进行碱处理，而是回收一部分从沉淀池返回好氧反应池的污泥，并定期地对回收的污泥进行碱处理。因此，硝化处理装置长时间地抑制了好氧反应池中反应污泥的亚硝酸氧化活性，且还能防止由于好氧反应池中缺少铵氧化菌造成的铵氧化活性的降低。该装置还能通过对返回污泥进行碱处理来降低需要添加的碱性液体的量。

图8为显示定期地对活性污泥进行碱处理的硝化处理装置的一个实施例的框图。如图所示，硝化处理装置40主要包括再生处理池36，其中对从沉淀池26返回到好氧反应池24的反应污泥28的一部分进行碱处理，且在这一点上，其不同于图2所示的硝化处理装置20。在硝化处理装置40的组件中，对于与硝化处理装置20相同的因素给予相同的编号，并且省略对其的重复描述。

已在硝化处理装置40的沉淀池26中与处理水分离的反应污泥28通过在污泥返回阀V1打开的状态下泵P2的动力回到好氧反应池24中。此时，从沉淀池26返回的反应污泥28的一部分通过打开回收污泥阀V3的操作被送到再生处理池36中。

回收污泥阀V3的打开/关闭优选被调节以使得再生处理池36中的反应污泥28的水位可以保持恒定。例如，可以通过使用再生处理池36上设置的水位传感器S来检测反应污泥28的水位和通过基于水位传感器S检测的结果来切换回收污泥阀V3的打开/关闭调节反应污泥28的水位以保持恒定。

始终(或定期地)使用pH测量仪16来测量再生处理池36中反应污泥28的pH，并基于pH测量仪16测量的值来调节反应污泥28的pH。特别地，通过基于pH测量仪16测量的结果来控制泵P3来向再生处理池36添加来自碱性液体池18A的碱性液体或通过控制泵P4添加来自酸性液体池18B的酸性液体，反应污泥28的pH可被调节在理想的范围内。此外，当调节反应污泥28的pH时，从精确调节pH的观点来看，优选使用例如设置在再生处理池36上的搅拌器M来搅拌反应污泥28。

具有上述配置的再生处理池36使得对反应污泥28进行pH为控制10或更高(优选为10或更高但14或更低，更优选为11或更高但14或更低)的碱处理(再生处理)，并可使反应污泥28恢复其亚硝酸型硝化性能。

此时，对于回收的反应污泥28的碱处理(再生处理)可在下面(1)至(3)的条件中的至少一个条件下进行：

(1)维持反应污泥28的pH在13或更高的范围内5分钟或更长时间；

(2)维持反应污泥28的pH在12或更高但低于13的范围内10分钟或更长时间；和

(3)维持反应污泥28的pH在10或更高但低于12的范围内60分钟或更长时间。

然后，已在再生处理池36中进行碱处理(再生处理)的反应污泥28优选通过添加来自酸性液体池18B的酸性液体进行中和。然后反应污泥28通过泵P5(再生污泥返回泵)的动力回到好氧反应池24中。

顺便提及，图8描述了在再生处理池36中收集预先确定量的反应污泥28并对反应污泥28进行碱处理(批次系统)的(批次系统)实施例，但是反应污泥28的碱处理也可以在连续的系统中进行。当在连续的系统中进行碱处理时，上述条件(1)至(3)中的处理时间(pH维持时间)可被反应污泥28在再生处理池36中的平均停留时间替代，且平均停留时间可被应用到碱处理中。

下面将描述第三个废水处理试验，进行该试验是为了确定具有上述配置的硝化处理装置40的亚硝酸型硝化性能的长期稳定性。

首先，具有图3所示的水质的合成废水利用在第一个废水处理试验中使用的本发明的污泥A进行硝化处理，直到组成达到稳定状态。

然后，作为该处理的对象的废水被换成污水调节的废水，其铵态氮的浓度通过向污水-处理水中添加NH₄Cl被调节到40mg/L。图9为显示作为硝化处理对象的污水调节的废水的平均水质的表。

当作为硝化处理对象的废水被换成来自合成废水的污水调节的废水时，与污水调节的废水一起流入好氧反应池24中的亚硝酸氧化菌进行增殖，且好氧反应池24中的硝化反应从亚硝酸型硝化转换转变成为硝化型硝化。

在本废水处理试验中，通过有意地将好氧反应池24中的硝化反应从亚硝酸型硝化转变成为硝化型硝化、然后再将操作改变为定期对返回污泥的一部分进行碱处理的方法，确认了再生处理池36中对反应污泥28的碱处理(再生处理)的效果。

此外，对反应污泥28进行碱处理(再生处理)的条件为：每12小时取30mL反应污泥28进入再生处理池36，搅拌混合物的同时向其添加碱性液体，并将混合物的保持在pH13.4至13.6下20分钟。此后，向已经过碱处理的反应污泥28加入酸性液体，搅拌，中和到pH7.5，然后再返回到好氧反应池24中。对于碱处理和中和处理而言，使用2mol/L氢氧化钠溶液和2mol/L硫酸溶液。

好氧反应池24的反应体积为2L，并操作该装置以使得好氧反应池24中的MLSS浓度可为2,500至3,500mg/L。好氧反应池24中的水温被调节到18至22℃(平均为20℃)。好氧反应池24中废水的水文停留时间被设置为3小时。

好氧反应池24中溶解氧(DO：溶解的氧气)的浓度被调节为4.0mg/L或更高。此外，好氧反应池24中的pH被调节在7.0或更高但7.5或更低的范围内。

图10为显示在上述条件下处理水30中的氮浓度的曲线图。在图10中，“白圈”标记表示来源废水中铵态氮的浓度，“黑圈”标记表示处理水30中铵态氮的浓度，“三角”标记表示处理水30中亚硝态氮的浓度，“方形”标记表示处理水30中硝态氮的浓度。图10的水平轴表示在作为处理对象的废水已从合成废水换成污水调节的废水的时间点(废水切换的时间点)之后过去的天数。

从图10中可以了解，亚硝酸型硝化反应在废水切换点之后维持了大约两周，但是处理水中的硝酸浓度增加，且硝化反应转换为硝酸型。在废水切换点之后的第81天开始定期抽取的碱处理(再生处理)，但在第108天之前并未确定具有显著的抑制硝酸产生的效果。但是，处理水中的硝酸浓度从第117天开始降低，在第209天降到5mg/L或更低，此后，稳定的亚硝酸型硝化反应持续了大约200天。

从上面的描述可以发现，反应污泥28的亚硝酸型硝化性能可以通过对回收的反应污泥28进行定期抽取的碱处理(再生处理)来维持。

接下来，将在下面描述按照本发明处理含铵态氮的废水的废水处理方法。

在本发明的废水处理方法中，废水中的铵态氮通过使用亚硝酸型硝化反应污泥被氧化(硝化)成亚硝酸，然后对产生的亚硝酸进行反硝化处理而分解成为氮气。可以使用用于反硝化亚硝酸的方法，例如使用反硝化菌的方法和使用厌氧铵氧化菌的方法。

图11A为显示包括使用反硝化菌进行反硝化处理的废水处理方法的流程图，图11B为显示包括使用厌氧铵氧化菌进行反硝化处理的废水处理方法的流程图。

包括使用反硝化菌进行反硝化处理的废水处理方法(参见图11A)包括将废水中的铵态氮氧化成亚硝酸，并使用反硝化菌将亚硝酸分解成氮气。另一方面，包括使用厌氧铵氧化菌进行反硝化处理的废水处理方法(参见图11B)包括将废水中的铵态氮氧化成亚硝酸，并使用厌氧铵氧化菌反硝化亚硝酸。在这种情况中，废水中的铵态氮在反硝化处理中被用作氢供体。

图12为显示用于进行本发明的废水处理方法的废水处理装置的一个实施例的框图。如图12所示，废水处理装置50主要包括：其中来源废水中包含的有机物的氮已被脱氨基的厌氧池42；其中亚硝酸已被反硝化的缺氧池44、其中铵态氮已被氧化成亚硝酸的好氧反应池24、其中反应污泥28与处理水30分离的沉淀池26和其中对反应污泥28进行碱处理的再生处理池36。

在厌氧池42中，来源废水中包含的有机物的氮被脱氨基以产生铵态氮。随后厌氧池42中产生的铵态氮立即通过缺氧池44，并在好氧反应池24中被硝化成亚硝酸。

然后，已在好氧反应池24中经过硝化处理的废水通过在好氧反应池24和缺氧池44之间设置的废水返回管52返回到缺氧池44中。因此，已返回到缺氧池44的废水中的亚硝酸在缺氧池44中被反硝化，并降解成氮气。

废水中的溶解氧在厌氧池42中被消耗。因此通过保持缺氧池44中的溶解氧的量在低浓度下，可以在缺氧池44中有效地进行反硝化处理。

已在沉淀池26中分离的反应污泥28的一部分在再生处理池36中进行碱处理(再生处理)，然后再返回到好氧反应池24之前的阶段。已以经过碱处理的反应污泥28可以返回到例如恰位于好氧反应池24之前的管中，或可以返回到恰位于厌氧池42或缺氧池44之前的管中。图12示出了其中通过打开/关闭返回污泥阀V3、V4和V5，可以使已经过碱处理的反应污泥28的返回位置选自恰位于厌氧管42之前、恰位于缺氧池44之前和恰位于好氧反应池24之前的任一管子的实施例。

图13为显示图12所示的废水处理装置50的改进的实施例的框图。如图13所示，废水处理装置60不同于图12所示的废水处理装置50在于其在好氧反应池24中具有其中铵氧化菌优势聚积的填充载体54，和在于提供了其中对载体54进行碱处理(再生处理)的载体再生处理池56。

废水处理装置60中的载体54可以例如通过对含有铵氧化菌和亚硝酸氧化菌的基于微生物的复合污泥进行热处理和碱处理或酸处理产生。特别地，载体54可以通过对上述的基于微生物的复合污泥进行40℃或更高但100℃或更低的热处理、pH控制为10或更高(优选为10或更高至14或更低，更优选为11或更高但14或更低)的碱处理或pH为控制6或更低的酸处理(优选pH控制为0.5或更高但5或更低的酸处理)产生。

当已使用很长时间以后，载体54的亚硝酸型硝化性能退化，因此优选在载体再生处理池56中对载体54定期地进行碱处理(再生处理)。

在载体再生处理池56中，定期地使用泵P8提取好氧反应池24中的载体54，并对其进行碱处理(再生处理)。对载体54进行的碱处理(再生处理)是通过基于pH测量仪16测量的结果向载体再生处理池56中添加来自碱性液体池18A的碱性液体进行的。在该碱处理中使用的条件可以与在再生处理池36中对反应污泥28进行的碱处理中使用的条件类似，本文已对后者进行了描述。

具有上述配置的废水处理装置60结合使用反应污泥28和载体54在好氧反应池24中进行硝化处理，并因此可以有效地将废水中的铵态氮氧化(硝化)成亚硝酸。

图14为显示图12所示的废水处理装置50的另一改进的实施例的框图。如图14所示，废水处理装置70不同于图12所示的废水处理装置50在于其采用了其中多个厌氧池42和好氧反应池24串联排列的多级型处理方法，和在于提供了用于将已在再生处理池36中进行碱处理(再生处理)的反应污泥28分配和返回到恰位于各池之前的管中的分配器58。

废水处理装置70在其中排列了多个厌氧池42和好氧反应池24，因此能够减小整个废水处理装置的大小。

在废水处理装置70中，从在好氧反应池24中有效地进行亚硝酸型氧化(硝化)的角度来看，其中铵氧化菌已优势聚积的载体54被填装在好氧反应池24中。

顺便提及，在废水处理装置70中，不对载体54进行碱处理(再生处理)，但是如图15所示，载体54可以在已描述过的载体再生处理装置56中定期地进行碱处理(再生处理)。

Claims

1.一种用于制造亚硝酸型硝化反应污泥的方法，其特征在于包括步骤：

对活性污泥(12)进行碱处理，以使得至少包含铵氧化菌和亚硝酸氧化菌的活性污泥(12)的pH为10或更高，从而在活性污泥(12)中优势聚积铵氧化菌；

其中所述碱处理是在下面(1)至(3)中的至少一个条件下进行的：

(1)维持活性污泥的pH在13或更高的范围内5分钟或更长时间；

2.根据权利要求1所述的用于制造亚硝酸型硝化反应污泥的方法，其特征在于在碱处理步骤中，通过向活性污泥添加碱性液体将活性污泥(12)的pH维持在10或更高至14或更低的范围内。

3.一种根据权利要求1-2中任一项所述的用于制造亚硝酸型硝化反应污泥的方法制造的亚硝酸型硝化反应污泥。

4.一种用于制造亚硝酸型硝化反应污泥的装置，其特征在于包括：

对其中的至少包含铵氧化菌和亚硝酸氧化菌的活性污泥(12)进行碱处理以使得活性污泥(12)的pH为10或更高从而在活性污泥(12)中优势聚积铵氧化菌的碱处理装置；

(1)维持活性污泥的pH在13或更高的范围内5分钟或更长时间；

5.一种用于处理包含铵态氮的废水的废水处理方法，其特征在于包括步骤：

对至少包含铵氧化菌和亚硝酸氧化菌的活性污泥进行碱处理以使得该活性污泥的pH为10或更高；

使用已经过碱处理的该活性污泥将废水中含有的铵态氮氧化为亚硝酸；和

对亚硝酸进行反硝化处理；

(1)维持活性污泥的pH在13或更高的范围内5分钟或更长时间；

6.根据权利要求5所述的废水处理方法，其特征在于在对亚硝酸进行反硝化处理的步骤中，已在氧化铵态氮步骤中形成的亚硝酸被厌氧铵氧化菌反硝化，同时使用废水中包含的铵态氮作为氢供体。

7.根据权利要求5所述的废水处理方法，其特征在于在对亚硝酸进行反硝化处理的步骤中，在氧化铵态氮步骤中形成的亚硝酸被反硝化菌反硝化。

8.根据权利要求5-7中任一项所述的废水处理方法，其特征在于进一步包括步骤：

回收在将铵态氮氧化为亚硝酸的步骤中使用的活性污泥；和

对回收的活性污泥进行碱处理。

9.根据权利要求5-7中任一项所述的废水处理方法，其特征在于进一步包括步骤：通过向活性污泥添加酸性试剂来调节已经过碱处理的活性污泥的pH。

10.一种用于处理含铵态氮的废水的废水处理装置(50)、(60)、(70)、(80)，其特征在于包括：

对其中的至少包含铵氧化菌和亚硝酸氧化菌的活性污泥(12)进行碱处理以使得活性污泥(12)的pH为10或更高的碱处理装置；

其中使用已经过碱处理的活性污泥将废水中包含的铵态氮氧化为亚硝酸的亚硝酸生成池(24)；和

其中对亚硝酸进行反硝化处理的反硝化池(44)；

(1)维持活性污泥的pH在13或更高的范围内5分钟或更长时间；

11.根据权利要求10所述的废水处理装置，其特征在于已在亚硝酸生成池(24)中形成的亚硝酸在反硝化池(44)中被厌氧铵氧化菌反硝化，同时使用废水中包含的铵态氮作为氢供体。

12.根据权利要求10所述的废水处理装置，其特征在于已在亚硝酸生成池(24)中形成的亚硝酸在反硝化池(44)中被反硝化菌反硝化。

13.根据权利要求10-12中任一项所述的废水处理装置，其特征在于进一步包括：

从亚硝酸生成池(24)回收活性污泥的回收装置；和

在其中对已由回收装置回收的活性污泥进行碱处理以再生活性污泥的再生装置(36)。

14.根据权利要求10-12中任一项所述的废水处理装置，其特征在于进一步包括通过向已经过碱处理的活性污泥添加酸性试剂来调节活性污泥的pH的pH调节装置(16)。