CN1482080A - 含有含氮染料的排水的处理装置和处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及对于含有含氮染料排水的脱色和脱氮进行生物处理的排水处理装置。提供一种能在低成本下容易将含有含氮染料排水中的偶氮化合物等难分解性含氮染料脱色和分解的紧凑的、耐久性优良而且处理能力强、能够长期稳定运转的排水处理装置。该排水处理装置备有在使含有含氮染料的排水绝对厌氧条件下与硫酸还原细菌接触的绝对厌氧槽，使排水在好氧条件下与硝化菌接触的硝化槽以及使排水在厌氧条件下与脱氮菌接触的脱氮槽，能够对含有含氮染料的排水进行脱色和脱氮。

Description

含有含氮染料的排水的处理装置和处理方法
技术领域
本发明涉及对于含有含氮染料排水的脱色和脱氮进行生物处理的排水处理装置。更详细地讲，本发明涉及能够容易地将含染料的排水中的偶氮化合物等的含氮的难分解性的含氮染料以低成本进行脱色和分解的紧凑的、耐久性优良而且处理能力强、能够长期稳定运转的排水处理装置。
背景技术
含氮染料，特别是偶氮类染料合成染料中占据绝大多数的染料，在纤维、食品、化妆品等各领域中得到应用。含有从染色工厂等排出的染料的排水一旦被排放到环境中就会使周围环境着色而损害环境和美观，所以对将上述排水中存在的染料脱色或者使其无害化的要求日益高涨。含有染料的排水，过去主要是在与其他排水混合的状态下，采用好氧条件下的活性污泥法进行处理的。但是，采用活性污泥法不能除去排水中的BOD(生化需氧量Biochemical Oxygen Demand)和SS(悬浮物质Suspended Substance)成分，而且染料多为偶氮化合物等难分解性含氮化合物，很难采用活性污泥法进行生物处理，因此源于染料的着色和含氮成分没有除去就被直接排放到环境之中。
关于排水中所含染料物质的物理除去方法，例如已知的有将含有染料的排水用活性污泥法处理后，通过将含染料的物质凝聚沉淀使之固化，或者利用活性炭等吸附法使染料从排水中被物理分离后，加以掩埋处理的方法。然而这种方法的缺点是，难分解性的染料仍然处于未被分解的状态，一旦将这些物质排入周围环境则会对环境产生有害影响，若要不产生这种状态却又受到掩埋处理场所的限制。
另外，关于排水中所含染料物质的化学除去方法，例如有人提出利用使染料与臭氧接触使之分解的方法(特开平9-239383号公报)、在湿润条件下与氧接触将其氧化的方法(特开平9-253669号公报)、与酶接触使之分解的方法(特开2000-245468号公报)和在超临界状态下分解的方法(特开2001-121137号公报)等。然而这些方法的缺点是都需要在药剂和设备上的花费费用，而且会产生难于处理的副产物。
如上所述，在含有染料的排水的处理中，目前尚未出现以低成本将偶氮化合物等难分解性的含氮染料脱色和分解到对环境不产生影响程度的处理装置。因此，本发明目的在于提供一种能够容易地将含有含氮染料的排水中的偶氮化合物等的含氮的难分解性的含氮染料以低成本进行脱色和分解的紧凑的、耐久性优良而且处理能力强、能够长期稳定运转的排水处理装置。
发明内容
按照本发明，上述课题由以下排水处理装置所完成，该装置备有在绝对厌氧条件下使含有含氮染料的排水与硫酸还原细菌接触的绝对厌氧槽，在好氧条件下使排水与硝化菌接触的硝化槽以及在厌氧条件下使排水与脱氮菌接触的脱氮槽，并对含有含氮染料的排水进行脱色和脱氮处理。更详细地讲，是在绝对厌氧工序中进行脱色后，为了防止颜色恢复，而在硝化/脱氮工序或者在脱氮/硝化工序中进行脱氮的排水处理装置。
作为上述本发明的排水处理装置，例如也可以依次设置绝对厌氧槽、脱氮槽和硝化槽，将一部分从硝化槽流出的硝化处理水向脱氮槽回送循环的结构。在优选的实施方式中，在从绝对厌氧槽、硝化槽和脱氮槽中选出的至少一个槽中，用微生物固定载体将菌体固定。另外，还可以按照绝对厌氧槽、硝化槽和脱氮槽的顺序设置，也可以是在脱氮槽后设置在好氧条件下使BOD分解菌与排水接触的再曝气槽的构成。在优选的实施方案中，在从绝对厌氧槽、硝化槽、脱氮槽和再曝气槽中选出的至少一个槽中，用微生物固定载体将菌体固定。
在更优选的实施方式中，微生物固定载体是从凝胶状载体、塑料载体和纤维状载体中选出的一种以上的载体，而且微生物固定载体特别优选聚乙烯醇系含水凝胶。
本发明的废水处理装置，能在低成本下容易地将含有含氮染料的排水中难分解性的含氮化合物脱色和分解，体积紧凑，耐久性优良，而且处理能力强并能长期稳定运转。
附图说明
图1是表示本发明排水处理装置的第一种实施方式的流程图。
图2是表示本发明排水处理装置的第二种实施方式的流程图。图中
1   绝对厌氧槽                 14  微生物固定载体
2   脱氮槽                     15  散气装置
3   硝化槽                     16  鼓风机
4   排水                       17  硝化槽内混合液
5   被处理水                   18  微生物固定载体
6   脱氮处理水                 19  再曝气槽
7   硝化处理水                 20  排水
8   回送循环水                 21  被处理水
9   搅拌装置                   22  硝化处理水
10  脱氮槽内混合液             23  脱氮处理水
11  微生物固定载体             24  曝气处理水
12  搅拌装置                   15  防止微量载体流出的筛网
13  脱氮槽内混合液
具体实施方式
本发明中所说的含氮染料，是指在酸性染料、酸性媒染染料、金属络盐染料、碱性染料、直接偶氮染料、不溶偶氮染料和活性染料等内，其化学结构式中含氮的水溶性染料，特别是含有偶氮键的染料。作为含氮染料，可以举出被称为酸性橙10的苯胺类偶氮染料、被称为酸性橙1和酸性橙24的对氨基苯磺酸类偶氮染料、被称为酸性橙7和酸性橙8的萘类偶氮染料、被称为酸性蓝92和酸性蓝120的萘胺类偶氮染料、被称为酸性蓝82和酸性蓝126的蒽醌类染料、被称为酸性黄11和酸性黄17的吡唑啉酮类偶氮染料、被称为偶氮重氮组分1(Azoic Diazo Componentl)和偶氮重氮组分27(Azoic Diazo Component27)的不溶偶氮染料等。
可以在本发明中使用的硫酸还原菌，是脱硫弧菌(Desulfovibriodesulfurican)等绝对厌氧性细菌，其是通过硫酸呼吸将硫酸盐还原成硫化氢的公知细菌。在绝对厌氧槽中，在绝对厌氧条件下含氮染料被上述硫酸还原细菌分解。
所谓绝对厌氧条件，是指用液体中氧化还原电位表示时，当pH为7时氧化还原电位一般处于-200mV以下的状态。
本发明中，在绝对厌氧槽内合成硫酸还原性细菌的呼吸基质或细胞时以及含氮染料分解时，必须存在一定量有机物，当处理有机物含量少的排水的场合下，可以从外部向绝对厌氧槽中添加必要量的有机物。作为添加的有机物，一般可以举出醇类，特别是可以使用甲醇和乙醇。
本发明中，优选在从上述的绝对厌氧槽、硝化槽、脱氮槽和再曝气槽中选出的至少一个槽中用微生物固定载体将菌体固定。与活性污泥法相比，采用微生物固定载体固菌体定的方法(以下简记作载体法)的优点表现在以下各点：由于无需回送污泥而容易对各槽进行维持管理，特别是在绝对厌氧槽中，通过采用细孔从载体表面完全通至载体中央部分，厌氧性微生物容易在载体内部栖息的缩醛化的聚乙烯醇凝胶，使硫酸还原细菌的栖息性提高，不必像绝对厌氧条件下的活性污泥法那样需要完全密闭，以及能够使反应槽的容量紧凑等。
本发明中优选使用的微生物固定用载体，是具有作为微生物居所用细孔的固体。作为其材料可以举出被叫作聚乙烯醇的乙烯醇系树脂、被叫作聚乙二醇的醚系树脂、被叫作聚甲基丙烯酸的丙烯酸系树脂、被叫作聚丙烯酰胺的丙烯酰胺系树脂、被叫作聚乙烯、聚丙烯的聚烯烃系树脂、被叫作聚苯乙烯的苯乙烯系树脂、被叫作聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯的酯树脂、被叫作聚丙烯腈的丙烯腈系树脂、被叫作聚氨酯海绵的氨基甲酸酯系树脂、藻酸钙、κ角叉菜胶(カラギ-ナン)、琼胶、被叫作纤维素衍生物的多糖类、被叫作聚酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、尿烷丙烯酸酯的光固化性树脂、被叫作活性炭的多孔无机化合物等。从具有通至内部的多孔网状结构的观点和大量水份能够进入凝胶内的观点来看，优选聚乙烯醇系含水凝胶，更优选甲缩醛化的聚乙烯醇系含水凝胶和乙缩醛化的聚乙烯醇系含水凝胶。微生物固定用载体，既可以使用一种，也可以组合使用。其填充率，从排水处理效率和载体流动性的观点来看，优选处于槽容积的1％以上和50％以下，更优选处于3％以上和30％以下。
图1是本发明第一种实施方式的、依次设置绝对厌氧槽、脱氮槽和硝化槽，将一部分从硝化槽流出的硝化处理水向脱氮槽回送循环的排水处理装置的流程图。图1中，绝对厌氧槽1、脱氮槽2和硝化槽3内的菌体，分别被微生物固定载体11、14和18所固定。将含有含氮染料的排水4供给绝对厌氧槽1中，在绝对厌氧条件下通过与硫酸还原细菌接触可以使含氮染料分解。
在绝对厌氧槽1中设置有进行搅拌用的搅拌装置9，使底部对微生物固定载体不产生摩擦。将微生物固定载体11投入绝对厌氧槽1内含有硫酸还原细菌等微生物的混合液10中。一旦开动搅拌装置9，就会在绝对厌氧槽1内使混合液10产生循环液流，这种循环液流使微生物固定载体11在绝对厌氧搅拌槽1内流动，此期间内存在于混合液10中以硫酸还原细菌为主的微生物因在微生物固定载体11上附着和结合而被固定。
被处理水5在脱氮槽2中于厌氧条件下被槽内的脱氮菌脱氮处理。在脱氮槽2内设置进行搅拌的搅拌装置12，使底部对微生物固定载体不产生摩擦。将微生物固定载体14投入脱氮槽2内含有脱氮菌等微生物的混合液13中。一旦开动搅拌装置12，在脱氮槽2内就会使混合液13产生循环液流，这种循环液流使微生物固定载体14在脱氮槽2内流动，此期间内存在于混合液13中以脱氮菌为主的微生物因在微生物固定载体14上附着结合而被固定化。虽可以利用混合液13中的有机物作为脱氮菌的呼吸基质或细胞合成的来源，必要时可以与向绝对厌氧槽内添加物质同样地从系统外添加醇类(甲醇和乙醇等)。
将脱氮处理水6供给硝化槽3，通过在好氧条件下与硝化槽内3的硝化菌接触对硝化处理水6作硝化处理。在硝化槽3内的底部，设置有与鼓风机16连接的散气装置15，用于供给含有氧气的空气等气体，将微生物固定载体18投入硝化槽3内的含有硝化菌等微生物的混合液17中。一旦从散气装置15吹出空气，就向硝化槽3内的混合液17供给氧，与此同时，此时上升的气泡流使混合液17产生循环液流。这种循环液流使微生物固定载体18在硝化槽3内流动期间，存在于混合液17中以硝化菌为主的微生物就被微生物固定载体18所附着结合而固定。借助于此被固定的硝化菌和浮游硝化菌可以对硝化槽3内的混合液17进行生物处理。
硝化处理水7的一部分，作为回送循环水8被导入作为硝化槽前段的脱氮槽2中，在厌氧条件下被脱氮处理。其余的硝化处理水7，经凝聚沉淀或膜处理等一般方法除去硝化处理水7中所含的固形成分后，被排放或再利用。其中，为了使脱氮处理和/或BOD成分的分解处理进行得更完全，对其余的硝化处理水7经过硝化槽3、脱氮槽2’、在好氧条件下用BOD分解菌处理的再曝气槽19的顺序进行处理后，采用凝聚沉淀或膜处理等一般方法除去硝化处理水7’中所含的固形成分后，被排放或再利用。
另外，也可以将图1所示的绝对厌氧槽和脱氮槽设置为一个脱氮槽，在绝对厌氧条件下与硫酸还原细菌和脱氮菌接触进行脱色和脱氮处理后，在好氧条件下使处理水与硝化菌接触。此时，优选将一部分从硝化槽3排出的处理水向脱氮槽中回送和循环。
以下，图2是表示本发明第二种实施方式的依次设置了绝对厌氧槽、硝化槽和脱氮槽，以及在脱氮槽后设置了的在好氧条件下使BOD分解菌与排水接触的再曝气槽的排水处理装置的流程图。图2中，绝对厌氧槽1、硝化槽3、脱氮槽2和再曝气槽19内的菌体分别被微生物固定载体所固定。
将含有含氮染料的排水20供给绝对厌氧槽1中，在绝对厌氧条件下通过与硫酸还原细菌接触使含氮染料分解。
将被处理水21供给硝化槽3，通过在好氧条件下与硝化菌接触对被处理水21作硝化处理，以作为硝化处理水22供给脱氮槽2。在脱氮槽2内通过在厌氧条件下使硝化处理水22与脱氮菌接触，对硝化处理水22进行脱氮处理。此时在脱氮槽2内利用有机物作为脱氮菌的呼吸基质或细胞合成来源，但必要时可以从系统外添加。
在脱氮槽2后设置再曝气槽19，处理从脱氮槽2流出的处理水23中所含的经脱氮反应没有消耗的有机物。曝气处理水24中所含的固形成分，经凝聚沉淀或膜处理等一般方法除去后，被排放或再利用。
在图1和图2中，含氮的染料，特别是偶氮染料通过在绝对厌氧槽1中与硫酸还原菌接触使偶氮染料中的偶氮键因还原而开裂分解，分解为无色的芳香族胺。进而通过将在由染料分解的芳香族胺在硝化槽3内与硝化菌接触，可以使芳香族环和杂环等结构分解。
在绝对厌氧槽1中产生的硫化氢气体虽然能用一般方法处理，但是在图1中通过将其导入绝对厌氧槽后的脱氮槽2，能够促进厌氧状态，而且在图2中，通过将其导入绝对厌氧槽后的硝化槽3，能够在氧化反应中将其除去。
在图1中绝对厌氧槽1、脱氮槽2和硝化槽3的各槽的出口，以及在图2中绝对厌氧槽1、硝化槽3、脱氮槽2和再曝气槽19的各槽的出口处最好安装筛网，以防止微生物固定载体流出。
在图1的绝对厌氧槽1、脱氮槽2和硝化槽3的各槽内，以及在图2中绝对厌氧槽1、硝化槽3、脱氮槽2和再曝气槽19的各槽内，分别填充使硫酸还原菌、脱氮菌、硝化菌和BOD分解菌固定的载体。载体的种类可以根据需要适当选择。硫酸还原菌、脱氮菌、硝化菌和BOD分解菌，虽然可以在微生物固定载体上预先固定化后使用，但是也可以将微生物固定载体投入各槽中利用菌的自然附着。
实施例
以下用实施例详细说明本发明，但是本发明并不受实施例的任何限制。其中实际排水和处理水的色度、BOD浓度和T-N(总氮：Total-Nitrogen)浓度，是按照工业用水试验方法(JIS K 0101-1991)测定的。
实施例1
依次设置绝对厌氧槽、脱氮槽和硝化槽，制成将从硝化槽流出的75％硝化处理水回送循环至脱氮槽的排水处理装置。各反应槽的槽容量为150升。向绝对厌氧槽内充填10％(体积比，下同)的固定了硫酸还原细菌的乙缩醛化聚乙烯醇系含水凝胶(以下记作PVA凝胶)作为微生物固定载体，，用搅拌机使PVA凝胶流动。脱氮槽充填10％的固定了脱氮菌的PVA凝胶，同样用搅拌机使PVA凝胶流动。硝化槽充填10％的固定了硝化菌的PVA凝胶，用散气管进行曝气。排水使用的是含有酸性橙7和酸性蓝126的实际排水。
实际排水的色度为360，BOD浓度为1545毫克/升，T-N量为408毫克/升。硝化槽出口处的处理水的色度为18，可以判明已被脱色。处理水的BOD浓度和T-N浓度分别为18毫克/升和20毫克/升。比较例
除未使用绝对曝气槽以外，与实施例1同样地实施了排水处理。虽然硝化槽出口处的处理水的BOD浓度为19毫克/升，与实施例未发生变化，但T-N浓度为68毫克/升，色度为203，可以发现处理水明显被着色。
实施例2
制成依次设置绝对厌氧槽、硝化槽、脱氮槽和再曝气槽的排水处理装置。各反应槽的槽容量为150升。向绝对厌氧槽内充填10％的固定了硫酸还原细菌的PVA凝胶作为微生物固定载体，用搅拌机使之流动。硝化槽内充填10％的固定了硝化菌的PVA凝胶，用散气管进行曝气。脱氮槽内充填10％的固定了脱氮菌的PVA凝胶，用搅拌机与绝对厌氧槽同样使PVA凝胶流动。此时添加了脱氮反应所需的甲醇。再曝气槽充填10％的固定了BOD分解菌的PVA凝胶，一边用散气管进行曝气，一边处理脱氮反应中未消耗的BOD成分。排水使用了除含有酸性橙20和酸性蓝92以外，还含有以尿素为主要成分T-N浓度高的实际排水。
实际排水的色度为420，BOD浓度为460毫克/升，T-N量为590毫克/升。再曝气槽出口处的处理水的色度为19，可以明确判明已被脱色。处理水的BOD浓度和T-N浓度分别为17毫克/升和18毫克/升。
实施例3
制成依次设置脱氮槽和硝化槽，使75％的从硝化槽流出的处理水回送循环至脱氮槽的排水处理装置。各反应槽的槽容量分别为300升和150升。脱氮槽充填10％的固定了硫酸还原菌和脱氮菌的PVA凝胶，用搅拌机使PVA凝胶流动。硝化槽充填10％的固定了硝化菌的PVA凝胶，用散气管进行曝气。
排水使用了含有酸性橙7和酸性蓝92的实际排水。
实际排水的色度为310，BOD浓度为1230毫克/升，T-N浓度为375毫克/升。硝化槽出口处的处理水的色度为21，可以判明已被脱色。处理水的BOD浓度和T-N浓度分别为19毫克/升和24毫克/升。

Claims (10)

1.一种排水处理装置，其特征在于：备有使含有含氮染料的排水在绝对厌氧条件下与硫酸还原细菌接触的绝对厌氧槽，使排水在好氧条件下与硝化菌接触的硝化槽，以及使排水在厌氧条件下与脱氮菌接触的脱氮槽。
2.根据权利要求1所述的排水处理装置，其特征在于：依次设置绝对厌氧槽、脱氮槽和硝化槽，并将从硝化槽排出的处理水的一部分向脱氮槽回送循环。
3.根据权利要求1所述的排水处理装置，其特征在于：依次设置绝对厌氧槽、硝化槽和脱氮槽，在脱氮槽后设置使BOD分解菌在好氧条件下与排水接触的再曝气槽。
4.一种排水处理装置，其特征在于：依次设置使含有含氮染料的排水在绝对厌氧条件下与硫酸还原细菌和脱氮菌接触的脱氮槽，以及使排水在好氧条件下与硝化细菌接触的硝化槽，并将从硝化槽排出的处理水的一部分向脱氮槽回送循环。
5.根据权利要求1所述的排水处理装置，其特征在于：在从绝对厌氧槽、脱氮槽和硝化槽中选出的至少一个槽中，用微生物固定载体将菌体固定。
6.根据权利要求3所述的排水处理装置，其特征在于：在从绝对厌氧槽、硝化槽、脱氮槽和再曝气槽中选出的至少一个槽中，用微生物固定载体将菌体固定。
7.根据权利要求4所述的排水处理装置，其特征在于：在从硝化槽和脱氮槽中选出的至少一个槽中，用微生物固定载体将菌体固定。
8.根据权利要求5所述的排水处理装置，其特征在于：微生物固定载体是从凝胶状载体、塑料载体和纤维状载体中选出的一种以上载体。
9.根据权利要求8所述的排水处理装置，其特征在于：所述凝胶状载体是聚乙烯醇系含水凝胶。
10.一种含有含氮染料排水的处理方法，其特征在于包括以下工序(1)～(3)：
(1)使含有含氮染料的排水在绝对厌氧条件下与硫酸还原细菌接触的绝对厌氧工序，
(2)使排水在好氧条件下与硝化菌接触的硝化工序，和
(3)使排水在厌氧条件下与脱氮菌接触的脱氮工序。
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