CN1709806B - 厌氧性氨氧化槽的运转方法及厌氧性氨氧化装置 - Google Patents
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Abstract
一种厌氧性氨氧化槽的运转方法，从具有驯化厌氧性氨氧化细菌后的微生物固定化材(14A)的驯化完成槽(10)，抽出微生物固定化材(14A)的一部分，将该抽出的微生物固定化材(14A)投入要开始驯化的未驯化槽(12)，进行调试。根据本发明能够缩短增殖速度慢的厌氧性氨氧化细菌的驯化时间，不需要设置培养设施，同时也不使抽出厌氧性氨氧化细菌的一方的厌氧性氨氧化槽的性能降低。
Description
技术领域
本发明涉及一种厌氧性氨氧化槽的运转方法及厌氧性氨氧化装置，特别涉及利用厌氧性氨氧化细菌同时脱氮被处理水中的氨和亚硝酸的厌氧性氨氧化槽的运转方法及厌氧性氨氧化装置。
背景技术
下水或工业废水中所含的氮成分，由于是造成湖泊富营养化及降低河流的溶存氧的原因等，需要去除氮成分。下水或工业废水中所含的氮成分，是以氨性氮、亚硝酸性氮、硝酸性氮、有机性氮为主的氮成分。
以往，这种废水，如果氮浓度低，采用离子交换法去除，也采用氯、臭氧的氧化，但在中高浓度的情况下，采用生物处理，一般，在以下条件下运转。
在生物处理中，进行利用好氧硝化和厌氧脱氮的硝化·脱氮处理，在好氧硝化中，进行利用氨氧化细菌(Nitrosomonas，Nitrosococcus，Nitrosospira，Nitrosolobuss等)和亚硝酸氧化细菌(Nitrobactor，Nitrospina，Nitrococcus，Nitrospira等)的氨性氮或亚硝酸性氮的氧化，另外，在厌氧脱氮中，进行利用从属营养细菌(Pseudomonas denitrificans等)的脱氮。
此外，进行好氧硝化的硝化槽，在负荷0.2～0.3kg-N/m3/天的范围内运转。要处理总氮浓度30～40mg/L的下水，在硝化槽，需要6～8小时的滞留时间，在脱氮槽，需要5～8小时，需要大规模的处理槽。此外，对于只含无机质的工业废水中，按与上述同样的负荷，设计硝化槽或脱氮槽，但脱氮需要有机物，添加为氮浓度3～4倍的甲醇。因此，不仅起始成本，而且还存在要求高的运转成本的问题。
对此，最近，利用厌氧性氨氧化法的除氮方法引人注目(例如，专利文献1)。该厌氧性氨氧化法，是以氨作为氢供给体，以亚硝酸作为氢受体，利用厌氧性氨氧化细菌，按以下的反应式，同时脱氮氨和亚硝酸的方法。
(反应式1)
1.0NH4+1.32NO2+0.066HCO3+0.13H+→1.02N2+0.26NO3+0.066CH2O0.5N0.15+2.03H2O
如果采用该方法，由于以氨作为氢供给体，因此具有能够大幅度削减脱氮使用的甲醇等的使用量，或能够削减污泥发生量等优点，作为今后的除氮方法，认为是有效的方法。
但是，据文献(Strous，M.et al.：Nature，400，446(1999)报道，进行厌氧性氨氧化反应的厌氧性氨氧化细菌，是以Planctomycete为代表的菌群，增殖速度极慢，为0.001h-1。此外，在专利文献2中，有比增殖速度为0.02～0.05天-1范围的非常小的值，要得到2倍的菌体量，需要多达14～35天的培养天数的报道。
专利文献1：特开2001-37467号公报
专利文献2：特开2003-24990号公报
为此，如果要从活性污泥进行利用厌氧性氨氧化细菌的厌氧性氨氧化槽的调试，需要尚无经验的长时间的驯化时间，存在效率极差的缺陷。
如果是小规模的实验室水平的实验装置，通过预先在厌氧性氨氧化槽内投入厌氧性氨氧化细菌，能够缩短调试时间，但要用大规模的实际装置进行相同的处理，需要培养厌氧性氨氧化细菌的培养设施。但是，在实用化时，存在培养设施巨大，运转中不仅需要高额的设备费用和运转管理费用，而且为培养还需要调整大量氮排水的缺陷。
如此，要现实地运转利用厌氧性氨氧化法的厌氧性氨氧化槽，还存在要解决的问题，目前在国内尚无运转例。
发明内容
本发明，是针对上述问题而提出的，目的是提供一种厌氧性氨氧化槽的运转方法以及采用该方法的厌氧性氨氧化装置，能够缩短增殖速度慢的厌氧性氨氧化细菌的驯化时间，不需要设置培养设施，同时也不使抽出厌氧性氨氧化细菌的一方的厌氧性氨氧化槽的性能降低。
为达到上述目的，本发明之一，在利用厌氧性氨氧化细菌对被处理水中的氨和亚硝酸进行同时脱氮的厌氧性氨氧化中，从上述厌氧性氨氧化细菌的驯化结束的厌氧性氨氧化槽内，抽出部分厌氧性氨氧化细菌，将该抽出的厌氧性氨氧化细菌投入到要开始进行驯化的另外的厌氧性氨氧化槽中，进行调试运转，其特征在于，在上述一方的厌氧性氨氧化槽内，驯化结束后的厌氧性氨氧化细菌，是附着固定或包含固定在固定化材料上的微生物固定化材。
本发明，是基于用以实际装置运转的厌氧性氨氧化槽，也兼作厌氧性氨氧化细菌的培养，抽出培养后的厌氧性氨氧化细菌，作为另外的厌氧性氨氧化槽的调试的种菌供应的设想，以形成可缩短另外的厌氧性氨氧化槽的驯化时间，并且防止被抽出一方的厌氧性氨氧化槽的性能降低的构成，同时，在可谋求培养的效率化及抽出精度或抽出的容易性等的上述一方的厌氧性氨氧化槽，结束驯化的厌氧性氨氧化细菌，是附着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构成的。
如果采用本发明之一，由于能够将在一方的厌氧性氨氧化槽驯化好的厌氧性氨氧化细菌，用于另外的厌氧性氨氧化细菌的驯化，所以能够缩短增殖速度慢的厌氧性氨氧化细菌的驯化时间，不需要设置培养设施。此外，通过将厌氧性氨氧化细菌操作为固定在固定化材料上的微生物固定化材，能够容易从一方的厌氧性氨氧化槽抽出厌氧性氨氧化细菌，或向另外的厌氧性氨氧化槽投入厌氧性氨氧化细菌，同时能够高精度地控制抽出量或投入量。
在本发明中，所谓的驯化时间，指的是氨性氮浓度及亚硝酸性氮浓度同时减少一半所需的时间，即厌氧性氨氧化细菌以优势繁殖，到发挥厌氧性氨氧化活性的时间。此外，调试运转，除调试新设置的厌氧性氨氧化槽的情况外，也包括在厌氧性氨氧化细菌失活时的再次调试。此外，一方的厌氧性氨氧化槽和另外的厌氧性氨氧化槽，可以设在相同的废水处理设施中，也可以分别设在不同的废水处理设施中。
本发明之二，如本发明之一所述，其特征在于，从上述一方的厌氧性氨氧化槽一次抽出的上述微生物固定化材的抽出量，是上述驯化的微生物固定化材总量的25％以下。此处，25％可以是重量％，也可以体积％。
这是因为，如果从驯化结束的一方的厌氧性氨氧化槽，一次抽出的微生物固定化材的量，相对于总量，在25％以下，几乎不对被抽出的一方的厌氧性氨氧化槽的脱氮性能产生不良影响。一次抽出的微生物固定化材的量，相对于总量，如果在10％以下，更好。
本发明之三，如本发明之一或之二所述，其特征在于，在上述一方的厌氧性氨氧化槽中，以抽出微生物固定化材为前提，驯化过剩的微生物固定化材。
如此，在一方的厌氧性氨氧化槽中，以抽出微生物固定化材为前提，驯化过剩的微生物固定化材，如果要抽出过剩部分的微生物固定化材，通常能够在厌氧性氨氧化槽保持所需量的微生物固定化材，完全不会对脱氮性能产生影响。即，过剩部分，可以说能够将厌氧性氨氧化槽用作培养槽。
本发明之四，如本发明之一至之三中任何一项所述，其特征在于，从上述一方的厌氧性氨氧化槽，抽出微生物固定化材，同时补充未驯化的新的微生物固定化材。此处，所谓的未驯化槽，指的是厌氧性氨氧化活性低的，按单位载体的脱氮速度，是1(kg-N/m3-载体/天)以下的厌氧性氨氧化活性，不一定是指是新品。另外，只要不预先告知“单位载体”的脱氮速度，脱氮速度及容积负荷为按“单位反应槽容积”的评价，记载为(kg-N/m3-载体/天)，以下相同。
这是因为，如果抽出量在驯化的微生物固定化材总量的25％以下，几乎对被抽出的一方的厌氧性氨氧化槽的脱氮性能无影响，但在下次抽出时，由于超过25％，所以只能抽出1次。但是，如本发明之四，通过于抽出微生物固定化材同时，补充未驯化的微生物固定化材，不减少厌氧性氨氧化槽内的微生物固定化材的数量。因此，只要重复此操作，就能够接连不断地从1个厌氧性氨氧化槽向另一厌氧性氨氧化槽，抽出驯化好的的微生物固定化材，作为驯化的种菌。
本发明之五，如本发明之一至之四中任何一项所述，其特征在于，从上述一方的厌氧性氨氧化槽的微生物固定化材的抽出，以驯化结束的微生物固定化材的总量，用1个月以上，换入上述新的微生物固定化材的方式，分多次抽出。
如果在短时间内多次频繁从一方的厌氧性氨氧化槽微生物固定化材，在被抽出的厌氧性氨氧化槽，不能充分驯化的微生物固定化材的比率增大，会使脱氮性能恶化。因此，如果以用1个月以上，优选用2个月以上，换入补充的新的微生物固定化材的方式，分多次抽出驯化好的微生物固定化材的总量，如此调整抽出频度，由于也促进补充的新的微生物固定化材的驯化，所以减小对脱氮性能的影响。作为抽出方法，优选均匀抽出。即，优选将多次的抽出量设定成每次相同，如果每次抽出的量不同，因为脱氮性能容易变动。
本发明之六，如本发明之一至之五中任何一项所述，其特征在于，相对于在上述一方的厌氧性氨氧化槽内流动的被处理水的流向，从平行方向的部位，均匀地抽出微生物固定化材。
这是因为，在厌氧性氨氧化槽内，被处理水的流入侧的脱氮速度高，流出侧的脱氮速度低，存在脱氮速度分布，如果从方向与被处理水的流向直交的部位抽出微生物固定化材，在该部位是被处理水的流入侧的情况下，严重恶化厌氧性氨氧化槽的脱氮性能。另外，如果相对于被处理水的流动方向，扩展平行方向的部位的宽度，微生物固定化材的抽出量增加，如果变窄，减小抽出量。
本发明之七，如本发明之六所述，其特征在于，上述微生物固定化材，使微生物附着在固定床上，同时作为与上述被处理水的流向平行的多个单元形成该微生物固定化材，抽出该单元。
如此，如果将微生物固定化材形成为固定床式，同时作为在被处理水的流向平行的多个单元，使其浸渍在厌氧性氨氧化槽，通过抽出单元，能够从方向与被处理水的流向平行的部位，抽出微生物固定化材。
为达到上述目的，本发明之八，是一种厌氧性氨氧化装置，其特征在于，以实施本发明之一至之八所述的厌氧性氨氧化槽的运转方法的方式构成的装置。
为达到上述目的，本发明之九，是利用厌氧性氨氧化细菌对被处理水中的氨和亚硝酸进行同时脱氮的厌氧性氨氧化装置，其特征在于，具有：上述厌氧性氨氧化细菌的驯化结束后的驯化完成槽、要开始进行上述厌氧性氨氧化细菌的调试的未驯化槽、多个单元，设在上述驯化完成槽及上述未驯化槽中的至少驯化完成槽内，使固定了含有上述厌氧性氨氧化细菌的微生物的固定床，在上述被处理水的流动方向，平行地配置、装卸自如地支持上述多个单元的壳体；在将上述驯化完成槽的厌氧性氨氧化细菌作为种菌，进行未驯化槽的调试的时候，从上述驯化完成槽，连单元一起抽出，装入未驯化槽中。
如果采用本发明之九，由于在驯化完成槽及未驯化槽中的至少驯化完成槽内，使含有厌氧性氨氧化细菌的微生物固定在固定床，同时作为在上述被处理水的流动方向平行的多个单元，在壳体上装卸自如地支持该固定床，因此，通过抽出单元，能够确实从方向与被处理水的流向平行的部位，抽出驯化好的厌氧性氨氧化细菌。所以，即使在以驯化好的厌氧性氨氧化细菌作为种菌抽出，投入到未驯化槽，进行未驯化槽的调试的时候，驯化完成槽的脱氮性能也不会严重恶化。
如以上说明，如果采用本发明的厌氧性氨氧化槽的运转方法，由于将在一方的厌氧性氨氧化槽，驯化好的厌氧性氨氧化细菌用于另一厌氧性氨氧化细菌的驯化，所以能够缩短增殖速度慢的厌氧性氨氧化细菌的驯化时间，不需要设置培养设施，同时也不使抽出厌氧性氨氧化细菌的一方的厌氧性氨氧化槽的性能降低。
附图说明
图1是实施本发明的厌氧性氨氧化槽的运转方法的厌氧性氨氧化装置的概念图。
图2是表示用同一废水处理厂实施本发明的厌氧性氨氧化槽的运转方法时的模式图。
图3是表示用不同的废水处理厂实施本发明的厌氧性氨氧化槽的运转方法时的模式图。
图4是在用驯化完成槽驯化后的微生物固定化材为包含固定化载体时，制造投入未驯化槽的包含固定化载体的方法的说明图。
图5是表示从驯化完成槽一次抽出的微生物固定化材的量和脱氮速度关系的关系图。
图6是说明驯化完成槽的脱氮速度的分布的说明图。
图7是说明不会使驯化完成槽的脱氮性能恶化的微生物固定化材的抽出部位的说明图。
图8是在本发明的厌氧性氨氧化装置中，具有与被处理水的流动方向平行地使微生物固定化材单元化的单元的纵型驯化完成槽的构成图。
图9是在本发明的厌氧性氨氧化装置中，具有与被处理水的流动方向平行地使微生物固定化材单元化的单元的横型驯化完成槽的构成图。
图中：10…驯化完成槽、12…未驯化槽、13…长方形、14A…驯化结束的微生物固定化材、14B…未驯化或补充的微生物固定化材、15…长方形集合体、16A、16B…原水配管、17…连结棒、18A、18B…原水泵、20A、20B…处理水管、21…单元、23…壳体、25…导向槽
具体实施方式
下面，参照附图，详细说明本发明的厌氧性氨氧化槽的运转方法及采用该运转方法的厌氧性氨氧化装置的优选实施方式。
图1是实施本发明的厌氧性氨氧化槽的运转方法的厌氧性氨氧化装置的概念图。
在图1所示的2个纵型的厌氧性氨氧化槽中，一方的厌氧性氨氧化槽，是具有厌氧性氨氧化细菌以优势繁殖的驯化好的微生物固定化材14A的厌氧性氨氧化槽(以下，称为“驯化完成槽10”)，另一方的厌氧性氨氧化槽，是具有厌氧性氨氧化细菌还未以优势繁殖的微生物固定化材14B的未驯化的厌氧性氨氧化槽(以下，称为“未驯化槽12”)，由此进行调试。另外，本实施方式的微生物固定化材14A、14B，是以在无纺布的周围附着固定微生物的固定床型的微生物固定化材14A、14B的例子进行说明，但也不局限于此。例如，也能够使用，在凝胶或树脂珠球等可在槽内流动的粒状的固定化材料的周围附着固定微生物的附着·流动型的微生物固定化材，或在含水凝胶的内部包含固定微生物，能够在槽内自由流动的包含·流动型的微生物固定化材。
作为固定化材料的材质，可举例聚乙烯醇或褐藻酸、聚乙二醇系的凝胶或纤维素、聚酯、聚丙烯、氯乙烯等塑料系的材质等，但也不特别限定。关于形状，优选使用进行球形或圆筒形、多孔质、立方体、海绵状、蜂窝状等成型的。此外，本发明中也能够使用利用微生物的自造粒的颗粒。
在驯化完成槽10及未驯化槽12的槽内，在被处理水中，垂直浸渍以棒状的无纺布作为固定化材料的微生物固定化材14A、14B，经由原水配管16A、16B，通过原水泵18A、18B，从槽10、12底部供给的被处理水，以上向流在槽10、12内流动，从槽10、12上部，经由处理水管20A、20B排出。此处，图1中用黑色标出的微生物固定化材14A，是指厌氧性氨氧化细菌以优势繁殖的驯化好的微生物固定化材，用白色标出的微生物固定化材14B，是指厌氧性氨氧化细菌未以优势繁殖的未驯化的微生物固定化材或重新补充的微生物固定化材。
在驯化完成槽10及未驯化槽12的槽内底部，设置分散盘22A、22B，从原水配管16A、16B流入的被处理水，在槽10、12内整体形成均匀的上向流，同时局部亚硝酸性氮浓度(NO2-N)变高，防止厌氧性氨氧化细菌失活。
如图2及图3所示，这些驯化完成槽10及未驯化槽12，可以设在同一废水处理厂，也可以设在不同的废水处理厂。
图2表示，在同一废水处理厂内，从已经驯化好厌氧性氨氧化细菌(运转中)的A系列的驯化完成槽10，向开始进行调试运行的B系列的未驯化槽12内，移动驯化好的微生物固定化材14A。如此，当在同一废水处理厂内，运转多个处理系列A、B、C、D时，前面已经调试的处理系列的厌氧性氨氧化细菌，能够作为其它处理系列的种污泥。
图3表示，从已经驯化好厌氧性氨氧化细菌(运转中)的废水处理厂A，向开始进行调试运行的另外的废水处理厂F，移动驯化好的微生物固定化材14A。如此，在不同的废水处理厂A、F之间，能够向要开始运转的一方的废水处理厂F，移送前面已经调试好的废水处理厂A的污泥。
在使用上述驯化完成槽10及未驯化槽12，实施本发明的厌氧性氨氧化槽的运转方法中，如图1所示，从驯化完成槽10抽出驯化好的微生物固定化材14A的一部分，投入到未驯化槽12内。然后，在驯化完成槽10内，补充未驯化的微生物固定化材14B，继续运转。另外，在未驯化槽12中，放入从驯化完成槽10抽出的微生物固定化材14A，进行调试运转。此时，驯化好的微生物固定化材4A，不局限于直接使用，也可以剥离呈固定化的厌氧性氨氧化细菌，作为驯化污泥添加到未驯化槽12中。
在上述本发明的运转方法中，在驯化完成槽10驯化后的微生物固定化材14A是包含固定化载体，在将驯化完成槽10内的包含固定化载体的总量的一部分投入到未驯化槽12中的时候，可以利用图4所示的包含固定化载体的制造方法，增加投入到未驯化槽12的包含固定化载体的数量。
如图4所示，对于从驯化完成槽10抽出的包含固定化载体，利用均化器等使包含固定化载体液状化(液状化工序)。此时，优选添加，厌氧性氨氧化细菌的中间代谢物即防止氧混入的还原剂肼和/或厌氧性氨氧化细菌的中间代谢物即羟胺。然后，在液状化的包含固定化载体中混合水或活性污泥(混合工序)。之后，将在混合工序混合的混合物与包含固定化材料即凝胶化材料混合，同时在凝胶化材料中添加水或作为反应调节剂的稀硫酸。最后，通过添加过氧化钾等聚合引发剂，引起聚合反应，使凝胶化材料凝胶化，将混合物包含固定在凝胶化材料上(包含固定化工序)。如此，通过在液状化的包含固定化载体中混合活性污泥，进行增量，能够增加包含固定化载体的数量，同时在制造的包含固定化载体内，与其它细菌相比，也能够提高厌氧性氨氧化细菌的优占比率，形成易于驯化的状态。
此外，补充到驯化完成槽10中的未驯化的微生物固定化材14A，及投入到未驯化槽12中的未驯化的微生物固定化材14B，在是附着固定方式的情况下，也可以在投入之前，预先在固定化材料上附着污泥等的微生物，然后投入。此外，此时，污泥内附着的有机物，由于阻碍厌氧性氨氧化细菌的驯化，因此优选在使槽内的BOD浓度降到50mg/L以下后，投入驯化好的厌氧性氨氧化细菌。此外，也可以投入未附着微生物的固定化材料，使在运转中附着微生物。
表1是通过实施本发明的上述运转方法，说明能够缩短增殖速度慢的厌氧性氨氧化细菌的驯化时间的试验结果。
试验，采用无机合成废水，利用厌氧性氨氧化法，进行以实验装置构成的未驯化槽12的调试。另外，所谓表1中的添加，是指除投入驯化好的微生物固定化材14A外，在未驯化槽12内也添加驯化完成槽10内浮游的驯化污泥自身的情况，未添加指的是不添加的情况。
表1
| 微生物固定化材 | 污泥 | 脱氮速度(kg-N/m3/天) | 运转天数 | |
| 试验1 | 无纺布(未驯化) | 下水污泥 | 0.45 | 220 |
| 试验2 | 无纺布(未驯化) | 硝化污泥 | 未确认 | 180 |
| 试验3 | 无纺布(驯化) | 未添加 | 3.0 | 52 |
| 试验4 | 无纺布(驯化) | 添加 | 3.3 | 40 |
| 试验5 | 包含固定化载体 | 未添加 | 3.3 | 31 |
| 试验6 | PVA凝胶珠球 | 添加 | 1.8 | 60 |
| 试验7 | 颗粒 | 未添加 | 3.5 | 50 |
试验1，是在未驯化槽12中投入附着有未驯化厌氧性氨氧化细菌的活性污泥的无纺布，进行调试时的情况。
作为调试的运转条件，在未驯化槽12中投入，在下水污泥(污泥浓度：MLSS30000mg/L的污泥)中浸渍新品的无纺布，使在其上附着有下水污泥的无纺布。另外，除了附着有下水污泥的无纺布外，也在未驯化槽12中添加下水污泥自身。关于原水组成，
以文献“A.A.van de Graaf et.al Microbiology(1996)，142，p2187-2196”作为参考，使用表2所示的组成的原水，通过改变亚硝酸性氮(NO2-N)浓度及氨性氮(NH4-N)浓度，进行运转。
表2
| 基质 | 添加量 |
| NaNO2 | 172～1330(mg/L) |
| (NH4)SO4 | 175～1350(mg/L) |
| KHCO3 | 500 (mg/L) |
| KH2PO4 | 27 (mg/L) |
| MgSO4·7H2O | 300 (mg/L) |
| CaCl2·2H2O | 180 (mg/L) |
| T.Ellement S1 | 1 (mg/L) |
| T.Ellement S2 | 1 (mg/L) |
(备注)T.Ellement S1：EDTA：5g/L、FeSO4：5g/L
T.Ellement S2：EDTA：15g/L、ZnSO4·7H2O：0.43g/L、CoCl2·6H2O：0.24g/L、MnCl2·4 H2O：0.99g/L、CuSO4·5H2O：0.25g/L、NaMoO4·2H2O：0.22g/L、NiCl2·6H2O：0.19g/L、NaSeO4·10H2O：0.21g/L、H3BO4：0.014g/L
结果，在未驯化槽12中，从运转开始到第124天，开始氨和亚硝酸的同时脱氮，确认厌氧性氨氧化活性。然后，在第220天，确认脱氮速度0.45(kg-N/m3/天)。在试验1的情况下，驯化时间为220天，但利用厌氧性氨氧化法的脱氮速度还不足够。
试验2，是在未驯化槽12中投入上面附着有硝化污泥的无纺布，进行调试时的情况。所谓的硝化污泥，是从硝化·脱氮装置的硝化槽取样的污泥。作为运转条件，首先在硝化污泥(污泥浓度：MLSS30000mg/L的污泥)中浸渍新品的无纺布，然后在无纺布上附着硝化污泥。此外，除附着硝化污泥的无纺布外，也在未驯化槽12中添加硝化污泥自身。添加量与试验1相同，也与以下试验添加时的添加量相同。其它方面与试验1相同。
结果，即使在运转天数到180天后，也不开始氨和亚硝酸的同时脱氮，不能确认厌氧性氨氧化活性。即，通过驯化，厌氧性氨氧化细菌不以优势繁殖，不能调试未驯化槽12。
从试验1和试验2得出，用厌氧性氨氧化细菌不占优势繁殖的未驯化的微生物固定化材，不能调试未驯化槽12，或者即使调试，也需要长的时间。
试验3～7是本发明的运转方法，从预先运转的驯化完成槽10抽出驯化好的微生物固定化材14A，投入到未驯化槽12，进行未驯化槽12的调试。即，预先运转的驯化完成槽10，以无纺布作为固定床，在槽内，以表观充填率投入80％。另外，如表2所示，使用将亚硝酸性氮浓度(NO2-N)调整到200mg/L、将氨性氮浓度(NH4-N)调整到250mg/L的无机合成废水，按脱氮速度3～5(kg-N/m3/天)进行运转。如此，试验3～7中的驯化完成槽10的微生物固定化材14A，使用以上述的无纺布作为固定床的种床，并将其添加到未驯化槽14中。以驯化污泥量大致一定的方式进行试验。另外，在试验中，驯化完成槽10的微生物固定化材14A的形态，以无纺布作为固定床，但也不局限于此。此外，添加到未驯化槽14的微生物固定化材的形态也不局限于无纺布，在试验中，除无纺布以外，以包含固定化载体、PVA凝胶珠球、颗粒等多种形态，进行了试验。
试验3，从驯化完成槽10抽出驯化好的微生物固定化材14A总量的5％，投入到未驯化槽12中，其余的95％投入附着未驯化的活性污泥的新品的微生物固定化材14B。此外，驯化完成槽10内的驯化污泥自身不添加。结果，在开始运转52天后，未驯化槽12的脱氮速度达到3.0(kg-N/m3/天)，而且，能够得到与驯化完成槽10相同水平的厌氧性氨氧化活性。即，试验3的驯化时间为52天，能够得到利用厌氧性氨氧化法的足够的脱氮速度。
试验4，以5％从驯化完成槽10抽出的驯化好的微生物固定化材14A中的4％部分，投入到未驯化槽12中，剩余1％部分，剥离污泥，投入未驯化槽12。结果，在开始运转40天后，未驯化槽12的脱氮速度达到3.3(kg-N/m3/天)，由于添加驯化污泥自身，所以结果好于试验3。试验4的驯化时间为40天，能够得到利用厌氧性氨氧化法的足够的脱氮速度。
试验5，从以5％从驯化完成槽10抽出的驯化好的微生物固定化材14A剥离污泥，用聚乙二醇系的凝胶，固定混合了活性污泥的混合物，通过形成颗粒状，得到包含固定化载体。凝胶浓度为15重量％，载体内的混合物浓度为1.5重量％。
在未驯化槽12中投入该包含固定化载体，载体充填率为30％，进行试验，结果表明，在开始运转后大约1个月(31天)，未驯化槽12的脱氮速度达到3.3(kg-N/m3/天)，能够用比试验4短的时间驯化。
试验6，从以5％从驯化完成槽10抽出的驯化好的微生物固定化材14A剥离污泥，在该污泥中24小时浸渍PVA(聚乙烯醇)制的凝胶珠球后，将污泥和PVA凝胶珠球投入未驯化槽12中。另外，PVA凝胶珠球的向未驯化槽12的充填率，作为表观容积达到50％。结果，在运转开始后60天后，尽管比其它上述试验3、4、5小，但未驯化槽12的脱氮速度也能够调试到1.8(kg-N/m3/天)。脱氮速度比试验3、4、5小的理由，认为是由于附着在PVA凝胶珠球驯化污泥部分剥离，从槽流出的缘故。
试验7，从以5％从驯化完成槽10抽出的驯化好的微生物固定化材14A剥离污泥，在该污泥中24小时浸渍颗粒后，将污泥和颗粒投入未驯化槽12中。以颗粒的向未驯化槽12的充填率作为表观容积达到40％的方式充填，采用UASB装置运转。结果，在运转开始后50天后，未驯化槽12的脱氮速度达到3.5(kg-N/m3/天)，能够得到与驯化完成槽10相同水平的厌氧性氨氧化活性。即，试验7的驯化时间为50天，能够得到利用厌氧性氨氧化法的足够的脱氮速度。
此外，从表1的试验3～7看出，实施本发明的运转方法时的驯化时间是1～2个月。由此，补充到驯化完成槽10的未驯化的微生物固定化材14B需要1个月以上的驯化时间，优选需要2个月以上的驯化。因此，从驯化完成槽10的抽出频率，优选以用1个月以上，优选用2个月以上将驯化完成槽10的驯化好的微生物固定化材14A替换成补充的微生物固定化材14B的速度，每次少量地抽出。如果比该抽出频率快地抽出，在驯化完成槽10内，未驯化的微生物固定化材占多数，如此会使驯化完成槽10的脱氮性能恶化。
此外，在本发明的运转方法中，从驯化完成槽10一次抽出的微生物固定化材14A的抽出量，优选在驯化完成槽10的微生物固定化材14A总量的25％以下。
图5是研究从驯化完成槽10一次抽出的微生物固定化材14A的抽出量和驯化完成槽10的脱氮性能关系的试验结果，通过测定脱氮速度评价脱氮性能。
试验，采用亚硝酸性氮浓度(NO2-N)调整到220mg/L、氨性氮浓度(NH4-N)调整到200mg/L的表2的无机合成废水，HRT设定为3小时，运转条件的驯化完成槽10(实验装置)，准备6槽。作为微生物固定化材14A的固定化材料，采用无纺布。6槽的抽出微生物固定化材14A之前的脱氮速度，都是2.5(kg-N/m3/天)。
另外，以相对于微生物固定化材14A，从6槽的驯化完成槽10的微生物固定化材14A的抽出量，达到3％、5％、10％、15％、25％、30％的方式，进行抽出。
图5示出其结果。图5的横轴是抽出微生物固定化材14A后的经过天数，纵轴是驯化完成槽10的脱氮速度。从图5得知，如果抽出量在10％以下，随着抽出后的天数的增加，脱氮速度几乎不降低。如果抽出量为15％及25％，从抽出后开始到10天左右，脱氮速度稍微下降，10天以后又恢复到原来的脱氮速度。但是，如果抽出量达到30％，随着抽出后的天数的增加，脱氮速度急剧下降，到经过第5天，脱氮速度急剧下降到大约1(kg-N/m3/天)，其后，即使经过30天，也无脱氮速度的恢复样子。
根据图5的结果，从驯化完成槽10一次抽出的微生物固定化材14A的抽出量，优选在微生物固定化材14A总量的25％以下，更优选在10％以下，最优选在5％以下。
因此，在作为培养厌氧性氨氧化细菌的培养槽，兼用驯化完成槽10的情况下，重要的是，将从驯化完成槽10抽出的微生物固定化材14A的抽出量设定在25％以下，并且以用1～2个月以上替换成补充的微生物固定化材14B的方式抽出。
此外，在本发明的运转方法中，优选，在驯化完成槽10，以抽出微生物固定化材14A为前提，驯化过剩的微生物固定化材14A。使用按脱氮速度3.0(kg-N/m3/天)运转的驯化完成槽10，在抽出之前，预先过剩地投入相当于抽出量的5％的微生物固定化材14A，1个月一次进行一次抽出该5％的微生物固定化材14A，同时补充新的微生物固定化材14B的抽出补充操作，进行连续运转。结果表明，即使从驯化完成槽10，5％抽出微生物固定化材14A，驯化完成槽10的脱氮速度也不会降低，此外，驯化完成槽10的处理水的水质也不会恶化。由此，能够作为培养槽，兼用驯化完成槽10，能够1个月一次得到驯化好的微生物固定化材14A，能够用作其它的未驯化槽12的种菌。
以上，说明了在不影响脱氮性能的情况下，从驯化完成槽10抽出的微生物固定化材4A的抽出量和抽出频率等，但即使从驯化完成槽10抽出同量的微生物固定化材14A，如果在驯化完成槽10内的抽出部位不同，也严重影响驯化完成槽10的脱氮性能，所以需要恰当地设定抽出部位。
图6表示，为设定恰当的抽出部位，研究驯化完成槽10的脱氮速度分布的结果。
试验，采用图1所示的被处理水以上向流流动的纵型的驯化完成槽10，同时，采用以无纺布作为固定化材料的驯化后的微生物固定化材14A，利用无机合成废水进行了废水处理试验。在驯化完成槽10内，设置多根直径100mm×长300mm的圆棒状的在垂直方向浸渍配置无纺布的微生物固定化材14A。被处理水的组成采用表2所示的无机合成废水，通过变化亚硝酸性氮(NO2-N)浓度及氨性氮(NH4-N)浓度，进行运转。按水温℃36、HRT 6小时、氮负荷大约1.8～2.2(kg-N/m3/天)的负荷，进行1个月的连续运转。此时的脱氮速度为1.3～1.62(kg-N/m3/天)。
然后，在1个月后，从驯化完成槽10抽出微生物固定化材14A中的1根，在长度方向切断成各5cm的6个长方形，研究了每个长方形的脱氮速度。结果见图6。
图6的棒状图表，表示切断微生物固定化材14A的无纺布的6个长方形的各自的脱氮速度，No.1是无纺布的最下的长方形，是从无纺布的下面，在50mm的位置切断的长方形。No.2是从下面的第2长方形，No.3是从下面的第3长方形，No.4是从下面的第4长方形，No.5是从下面的第5长方形，No.6是从下面的第6长方形。
从图6的结果得知，相当于微生物固定化材14A的下半部分部位的No.1～No.3的长方形，显示出高的脱氮速度，相当于微生物固定化材14A的上半部分部位的No.4～No.6的长方形，显示出低的脱氮速度。这表明，在以纵型的驯化完成槽10的例看时，驯化完成槽10内的脱氮速度不均匀，由从被处理水的流入侧(槽下部)到流出侧(槽上部)的被处理水的流向看，流入侧的脱氮速度快，流出侧的脱氮速度慢。换句话讲，流入侧的厌氧性氨氧化细菌的活性高，流出侧的厌氧性氨氧化细菌的活性低。这样，如果从方向与沿驯化完成槽10内流动的被处理水的流向直交的部位，抽出微生物固定化材14A，有严重影响驯化完成槽10的脱氮性能的危险。即，在方向与被处理水的流向直交的抽出部位是流入侧的情况下，大量引出活性高的厌氧性氨氧化细菌，严重恶化驯化完成槽10的脱氮性能。
因此，在本发明的运转方法中，为不严重影响脱氮性能，在从驯化完成槽10抽出微生物固定化材14A的时候，重要的是，从方向与沿驯化完成槽10内流动的被处理水的流向平行的部位，均匀地抽出微生物固定化材14A。另外，取代以无纺布作为固定化材料的微生物固定化材14A，作为在圆柱容器内充填PVA凝胶珠球的固定床式的微生物固定化材14A，在驯化完成槽10内，在垂直方向，多根浸渍配置，相同地进行了抽出试验，但在此情况下，通过从方向与沿驯化完成槽10内流动的被处理水的流向平行的部位，均匀地抽出微生物固定化材14A，几乎不会对驯化完成槽10的脱氮速度产生不良影响。如此，恰当地设定抽出微生物固定化材14A的部位，不局限于像无纺布或充填在圆柱容器中的PVA凝胶珠球这样的固定床式的微生物固定化材。
因此，为确认微生物固定化材14A的抽出部位和脱氮性能的关系，如图7的概念图所示，从方向与被处理水的流向平行的部位和方向与流向直交的部位的双方，抽出微生物固定化材14A。即，在驯化完成槽10内，垂直地配置10根微生物固定化材14A，同时将各微生物固定化材14A切断成10个长方形，准备2个由未图示的支持部件支持各自的槽。在实际的驯化完成槽10中，在图7的表里方向，也配置微生物固定化材14A，但此处，为便于理解说明，用配置在图示的一平面上的微生物固定化材14A进行说明。由此，如果抽出被图7的虚线围住的10个长方形13的集合体，即，在切断成长方形13之前的微生物固定化材14A，能够从方向与被处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点虚线围住的10个长方形13的集合体15，能够从方向与被处理水的流向直交的部位，抽出微生物固定化材14A。无论在哪个抽出时，抽出量都相同。关于该2个驯化完成槽10，使用表2所示的无机合成废水，以氮负荷大约为1.8～2.2(kg-N/m3/天)的负荷，进行连续运转。此时的脱氮速度为1.3～1.62(kg-N/m3/天)。另外，由于从驯化完成槽10排出的处理水中的亚硝酸性氮浓度达到5mg/L，因此在确认脱氮性能稳定后，从一方的驯化完成槽10，抽出1根无纺布，从另外的驯化完成槽10抽出与流向直交的10个长方形的集合体15。对于10个长方形集合体15，抽出位于从无纺布的下面50～75mm处的流入位置侧的长方形集合体15。
结果，在从方向与被处理水的流向平行的部位，抽出1根无纺布时，一时，处理水的亚硝酸性氮浓度上升到30mg/L，大约用10天，处理水的亚硝酸性氮浓度降到最初的5mg/L。对此，在从方向与被处理水的流向直交的部位，抽出10个长方形集合体15的时候，驯化完成槽10的脱氮速度降低，处理水的亚硝酸性氮浓度超过100mg/L，即使经过30天，也不能恢复脱氮性能。研究了驯化完成槽10的厌氧性氨氧化细菌，结果发现细菌已失活。
如此，通过从方向与沿驯化完成槽10内流动的被处理水的流向平行的部位，均匀地抽出微生物固定化材14A，能够以几乎不会对驯化完成槽10的脱氮速度产生不良影响的方式，抽出微生物固定化材14A。
图8是以能够简单地从方向与沿纵型的驯化完成槽10内流动的被处理水的流向平行的部位，均匀地抽出微生物固定化材14A的方式，使固定化材料无纺布单元化的图。图8(A)是侧面概念图，图8(B)示上面概念图。
如图8所示，在纵型的驯化完成槽10内的被处理水中，以棒状的无纺布作为固定化材料的多个微生物固定化材14A，分上下2段垂直配置，同时，相隔一定间隙(间隔)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的配置关系，在下段的间隙的上面，配置上段的微生物固定化材14A，在上段的间隙的下面，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的无纺布的上端和下端，分别由连结棒17连结。由此，如图8(B)所示，在上下一对连结棒17、17，间隔地形成支持多个微生物固定化材14A的四方板状的单元21，在驯化完成槽的上段和下段的各自上，通过沿四方开放的骨架壳体23，支持多枚单元21。在该壳体23上，按一定间隔，插入单元21的导向槽25形成在垂直方向，通过在该导向槽25内插入单元21，能够与被处理水的流向平行地排列多个单元21。
如此，如果将微生物固定化材14A形成固定床式，同时作为与被处理水的流向平行的多个单元21，使其浸渍在驯化完成槽10内，通过抽出单元21，能够均匀且简单地，从方向与被处理水的流向平行的部位，抽出微生物固定化材14A。此外，由于驯化完成槽10的上段和下段的微生物固定化材14A的配置能够相互不同，同时在被处理水的入口配置分散用的干扰板22A，因此能够向驯化完成槽10内整体分散被处理水的流动。由此，在驯化完成槽10内，不产生局部增高亚硝酸性氮浓度的区域。在同时脱氮氨和亚硝酸的厌氧性氨氧化法中，需要亚硝酸，但是如果亚硝酸性氮浓度达到80mg/L以上，由于损害厌氧性氨氧化细菌的活性，因此不优选在驯化完成槽10内产生局部增高亚硝酸性氮浓度的区域。
图8是表示纵型的驯化完成槽10的例子，但图9是表示横型的驯化完成槽10的例子，图8的相同部件或装置附加相同的符号，省略说明。
在横型的驯化完成槽10的情况下，被处理水(原水)，如图9(A)所示，从驯化完成槽10的流入部(图9的左侧)，朝流出部(图9的右侧)，水平方向流动。因此，如图9(B)所示，在驯化完成槽10内，在间隔地排列的驯化好的多个微生物固定化材14A中，与图6时同样，用连结棒17只连结与被处理水的流向平行的一列的微生物固定化材(用黑色表示的无纺布)，作为单元21，以能够抽出该单元21。如此，由于通过形成1个抽出用的单元21，不需要将全部微生物固定化材14A形成单元21，因此容易组合，同时也能降低单元21的制作费用。此外，如图9(C)所示，按流入侧和流出侧，将设在1列上的单元21分割成2个单元21A、21B，也可以根据驯化完成槽10的脱氮性能，变化抽出的单元21A、21B。但是，在横型的驯化完成槽10的情况下，也与图8的纵型的驯化完成槽10同样，也可以组合全部微生物固定化材14A。
Claims (8)
1.一种厌氧性氨氧化槽的运转方法，在利用厌氧性氨氧化细菌对被处理水中的氨和亚硝酸进行同时脱氮的厌氧性氨氧化中，从上述厌氧性氨氧化细菌的驯化结束的厌氧性氨氧化槽内，抽出部分厌氧性氨氧化细菌，同时也不使抽出厌氧性氨氧化细菌的一方的厌氧性氨氧化槽的性能降低，将该抽出的厌氧性氨氧化细菌投入到要开始进行驯化的另外的厌氧性氨氧化槽中，进行调试运转，其特征在于，
在上述一方的厌氧性氨氧化槽内，驯化结束后的厌氧性氨氧化细菌，是附着固定或包含固定在固定化材料上的微生物固定化材。
2.如权利要求1所述的厌氧性氨氧化槽的运转方法，其特征在于，从上述一方的厌氧性氨氧化槽一次抽出的上述微生物固定化材的抽出量，是上述驯化的微生物固定化材总量的25％以下。
3.如权利要求1或2所述的厌氧性氨氧化槽的运转方法，其特征在于，在上述一方的厌氧性氨氧化槽中，以抽出微生物固定化材为前提，驯化过剩的微生物固定化材。
4.如权利要求1～2中任何一项所述的厌氧性氨氧化槽的运转方法，其特征在于，从上述一方的厌氧性氨氧化槽，抽出微生物固定化材，同时补充未驯化的新的微生物固定化材。
5.如权利要求1～2中任何一项所述的厌氧性氨氧化槽的运转方法，其特征在于，从上述一方的厌氧性氨氧化槽的微生物固定化材的抽出，用1个月以上的时间，通过多次抽出总量的驯化结束的微生物固定化材，来换入上述新的微生物固定化材。
6.如权利要求1～2中任何一项所述的厌氧性氨氧化槽的运转方法，其特征在于，相对于在上述一方的厌氧性氨氧化槽内流动的被处理水的流向，从平行方向的部位，均匀地抽出微生物固定化材。
7.如权利要求6所述的厌氧性氨氧化槽的运转方法，其特征在于，上述微生物固定化材，使微生物附着在固定床上，同时作为与上述被处理水的流向平行的多个单元，形成该微生物固定化材，抽出该单元。
8.一种厌氧性氨氧化装置，是利用厌氧性氨氧化细菌对被处理水中的氨和亚硝酸进行同时脱氮的厌氧性氨氧化装置，其特征在于，具有：
上述厌氧性氨氧化细菌的驯化结束后的驯化完成槽、
要开始进行上述厌氧性氨氧化细菌的调试的未驯化槽、
多个单元，设在上述驯化完成槽及上述未驯化槽中的至少驯化完成槽内，使固定了含有上述厌氧性氨氧化细菌的微生物的固定床，在上述被处理水的流动方向，平行地配置、
装卸自如地支持上述多个单元的壳体；
在将上述驯化完成槽的厌氧性氨氧化细菌作为种菌，进行未驯化槽的调试的时候，从上述驯化完成槽，连单元一起抽出，装入未驯化槽中。
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