发明内容
本发明是针对如此的问题而提出的,目的是提供一种废水处理方法及装置,由于能够缩短到使微生物附着在附着固定化材上的驯化时间,并且通过通常向附着固定化材供给从包含微生物载体上漏泄的高活性的微生物,能够在附着固定化材上高浓度地保持微生物,所以通常能够得到稳定的良好的处理水。
为达到上述目的,本发明1,是一种用生物学方法去除废水中含有的基质的废水处理方法,其特征在于,使上述废水与包含固定微生物后的包含微生物载体接触,使上述包含微生物载体上的微生物增殖,同时使含有基于该增殖从上述包含微生物载体的载体内部向外部漏泄的高活性微生物的废水与附着固定化材接触,使上述漏泄的微生物附着在附着固定化材上并增殖。
本发明1的方法,是基于以下见解完成的,即,通过使包含固定了微生物的包含微生物载体与废水接触,则在包含微生物载体内部增殖的微生物的一部分向载体外部漏泄(放出),含有漏泄的高活性的微生物的废水与附着固定化材接触,能够缩短到使微生物附着在附着固定化材上的驯化时间,并且,通过不断向附着固定化材供给从包含微生物载体上漏泄的微生物,能够在附着固定化材上高浓度地保持微生物。由此,能够得到稳定的良好的处理水。
作为在包含微生物载体上固定化的微生物,能够适合地采用,例如混杂硝化细菌群、脱氮细菌群、厌氧性氨氧化细菌群、分解有机物的有机物分解细菌群等多种微生物的复合微生物,或硝化细菌、脱氮细菌、厌氧性氨氧化细菌、微胞藻属分解菌、PCB分解菌、二噁英分解菌、环境激素分解菌等纯菌株。
本发明2,如本发明1所述,其特征在于,上述基质是有机物和/或无机物。
在本发明中,在包含微生物载体上固定化的微生物,如上所述,有时如硝化细菌或厌氧性氨氧化细菌群一样,以无机物氨和亚硝酸为基质,也有时如微胞藻属分解菌或PCB分解菌一样,以有机物微胞藻属或PCB为基质。
本发明3,如本发明1或2所述,其特征在于,上述附着固定化材是附着载体和/或附着充填材。如此,作为附着固定化材,能够适当地采用可在废水中流动的粒状的附着载体,或者作为固定床充填到废水中的附着充填材。
本发明4,如本发明1~3中任何一项所述,其特征在于,使作为上述微生物包含固定了硝化细菌的包含微生物载体和作为上述基质含有氨性氮的废水接触,同时将该氨性氮负荷设定在100(mg-N/h/L-载体)以上。
因为通过将氨性氮负荷设定在100(mg-N/h/L-载体)以上,能够使硝化细菌从包含固定了硝化细菌的包含微生物载体上漏泄。
本发明5,如本发明1~3中任何一项所述,其特征在于,使作为上述微生物包含固定了分解有机物的有机物分解细菌的包含微生物载体和作为上述基质含有BOD成分的废水接触,同时将该BOD成分负荷设定在100(mg-BOD/h/L-载体)以上。
因为通过将BOD成分负荷设定在100(mg-BOD/h/L-载体)以上,能够有效地使有机物分解细菌从包含固定了有机物分解细菌的包含微生物载体上漏泄。
本发明6,如本发明1~5中任何一项所述,其特征在于,将相对于上述附着固定化材的上述包含微生物载体的容积比(包含微生物载体/附着固定化材)设定在1/10以上。由此,因为能够缩短在附着固定化材上微生物附着的驯化时间。
本发明7,如本发明1~5中任何一项所述,其特征在于,将相对于上述附着固定化材的上述包含微生物载体的容积比(包含微生物载体/附着固定化材)设定在1/10~1/5的范围。由此,因为即使在微生物是高价的特殊菌的情况下,也能够不增大费用地有效缩短驯化时间。
本发明8,如本发明1~7中任何一项所述,其特征在于,在相同的生物处理槽内混合存在上述包含微生物载体和上述附着固定化材。如此,通过在相同的生物处理槽内混合存在包含微生物载体和附着固定化材,能够利用包含微生物载体和使从包含微生物载体上漏泄的微生物附着、增殖的附着固定化材的双方,处理废水,能够显著提高生物处理槽的处理性能。
本发明9,如本发明1~8中任何一项所述,其特征在于,在不同的生物槽内投入上述包含微生物载体和上述附着固定化材,将从投入上述包含微生物载体的第1生物处理槽流出的流出水,流入投入上述附着固定化材的第2生物处理槽。由此,在进行投入附着固定化材的第2生物处理槽的调试运转时,能够用短时间调试。此外,在第2生物处理槽进行稳定运转时,通过将含有从第1生物处理槽的包含微生物载体上漏泄的微生物的流出水,流入第2生物处理槽,由于能够在附着固定化材上高浓度保持微生物,所以第2生物处理槽的处理性能还能够维持在高水平。
本发明10,如本发明1~9中任何一项所述,其特征在于,上述增殖的包含微生物载体,以105(cells/cm3)以上的浓度,包含固定要附着在上述附着固定化材上的微生物。这是因为,由于当载体内部的微生物浓度在106(cells/cm3)以上时,表现出活性,因此通过以105(cells/cm3)以上的浓度进行固定化,在载体内部,增殖到108(cells/cm3)以上,由此,能够促进微生物从包含微生物载体上的漏泄。
为达到上述目的,本发明11,是一种用生物学方法去除废水中含有的基质的废水处理装置,其特征在于,在进行上述生物处理的生物处理槽内,使包含固定了微生物的包含微生物载体和附着微生物的附着固定化材混合存在。
如此,通过在相同的生物处理槽内混合存在包含微生物载体和附着固定化材,能够利用包含微生物载体和使从包含微生物载体上漏泄的微生物附着、增殖的附着固定化材的双方,处理废水,能够显著提高废水处理装置的处理性能。
本发明12,如本发明11所述,其特征在于,并列设置多段上述生物处理槽。由此,能够更加显著提高废水处理装置的处理性能。
为达到上述目的,本发明13,是一种用生物学方法去除废水中含有的基质的废水处理装置,其特征在于,具有:第1生物处理槽,在上述废水流入的同时,投入了包含固定了微生物的包含微生物载体;第2生物处理槽,至少流入了上述废水及从上述第1生物处理槽流出的流出水中的上述第1生物处理槽的流出水,同时投入附着固定化材。
由此,在进行投入了附着固定化材的第2生物处理槽的调试运转时,能够用短时间调试。此外,在第2生物处理槽进行正常运转时,通过将含有从第1生物处理槽的包含微生物载体上漏泄的微生物的流出水,流入第2生物处理槽,由于能够在附着固定化材上高浓度保持微生物,所以第2生物处理槽的处理性能还能够维持在高水平。
本发明14,如本发明13所述,其特征在于,设置多段由上述第1生物处理槽和上述第2生物处理槽构成的一组生物处理槽。由此,能够提高废水处理装置的处理性能。
如以上说明,如果采用本发明的废水处理方法及装置,由于能够缩短到使微生物附着在附着固定化材上的驯化时间,并且通过不断向附着固定化材供给从包含微生物载体上漏泄的微生物,能够在附着固定化材上高浓度地保持微生物,所以通常能够得到稳定的良好的处理水。
具体实施方式
下面,参照附图,详细说明本发明的废水处理方法及装置的优选实施方式。
本发明,是基于以下见解而完成的,即,通过使包含固定了微生物的包含微生物载体与废水接触,在包含微生物载体内部增殖的微生物的一部分向载体外部漏泄(放出),含有漏泄的微生物的废水与附着固定化材接触,能够缩短到使微生物附着在附着固定化材上的驯化时间,并且,在附着后,能够得到微生物难以从附着固定化材剥离的附着固定化材型的载体或充填材。
在本发明中,在包含微生物载体上固定化的微生物,采用纯菌株、活性污泥等复合微生物。作为复合微生物,例如有活性污泥、硝化细菌群、脱氮细菌群、厌氧性氮氧化细菌群等。此外,作为纯菌株,例如有硝化细菌、脱氮细菌、厌氧性氨氧化细菌、微胞藻属分解菌、PCB分解菌、二噁英分解菌、环境激素分解菌等。在包含微生物载体上固定化的微生物的总菌数,优选在105(cells/cm3)以上。这是因为,由于当载体内部的微生物浓度在106(cells/cm3)以上时,表现出活性,因此通过以105(cells/cm3)以上的浓度进行固定化,在载体内部,增殖到108(cells/cm3)以上,由此,能够促进微生物从包含微生物载体的漏泄。因此,原则是在附着固定化型的载体或充填材上包含固定要附着的微生物。
所谓使用的包含微生物载体,指的是通过混合单体材料或预聚物材料和微生物,聚合该混合液而得到包含固定了微生物的载体。作为单体材料,能够适合地采用丙烯酰胺、亚甲基双丙烯酰胺、三丙烯基缩甲醛等。作为预聚物材料,优选聚乙二醇二丙烯酸酯或聚乙二醇甲基丙烯酸酯,也能够采用其衍生物。包含微生物载体的形状,除立方体状、球状、筒状外,还能够适合地采用绳状、无纺布状等,特别是载体表面凹凸多的形状,与废水的接触效率高,更优选。如果是立方体状或球状的包含微生物载体,作为球相直径,优选1~10mm的范围。
另外,作为与含有从包含微生物载体上漏泄的微生物的废水接触的附着固定化材,能够适合地采用可在废水中流动的粒状的附着载体,或者作为固定床充填到废水中的附着充填材。附着载体和附着充填材的形状或材质,能够适合地使用例如塑料的载体、波纹板、网状薄板、蜂窝状的载体。作为附着载体,球状、圆筒状、空芯状等比较好,此外,也可以使发泡而在表面形成凹凸,能够易于附着微生物。这些附着载体或附着充填材的初期状态,是未附着微生物的无生物的载体或充填材,通过在表面形成凹凸,增加比表面积,不仅能够易于附着微生物,而且还能够提高附着的微生物和废水的接触效率。例如,使用比表面积与上述的包含微生物载体相同的载体,也是好方法。
下面,作为在本发明中,从包含微生物载体上漏泄的微生物的一例,说明用硝化细菌和有机物分解细菌实施的漏泄试验的结果。
制作具有表1的组成的包含微生物载体,在变化相对于包含微生物载体的氨性氮负荷的时候,研究了从包含微生物载体上漏泄的硝化细菌的漏泄速度。同样,在变化相对于包含微生物载体的BOD负荷的时候,研究了从包含微生物载体上漏泄的有机物分解细菌的漏泄速度。另外,在包含微生物载体上固定化的硝化细菌,使用将氨硝化到亚硝酸的氨氧化细菌的浓缩液。
表1
组成 |
重量份 |
a |
b |
c |
d |
e |
氨氧化细菌浓缩液109(cells/cm3) | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 |
聚乙二醇二丙烯酸酯 |
4 |
6 |
8 |
10 |
15 |
N,N,N′,N′-四甲基乙二胺 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
过硫酸钾 |
0.25 |
0.25 |
0.25 |
0.25 |
0.25 |
水 |
65.25 |
63.25 |
61.25 |
59.25 |
54.25 |
此外,在将相对于具有表1的组成的包含微生物载体的氨性氮负荷,从50增加到600(mg-N/h/L-载体)的时候,测定了从包含微生物载体上漏泄的硝化细菌的漏泄速度,图1示出其结果。
图1的横轴表示氨性氮负荷(mg-N/h/L-载体),纵轴表示1天每单位包含微生物载体(cm3)漏泄的硝化细菌的个数,即硝化细菌的漏泄速度。由图1可以看出,在氨性氮负荷为50(mg-N/h/L-载体)的时候,漏泄速度慢到1.00×104(cells/cm3/天),但随着增加氨性氮负荷,漏泄速度变快,氨性氮负荷在300~400(mg-N/h/L-载体)附近,漏泄速度大致达到最大。此时的漏泄速度达到1.00×108(cells/cm3/天)。如此,在硝化细菌漏泄的情况下,通过增大硝化细菌的基质即氨性氮的负荷,能够提高漏泄速度。此时,为高效率地在附着固定化材上附着从包含微生物载体上漏泄的硝化细菌,优选漏泄速度在1.00×106(cells/cm3/天)以上,因此,将氨性氮负荷设定在100(mg-N/h/L-载体)以上,优选设定在300(mg-N/h/L-载体)以上。
此外,在将相对于包含微生物载体的BOD负荷,从50增加到600(mg-N/h/L-载体)的时候,测定了从包含微生物载体上漏泄的有机物分解细菌的漏泄速度,图2示出其结果。
图2的横轴表示BOD负荷(mg-N/h/L-载体),纵轴表示1天每单位包含微生物载体(cm3)漏泄的有机物分解细菌的个数,即有机物分解细菌的漏泄速度。由图2可以看出,在BOD负荷为50(mg-N/h/L-载体)的时候,漏泄速度慢到1.00×105~106(cells/cm3/天),但随着增加BOD负荷,漏泄速度变大,BOD负荷在300~400(mg-N/h/L-载体)附近,漏泄速度大致达到最大。此时的漏泄速度达到1.00×1010(cells/cm3/天)。如此,在分解有机物的有机物分解细菌漏泄的情况下,通过增大有机物分解细菌的基质即BOD成分的负荷,能够提高漏泄速度。此时,为高效率地在附着固定化材上附着从包含微生物载体上漏泄的有机物分解细菌,优选漏泄速度在1.00×108(cells/cm3/天)以上,因此,将BOD负荷设定在100(mg-N/h/L-载体)以上,优选定在300(mg-N/h/L-载体)以上。
在该漏泄试验中,也是基于以下设想,即降低制作包含微生物载体时的固定化材料聚乙二醇二丙烯酸酯的浓度,不易漏泄细菌的设想,如表1所示,按4、6、8、10、15(重量份)等5阶段,变化了聚乙二醇二丙烯酸酯浓度。但是,从图1及图2看出,在4~15重量份的范围内,大致为相同的漏泄速度。由此得出,漏泄速度严重地受到要漏泄的细菌的基质负荷影响。
图3及图4,是在附着固定化材上附着从包含微生物载体上漏泄的细菌时,通过变化负荷,进行在包含微生物载体和附着固定化材的容积比处于怎样的关系的时候,才能够缩短附着固定化材的驯化时间的试验。
图3是一边将使硝化细菌从包含微生物载体上漏泄的废水与附着固定化材接触一边进行附着固定化材的调试运转时的驯化时间。图4是一边将使有机物分解细菌从包含微生物载体上漏泄的废水与附着固定化材接触一边进行附着固定化材的BOD处理调试运转时的驯化时间。在该试验中,使用后述的图5的废水处理装置10,在生物处理槽12中使包含微生物载体14和附着固定化材16的双方混合存在,研究了两者的载体容积比和驯化时间的关系。
在图3中,驯化时间,设定为处理水的除氮率或BOD去除率达到90%的天数。此外,硝化处理中的负荷设定为0.1、0.3、0.5、1.0(kg-N/m3/天)等4种,BOD处理中的负荷设定为0.1、0.3、0.5、0.8(kg-N/m3/天)等4种。另外,图3及图4的包含微生物载体和附着固定化材的合计充填率都是按10%进行。
其结果,从图3及图4看出,在将因负荷而驯化时间不同的附着固定化材的合计容积设为A,包含微生物载体的合计容积设B的时候,通过将相对于附着固定化材的包含微生物载体的容积比(A/B)设定在0.1(1/10)以上,更优选0.2(1/5)以上,能够显著缩短驯化时间。考虑到是以下原因,即,在从包含微生物载体上漏泄的菌体浓度和附着固定化材的容积的关系中,如果包含微生物载体的量过小,则漏泄的菌体量也过小,不能供给附着固定化材的调试所需的菌体量。但是,在微生物是高价的特殊菌的情况下,由于包含微生物载体价格高,因此想尽量减少投入到生物处理槽内的包含微生物载体的投入量。所以,在此种情况下,优选将相对于图3、图4中的拐点处的范围,即包含微生物载体的相对于附着固定化材的容积比(A/B)设定在0.1(1/10)~0.2(1/5)的范围。由此,即使在微生物是高价的特殊菌的情况下,也能够不增大经费地缩短驯化时间。
图5~图13,表示本发明的废水处理装置中的各种方式,作为附着固定化材,以可在废水中流动的粒状的附着载体为例进行说明。此外,在附着载体的表面上附着微生物后的载体称为附着微生物载体,同时作为细菌说明微生物。
图5的废水处理装置10,是在相同的生物处理槽12内,共存多个包含微生物载体14和多个附着载体16时的情况,含有有机物或无机物的废水,经由原水导入管18,流入生物处理槽12内。在生物处理槽12中充填有包含微生物载体14和附着载体16。由此,以有机物或无机物为基质,包含微生物载体14内部的细菌增殖,增殖的细菌的一部分从包含微生物载体14上漏泄。漏泄的漏泄细菌的一部分附着在附着固定化材16上,在附着固定化材16的表面,漏泄细菌增殖。由此,形成附着微生物载体16′。因此,在生物处理槽12中,通过包含固定了细菌的包含微生物载体14和在表面细菌附着增殖的附着微生物载体16′,能够生物学方法净化含有有机物或无机物的废水。如此,通过在相同的生物处理槽12中共存包含微生物载体14和附着载体16,由于能够在附着载体16上附着从包含微生物载体14上漏泄的漏泄细菌,所以与在生物处理槽12中只充填包含微生物载体14时相比,能够在生物处理槽12内高浓度保持对生物处理槽12内的处理有用的有用细菌。因此,能够提高生物处理槽12的生物学方法处理性能。漏泄的细菌的活性高,存在附着这些细菌的附着微生物载体16′的活性高于包含微生物载体14的倾向。
经生物处理槽12净化的处理水,通过载体分离机构如过滤网20,与包含微生物载体14和附着微生物载体16′分离,从流出管22流出。在图5中省略图示,但在好氧反应的时候,需要通过空气曝气,向生物处理槽12内供给氧,在厌氧反应的时候,需要使包含微生物载体14及附着微生物载体16′流动的搅拌或吹入厌氧气体形成的搅拌等,对于图6、图7、图8、图9,也同样。
图6是本发明的废水处理装置的其它方式,是设置多段图5的生物处理槽12的方式。另外,在以下说明的图6~图13中,与图5相同的部件附加相同的符号,进行说明。
如果采用图6的废水处理装置30,含有有机物或无机物的废水,经由原水导入管18,流入生物处理槽12内。生物处理槽12,由第1生物处理槽12A、第2生物处理槽12B、第3生物处理槽12C构成。另外,在第1生物处理槽12A~第3生物处理槽12C中,共存地投入包含微生物载体14和附着载体16,在各个生物处理槽12A~12C中,以有机物或无机物为基质,包含微生物载体14内部的细菌增殖,增殖的细菌的一部分从包含微生物载体14上漏泄。漏泄的漏泄细菌的一部分附着在附着固定化材16上,在附着固定化材16的表面,漏泄细菌增殖。如此,在设置多段的生物处理槽12A~12C的全部中,在共存包含微生物载体14和附着充填材16的情况下,由于从第1生物处理槽12A的包含微生物载体14上漏泄的漏泄细菌的一部分,不附着在附着充填材16上,流到下游侧的第2及第3的生物处理槽12B、12C中,在第2生物处理槽12B漏泄的漏泄细菌的一部分流到第3生物处理槽12C中,所以优选与上游测相比越是下游侧的生物处理槽,越增加附着充填材16的充填量。如此,通过设置生物处理槽12,即使是含有高浓度的有机物或无机物的废水,也能够高效率地去除。
图7的本发明的废水处理装置40是另一其它方式,与图6同样,设置多段生物处理槽12,但是在第1生物处理槽12A中充填包含微生物载14,在第2及第3的生物处理槽12B、12C中充填附着充填材16。
如果采用图7所示的废水处理装置40,含有有机物或无机物的废水,经由原水导入管18,流入生物处理槽12内。生物处理槽12,由第1生物处理槽12A、第2生物处理槽12B、第3生物处理槽12C构成。另外,在第1生物处理槽12A中充填包含微生物载体14,在第2生物处理槽12B和第3生物处理槽12C中充填附着载体16。由此,在第1生物处理槽12A中,以有机物或无机物为基质,包含微生物载体14内部的细菌增殖,增殖的细菌的一部分从包含微生物载体14上漏泄。在第1生物处理槽12A中,去除废水中的有机物或无机物的一部分,其处理水和漏泄的漏泄细菌流入第2生物处理槽12B。流入第2生物处理槽12B的漏泄细菌的一部分附着在附着固定化材16上,在附着固定化材16的表面,细菌增殖。此外,漏泄细菌的一部分也附着在第3生物处理槽12C的附着载体16上。附着的漏泄细菌在附着载体16上增殖。所以,在各个生物处理槽12A~12C中,通过包含微生物载体14或在表面细菌增殖的附着微生物载体16′,能够生物学方法净化含有有机物或无机物的废水。净化过的处理水,通过载体分离机构如过滤网20,与包含微生物载体14和附着微生物载体16′分离,从流出管22流出。
图8的废水处理装置50是图7的变形例,在设置多段的生物处理槽12A~12D中,以交替充填包含微生物载体14和附着载体16的方式构成。如此,如图7所示,由于越是下游侧的生物处理槽,漏泄细菌的浓度越不降低,所以能够更有效地在附着载体16上附着漏泄细菌。
图9的废水处理装置60是另一其它方式,含有有机物或无机物的废水,经由分支的原水导入管18,流入生物处理槽12和有用菌培养槽24内。另外,在第1生物处理槽12中充填附着载体16,在有用菌培养槽24中充填包含微生物载体14。由此,在有用菌培养槽24,以有机物或无机物为基质,包含微生物载体14内部的细菌增殖,增殖的细菌的一部分从包含微生物载体14上漏泄。漏泄的漏泄细菌流入生物处理槽12,附着固定化材16上,在附着固定化材16的表面,漏泄细菌增殖。由此,在生物处理槽12中,通过在表面漏泄细菌增殖后的附着微生物载体16′,能够生物学方法净化含有有机物或无机物的废水。净化过的处理水,通过载体分离机构如过滤网20,与包含微生物载体14和附着微生物载体16′分离,从流出管22流出。如此,经由有用菌培养槽24,将部分废水导入生物处理槽12,能够缩短充填有附着载体16的生物处理槽12的驯化期间(调试期间),同时在调试后,也能够供给漏泄的细菌,使生物处理槽12的处理性能稳定化。
图10的废水处理装置70是另一其它方式,是特别适合处理下水等含有BOD成分和氨的废水的一例。
如图10所示,废水处理装置70,含有有机物和氨性氮的废水,经由原水导入管18,流入生物处理槽12。生物处理槽12,由配置在前段侧的厌氧槽26和配置在后段侧的好氧槽28构成,在好氧槽28,充填包含固定了硝化细菌的包含微生物载体14和附着载体16。此外,在好氧槽28,设置曝气空气的曝气管31,曝气管31连接在鼓风机32上。由此,在好氧槽28中,以氨性氮为基质,包含微生物载体14内部的硝化细菌增殖,增殖后的硝化细菌的一部分从包含微生物载体14上漏泄。漏泄的漏泄细菌的一部分附着载体16上,在附着载体16的表面,漏泄细菌增殖。在好氧槽28中,通过这些包含微生物载体14和在表面硝化细菌增殖后的附着微生物载体16′,硝化处理氨性氮,生成亚硝酸或硝酸。硝化处理后的硝化液,通过硝化液循环管线34,循环到厌氧槽26。在厌氧槽26中,硝化液将废水中的有机物形成氢供给体,利用悬浮活性污泥中的脱氮细菌,进行将亚硝酸或硝酸变换成氮气的脱氮处理。由此,通过去除废水中的氨性氮或有机物,净化废水,同时净化过的处理水,通过载体分离机构如过滤网20,与包含微生物载体14和附着微生物载体16′分离,送入到固液分离槽36。在固液分离槽36中,固液分离伴随处理水的悬浮活性污泥,上清液从流出管22流出。沉降在固液分离槽36的底部的悬浮活性污泥,经由污泥反送管38,反送到厌氧槽26。另外,符号41,是搅拌厌氧槽26内的搅拌机。
图11的废水处理装置80是另一其它方式,是适合处理不含BOD成分而含氨的废水的一例。
如图11所示,在废水处理装置80中,含有氨性氮的废水,经由原水导入管18,流入生物处理槽12。生物处理槽12,由配置在前段侧的好氧槽28和配置在后段侧的厌氧槽26构成,在好氧槽28,充填包含微生物载体14和附着载体16。此外,在好氧槽28,设置曝气空气的曝气管31,曝气管31连接在鼓风机32上。由此,在好氧槽28中,以氨性氮为基质,包含微生物载体14内部的硝化细菌增殖,增殖后的硝化细菌的一部分从包含微生物载体14上漏泄。漏泄的漏泄细菌的一部分附着载体16上,在附着载体16的表面,漏泄细菌增殖。如此,在好氧槽28中,通过包含微生物载体14和在表面硝化细菌增殖后的附着微生物载体16′,硝化处理氨性氮,生成亚硝酸或硝酸。该硝化液,流入到后段侧的厌氧槽26,将从甲醇供给管线38供给的甲醇形成氢供给体,利用悬浮活性污泥中的脱氮细菌,进行脱氮处理。由此,通过去除废水中的氨性氮,净化废水,同时净化过的处理水,送入到固液分离槽36。在固液分离槽36中,伴随处理水的悬浮活性污泥被固液分离,上清液从流出管22流出。沉降在固液分离槽36的底部的悬浮活性污泥,经由污泥反送管38,反送到好氧槽28。另外,符号41,是搅拌厌氧槽26内的搅拌机。
图12的废水处理装置90是另一其它方式,是适合处理只含BOD成分的含有BOD废水的一例。
如图12所示,在废水处理装置90中,含有有机物的废水,经由原水导入管18,流入生物处理槽12。生物处理槽12,由前段侧的好氧槽28和后段侧的好氧槽40构成,在前段侧的好氧槽28,充填包含微生物载体14和附着载体16。此外,在后段侧的好氧槽40,保持悬浮活性污泥。由此,在前段侧的好氧槽28中,以BOD成分为基质,包含微生物载体14内部的有机物分解细菌增殖,增殖后的有机物分解细菌的一部分从包含微生物载体14上漏泄。漏泄的有机物分解细菌的一部分附着在附着载体16上,在附着载体16的表面,有机物分解细菌增殖。因此,在前段侧的好氧槽28中,通过包含微生物载体14和在表面有机物分解细菌增殖后的附着微生物载体16′,分解有机物。从包含微生物载体14上漏泄的有机物分解细菌的一部分流入到后段侧的好氧槽40,附着在悬浮活性污泥上,增殖。利用该增殖后的悬浮活性污泥高度净化废水。将净化过的处理水,送入到固液分离槽36。在固液分离槽36中,伴随处理水的悬浮活性污泥被固液分离,上清液从流出管22流出。沉降在固液分离槽36的底部的悬浮活性污泥,经由污泥反送管38,反送到后段侧的好氧槽40。
图13的废水处理装置100是另一其它方式,是适合处理含BOD成分和氨性氮的废水的一例。
如图13所示,废水处理装置100,从上游侧,按顺序配置无氧槽42、亚硝酸生成槽44、厌氧性氨氧化槽48、硝化槽51、固液分离槽36。另外,在无氧槽42中,充填有包含固定了脱氮细菌的包含微生物载体14A和附着载体16。在亚硝酸生成槽44中,充填有包含固定了氨氧化细菌的包含微生物载体14B和附着载体16。在厌氧性氨氧化槽48中,充填有包含固定了厌氧性氨氧化细菌的包含微生物载体14C和附着载体16。
如果采用如此构成的本发明的废水处理装置100,含有BOD成分和氨性氮的废水,经由原水导入管18,流入无氧槽42。在无氧槽42中,利用从硝化液循环线路34循环的硝化液中的硝酸或亚硝酸的呼吸,去除BOD成分。在无氧槽42中,废水中的氨性氮残存,含有残存的氨性氮的第1流出液的一部分,流入亚硝酸生成槽44,残余流出液经由旁通管46,流入厌氧性氨氧化槽48。在亚硝酸生成槽44中,进行亚硝酸型的硝化处理,将氨性氮氧化成亚硝酸性氮。另外,来自亚硝酸生成槽44的含有亚硝酸性氮的第2流出液和来自旁通管46的含有氨性氮的第3流出液,流入厌氧性氨氧化槽48,同时脱氮处理氨性氮和亚硝酸性氮。残存在厌氧性氨氧化槽48的含有氨性氮的第4流出液,流入硝化槽51,进行硝化处理,硝化处理残存的氨性氮。从硝化槽51流出的硝化液的一部分,经由硝化液循环线路34,返回到上述的无氧槽42。在硝化槽51中处理的硝化液的残余即处理水,送入到固液分离槽36,伴随处理水的悬浮活性污泥被固液分离,上清液从流出管22流出。
在上述各槽的处理中,在无氧槽42中,以亚硝酸或硝酸为基质,包含微生物载体14A内部的脱氮细菌增殖,增殖后的脱氮细菌漏泄,在附着载体16上附着增殖。在亚硝酸生成槽44中,以氨性氮为基质,包含微生物载体14B内部的氨氧化细菌增殖,增殖后的氨氧化细菌漏泄,在附着载体16上附着增殖。在厌氧性氨氧化槽48中,以氨性氮和亚硝酸性氮为基质,包含微生物载体14C内部的厌氧性氨氧化细菌增殖,增殖的厌氧性氨氧化细菌漏泄,在附着载体16上附着增殖。如此,通过使包含固定了对各槽的处理有用的细菌的包含微生物载体14A或14B或14C与附着载体16共存,能够显著缩短在附着载体16上附着增殖从包含微生物载体14A或14B或14C上漏泄的漏泄细菌的驯化时间,同时,能够提高稳定运转期间的处理的稳定性。认为这是因为,对于只在使细菌附着在附着载体16上的附着微生物载体16′中,出现生物膜的剥离脱落,容易产生附着微生物载体16′的性能降低,如本发明,由于不断从包含微生物载体14供给种菌,所以附着微生物载体16′的性能恢复快。
以下,说明本发明的实施例,但本发明并不局限于这些实施例。
[实施例1]
在实施例1的试验中,采用含有氨性氮50mg/L的合成废水,研究了在图5~图9的各废水处理装置中的驯化时间及处理水的水质。试验使用的包含微生物载体14的组成等如表2。
表2
组成 |
重量份 |
含4%活性污泥的液体 |
50 |
聚乙二醇二丙烯酸酯 |
10 |
N,N,N′,N′-四甲基乙二胺 |
0.5 |
过硫酸钾 |
0.25 |
水 |
39.25 |
如表2所示,通过添加过硫酸钾,由于上述组成凝胶化,因此将凝胶化物成型成3mm方形,以此作为包含微生物载体14,用于试验。
各自的试验条件如下。
(本发明A)使用图5的废水处理装置10的情况
·生物处理槽12的滞留时间…2.4小时
·生物处理槽12中的容积负荷…0.5kg-N/m3/天
·对生物处理槽12的包含微生物载体14的充填率…2%
·对生物处理槽12的附着载体16的充填率 …8%
·作为附着载体使用发泡聚乙烯制的筒状载体(5mmφ×8mm)
·利用空气曝气搅拌生物处理槽12
(本发明B)使用图6的废水处理装置30的情况
·3槽(12A、12B、12C)合计的滞留时间…2.4小时
·3槽(12A、12B、12C)合计的容积负荷…0.5kg-N/m3/天
·各槽(12A、12B、12C)中的包含微生物载体14的充填率…1%(容积)
·各槽(12A、12B、12C)中的附着载体16的充填率…9%(容积)
·作为附着载体使用发泡聚乙烯制的筒状载体(5mmφ×8mm)
·利用空气曝气搅拌各槽(12A、12B、12C)
(本发明C)使用图7的废水处理装置40的情况
·3槽(12A、12B、12C)合计的滞留时间…2.4小时
·3槽(12A、12B、12C)合计的容积负荷…0.5kg-N/m3/天
·第1生物处理槽12A的包含微生物载体14的充填率…10%(容积)
·第2、3的生物处理槽12B、12C的附着载体16的充填率…10%(容积)
·作为附着载体使用发泡聚乙烯制的筒状载体(5mmφ×8mm)
·利用空气曝气搅拌各槽(12A、12B、12C)
(本发明D)使用图8的废水处理装置50的情况
·4槽(12A、12B、12C、12D)合计的滞留时间…2.4小时
·4槽(12A、12B、12C、12D)合计的容积负荷…0.5kg-N/m3/天
·对第1、3生物处理槽(12A、12B)的包含微生物载体14的充填率…10%(容积)
·第2、4生物处理槽(12C、12D)的附着载体16的充填率…10%(容积)
·作为附着载体使用发泡聚乙烯制的筒状载体(5mmφ×8mm)
·利用空气曝气搅拌各槽(12A、12B、12C、12D)
(本发明E)使用图9的废水处理装置60的情况
·生物处理槽12和有用菌培养槽24的合计滞留时间…2.4小时(生物处理槽:2小时、有用菌培养槽0.4小时)
·生物处理槽12和有用菌培养槽24的合计容积负荷…0.5kg-N/m3/天
·对有用菌培养槽24的包含微生物载体14的充填率…20%
·对生物处理槽的附着载体16的充填率…10%
·作为附着载体使用发泡聚乙烯制的筒状载体(5mmφ×8mm)
·利用空气曝气搅拌生物处理槽12和有用菌培养槽24
按上述的本发明的A~E的试验条件运转废水处理装置。另外,将处理水的氨性氮浓度达到2mg/L以下的时刻判断为驯化结束,该期间作为驯化期间。表3示出结果。另外,在表3中,对于以往法,也示出试验的结果。以往法,在图5、图6、图7上附加装置图号,将包含微生物载体14置换成附着载体16,在生物处理槽,全部充填附着载体16。即,代替包含微生物载体14,按相同的充填率充填附着载体16。此外,在以往法的实验开始时,投入污泥。
表3
试验系列 |
装置图号 |
驯化时间 |
处理水的水质NH4-N(mg/L) |
本发明A |
图5 |
12天 |
0.5~1.2 |
本发明B |
图6 |
24天 |
0.4~0.9 |
本发明C |
图7 |
14天 |
0.4~1.0 |
本发明D |
图8 |
11天 |
0.5~1.0 |
本发明E |
图9 |
24天 |
0.6~1.2 |
以往法A |
(图5) |
45天 |
0.5~13.3 |
以往法B |
(图6) |
30天 |
0.5~5.2 |
以往法C |
(图7) |
30天 |
0.5~9.4 |
以往法D |
(图8) |
35天 |
0.5~7.6 |
以往法E |
(图9) |
95天 |
1.5~8.2 |
从表3看出,在以往法A~E中,驯化时间长到30天~95天,驯化后,也时常出现处理水的水质恶化的倾向。这推测是细菌容易从附着载体16剥离脱落,由此恶化水质。
对此,本发明A~E,驯化时间为12天~24天,与以往法相比短,驯化后的水质也极稳定。特别是,在本发明D的设置多段的生物处理槽12A~12D中,在以交替充填包含微生物载体14和附着载体16的方式构成时,驯化时间为11天,是最短的结果。如此,在本发明的情况下,通过从包含微生物载体14上细菌漏泄,不断向附着载体16供给细菌,能够在附着载体表面形成稳定的生物膜。由此,能够良好且稳定地维持处理水的水质。此外,作为以往法,当在图5的装置中,仅10%充填包含微生物载体14,进行处理运转时,驯化时间需要14天。对此,在本发明中,缩短到12天,其理由认为是,漏泄的高活性的细菌附着在附着载体16上,通过形成高活性,缩短驯化时间。
[实施例2]
在实施例2的试验中,采用各种废水,研究了在图10~图13的各废水处理装置中的驯化时间及处理水的水质。试验使用的包含微生物载体14的组成等如表4。
表4
组成 |
重量份 |
含4%活性污泥的液体 |
50 |
聚乙二醇二丙烯酸酯 |
4 |
丙烯酰胺 |
1 |
N,N,N′,N′-四甲基乙二胺 |
0.5 |
过硫酸钾 |
0.25 |
水 |
44.25 |
如表4所示,通过添加过硫酸钾,由于上述组成凝胶化,因此将凝胶化物成型成3mm方形,以此作为包含微生物载体14,用于试验。
各自的试验条件如下。
(实验F)使用图10的废水处理装置70的情况
·使用废水…含有BOD 120mg/L、NH4-N30mg/L的废水
·厌氧槽26的滞留时间…4小时
·好氧槽28的滞留时间…3小时
·对好氧槽28的包含微生物载体14(含有2%活性污泥的载体)的充填率…2%(容积)
·对好氧槽28的附着载体16的充填率…8%(容积)
·作为附着载体使用泡沫聚丙烯制的筒状载体(5mmφ×8mm)
·厌氧槽26内机械搅拌
·利用空气曝气搅拌好氧槽28内
·厌氧槽26的悬浮活性污泥浓度…按3000~4000mg/L控制
·利用污泥反送管38的污泥反送率…80%
·利用硝化液循环线路34的硝化液循环率…300%
(实验G)使用图11的废水处理装置80的情况
·使用废水…含有NH4-N100mg/L的废水
·厌氧槽26的滞留时间…4小时
·好氧槽28的滞留时间…4小时
·对好氧槽28的包含微生物载体14(含有2%活性污泥的载体)的充填率…2%(容积)
·对好氧槽28的附着载体16的充填率…10%(容积)
·作为附着载体使用发泡聚氨酯制的8mm方形载体
·机械搅拌厌氧槽26,从甲醇供给线路38,相当340mg/L地添加甲醇
·利用空气曝气搅拌好氧槽28
·厌氧槽26的悬浮活性污泥浓度…按3000~4000mg/L控制
·利用污泥反送管38的污泥反送率…80%
(实验H)使用图12的废水处理装置90的情况
·使用废水…含有BOD 200mg/L的有机废水
·前段侧的好氧槽28的滞留时间…1小时
·后段侧的好氧槽40B的滞留时间…3.5小时
·对前段侧的好氧槽28的包含微生物载体14(含有2%活性污泥的载体)的充填率…2%(容积)
·对前段侧的好氧槽28的附着载体16的充填率…10%(容积)
·作为附着载体使用发泡聚氨酯制的8mm方形载体
·利用空气曝气搅拌各好氧槽28、40
·后段侧的好氧槽40的悬浮活性污泥浓度…按3000~4000mg/L控制
·利用污泥反送管38的污泥反送率…50%
(实验I)使用图13的废水处理装置100的情况
·使用废水…含有BOD 50mg/L、NH4-N200mg/L的废水
·无氧槽42的滞留时间…1小时
·亚硝酸生成槽44的滞留时间…6小时
·厌氧性氨氧化槽48的滞留时间…4小时
·对无氧槽42的包含微生物载体14(含有2%活性污泥的载体)的充填率…2%(容积)
·对亚硝酸生成槽44的包含微生物载体14(附着组成参照表5)的充填率…2%(容积)
·对厌氧性氨氧化槽48的包含微生物载体14(附着组成参照表6)的充填率…2%(容积)
·作为用于各槽(42、44、48)的附着固定化材,使用无纺布板状充填材16,以充填率达到30%的方式充填该无纺布板状充填材16。
·利用硝化液循环线路34的反送率…50%
·利用旁通管46,相对于原水流量,向厌氧性氨氧化槽48通入40%的废水
表5
组成 |
重量份 |
氨氧化细菌浓缩液(109cells/cm3) |
30 |
聚乙二醇二丙烯酸酯 |
10 |
N,N,N′,N′-四甲基乙二胺 |
0.5 |
过硫酸钾 |
0.25 |
水 |
59.25 |
如表5所示,通过添加过硫酸钾,由于上述组成凝胶化,因此将凝胶化物成型成3mm方形,以此作为包含微生物载体14,投入到亚硝酸生成槽44中。
表6
组成 |
重量份 |
厌氧性氨氧化细菌(109cells/cm3) |
30 |
聚乙二醇二丙烯酸酯 |
10 |
N,N,N′,N′-四甲基乙二胺 |
0.5 |
过硫酸钾 |
0.25 |
水 |
59.25 |
如表6所示,通过添加过硫酸钾,由于上述组成凝胶化,因此将凝胶化物成型成3mm方形,以此作为包含微生物载体14,投入到厌氧性氨氧化槽48中。
按以上的本发明的F~I的试验条件运转废水处理装置。另外,将BOD成分及或NH4-N成分的去除率达到85%以上,或处理水的水质稳定的时刻判断为驯化结束,该期间作为驯化期间。表7示出结果。另外,在表7中,对于以往法,也示出试验的结果。以往法,在图10、图11、图12、图13上附加装置图号,将包含微生物载体14置换成附着载体16,在生物处理槽,全部充填附着载体16或无纺布板状充填材16。即,代替包含微生物载体14,按相同的充填率充填附着载体16或无纺布板状充填材16。此外,在以往法的实验开始时,投入污泥。
表7
试验系列 | 装置图号 | 驯化时间 |
处理水NH4-N(mg/L) |
处理水总氮(mg/L) |
处理水BOD(mg/L) |
本发明F |
图10 |
21天 |
0.5~1.0 |
7~10 |
7~14 |
本发明G |
图11 |
30天 |
0.4~0.9 |
2~8 |
7~14 |
本发明H |
图12 |
14天 |
0.4~0.5 |
2~5 |
5~10 |
本发明I |
图13 |
32天 |
0.5~1.0 |
14~29 |
4~10 |
以往法F |
(图10) |
45天 |
0.5~2.3 |
7~14 |
7~18 |
以往法G |
(图11) |
62天 |
0.5~5.2 |
2~12 |
7~18 |
以往法H |
(图12) |
25天 |
0.4~0.5 |
2~10 |
7~24 |
以往法I |
(图13) |
69天 |
0.5~7.6 |
22~60 |
12~30 |
从表7看出,在以往法F~I中,驯化时间长到25天~69天,驯化后,也时常出现处理水的水质恶化的倾向。这推测是细菌容易从附着载体16或无纺布板状充填材16剥离脱落,由此恶化水质。
对此,本发明F~I,驯化时间为14天~32天,与以往法相比短,驯化后的水质也极稳定。
此外,如果对比废水的种类相同的本发明F和以往法F、本发明G和以往法F、本发明H和以往法H、本发明I和以往法I,通过实施本发明,能够将驯化时间缩短到以往法的一半以下。这推测为,在本发明的情况下,通过从包含微生物载体14上细菌漏泄,不断向附着载体16供给细菌,能够在附着载体表面形成稳定的生物膜。由此,能够良好且稳定地维持处理水的水质。