CN1926072B - 含有氨性氮的水的硝化方法及处理方法 - Google Patents

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Abstract

组合硝化工序和自养脱氮细菌处理含有氨性氮的水时，适当设定硝化工序流出水中的亚硝酸和氨的比，从而高效地进行脱氮处理。用NH4-N浓度测定装置4、5测定导入硝化槽1中的原水和来自硝化槽1的硝化液的氨性氮浓度，根据该测定结果，用鼓风机控制器6来控制鼓风机3的曝气风量。由来自原水中和硝化槽1的硝化液中的NH4-N浓度差求出硝化液中的亚硝酸浓度A，在控制器6计算与硝化液的氨浓度B之比A/B，调节利用鼓风机3的硝化槽1的曝气风量，使得该A/B值达到1.1以上、优选达到1.1～2.0、特别优选达到1.2～1.5、尤其优选达到1.3～1.4。

Description

含有氨性氮的水的硝化方法及处理方法
技术领域
本发明涉及将含有氨性氮的水在氨氧化细菌存在的条件下曝气来进行硝化的方法，特别是涉及进行亚硝酸型硝化的含有氨性氮的水的硝化方法。本发明还涉及在该亚硝酸型硝化后，利用自养细菌进行脱氮处理的含有氨性氮的水的处理方法。
背景技术
废水中所含的氨性氮是河流、湖沼和海洋等富营养化的原因物质之一，有必要充分除去。一般而言，废水中的氨性氮经过下述2个阶段的生物反应被分解成氮气：即利用氨氧化细菌将氨性氮氧化成亚硝酸性氮，进而利用亚硝酸氧化细菌将该亚硝酸性氮的一部分氧化成硝酸性氮的硝化工序；以及把有机物用作电子供体，利用为异养细菌的脱氮菌将这些亚硝酸性氮和硝酸性氮分解成氮气的脱氮工序。
但是，就这样的以往的硝化脱氮法而言，在脱氮工序中必需大量的作为电子供体的甲醇等有机物，而且在硝化工序中还必需大量的氧，因此存在工作成本高的缺点。
近年来，提出了利用把氨性氮作伪电子供体、把亚硝酸性氮作为电子受体的自养微生物(以下有时称为“ANAMMOX菌”)，使氨性氮和亚硝酸性氮反应来进行脱氮的方法。通过这种方法，由于不需要添加有机物，因此与利用异养性脱氮菌的方法相比，可以降低成本。此外，自养性的微生物收率低、污泥产生量与异养性微生物相比明显减少，因此可以抑制剩余污泥的产生量。还有如下优点：没有在以往的硝化脱氮法中观察到的N2O的产生，能够减少对于环境的负荷。
Strous，M，et al.，Appl.Microbiol.Biotecnol.，50，p.589-596(1998)中报道了利用该ANAMMOX菌的生物脱氮工艺，认为氨性氮和亚硝酸性氮通过如下的反应被分解成氮气。
[化1]
1.0NH4 ++1.32NO2 -+0.066HCO3 -0.13H+
→1.02N2+0.26NO3 -+0.066CH2O0.5N0.15+2.03H2O    …(1)
为了进行利用该ANAMMOX菌的生物脱氮处理，利用氨氧化细菌处理废水中的氨性氮时，不是氧化到硝酸，而是必需进行将氧化停止在亚硝酸的亚硝酸型硝化。
已知氨性氮的硝化反应一般通过将DO(溶解氧)控制在低浓度来形成亚硝酸型。即，供给仅使氨性氮形成亚硝酸性氮所必需的量的氧，控制从亚硝酸性氮到硝酸性氮的氧化反应，由此进行亚硝酸型硝化。为了使DO保持低浓度，不断用例如DO传感器来测量反应槽内的DO浓度，根据该值来控制曝气风量。
然而，在容积小的实验装置中可以准确地控制DO浓度，可以实现亚硝酸型硝化，但在实际的水处理装置中，在进行曝气的反应槽内DO浓度发生分布，且DO传感器一般难以进行精密的连续测量。因此，对于实际装置中的DO浓度控制而言，不能将反应槽内的DO浓度长期均匀地控制在例如0.1mg/L单位的低浓度，可靠地进行亚硝酸型硝化，由于过量曝气，亚硝酸的一部分被氧化成硝酸。
在日本特开2003-10883号公报中，记载有：调节曝气风量，使得硝化槽内的硝化液或者从硝化槽流出的硝化液中的残留氨性氮浓度达到20ml/L以上，由此稳定且可靠地进行亚硝酸型硝化。
如上述日本特开2003-10883号公报所述，仅控制来自硝化工序的硝化液中的氨性氮浓度时，没有控制硝化液中的氨和亚硝酸的浓度比。
发明内容
本发明的目的在于：在将硝化工序和上述自养脱氮菌组合来处理含有氨性氮的水时，适当设定硝化工序流出水中的亚硝酸和氨之比，从而使高效地进行脱氮处理成为可能。
本发明的含有氨性氮的水的硝化方法是将含有氨性氮的水导入硝化槽中，在氨氧化细菌存在的条件下曝气来进行硝化的含有氨性氮的水的硝化方法，其特征在于，使从该硝化槽流出的硝化液中的亚硝酸的摩尔浓度A和氨的摩尔浓度B之比A/B为1.1以上。
依照本发明方法，通过使来自硝化槽的硝化液中的亚硝酸浓度和氨浓度之比A/B为1.1以上，可以高效地进行利用自养细菌的脱氮。
本发明的含有氨性氮的水的处理方法通过所述本发明的硝化方法将含有氨性氮的水硝化之后，利用自养细菌进行脱氮处理。
附图说明
[图1]是表示本发明的含有氨性氮的水的硝化方法的实施方式的流程图。
[图2]是脱氮处理工序的流程图。
[图3]是表示实施例1的原水的NH4-N浓度和处理水水质的经时变化的曲线图。
[图4]是表示实施例2的处理水的NH4-N浓度、NO2-N浓度和NO3-N浓度的经时变化的曲线图。
[图5]是表示比较例1的原水的NH4-N浓度和处理水水质的经时变化的曲线图。
[图6]是表示比较例2的处理水的NH4-N浓度、NO2-N浓度和NO3-N浓度的经时变化的曲线图。
具体实施方式
在本发明中，为了调节来自硝化槽的硝化液中的氨和亚硝酸的比率，优选利用以下1～3中的任意一种方法来控制操作因子(曝气量、水力滞留时间和流入水量的至少1个)。
方法1
测定流入水中的氨性氮浓度和凯式氮浓度的至少一个，根据该测定值计算使硝化液中的A/B比达到1.1以上的硝化液中的氨浓度或亚硝酸浓度的目标值。
在生物学地将有机态氮或氨性氮硝化成亚硝酸的硝化工序中，预先求出操作因子与所得处理水水质的关系，例如，曝气风量和处理水中的亚硝酸浓度的关系。然后控制操作因子，以便得到具有目标氨浓度或亚硝酸浓度的硝化液。
方法2
测定硝化液中的氨性氮和亚硝酸性氮的浓度，计算该硝化液中的A/B比。
控制操作因子，使得该硝化液中的A/B比达到1.1以上。
方法3
测定流入硝化槽的水中的氨浓度和凯式氮浓度的至少一个，由此计算作为目标的处理水的氨浓度或亚硝酸浓度。另外还测定硝化液中的凯式氮、氨性氮、亚硝酸性氮的至少一个的浓度，计算硝化液中的A/B比。
基于此来控制操作因子，使硝化液中的A/B比达到1.1以上。例如，比较硝化液中的A/B比与由流入水水质算得的目标A/B值，控制曝气量等，使得硝化液的A/B比接近目标值。
在上述方法1～3的任一种中都控制操作因子，使硝化液中的亚硝酸浓度与氨浓度之比A/B优选达到1.1～2.0，特别优选达到1.2～1.5，尤其优选达到1.3～1.4。
硝化液中的氨和亚硝酸的浓度与用于控制其的操作因子的关系如下。
生物学硝化反应是硝化细菌利用氧将氨氧化的反应，因此通过改变曝气风量控制供给到反应装置中的氧的量，可以调节硝化液所含的亚硝酸的量。
当使曝气量一定时，可以通过改变水力滞留时间来调节硝化液所含的亚硝酸的量。为了改变该滞留时间，可以改变流入水量，也可以预先并列设置多个反应槽，改变处理所用的反应槽的数量。
本发明的含有氨性氮的水的硝化方法，优选利用如下装置来实施：即测定流入水和硝化液的至少一个的氨性氮浓度的测定装置、由测定结果计算目标值的计算装置以及用于使硝化液中的亚硝酸/氨比A/B接近目标的控制装置。利用硝化槽的滞留时间来控制A/B比时，优选进一步设置测定原水流量的装置。另外，也可以测定凯式氮浓度来代替对氨性氮浓度进行直接测定。
对于氨或凯式氮浓度的测定装置而言，只要是能够掌握氨性氮浓度或凯式氮浓度的测定装置，无论是基于怎么样的测定原理的测定装置都可以使用。
对于计算装置而言，优选由测得的氨性氮浓度或凯式氮浓度计算硝化液中的目标氨、亚硝酸浓度，由预先求出的操作量与生成的亚硝酸浓度的关系计算必要的操作量的装置。根据该计算结果，控制装置对曝气量、滞留时间或流入水量进行控制。
对于利用自养细菌将对含有氨性氮的水进行硝化处理得到的硝化液进行脱氮处理的本发明的脱氮处理方法而言，由于亚硝酸浓度与氨性氮浓度以适当比率存在，因此脱氮反应有效地进行。
如上述反应式(1)所示，在该利用自养细菌进行的脱氮反应中，生成作为副产物的硝酸。因此，可以在该利用自养细菌进行的脱氮工序后，进一步设置用于除去硝酸的后脱氮工序。
此时，在利用自养细菌的脱氮工序的处理水中残留有氨时，在后脱氮工序中不能将其除去，从而氨会流出到体系外。因此，优选在自养细菌的处理水中基本不残留氨。具体而言，优选利用自养细菌的脱氮处理水中的氨浓度为50mg/L以下，特别优选为10mg/L以下。应说明的是，在该后脱氮工序中，由于不仅除去硝酸而且还除去亚硝酸，因此利用自养细菌的脱氮处理水中残留亚硝酸没有关系。
对含有氨性氮的水进行硝化处理之后的硝化液中的A/B比如上所述，达到1.3以上时，在来自利用自养细菌的脱氮工序的处理水中完全或几乎不残留氨。
下面参照附图详细说明本发明的具体方式。
图1是表示本发明的含有氨性氮的水的硝化方法的实施方式的流程图。
在图1中，1是硝化槽(曝气槽)，设有将从鼓风机3供给的空气进行曝气的散气管2。
在图1中，构成如下：设有用于测定导入硝化槽1中的原水和来自硝化槽1的硝化液的氨性氮浓度的NH4-N浓度测定装置4、5，根据NH4-N浓度测定装置4、5的测定结果，利用鼓风机控制器6控制鼓风机3的曝气风量。
该NH4-N浓度测定装置4、5可以使用隔膜型离子电极等。
在该控制器6，由原水与来自硝化槽1的硝化液中的NH4-N浓度差算出硝化液中的亚硝酸浓度A，计算与硝化液的NH4-N浓度B之比A/B，调节利用鼓风机3的硝化槽1的曝气风量，使得该A/B值达到1.1以上、优选达到1.1～2.0、特别优选达到1.2～1.5、尤其优选达到1.3～1.4。
在本发明中，对硝化槽的形式没有特别的限定，可以采用污泥悬浮式、固定床、流化床、颗粒法、海绵等载体添加法等的任意一种形式。
根据氨性氮浓度来调节曝气风量，由此可以稳定且可靠地进行亚硝酸型硝化。为了把硝化槽1中的氨氧化细菌的活性维持在很高，而且使亚硝酸氧化细菌的活性降低，优选将硝化槽1内的液体pH控制在5～9、特别优选控制在7～8，将亚硝酸离子浓度控制在50～10000mg-N/L、特别优选控制在200～3000mg-N/L，将温度控制在10～40℃、特别优选控制在20～35℃，将氮负荷控制在0.1～3kg-N/m3·天、特别优选控制在0.2～1kg-N/m3·天。
在图1中，通过泵9将碱剂罐8内的碱剂水溶液(例如苛性钠水溶液)添加到硝化槽1中，使得用pH计7检出的硝化槽1内的pH达到上述范围。
来自硝化槽1的硝化液利用ANAMMOX菌(自养细菌)进行生物脱氮处理。
图2是用于该利用自养细菌进行脱氮处理的优选的反应装置的示意图。来自硝化工序的硝化液通过配管10以向上流的方式通入立式的反应槽11内。在该反应槽11内存在自养细菌的絮凝物，利用自养细菌进行了脱氮处理的脱氮处理水通过配管12取出。
通过从配管12分支的、带有循环泵14的循环配管13，再次将脱氮处理水的一部分送回到反应塔10中进行再次脱氮处理。pH调整剂通过添加装置15添加于该循环配管13。
实施例和比较例
下面举出实施例和比较例更具体地说明本发明。
实施例1
在图1中，容积为300L的硝化槽1中装有海绵担体90L。向该硝化槽1投入来自污水污泥的活性污泥，将厌氧性硝化槽的上层清液(pH为7.5、NH4-N浓度约为400～500mg-N/L)作为原水以2m3/d的速度供给。水力学的槽内滞留时间(HRT)为约3.6小时。NH4-N浓度测定装置4、5使用隔膜型离子电极。
测定原水和硝化液的氨浓度，由原水中的NH4-N浓度设定硝化液的目标NH4-N浓度，控制来自鼓风机3的曝气风量，使得检出的实际硝化液的NH4-N浓度达到该目标NH4-N浓度。曝气风量在约6～9.6m3/Hr的范围变化。应说明的是，通过泵9注入苛性钠水溶液(浓度25％)，使得用pH计7检出的硝化槽1内的pH达到7.5。
硝化液中的NH4-N浓度、NO2-N浓度、NO3-N浓度以及原水中的NH4-N浓度的经时变化示于图3。如图3所示，硝化液中几乎不存在NO3-N，NO2-N的摩尔浓度A与NH4-N的摩尔浓度B之比A/B大约在1.3～1.4的范围变化。
实施例2
将实施例1的来自硝化槽1的硝化液通入图2所示的脱氮反应槽11中，进行脱氮处理。该反应槽11的容积是300L，填充ANAMMOX菌的颗粒180L。从添加装置15添加盐酸水溶液(浓度10％)，使得反应槽11内的pH达到7.3。
硝化液的流入水量设为2m3/d，反应槽11的HRT设为约3.6小时。
该脱氮处理水的NH4-N浓度、NO2-N浓度和NO3-N浓度的经时变化示于图4。
如图4所示，该脱氮处理水中的NH4-N浓度、NO2-N浓度和NO3-N浓度极低。
比较例1
使实施例1的曝气风量一定，为6m3/Hr，除此以外，对相同的原水进行相同的处理。原水中的NH4-N浓度、硝化液中的NH4-N浓度、NO2-N浓度和NO3-N浓度的经时变化示于图5。
如图5所示，A/B比在0.8～1.4的范围变化，基本在1.3以下。
比较例2
将比较例1的硝化液与实施例2相同地进行脱氮处理。该脱氮处理水的NH4-N浓度、NO2-N浓度和NO3-N浓度的经时变化示于图6。
如图6所示，由该比较例2可确认，原水中的NH4-N浓度和NO3-N浓度与图4的实施例2相比明显增高，而且NH4-N浓度的变化幅度明显大。

Claims (12)

1.含有氨性氮的水的硝化方法，其是将含有氨性氮的水导入硝化槽中，在氨氧化细菌存在的条件下曝气来进行硝化的含有氨性氮的水的硝化方法，其特征在于，使从该硝化槽流出的硝化液中的亚硝酸的摩尔浓度A和氨的摩尔浓度B之比A/B为1.1以上，测定流入硝化槽的水中的氨性氮浓度和凯式氮浓度的至少一个，根据该测定值，计算使硝化液中的A/B比达到1.1以上的硝化液中的氨浓度或亚硝酸浓度的目标值，控制曝气量、硝化槽滞留时间和流入硝化槽的水量的至少1个，以便能够得到具有目标氨浓度或亚硝酸浓度的硝化液。
2.含有氨性氮的水的硝化方法，其是将含有氨性氮的水导入硝化槽中，在氨氧化细菌存在的条件下曝气来进行硝化的含有氨性氮的水的硝化方法，其特征在于，使从该硝化槽流出的硝化液中的亚硝酸的摩尔浓度A和氨的摩尔浓度B之比A/B为1.1以上，测定流入硝化槽的水中的氨性氮浓度和凯式氮浓度的至少一个、和硝化液中的氨性氮浓度和凯式氮浓度的至少一个，根据该测定值，计算使硝化液中的A/B比达到1.1以上的硝化液中的氨浓度或亚硝酸浓度的目标值，控制曝气量、硝化槽滞留时间和流入硝化槽的水量的至少1个，以便能够得到具有目标氨浓度或亚硝酸浓度的硝化液。
3.如权利要求1或2所述的含有氨性氮的水的硝化方法，其特征在于，使所述比A/B为1.1～2.0。
4.如权利要求3所述的含有氨性氮的水的硝化方法，其特征在于，使所述比A/B为1.2～1.5。
5.如权利要求4所述的含有氨性氮的水的硝化方法，其特征在于，使所述比A/B为1.3～1.4。
6.如权利要求1或2所述的含有氨性氮的水的硝化方法，其特征在于，测定流入硝化槽的水和硝化液中的凯式氮浓度，由两者的差计算硝化液中的亚硝酸浓度A。
7.如权利要求1或2所述的含有氨性氮的水的硝化方法，其特征在于，测定流入硝化槽的水和硝化液中的氨性氮浓度，由两者的差计算硝化液中的亚硝酸浓度A。
8.如权利要求1或2所述的含有氨性氮的水的硝化方法，其特征在于，测定硝化液中的氨性氮和亚硝酸性氮的浓度，计算该硝化液中的A/B比，控制曝气量、硝化槽滞留时间和流入硝化槽的水量的至少1个，使得该A/B比达到1.1以上。
9.如权利要求1或2所述的含有氨性氮的水的硝化方法，其特征在于，将硝化槽内的液体的pH控制在5～9、亚硝酸离子浓度控制在50～10000mg-N/L、温度控制在10～40 ℃、氮负荷控制在0.1～3kg-N/m3·天。
10.如权利要求9所述的含有氨性氮的水的硝化方法，其特征在于，将硝化槽内的液体的pH控制在7～8、亚硝酸离子浓度控制在200～3000mg-N/L、温度控制在20～35℃、氮负荷控制在0.2～1kg-N/m3·天。
11.含有氨性氮的水的处理方法，其特征在于，用权利要求1或2的硝化方法对含有氨性氮的水进行硝化之后，利用自养细菌进行脱氮处理。
12.如权利要求11所述的含有氨性氮的水的处理方法，其特征在于，将用自养细菌进行了脱氮处理的水用异养细菌进行脱氮处理。
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