DE69616216T2

DE69616216T2 - Verfahren und Anlage für die biologische Entfernung von Stickstoff

Info

Publication number: DE69616216T2
Application number: DE69616216T
Authority: DE
Inventors: Hiroyoshi Emori; Nobuko Hashimoto; Masataka Kasai; Hiroki Nakamura; Kazuhiko Noto; Takako Ogasawara; Masaaki Shirai; Tatsuo Sumino
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd; Hitachi Plant Engineering and Construction Co Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 1995-08-10
Filing date: 1996-07-17
Publication date: 2002-05-02
Anticipated expiration: 2016-07-18
Also published as: US5997736A; EP0761607B1; EP0761607A1; CA2181481C; US6033569A; US5849180A; CA2181481A1; US5876603A; DE69616216D1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur biologischen Entfernung von Stickstoff sowie ein System dafür, genauer gesagt ein System zur biologischen Entfernung von Stickstoff aus Abwasser, enthaltend Ammoniakstickstoff in einer hohen Konzentration, wobei dieser Stickstoff nitrifiziert und denitrifiziert wird, durch die Verwendung von fixierten Mikroorganismen, wodurch im Abwasser enthaltenes Stickstoff entfernt wird.
Da Ammoniakstickstoff, enthalten im Wasser eines der Materialien ist, was den Abfall von gelöstem Sauerstoff in Wasserflächen für die öffentliche Verwendung hervorruft, in welche Abwasser einfließt, und da dieser Stickstoff auch Eutrophierung in einer geschlossenen Wasserfläche hervorruft, ist es notwendig, Ammoniakstickstoff aus Abwasser zu entfernen.
Als Verfahren zur biologischen Entfernung von Ammoniakstickstoff aus Abwasser ist ein normales Verfahren bekannt, umfassend die Verwendung eines einzelnen Belebtschlamm-Vordenitrifizierungsverfahrens, in welchem eine Nitrifizierungsreaktion von Ammoniak zu Salpetersäure durch die Verwendung nitrifizierender Bakterien, und eine Denitrifizierungsreaktion von Salpetersäure zu Stickstoff durch die Verwendung von denitrifizierenden Bakterien eingesetzt werden. In Übereinstimmung mit diesem Verfahren werden zwei Tanks verwendet, einschließlich eines Denitrifizierungstanks unter anaeroben Bedingungen und eines Nitrifizierungstanks unter aeroben Bedingungen. Im Nitrifizierungstank wird Zersetzung der organischen Substanz und Denitrifizierungsprozess durchgeführt durch die denitrifizierenden Bakterien, und im Nitrifizierungstank wird Ammoniakstickstoff im Abwasser zu Salpetersäure nitrifiziert, durch die nitrifizierenden Bakterien. Dann wird eine nitrifizierte Flüssigkeit, die im Nitrifizierungstank nitrifiziert wurde, durch den Denitrifizierungstank recycliert, wodurch eine Stickstoffkomponente im Abwasser entladen wird, als Stickstoffgas, was zur Entfernung führt. In diesem einstufegen Belebtschlamm-Vordenitrifizierungsverfahren, um die Nitrifizierungseffizienz zu verbessern, wird Fixierung der nitrifizierenden Bakterien beobachtet und ein Verfahren, in welchem die fixierten nitrifizierenden Bakterien in den Nitrifizierungstank gegeben werden, wird in der Praxis verwendet. Weiter wird ein Verfahren untersucht, in welchem die fixierten denitrifizierenden Bakterien in den Denitrifizierungstank gegeben werden.
Abwasser, unterworfen dem Belebtschlamm-Vordenitrifizierungsverfahren, ist hauptsächlich Abwasser mit einer Ammoniakstickstoffkonzentration (NH&sub4;-N) so gering wie etwa 20-60 mg/l, und mit dieser geringen Ammoniakstickstoffkonzentration schreitet die Nitrifizierungsreaktion glatt voran, wodurch die Ammoniakstickstoffkonzentration dem ausfließenden Wasser auf einige mg/l weniger verringert wird, als der Standard in einem Flussgebiet. Wie dem auch sei, wird Abwasser enthaltend eine hohe Ammoniakstickstoffkonzentration (ungefähr 400-5000 mg/l) in großer Menge hergestellt, wie z. B. in einem Entwicklungslabor, einer Fabrik zur Synthese anorganischer Materialien, einem Kraftwerk und ähnlichem, so wird die Ammoniakstickstoffkonzentration des ursprünglichen Abwassers auf weniger als 200 mg/l verdünnt und anschließend wird das biologische Verfahren durchgeführt. Als Resultat tritt das Problem auf, dass die Menge an zu behandelndem Abwasser sehr stark vergrößert wird, wodurch ein großes System zur biologischen Entfernung von Stickstoff benötig ist. Wie dem auch sei, es ist schwierig, solche großen Systeme in Städten zu installieren, wo größere Installationsflächen nicht erhältlich sind.
Als Verfahren der biologischen Verarbeitung des Abwassers mit einer hohen Konzentration an Ammoniakstickstoff haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung zuvor ein Verfahren zur Verarbeitung von Abwasser bei einer hohen Geschwindigkeit in einem mehrstufigen Prozess entwickelt, unter Verwendung von Mikroorganismen, eingeschlossen in einem organischen Gel. In Übereinstimmung mit diesem Verfahren wird Abwasser durch drei in Serie geschaltete Nitrifizierungstanks geleitet (Belüftungstanks), in welche Mikroorganismen eingeschlossen in organisches Gel gegeben werden. Zum Beispiel für den Fall, dass die Operationsbedingungen so ausgewählt werden, dass die Ammoniakstickstoffkonzentration des Abwassers 250 mg/l war (die Ammoniakstickstoffkonzentration des Abwassers, das in den ersten Tank hineinfloss) so war die Menge an verarbeitetem Abwasser 480 m³/Tag und die Verweilzeit war sieben Stunden. Die Qualität des verarbeiteten Wassers im dritten Tank war verringert auf einen Wert so gering wie 37,5 mg/l. Da die Nitrifiziergeschwindigkeit weiter im ersten Tank einen sehr hohen Wert von 123 mg-N/h·l-Medium hatte, konnte diese Tatsache dazu führen, dass das System kompakt gemacht werden konnte. Diese Nitrifiziergeschwindigkeit ist ein wichtiger Faktor, der sehr stark die Entfernungsrate von Stickstoff beeinflusst, zur Bestimmung der benötigten Kapazität eines Belüftungstanks. Je höher die Nitrifiziergeschwindigkeit, desto kompakter kann das System gemacht werden.
Wie oben beschrieben wurde die Notwendigkeit angesprochen, das System zur biologischen Entfernung von Stickstoff kompakt zu machen. Insbesondere, wenn das System zur biologischen Entfernung von Stickstoff zur Verarbeitung von Ammoniakstickstoff enthaltendem Abwasser mit einer hohen Konzentration kompakt gemacht werden kann, ist die Nützlichkeit davon sehr hoch.
Wie dem auch sei, im oben beschriebenen Fall des mehrstufigen Verfahrens, wenn Abwasser, in welchem die Ammoniakstickstoffkonzentration so hoch wie einige tausend mg/l ist, besteht das Problem, dass die Verdünnungsvergrößerung immer noch stärker erhöht werden muss, was immer noch unzufriedenstellend im Hinblick auf die weitere Kompaktmachung des Systems ist.
Daher wurde die Notwendigkeit angesprochen zur Entwicklung eines Systems zur biologischen Entfernung von Stickstoff, fähig zur Verarbeitung von Ammoniakstickstoff enthaltendem Abwasser mit einer hohen Konzentration, ohne Verdünnung, oder bei einer Konzentration einer geringen Verdünnungsvergrößerung.
Im Hinblick auf den Nitrifizierungsprozess und den Denitrifizierungsprozess wird im Allgemeinen ein Konzept angenommen, das im Nitrifizierungsprozess Ammoniakstickstoff zu salpetriger Säure oxidiert wird, durch Bakterien, die im Allgemeinen Nitrosomonas genannt werden, wonach zu Salpetersäure oxidiert wird, durch Nitrobacter. Anschließend wird zu Stickstoffgas im Denitrifizierungsprozess reduziert. Wie dem auch sei, falls in der Stufe der salpetrigen Säure, die ein Zwischenoxidationsprodukt im Nitrifizierungsprozess ist, salpetrige Säure in den Denitrifizierungsprozess eingeführt wird, d. h. Nitrifizierungs- und Denitrifizierungsreaktionen vom salpetrigen Säuretyp ausgeführt werden, so kann der Reaktionsprozess verkürzt und die Verarbeitungszeit in Übereinstimmung damit verkürzt werden, so dass dieser Faktor dazu beiträgt, das System weiter kompakt zu machen. Darüber hinaus kann die Reaktionsgeschwindigkeit angehoben werden.
US-A-4720344 offenbart eine Behandlung für Abwasser, umfassend ein suspendiertes mikrobiologisches System, enthaltend Nitrosomas- und Nitrobakter-Bakterien, wobei die mikrobielle Aktivität von Nitrobakter effektiv inhibiert wird. Y. Suwa et al., offenbaren in WATER RESEARCH 28 (1994), 1523-1532, einen Überblick über Ammoniak oxidierende Bakterien, mit verschiedenen Empfindlichkeiten gegenüber (NHa)&sub2;SO&sub4; in Belebtschlamm.
Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um die oben beschriebenen Nachteile zu überwinden. Sie hat ihre Ziele in der Zurverfügungstellung eines Verfahrens zur biologischen Entfernung von Stickstoff, sowie eines Systems dafür, wobei das System zur Entfernung von Stickstoff aus Ammoniakstickstoff enthaltendem Abwasser hochkompakt gemacht werden kann. Dieses Ziel wurde erreicht mit einem Nitrifizierverfahren, wobei eine Ammoniak enthaltende Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird mit nitrifizierenden Bakterien, umfassend Bakterien vom AH-Typ, unter aeroben Bedingungen, um so Ammoniakstickstoff in der Ammoniak enthaltenden Flüssigkeit zu nitrifizieren, wobei eine Ammoniak enthaltende Flüssigkeit mit einer Ammoniakstickstoffkonzentration von 400 mg/l oder mehr in der Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird mit fixiertem Medium vom aufschwimmenden Typ, und wobei die Beladung an Ammoniakstickstoff pro fixiertem Medium 500 mg-N/h·l-Medium oder mehr ist.
Weiter stellt die vorliegende Erfindung ein Nitrifizierverfahren zur Verfügung, wobei eine Ammoniak enthaltende Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird mit nitrifizierenden Bakterien, umfassend Bakterien vom AH- und vom AL-Typ, unter aeroben Bedingungen, um so Ammoniakstickstoff in der Ammoniak enthaltenden Flüssigkeit zu nitrifizieren, worin eine Ammoniak enthaltende Flüssigkeit mit einer Ammoniakstickstoffkonzentration von 150- 400 mg/l in der Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird mit fixiertem Medium vom aufschwimmenden Typ, und wobei die Beladung an Ammoniakstickstoff pro fixiertem Medium 500 mg-N/h·l-Medium oder mehr ist.
Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen definiert.
Zusätzlich dazu stellt die vorliegende Erfindung ein System zur biologischen Entfernung von Stickstoff zur Verfügung, wobei eine Ammoniak enthaltende Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird mit nitrifizierenden Bakterien unter aeroben Bedingungen, in einem Nitrifizierteil, und in Kontakt gebracht wird mit denitrifizierenden Bakterien unter anaeroben Bedingungen, in einem Denitrifizierteil, um so Ammoniakstickstoff aus der Ammoniak enthaltenden Flüssigkeit zu entfernen, wobei der Nitrifizierteil
- einen Einlass für besagte Ammoniak enthaltende Flüssigkeit;
- einen AH-Bakterien-Reaktionsteil, in welchem Ammoniakstickstoff in der Flüssigkeit nitrifiziert wird, unter aeroben Bedingungen, wobei eine Ammoniak enthaltende Flüssigkeit mit einer Ammoniakstickstoffkonzentration von 400 mg/l oder mehr in der Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird mit fixiertem Medium vom aufschwimmenden Typ, und wobei die Beladung an Ammoniakstickstoff pro fixiertem Medium 500 mg-N/h·l-Medium oder mehr ist;
- einen AH/AL-Bakterien-Reaktionsteil, in welchem Ammoniakstickstoff in der Flüssigkeit nitrifiziert wird, unter aeroben Bedingungen, worin eine Flüssigkeit, enthaltend Ammoniak mit einer Ammoniakstickstoffkonzentration von 150-400 mg/l in der Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird mit fixiertem Medium vom aufschwimmenden Typ, und wobei die Beladung an Ammoniakstickstoff pro fixiertem Medium 500 mg-N/h·l- Medium oder mehr ist, umfasst, wobei der AH-Bakterien-Reaktionsteil vor dem AH/AL-Bakterien-Reaktionsteil vorgesehen sein kann.
Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen gegeben.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben gefunden, dass erstens sowohl AH- Bakterien als auch AL-Bakterien Bakterien sind zur Oxidation von Ammoniakstickstoff zu salpetriger Säure und dass unter den Bedingungen, unter denen diese AH-Bakterien und AL-Bakterien bevorzugt wachsen, die Rate an salpetriger Säure im gesamten Salpeteroxidmaterial hoch ist (Gesamtmenge an salpetriger Säure und Salpetersäure), hergestellt durch die Oxidation von Ammoniakstickstoff, und dass zweitens weiter, wenn eine Flüssigkeit, enthaltend einen hohen Anteil an salpetriger Säure denitrifiziert wird, salpetrige Säure reduzierende Bakterien, die denitrifizierende Bakterien vom Typ der Denitrifizierung von salpetriger Säure sind, bevorzugt wachsen. Aufgrund dieser Befunde wurde die vorliegende Erfindung entwickelt.
Zum Beispiel wird mit einer Flüssigkeit, enthaltend den Ammoniakstickstoff, eingeflossen in einem Effluentteil, solch ein Nitrifizierverfahren durchgeführt, dass die Rate der salpetrigen Säure als Zwischenoxidationsmaterial höher ist als die der Salpetersäure, das endgültige Oxid, wobei besagte Flüssigkeit unter aeroben Bedingungen in einem Reaktionsteil, enthaltend Medien mit diesen in Kontakt gebracht wird, wobei AH- Bakterien bevorzugt wachsen. Weiter wird die nitrifizierte Flüssigkeit, in der die Rate an salpetriger Säure höher ist in eine Reaktion im Reaktionsteil, enthaltend die denitrifizierenden Bakterien, gegeben, wobei die denitrifizierenden Bakterien vom Typ der Denitrifizierung der salpetrigen Säure bevorzugt wachsen, so dass salpetrige Säure zu Stickstoffgas reduziert und entfernt werden kann.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Natur dieser Erfindung wird im Folgenden erklärt unter Verweis auf die begleitenden Zeichnungen, in denen identische Referenzzeichen gleiche oder ähnliche Teile benennen.
Fig. 1 ist eine Zeichnung, die die Beziehung zeigt zwischen der Nitrifiziergeschwindigkeit und der Anzahl an AH-Bakterien gegen die Ammoniakstickstoffkonzentration.
Fig. 2 ist eine Zeichnung, die die Beziehung zeigt zwischen der Nitrifiziergeschwindigkeit und der Anzahl an AL-Bakterien gegen die Ammoniakstickstoffkonzentration.
Fig. 3 ist eine Zeichnung, die die Beziehung zeigt zwischen den Nitrifiziergeschwindigkeiten der AH-Bakterien und AL-Bakterien gegen die Ammoniakstickstoffkonzentration.
Fig. 4 ist eine Zeichnung, die die Beziehung zeigt zwischen der Anzahl an Bakterien und der Rate an salpetriger Säure, bezogen auf die Gesamtmenge an Stickoxidmaterialien, als Produkte der Reaktion der Nitrifizierungsreaktion, wenn die Ammoniakstickstoffbeladung pro Medium zwischen 100 und 600 mg- N/h·l-Medium verändert wird, während die Ammoniakstickstoffkonzentration bei 200 mg/l gehalten wird.
Fig. 5 ist eine Zeichnung, die die Beziehung zeigt zwischen der Anzahl an Bakterien und der Rate an salpetriger Säure, bezogen auf das gesamte Stickoxidmaterial, wenn die Ammoniakstickstoffbeladung pro Medium zwischen 100 und 600 mg-N/h·l-Medium verändert wird, wobei die Ammoniakstickstoffkonzentration bei 500 mg/l gehalten wird.
Fig. 6 ist ein Blockdiagramm, das die Nitrifizierungstanks zeigt, vorgesehen in zwei Stufen in Serie, in einem System zur biologischen Entfernung von Stickstoff in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
Fig. 7 ist ein Blockdiagramm, das die Nitrifizierungstanks zeigt, vorgesehen in drei Stufen in Serie, in einem System zur biologischen Entfernung von Stickstoff in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
Fig. 8 ist ein Blockdiagramm, das die Nitrifizierungstanks zeigt, vorgesehen in drei Stufen in Serie, wobei die dritte Stufe ein Tank mit Belebtschlamm ist, in einem System zur biologischen Entfernung von Stickstoff in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
Fig. 9 ist ein Blockdiagramm, das ein System zur biologischen Entfernung von Stickstoff in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt, bestehend aus Nitrifizierung und Denitrifizierung.
Fig. 10 ist ein Blockdiagramm, das ein System zur biologischen Entfernung von Stickstoff in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt, bestehend aus Nitrifizierung, Denitrifizierung und Nitrifizierung.
Fig. 11 ist ein Blockdiagramm, das ein System zur biologischen Entfernung von Stickstoff in Übereinstimmung der vorliegenden Erfindung zeigt, bestehend aus Nitrifizierung, Denitrifizierung, Nitrifizierung und Denitrifizierung.
Fig. 12 ist ein Blockdiagramm, das ein System zur biologischen Entfernung von Stickstoff in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt, bestehend aus Nitrifizierung, Denitrifizierung, Nitrifizierung, Denitrifizierung und Nitrifizierung.
Fig. 13 ist ein Blockdiagramm, das ein System zur biologischen Entfernung von Stickstoff in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt, bestehend aus Nitrifizierung, Denitrifizierung, Nitrifizierung, Denitrifizierung, Nitrifizierung und Denitrifizierung.
Fig. 14 ist ein Blockdiagramm, das ein System zur biologischen Entfernung von Stickstoff zeigt, bestehend aus Nitrifizierung, Nitrifizierung und Denitrifizierung.
Fig. 15 ist ein Blockdiagramm, das Reaktionstanks zeigt, bestehend aus einem Paar an AH-Bakterien-Nitrifizierungstanks und -Denitrifizierungstanks, vorgesehen in einer Mehrzahl von Stufen in Serie.
Fig. 16 ist ein Blockdiagramm zum Erklären eines Systems zur biologischen Entfernung von Stickstoff mit einer Vorrichtung zur Verdickung des Ammoniakstickstoffs in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
Fig. 17 ist ein Blockdiagramm zum Erklären eines Systems zur biologischen Entfernung von Stickstoff, mit einer weiteren Vorrichtung zur Verdickung des Ammoniakstickstoffs in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
Fig. 18 ist eine Ansicht, die die Operationsbedingungen und die Resultate einer Ausführungsform zeigt, in der ein System zur biologischen Entfernung von Stickstoff mit der Vorrichtung zur Verdickung des Ammoniakstickstoffs in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird (in Übereinstimmung mit Fig. 16).
Fig. 19 ist eine Ansicht, die die Operationsbedingungen und die Resultate einer Ausführungsform zeigt, in der ein System zur biologischen Entfernung von Stickstoff mit der Vorrichtung zur Verdickung des Ammoniakstickstoffs in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird (in Übereinstimmung mit Fig. 16).
Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt auf der Basis des Wissens, dass AH- Bakterien und AL-Bakterien, die im Folgenden beschrieben werden, umfasst werden von den Typen der nitrifizierenden Bakterien. Zunächst werden daher AH-Bakterien und AL-Bakterien, benötigt zum Verständnis der vorliegenden Erfindung, beschrieben werden, bevor das System zur Bearbeitung von Abwasser in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung beschrieben werden wird.
Werden Medien, tragend nitrifizierende Bakterien, in drei Tanks gegeben und ein dreistufiger Prozess durchgeführt, in welchem Ammoniakstickstoffabwasser durch die drei Tanks hindurchgeleitet wird, um das Ziel der Beschleunigung des Nitrifizierungsprozesses auf eine hohe Geschwindigkeit zu erreichen, so waren die Erfinder der vorliegenden Erfindung fähig, eine Nitrifiziergeschwindigkeit, so hoch wie 123 mg-N/h·l-Medium zu erreichen. Um den Grund für diese Tatsache herauszufinden, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung die nitrifizierenden Bakterien, enthalten in den Medien, gereinigt und die Eigenschaften der Bakterien untersucht. Als Resultat haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung die üblicherweise nitrifizierende Bakterien genannte Bakterien grob eingeteilt in die Folgenden: es gibt nitrifizierende Bakterien (AH-Bakterien), die eine hohe Aktivität unter der Bedingung einer hohen Ammoniakstickstoffkonzentration zeigen, sowie nitrifizierende Bakterien (AL-Bakterien), die eine hohe Aktivität unter der Bedingung einer geringen Ammoniakstickstoffkonzentration zeigen. Sowohl AH-Bakterien als auch AL-Bakterien sind die Bakterien zum Oxidieren des Ammoniakstickstoffs zu salpetriger Säure, ein Zwischenoxidationsmaterial.
Dann haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung versucht, diese beiden Arten an nitrifizierenden Bakterien zu spezifizieren, durch Spezifizierung der nitrifizierenden Bakterien wie folgt: nitrifizierende Bakterien gefunden nach Kultivierung für acht Wochen in einer Ammoniumsulfatflüssigkeit mit einer hohen Konzentration von 5000 mg/l wurden als AH-Bakterien klassifiziert und nitrifizierende Bakterien, gefunden nach Kultivierung für acht Wochen in Ammoniumsulfat mit einer geringen Konzentration von 100 mg/l wurden als AL-Bakterien klassifiziert.
Um die Eigenschaften der AH-Bakterien und AL-Bakterien zu bestimmen, die so spezifiziert sind, wurde die Nitrifiziergeschwindigkeit des Mediums und die Dichte an Bakterien, die im Medium lebend vorliegen, wenn AH-Bakterien und AL-Bakterien kultiviert werden, detailliert gemessen, wobei die Ammoniakstickstoffkonzentration verändert wurde. Dabei wurden die in den Fig. 1 und 2 gezeigten Beziehungen erhalten.
Fig. 1 zeigt die Anzahl der Bakterien und die Nitrifiziergeschwindigkeit von AH-Bakterien im Hinblick auf die Ammoniakstickstoffkonzentration und Fig. 2 zeigt die Anzahl an Bakterien und die Nitrifiziergeschwindigkeit von AL-Bakterien im Hinblick auf die Ammoniakstickstoffkonzentration. Die Nitrifiziergeschwindigkeit ist ein wichtiger Faktor zur Bestimmung der benötigten Kapazität der Nitrifizierungstanks sowie im Hinblick auf die Beeinflussung der Rate der Stickstoffentfernung. Je höher die Nitrifiziergeschwindigkeit ist, desto kompakter kann das System gemacht werden.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, liegen die AH-Bakterien nur in einer geringen Anzahl vor und die Nitrifiziergeschwindigkeit ist gering, wenn die Ammoniakstickstoffkonzentration 200 mg/l oder weniger beträgt. Wie dem auch sei, ist die Ammoniakstickstoffkonzentration 400 mg/l oder mehr, so wird die Anzahl an Bakterien erhöht auf eine Anzahl, die doppelt so groß ist, und die Nitrifiziergeschwindigkeit pro Medium wird erhöht auf 300 mg-N/h·l-Medium, auf einen Wert dreimal so groß wie der Wert bei der geringen Konzentration.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, liegen die AL-Bakterien in einer hohen Anzahl vor, wenn die Ammoniakstickstoffkonzentration 200 mg/l oder weniger beträgt, wobei das Maximum der Nitrifiziergeschwindigkeit in der Nähe von 100 mg/l liegt. Im Bereich von weniger als 100 mg/l kontrolliert die Diffusionsrate an Ammoniak die Nitrifiziergeschwindigkeit, als geschwindigkeitsbestimmenden Schritt, wodurch die scheinbare Nitrifiziergeschwindigkeit verringert wird. Weiter ist die Nitrifiziergeschwindigkeit verringert im Bereich von 100 mg/l oder mehr. Es ist wahrscheinlich, dass dies durch die Tatsache hervorgerufen wird, dass die Bakterien durch Ammoniak vergiftet werden.
Fig. 3 zeigt die Nitrifiziergeschwindigkeit, wenn nitrifizierende Bakterien im Bereich von 150-400 mg/l kultiviert werden, ein Bereich, in dem das gemischte Wachstum von AH- Bakterien und AL-Bakterien beobachtet wird. Während dieser Zeit erreicht die Nitrifiziergeschwindigkeit einen Wert so hoch wie 300-450 mg-N/h·l-Medium, durch den kombinierten Effekt durch das Mischen der beiden Arten von Bakterien.
Da weiterhin die Beladungsbedingungen an Ammoniakstickstoff pro Medium wichtig für die Bedingungen der Kultivierung und Beibehaltung der Bakterien sind, wurden die Eigenschaften von AH-Bakterien und AL-Bakterien untersucht, unter Bedingungen der Koexistenz mit oxidierenden Bakterien für salpetrige Säure, als nitrifizierende Bakterien zum Oxidieren von salpetriger Säure zu Salpetersäure, als endgültiges Oxidprodukt, während die Beladungsbedingungen an Ammoniakstickstoff verändert wurden, unter Bedingungen, in denen die Ammoniakstickstoffkonzentration auf einem zuvor bestimmten Level beibehalten wird. Fig. 4 zeigt die Anzahl an Bakterien und die Rate der Erzeugung der salpetrigen Säure, bezogen auf die gesamten Stickoxidmaterialien (Gesamtmenge an salpetriger Säure und Salpetersäure), als Reaktionsprodukt der Nitrifizierungsreaktion, wenn die Beladung an Ammoniakstickstoff pro Medium zwischen 100 und 600 mg-N/h·l-Medium verändert wird, währen die Ammoniakstickstoffkonzentration bei 200 mg/l beibehalten wird. Fig. 5 zeigt die Anzahl an Bakterien und die Rate der Erzeugung an salpetriger Säure, bezogen auf die Gesamtmenge an Stickoxidmaterialien, wenn die Beladung an Ammoniakstickstoff pro Medium verändert wird zwischen 100 und 600 mg-N/h·l-Medium, während die Ammoniakstickstoffkonzentration bei 500 mg/l gehalten wird.
Fig. 4 zeigt, dass, wenn die Kultivierung durchgeführt wird, bei einer Ammoniakstickstoffkonzentration von 200 mg/l, ein gemischtes Biota erhalten wird, bestehend aus AH- Bakterien, AL-Bakterien und den Bakterien, die salpetrige Säure oxidieren. Es wurde gefunden, dass, wenn die Beladung an Ammoniakstickstoff pro Medium 300 mg-N/h·l- Medium oder weniger beträgt, die Anzahl an Bakterien so gering wie 10&sup7; ist. Wie dem auch sei, wird die Beladung an Ammoniakstickstoff pro Medium vergrößert, so wird die Anzahl an Bakterien merklich vergrößert, wenn die Beladung an Ammoniakstickstoff pro Medium 400 mg-N/h·l-Medium oder mehr ist, wobei die Anzahl an Bakterien bei 108 oder mehr gehalten werden kann, und wenn die Beladung an Ammoniakstickstoff pro Medium 500 mg-N/h·l-Medium oder mehr beträgt, die Anzahl an Bakterien bei 109 oder mehr gehalten werden kann. Andererseits wurde gefunden, dass, wenn die Beladung an Ammoniakstickstoff pro Medium vergrößert wird, die Erzeugungsrate an salpetriger Säure, bezogen auf die gesamten Stickoxidmaterialien, parallel vergrößert wird zu einem merklichen Anstieg der Anzahl an Bakterien und dass, wenn die Beladung an Ammoniakstickstoff pro Medium 500 mg-N/h·l-Medium oder mehr beträgt, die Erzeugungsrate von salpetriger Säure etwa 100% beträgt.
Weiterhin, wie Fig. 5 zeigt, wenn eine Kultivierung durchgeführt wurde bei einer Ammoniakstickstoffkonzentration von 500 mg/l, wurde eine einzelne Biota erhalten, enthaltend nur AH-Bakterien. Dann wurde die Anzahl an Bakterien, die Rate der Erzeugung an salpetriger Säure, bezogen auf die Gesamtstickoxidmaterialien, und die Beladung an Ammoniakstickstoff pro Medium vergrößert, resultierend in einer merklichen Erhöhung der Anzahl an Bakterien und der Erzeugungsrate von salpetriger Säure, so dass ein Resultat ähnlich wie im Fall der Fig. 4 beobachtet werden konnte.
In Übereinstimmung damit wurde aus Fig. 4 und 5 gefolgert, dass sowohl im gemischten Biota zwischen AH-Bakterien, AL-Bakterien und den oxidierenden Bakterien für salpetrige Säure als auch für die gemischte Biota zwischen AH-Bakterien und den oxidierenden Bakterien für salpetrige Säure gilt, dass AH-Bakterien und AL-Bakterien bevorzugt wachsen und die Dichte an Bakterien erhöht wird durch Erhöhung der Beladung an Ammoniakstickstoff pro Medium, resultierend in einer Erhöhung der Nitrifiziergeschwindigkeit pro Medium. Weiter, durch Erhöhung der Beladung an Ammoniakstickstoff pro Medium, wachsen AH-Bakterien und AL-Bakterien, die die nitrifizierenden Bakterien für die Oxidation von Ammoniakstickstoff zu salpetriger Säure sind, bevorzugt, wodurch AH-Bakterien und AL-Bakterien die Nitrifizierungsreaktion bestimmen, so dass die Nitrifizierungsreaktion vom Typ der salpetrigen Säure bevorzugt durchgeführt wird.
Im Fall der immobilisierten Pellets (Belebtschlamm, eingeschlossen in einem organischen Gel), kann durch Erhöhung der Beladung an Ammoniakstickstoff pro Medium der Ammoniakstickstoff, der eine Ernährungsquelle ist, zufriedenstellendermaßen dem Inneren der fixierten Medien zugeführt werden, wodurch ein Anstieg der Anzahl an Bakterien erreicht wird, sowie eine Erhöhung der Nitrifiziergeschwindigkeit pro Medium, was weiter dazu führt, dass bevorzugt die Nitrifizierungsreaktion vom Typ der salpetrigen Säure durchgeführt wird.
Aus der oben beschriebenen Prüfung kann das Folgende über AH-Bakterien und AL- Bakterien gesagt werden.
(1) Die Bakterien, die im Allgemeinen nitrifizierte Bakterien genannt werden als Ammoniak oxidierende Bakterien, können grob eingeteilt werden in AH-Bakterien, die eine hohe Aktivität unter Bedingungen einer hohen Ammoniakstickstoffkonzentration zeigen, und AL-Bakterien, die eine hohe Aktivität unter Bedingungen einer geringen Ammoniakstickstoffkonzentration zeigen. Diese Bakterien sind nitrifizierende Bakterien zum Oxidieren von Ammoniakstickstoff zu salpetriger Säure.
(2) AH-Bakterien wachsen bevorzugt im Bereich der Ammoniakstickstoffkonzentration von 400 mg/l oder mehr, die Anzahl an Bakterien ist merklich erhöht, die Nitrifiziergeschwindigkeit merklich vergrößert und zur gleichen Zeit wird die Reaktion vom Typ der salpetrigen Säure durchgeführt in der Gegenwart von oxidierenden Bakterien für salpetrige Säure. Wie dem auch sein, in einer Region einer geringen Ammoniakstickstoffkonzentration verschwindet die Nitrifizierkapazität fast. Dies erscheint eine Eigenschaft von AH-Bakterien zu sein, die Aktivität unter hoher Konzentration zeigen, aber die keine Aktivität bei geringer Konzentration haben.
(3) AL-Bakterien wachsen bevorzugt im Bereich der Ammoniakstickstoffkonzentration von 200 mg/l oder weniger, die Anzahl an Bakterien ist merklich vergrößert und die Nitrifiziergeschwindigkeit zeigt einen parabolischen Verlauf mit einem Maximum bei etwa 100 mg/l.
(4) Im Bereich der Ammoniakstickstoffkonzentration von 150-400 mg/l wachsen AH-Bakterien und AL-Bakterien gemischt, die Nitrifiziergeschwindigkeit hat einen kombinierten Effekt durch das Mischen der beiden Arten an Bakterien (siehe Fig. 3) und zur gleichen Zeit wird die Reaktion vom Typ der salpetrigen Säure durchgeführt in der Gegenwart von oxidierenden Bakterien für salpetrige Säure.
(5) Sowohl im gemischten Biota zwischen AH-Bakterien, AL-Bakterien und den oxidierenden Bakterien für salpetrige Säure als auch beim gemischten Biota zwischen AH-Bakterien und den oxidierenden Bakterien für salpetrige Säure, wachsen AH- Bakterien und AL-Bakterien bevorzugt durch Vergrößerung der Beladung an Ammoniakstickstoff pro Medium und die Anzahlen der Bakterien werden vergrößert, mit dem Resultat, dass die Nitrifiziergeschwindigkeit pro Medium vergrößert wird. Zur gleichen Zeit wachsen AH-Bakterien und AL-Bakterien, die die Bakterien zum Oxidieren des Ammoniakstickstoffes zu salpetriger Säure sind, bevorzugt, so dass AH-Bakterien und AL-Bakterien die Nitrifizierungsreaktion bestimmen, so dass hauptsächlich die Nitrifizierungsreaktion vom Typ der salpetrigen Säure stattfindet.
Werden die oben beschriebenen Befunde (1) bis (5) kombiniert überwacht, durch In- Kontakt-bringen einer Flüssigkeit, enthaltend Ammoniak, mit einer Ammoniakstickstoffkonzentration von 400 mg/l oder mehr, mit fixierten Medien, in denen AH-Bakterien als nitrifizierende Bakterien bevorzugt wachsen, in aeroben Bedingungen, so wird Ammoniakabwasser mit einer hohen Konzentration verarbeitet im Zustand der hohen Konzentration und die Nitrifizierungsreaktion vom Typ der salpetrigen Säure, die salpetrige Säure produziert, als Zwischenoxidationsprodukt des Ammoniakstickstoffs, kann durchgeführt werden. Durch Durchführen der Nitrifizierungsreaktion vom Typ der salpetrigen Säure kann die Beladung von zusätzlichen organischen Substanzen, benötigt für den Denitrifizierungsprozess, verringert werden, verglichen mit dem Fall, in dem eine konventionelle Nitrifizierungsreaktion vom Typ der Salpetersäure durchgeführt wird. Wird in diesem Fall versucht, die Beladung an Ammoniakstickstoff pro Medium des fixierten Mediums, in welchem besagte AH-Bakterien bevorzugt wachsen, auf 500 mg-N/h·l- Medium oder mehr anzuheben, vorzugsweise 600 mg-N/h·l-Medium oder mehr, so wird die Nitrifiziergeschwindigkeit weiter angehoben, ein stärker beschleunigter Prozess kann durchgeführt werden und zur gleichen Zeit kann die Nitrifizierungsreaktion vom Typ der salpetrigen Säure die Reaktion bestimmen. Wird Luft stark in das Abwasser eingebracht, so wird Ammoniak im Ammoniakabwasser mit einer hohen Konzentration in Luft freigesetzt. Als Resultat nimmt die Konzentration an Ammoniak geringfügig ab. In diesem Fall allerdings tritt ein sekundäres Problem auf.
In Übereinstimmung damit, um biologisch Ammoniak aus Ammoniakabwasser mit einer hohen Konzentration zu entfernen, ist die erwünschte Abnahme der Konzentration an Ammoniakstickstoff geringer als 800 mg/l pro Verfahren.
Durch In-Kontakt-bringen einer Flüssigkeit, enthaltend Ammoniak mit einer Ammoniakstickstoffkonzentration von 100-400 mg/l oder mehr, in der Flüssigkeit, mit fixierten Medien, in welchen AH-Bakterien und AL-Bakterien, die die nitrifizierenden Bakterien sind, gemischt wachsen, unter aeroben Bedingungen, kann das Ammoniakabwasser, mit einer mittleren bis geringen Konzentration mit einer hohen Geschwindigkeit verarbeitet werden und die Nitrifizierungsreaktion vom Typ der salpetrigen Säure, zur Herstellung von salpetriger Säure, als Zwischenoxidationsmaterial des Ammoniakstickstoffes, kann durchgeführt werden. Durch Durchführen der Nitrifizierungsreaktion vom Typ der salpetrigen Säure kann die Beladung eines zusätzlichen organischen Materials, benötigt für die Denitrifizierung, verringert werden, verglichen mit dem Fall, in dem eine konventionelle Nitrifizierungsreaktion vom Salpetersäuretyp durchgeführt werden. In diesem Fall wird ebenfalls, wenn versucht wird, die Beladung eines Ammoniakstickstoff pro Medium vom Typ des Mediums, in welchem besagte AH-Bakterien und AL-Bakterien gemischt und fixiert sind, auf 500 mg-N/h·l-Medium oder mehr, vorzugsweise 600 mg-N/h·l-Medium oder mehr anzuheben, die Nitrifiziergeschwindigkeit weiter erhöht, so dass ein stärker beschleunigter Prozess durchgeführt werden kann und zur gleichen Zeit die Nitrifizierungsreaktion vom Typ der salpetrigen Säure die Reaktion dominieren kann.
In Übereinstimmung damit kann, durch geeigneten Einsatz der Eigenschaften von AH- Bakterien, geeignet für die Behandlung von Abwasser mit einer hohen Ammoniakstickstoffkonzentration, und der Eigenschaften von AH-Bakterien und AL-Bakterien, wobei AH-Bakterien und AL-Bakterien, die geeignet sind zur Behandlung von Abwasser mit einer mittleren Ammoniakstickstoffkonzentration, gemischt wachsen, Abwasser, einschließlich Abwasser mit einer hohen Ammoniakstickstoffkonzentration, von einem Entwicklungslabor, einer Synthesefabrik für anorganische Materialien, einem Kraftwerk und ähnliches, und Abwasser mit einer niedrigen Ammoniakstickstoffkonzentration, wie städtisches Abwasser und ähnliches, effizient und mit einer hohen Geschwindigkeit verarbeitet werden, wobei zur gleichen Zeit die Nitrifizierungsreaktion vom Typ der salpetrigen Säure durchgeführt werden kann, so dass das System zur biologischen Entfernung von Stickstoff kompakt gemacht werden kann.
Fig. 6 bis 14 sind Beispiele an Anordnungen für das System zur biologischen Entfernung von Stickstoff in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, konstruiert auf der Grundlage der oben beschriebenen Befunde.
Fig. 6 bis 8 zeigen Fälle, in denen Nitrifizierungstanks in mehreren Stufen vorgesehen sind.
Fig. 6 zeigt einen zweistufigen Prozess, in welchem Abwasser mit Ammoniakstickstoff durch zwei in Serie geschaltete Nitrifizierungstanks fließt. Fig. 7 ist ein Beispiel eines dreistufigen Prozesses, in welchem Abwasser mit Ammoniakstickstoff durch drei in Serie geschaltete Nitrifizierungstanks geleitet wird. Weiter ist Fig. 8 ein Beispiel, in dem ein Nitrifizierungstank vom Belebtschlamm-Typ und ein Absetztank anstelle des Nitrifizierungstanks der dritten Stufe, gezeigt in Fig. 7, vorgesehen sind. In den entsprechenden Nitrifizierungstanks werden fixierte Medien verwendet, in welchen AH-Bakterien bevorzugt wachsen in Übereinstimmung mit der Konzentration an Ammoniakstickstoff, die in den entsprechenden Nitrifizierungstank hineinfließt, oder fixierte Medien, in denen AH- Bakterien und AL-Bakterien gemischt wachsen oder fixierte Medien, in denen AH- Bakterien bevorzugt wachsen.
Mit dieser Anordnung in den entsprechenden Nitrifizierungstanks können Operationen durchgeführt werden, fähig zum Erhalt der maximalen Nitrifiziergeschwindigkeit in Übereinstimmung mit der Ammoniakstickstoffkonzentration, so dass die Nitrifizierungsreaktion effizient durchgeführt werden kann, die Ammoniakstickstoffkonzentration effektiv verringert werden kann und das Verfahren bei einer hohen Geschwindigkeit durchgeführt werden kann.
Fig. 9 bis 14 sind weitere Beispiele für den Fall, dass das System einen Nitrifizierungstank oder mehrere Nitrifizierungstanks und einen Denitrifizierungstank oder mehrere Denitrifizierungstanks umfasst. Fig. 9 zeigt den Fall, dass das System aus einem Nitrifizierungstank und einem Denitrifizierungstank besteht, wobei das Abwasser durch den Nitrifizierungstank und den Denitrifizierungstank, vorgesehen in Reihe, geleitet wird, wobei für die in die entsprechenden Tanks gegebenen fixierten Medien das Folgende gilt. In den Nitrifizierungstank, für den Fall, dass die Ammoniakstickstoffkonzentration im Abwasser hoch ist, werden fixierte Medien, in denen AH-Bakterien bevorzugt wachsen, gegeben, im Fall einer mittleren bis geringen Ammoniakstickstoffkonzentration werden fixierte Medien, in denen AH-Bakterien und AL-Bakterien gemischt wachsen, in diesen Tank gegeben. Belebtschlamm vom aufschwimmenden Typ, enthaltend denitrifizierende Bakterien oder fixierte Medien mit denitrifizierenden Bakterien werden in den Denitrifizierungstank gegeben, sowie eine Kohlenstoffquelle, wie Methanol als Wasserstoffquelle für die denitrifizierenden Bakterien, wird in eine nitrifizierte Flüssigkeit gegeben, die aus dem Nitrifizierungstank in den Denitrifizierungstank fließt. Der Grund der Zugabe der Kohlenstoffquelle zum Denitrifizierungstank ist wie folgt: wird Abwasser aus dem Nitrifizierungstank zum Denitrifizierungstank geleitet, so wird die in dem Abwasser enthaltene organische Substanz (die die Wasserstoffquelle für die denitrifizierenden Bakterien ist) auch oxidiert und verringert, so dass eine Wasserstoffquelle zur nitrifizierten Flüssigkeit zugegeben werden muss. Wie dem auch sei, im Hinblick auf ökonomische Überlegungen ist es erwünscht, die Beladung der Zugabe so weit wie möglich zu verringern. Anstelle der Zugabe einer Kohlenstoffquelle, wie Methanol, als Wasserstoffquelle, kann eine Bypass-Leitung des ursprünglichen Abwassers zum Denitrifizierungstank vorgesehen werden, um einen Teil der im Abwasser enthaltenen organischen Substanz dem Denitrifizierungstank zuzuleiten.
Fig. 10 zeigt eine Anordnung für einen Fall, in dem ein zweiter Nitrifizierungstank weiter vorgesehen ist, nach dem Denitrifizierungstank, gezeigt in der Anordnung der Fig. 9, wobei die nitrifizierte Flüssigkeit vom zweiten Nitrifizierungstank durch den Denitrifizierungstank recycliert wird. Bei dieser Anordnung kann im Hinblick auf die fixierten Medien, die in den Nitrifizierungstank gegeben werden, das Folgende gesagt werden. Für den Fall, dass die Ammoniakstickstoffkonzentration des Abwassers hoch ist, werden fixierte Medien, in denen AH-Bakterien bevorzugt wachsen, in den ersten Nitrifizierungstank gegeben und fixierte Medien, in denen AH-Bakterien und AL-Bakterien gemischt wachsen, werden in den zweiten Nitrifizierungstank gegeben. Ist die Ammoniakstickstoffkonzentration dagegen gering bis mittel, so werden fixierte Medien, in denen AH- Bakterien und AL-Bakterien gemischt wachsen, in den ersten Nitrifizierungstank gegeben, und fixierte Medien, in denen AL-Bakterien bevorzugt wachsen, werden in den zweiten Nitrifizierungstank gegeben.
Fig. 11 zeigt den Fall, dass ein zweiter Denitrifizierungstank weiter vorgesehen ist, nach dem zweiten Nitrifizierungstank, gezeigt in der Anordnung der Fig. 10. Die nitrifizierte Flüssigkeit vom zweiten Nitrifizierungstank wird nicht durch den ersten Denitrifizierungstank recycliert und die Wasserstoffquelle für die denitrifizierenden Bakterien wird vor dem zweiten Denitrifizierungstank zugegeben.
Fig. 12 ist die Anordnung für den Fall, dass ein dritter Nitrifizierungstank weiter vorgesehen ist, nach dem zweiten Denitrifizierungstank, gezeigt in der Anordnung der Fig. 11. Die nitrifizierte Flüssigkeit aus dem dritten Nitrifizierungstank wird durch den zweiten Denitrifizierungstank recycliert. In dieser Anordnung kann im Hinblick auf die fixierten Medien, die in den Nitrifizierungstank gegeben werden, das Folgende gesagt werden. Ist die Ammoniakstickstoffkonzentration im Abwasser hoch, so werden fixierte Medien, in denen AH-Bakterien bevorzugt wachsen, in den ersten Nitrifizierungstank gegeben, und fixierte Medien, in denen AH-Bakterien und AL-Bakterien bevorzugt wachsen, werden in den zweiten Nitrifizierungstank gegeben, und fixierte Medien, in denen AL-Bakterien bevorzugt wachsen, werden in den dritten Nitrifizierungstank gegeben.
Fig. 13 zeigt den Fall, dass ein dritter Denitrifizierungstank weiter vorgesehen ist, nach dem dritten Nitrifizierungstank, gezeigt in der Anordnung der Fig. 12. Die nitrifizierte Flüssigkeit aus dem dritten Nitrifizierungstank wird nicht durch den zweiten Denitrifizierungstank recycliert und die Wasserstoffquelle für die denitrifizierenden Bakterien wird vor dem dritten Denitrifizierungstank zugegeben.
Fig. 14 ist eine Modifikation der Fig. 11 und zeigt den Fall, dass zwei Nitrifizierungstanks für AH-Bakterien und für AH-Bakterien plus AL-Bakterien in Serie vorgesehen sind, wobei zusätzlich ein Denitrifizierungstank vorgesehen ist, nach den beiden Nitrifizierungstanks.
In den entsprechenden Nitrifizierungstanks der oben beschriebenen Anordnung, kann die Art an zu verwendendem fixierten Medium (fixiertes Medium, in dem AH-Bakterien bevorzugt wachsen, fixiertes Medium, in dem AH-Bakterien und AL-Bakterien gemischt vorliegen und fixiertes Medium, in welchem AL-Bakterien bevorzugt wachsen) bestimmt werden in Übereinstimmung mit der Konzentration an Ammoniakstickstoff, die in die entsprechenden Nitrifizierungstanks fließt.
In den oben beschriebenen Fig. 6 bis 14, für den Fall, dass die Ammoniakstickstoffkonzentration 400 mg/l oder mehr ist, wurde beispielhafte Beschreibung für den Fall gegeben, dass nur ein erster Nitrifizierungstank vorgesehen ist, in welchen fixierte Medien gegeben werden, in welchen AH-Bakterien bevorzugt wachsen.
Wie dem auch sei, wird eine Flüssigkeit, enthaltend eine sehr hohe Konzentration an Ammoniakstickstoff, im ersten Nitrifizierungstank nitrifiziert, so werden salpetrige Säure und Salpetersäure in großem Ausmaß produziert, wodurch der pH-Wert der Flüssigkeit im ersten Nitrifizierungstank verringert wird. Der optimale Bereich des pH-Werts der Nitrifizierungsreaktion ist 7-8. Wird der pH-Wert auf 6 verringert, so wird die Geschwindigkeit der Reaktion halbiert und ist der pH-Wert geringer als 5,5 so wird die Reaktion gestoppt. Deshalb wird ein alkalisches Mittel, wie kaustisches Soda, zugegeben, um den pH-Wert anzuheben. Wie dem auch sei, wird das Einbringen von alkalischem Mittel erhöht, so tritt ein ökonomisches Problem auf. Also, wie in Fig. 15 gezeigt, wird der erste Nitrifizierungstank, in den fixiertes Medium mit AH-Bakterien gegeben wird, in einen mehrstufigen Tank aufgeteilt und die Denitrifizierungstanks werden zwischen den verschiedenen Stufen vorgesehen. Das heißt, ein Denitrifizierungstank wird nach einem Nitrifizierungstank vorgesehen, um einen einzelnen Reaktionstank zu formen und die entsprechenden Reaktionstanks werden in einer Vielzahl in Reihe vorgesehen. Mit dieser Anordnung, wenn der pH-Wert in der Flüssigkeit durch Hydroxidionen, produziert durch die Denitrifizierungsreaktion von Ionen der salpetrigen Säure und der Salpetersäure angehoben wird, so kann die Nitrifizierungsreaktion in den Nitrifizierungstank der folgenden Stufe weitergeführt werden, so dass die Beladung der Zugabe an alkalischen Mitteln stark verringert werden kann. Mit dieser Anordnung können ökonomische Operationen durchgeführt werden.
Wie oben beschrieben, können mit dem System zur biologischen Entfernung von Stickstoff in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung Operationen durchgeführt werden, fähig zum Erhalt der maximalen Nitrifiziergeschwindigkeit in Übereinstimmung mit der Ammoniakstickstoffkonzentration während des Nitrifizierungsprozesses und der Nitrifizierungsreaktion vom Typ der salpetrigen Säure, zum Herstellen von salpetriger Säure als Zwischenoxidmaterial des Ammoniakstickstoffs, durch Einsatz der Eigenschaften der AH-Bakterien als nitrifizierende Bakterien vom Typ der salpetrigen Säure, die hohe Aktivität bei hoher Konzentration zeigen, und der Eigenschaften der AL-Bakterien als nitrifizierende Bakterien, die hohe Aktivität bei geringer Konzentration zeigen. Andererseits kann im Denitrifizierungsprozess die nitrifizierte Flüssigkeit mit einem hohen Anteil an salpetriger Säure denitrifiziert werden, wodurch die Bakterien zum Reduzieren von salpetriger Säure als Denitrifizierungsbakterien bevorzugt wachsen, so dass die Denitrifizierungsreaktion für die Reduktion von salpetriger Säure zu Stickstoffgas effektiv durchgeführt werden kann.
Im Folgenden wird in detaillierten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Beispiel gegeben für die Verwendung des Systems zur biologischen Entfernung von Stickstoff, mit einer Anordnung von Nitrifizierungstanks und Denitrifizierungstanks, wie oben beschrieben.

(Ausführungsform 1)

Ausführungsform 1 ist ein Beispiel, in welchem Abwasser mit einer hohen Konzentration an Ammoniakstickstoff verarbeitet wird, in der Reihenfolge Nitrifizierung zu Denitrifizierung, durch Verwendung eines Systems zur biologischen Entfernung von Stickstoff, wie in Fig. 9 gezeigt.
Standard-Belebtschlamm für Abwasserverarbeitung wird verwendet als Saatbakterien zum Fixieren. Die Fixierung wird so durchgeführt, dass aktivierter Belebtschlamm (2 Gew.-%), Polyethylenglycolpräpolymer (15 Gew.-%), N,N,N',N'-Tetramethylethylendiamin (0,5 Gew.-%) und Kaliumpersulfat (0,25 Gew.-%) in Wasser gemischt werden und geliert werden. Das so erhaltene Gel wird in Stücke geschnitten, jeweils mit einer Grundfläche von 3 mm im Quadrat, zur Verwendung.
Fixierte Medien, jeweils mit einem Durchmesser von 3 mm (im Folgenden PEG-Gel- Medium genannt) werden in einen Nitrifizierungstank mit einem Volumen von 4 l gegeben und die Füllrate von PEG-Gel-Medium wird auf 10% gesetzt. Unter diesen Bedingungen wird anorganisches Abwasser verarbeitet, enthaltend eine Ammoniakstickstoffkonzentration von 2000 mg/l mit einer Verweilzeit von 20 Stunden in einem Nitrifizierungstank mit einer täglichen Belastung von 2,4 kg-N/m³d. (Die Ladungsumwandlung pro Medium ist 1000 mg-N/h·l-Medium). Weiter wird die Verweilzeit in einem Denitrifizierungstank mit einem Volumen von 4 lauf 20 Stunden gesetzt und das Verhältnis (C/N) zwischen der Kohlenstoffmenge als Wasserstoffdonorquelle, zugegeben zum Denitrifizierungstank, und der Menge an Ammoniakstickstoff, auf 0,5 gesetzt. Die Resultate nach zwei Monaten kontinuierlicher Operation sind in Tabelle 1 gezeigt. 40% Schwamm wird in dem Denitrifizierungstank als Füllstoff gegeben. Wie dem auch sein, irgendein anderes Füllmaterial, fixierte Medien oder aufschwimmende Bakterien können verwendet werden. Methanol wurde als Wasserstoffquelle verwendet.
Die Nr. 2 der Tabelle 1 zeigt den Fall, in welchem die Füllrate des PEG-Gel-Mediums auf 20% gesetzt wird. Nr. 3 der Tabelle 1 zeigt Resultate, erhalten für den Fall, dass fixierte Medien vom Typ der verbundenen PVA-Medien verwendet werden, wobei die Operationen durchgeführt werden unter Verarbeitungsbedingungen, die ähnlich denen der Nr. 1 und 2 sind. Die PVA-Medien haben jeweils eine sphärische Form von 3 mm und haben Belebtschlamm, gebunden an die Oberfläche. Nr. 4 der Tabelle 1 zeigt Resultate, erhalten für den Fall, dass ein Schwammmedium vom verbundenen Typ verwendet wurde und Operationen durchgeführt wurden, unter Verarbeitungsbedingungen, ähnlich den vorherigen Fällen. Die Schwammmedien sind Kuben von 5 mm und haben auf ihrer Oberflächen gebundenen Belebtschlamm. Die Beladung an Ammoniakstickstoffkonzentration pro Medium in diesen Nr. 1 bis 4 ist 600 mg-N/h·l-Medium oder mehr.
Ein Vergleichsbeispiel wird erhalten unter Bedingungen, in denen Operationen durchgeführt werden, durch die Verwendung von Belebtschlamm vom aufschwimmenden Typ, sowohl im Nitrifizierungstank als auch im Denitrifizierungstank, wobei der Belebtschlamm auf dem Level von 4000 mg/l gehalten wird.
Tabelle 1 zeigt die Resultate der Nr. 1 bis 4 und des Vergleichsbeispiels.
Aus Tabelle 1 kann gesehen werden, dass im Fall des Belebtschlamms vom aufschwimmenden Typ im Vergleichsbeispiel das Verfahren für zwei Monate durchgeführt wurde, aber die Ammoniakstickstoffkonzentration im verarbeiteten Wasser 1965 mg/l war, kein Wert, der eine praktische Verwendung ermöglicht. Im Gegensatz dazu ist in den Ausführungsformen Nr. 1 bis 4 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung die Nitrifiziergeschwindigkeit 215 mg-N/h·l-Medium oder mehr, insbesondere im Fall des PEG-Gel-Mediums (Füllrate 10%) ist die Nitrifiziergeschwindigkeit 560 mg-N/h·l- Medium oder mehr, d. h. eine sehr hohe Nitrifiziergeschwindigkeit wird erhalten und Stickstoff in der Form von Salpetersäure, bezogen auf die gesamten Stickoxidmaterialien, im verarbeiteten Wasser, ist 10 mg/l oder weniger, so dass angenommen werden kann, dass die Nitrifizierungsreaktion vom Typ der salpetrigen Säure vorherrscht.
Wie oben beschrieben, wird angenommen, dass der Grund dafür, dass eine hohe Nitrifiziergeschwindigkeit erhalten wird, darin zu sehen ist, dass die Nitrifizierungsreaktion vom Typ der salpetrigen Säure vorherrscht, erhalten durch das Setzen der Beladung an Ammoniakstickstoff pro Medium auf 600 mg-N/h·l-Medium oder mehr, so dass AH- Bakterien vom Typ der salpetrigen Säure, die hohe Aktivität bei dieser hohen Ammoniakstickstoffkonzentration zeigen, bis zu einer hohen Dichte wachsen. Wird die Anzahl an Bakterien in den Medien der Nr. 1 bis 4 praktisch gemessen, so kann gefunden werden, dass alle Medien hohe Konzentrationen aufweisen, mit Werten für die AH-Bakterien von 10&sup9; bis 10¹&sup0; Zellen/cm³-Medium. Der Grund dafür, dass die Nr. 1 bis 4 in der Nitrifiziergeschwindigkeit sich unterscheiden, so wird angenommen, liegt darin, dass die Arten an Medien verschieden und die Füllraten unterschiedlich sind. Tabelle 1
In Klammern ist die Füllrate der Medien und die Konzentration an Belebtschlamm gezeigt.

(Ausführungsform 2)

Ausführungsform 2 ist ein Beispiel, in welchem Abwasser mit einer hohen Konzentration an Ammoniakstickstoff verarbeitet wird in einer mehrstufigen Anlage, in der Reihenfolge Nitrifizierung - Denitrifizierung - Nitrifizierung - Denitrifizierung - Nitrifizierung - Denitrifizierung, durch Verwendung eines Systems zur biologischen Entfernung von Stickstoff, wie in Fig. 13 gezeigt.
In der Ausführungsform 2 wurde auch der Belebtschlamm (2 Gew.-%) verwendet, zur Formung von fixierten Medien, ähnlich zur Ausführungsform 1. Die fixierten Medien wurden in einen ersten Nitrifizierungstank, einen zweiten Nitrifizierungstank und einen dritten Nitrifizierungstank gegeben. Weiterhin waren die denitrifizierenden Bakterien im ersten, zweiten und dritten Denitrifizierungstank ähnlich denen, die in der Ausführungsform 1 verwendet wurden. Operationsbedingungen wurden so ausgewählt, dass die Ammoniakstickstoffkonzentration des Abwassers 500 mg/l war, sowohl in den Nitrifizierungstanks als auch in den Denitrifizierungstanks. Der erste Tank enthielt 4 l, der zweite Tank 4 l und der dritte Tank ebenfalls 4 l, wobei das Gesamtvolumen der Nitrifizierungstanks 12 l war. Die Verweilzeit in den Nitrifizierungstanks wurde so bestimmt, dass sie im ersten Tank 4 Stunden, im zweiten Tank 4 Stunden und im dritten Tank 4 Stunden war, mit einer Gesamtverweilzeit von 12 Stunden. Das Verhältnis (C/N) zwischen den Gesamtmengen an Kohlenstoff als Wasserstoffquelle zugegeben dem Denitrifizierungstank, und der Gesamtmenge an Stickstoff im Abwasser wurde auf 0,9 gesetzt und kontinuierliche Operationen wurden für zwei Monate durchgeführt.
Ein Vergleichsbeispiel wurde durchgeführt durch einen einstufigen Prozess (der einstufige Prozess wurde durchgeführt mit einem Nitrifizierungstank, wobei die Verweilzeit 12 Stunden betrug).
Die Bedingungen und Resultate der entsprechenden Nitrifizierungstanks im mehrstufigen Verfahren sind in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2
Die Resultate in Tabelle 2 zeigen, dass im Fall der Ausführungsform 2, ähnlich wie in der Ausführungsform 1, wenn die Beladung an Ammoniakstickstoff pro Medium in den Nitrifizierungstanks auf 600 mg-N/h·l-Medium oder mehr gesetzt wird, eine hohe Nitrifiziergeschwindigkeit von 375 mg-N/h·l-Medium erhalten werden kann. Weiter wurde bewiesen, dass im Hinblick auf die gesamten Stickoxidmaterialien NO&sub3;-N weniger als 10 mg/l war und NO&sub2;-N 280 mg/l war, so dass die Nitrifizierungsreaktion vom Typ der salpetrigen Säure vorherrschen kann. Obwohl diese Resultate im zweiten Nifrifizierungstank und im dritten Nitrifizierungstank nicht so wie im ersten Nitrifizierungstank waren, herrschte die Nitrifizierungsreaktion vor. Obwohl nicht gezeigt wurde, so wurde doch gefunden, dass im endgültig verarbeiteten Wasser im dritten Denitrifizierungstank die Werte für NH&sub4;-N 3 mg/l oder weniger, für NO&sub3;-N 10 mg/l oder weniger und NO&sub2;-N 3 mg/l oder weniger waren, so dass in den Denitrifizierungstank salpetrige Säure effizient zu Stickstoffgas reduziert wurde. Von diesem Ergebnis wurde geschlossen, dass die Bakterien zum Reduzieren von salpetriger Säure als Denitrifizierungsbakterien für die Reduktion von salpetriger Säure bevorzugt wuchsen, aufgrund der Tatsache, dass die nitrifizierte Flüssigkeit, in der salpetriger Säure zu einem großen Anteil vorlag, im Denitrifizierungstank denitrifiziert wurde.
In dem Vergleichsbeispiel auf der anderen Seite war der Gehalt an NH&sub4;-N im verarbeiteten Wasser 240-280 mg/l und der Prozess konnte praktisch nicht durchgeführt werden.
Weiter wurde ein Beispiel untersucht, in welchem ein mehrstufiger Prozess durchgeführt wurde durch Verwendung des Systems zur biologischen Entfernung von Stickstoff, gezeigt in Fig. 14, als Modifikation des mehrstufigen Prozesses, in der Reihenfolge Nitrifizierung - Nitrifizierung - Denitrifizierung. Obwohl dieses Beispiel sich von dem vorhergehenden Beispiel dahingehend unterscheidet, dass ein zweistufiger Prozess der Nitrifizierung plus ein einstufiger Prozess der Denitrifizierung die Operationsbedingungen konstituieren und Alkali den entsprechenden Nitrifizierungstanks zugegeben wurde, waren die anderen Operationsbedingungen ähnlich. Der Grund für die Zugabe an Alkali, zu den Nitrifizierungstanks ist, dass die Flüssigkeit in den Nitrifizierungstanks leicht der sauren Seite zuneigt, durch die Salpetersäure und die salpetrige Säure, hergestellt durch die Nitrifizierungsreaktion, was nicht erwünscht für die Reaktion der Mikroorganismen ist. Im Hinblick auf die Resultate kann gesagt werden, dass der Gehalt an NH&sub4;-N 10 mg/l und weniger wurde. Wie dem auch sei, es konnte eine Tendenz des Anstiegs an NO&sub3;-N beobachtet werden, enthalten in der nitrifizierten Flüssigkeit aus den Nitrifizierungstanks. Aus diesem Grund, um den Gehalt an NO&sub3;-N im endgültig verarbeiteten Wasser auf 20 mg/l oder weniger zu machen, musste das Verhältnis (C/N) zwischen der Gesamtmenge Kohlenstoff als Wasserstoffquelle in den Denitrifizierungstanks und der Menge an Stickstoff im Abwasser auf einen Wert so hoch wie 2,0 gemacht werden.

(Ausführungsform 3)

Ausführungsform 3 ist ein Beispiel, in welchem Abwasser mit einer hohen Konzentration an Ammoniakstickstoff in einem mehrstufigen Prozess verarbeitet wurde, durch Verwendung des Systems zur biologischen Entfernung von Stickstoff, wie in Fig. 11 gezeigt, in der Reihefolge Nitrifizierung - Denitrifizierung - Nitrifizierung - Denitrifizierung. In Ausführungsform 3 wurde auch der Belebtschlamm (2 Gew.-%) verwendet zur Formung der fixierten Medien, ähnlich wie in Ausführungsform 1, und die fixierten Medien wurden in den ersten Nitrifizierungstank und den zweiten Nitrifizierungstank gegeben. Weiter waren die denitrifizierenden Bakterien im ersten Denitrifizierungstank und im zweiten Denitrifizierungstank ähnlich denen, die in Ausführungsform 1 verwendet wurden. Operationsbedingungen wurden so ausgewählt, dass die Ammoniakstickstoffkonzentration des Abwassers 500 mg/l betrug, sowohl in den Nitrifizierungstanks als auch in den Denitrifizierungstanks. Der erste Tank enthielt 4 l und der zweite Tank 9,5 l, bei einem Gesamtvolumen von 13,5 l. Verweilzeiten wurden so bestimmt, dass sie im ersten Tank 4 Stunden und im zweiten Tank 9,5 Stunden waren, bei einer Gesamtverweilzeit von 13,5 Stunden. Das Verhältnis (C/N) zwischen der Gesamtmenge an Kohlenstoff als Wasserstoffquelle, zugegeben zu den Denitrifizierungstanks, und der Menge an Stickstoff im Abwasser wurde auf 1,25 gesetzt und eine kontinuierliche Operation wurde für zwei Monate durchgeführt.
Bedingungen und die Resultate der Experimente in den entsprechenden Nitrifizierungstanks im mehrstufigen Prozess der Ausführungsformen 3 sind in Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 3
Im Hinblick auf die Resultate kann gesagt werden, dass im Fall des mehrstufigen Prozesses der Ausführungsform 3 die Beladung an Ammoniakstickstoff pro Medium im ersten Nitrifizierungstank auf 600 mg-N/h·l-Medium oder mehr gesetzt wurde, so dass Verarbeitung bei hoher Geschwindigkeit möglich war und die Nitrifizierungsreaktion vom Typ der salpetrigen Säure im ersten Nitrifizierungstank vorherrschte. Wie dem auch sei, die Rate der Erzeugung an salpetriger Säure im zweiten Nitrifizierungstank war verringert und die Rate der Erzeugung der Salpetersäure war erhöht, so dass die Einführung zusätzlicher Mengen an Wasserstoffquelle zu den Denitrifizierungstanks in einem großen Ausmaß nötig war.

(Ausführungsform 4)

Die Ausführungsform 4 ist ein Beispiel, in welchem Abwasser mit einer mittleren Konzentration an Ammoniakstickstoff durch ein mehrstufiges Verfahren verarbeitet wurde, in der Reihenfolge Nitrifizierung - Denitrifizierung - Nitrifizierung - Denitrifizierung, durch Verwendung des Systems zur biologischen Entfernung von Stickstoff, wie in Fig. 11 gezeigt. Auch in Ausführungsform 4 wurde Belebtschlamm (2 Gew.-%) verwendet zur Formung der fixierten Medien, ähnlich wie in der Ausführungsform 1, und die fixierten Medien wurden in den ersten Nitrifizierungstank und in den zweiten Nitrifizierungstank gegeben. Weiter waren die denitrifizierenden Bakterien im ersten Denitrifizierungstank und im zweiten Denitrifizierungstank ähnlich denen, die in Ausführungsform 1 verwendet wurden. Operationsbedingungen wurden so ausgewählt, dass die Ammoniakstickstoffkonzentration des Abwassers 200 mg/l war in den Nitrifizierungstanks. Der erste Tank enthielt 4 l und der zweite Tank 7 l, bei einem Gesamtvolumen von 11 l. Die Verweilzeiten waren 3 Stunden im ersten Tank und 7 Stunden im zweiten Tank, bei einer Gesamtverweilzeit von 10 Stunden. Das Verhältnis (C/N) zwischen der Gesamtmenge an Kohlenstoff als Wasserstoffquelle, zugegeben zu den Denitrifizierungstanks, und der Menge an Stickstoff des Abwassers, wurde auf 1,0 gesetzt und kontinuierliche Operationen wurden für 2 Monate durchgeführt. Tabelle 4 zeigt die Resultate der Experimente. Tabelle 4
Aus den in Tabelle 4 gezeigten Resultaten kann gesehen werden, dass in Ausführungsform 4 auch die Beladung an Ammoniakstickstoff pro Medium im ersten Nitrifizierungstank auf 600 mg-N/h·l-Medium gesetzt wurde, so dass eine hohe Nitrifiziergeschwindigkeit erhalten wurde, also ein Hochgeschwindigkeitsprozess möglich war und, für die Nitrifizierungsreaktion im ersten Nitrifizierungstank, die vom Typ der salpetrigen Säure vorherrschte. Wie dem auch sei, die Erzeugungsrate an salpetriger Säure im Nitrifizierungstank wurde verringert und die Beladung zusätzlicher Mengen von Wasserstoffquelle war benötigt. Weiter erreichte NO&sub3;-N im Ausflusswasser des Nitrifizierungstanks 125 mg/l, so dass AH-Bakterien und AL-Bakterien gemischt in den Medien wuchsen und die Anzahl an AH-Bakterien und AL-Bakterien in der Größenordnung von 109 waren, wobei sie im Wesentlichen gleich zueinander waren. Bei der Verarbeitung von Abwasser mit einer mittleren Konzentration an Ammoniakstickstoff ist es erwünscht, fixierte Medien zu verwenden, in denen AH-Bakterien und AL-Bakterien in ungefähr gleichen Anzahlen vorliegen.

(Ausführungsform 5)

Ausführungsform 5 ist ein Beispiel eines sogenannten Verfahrens der Fixierung der nitrifizierenden Bakterien durch getrennte Kultur, wobei AH-Bakterien vom Belebtschlamm abgetrennt und fixiert werden. AH-Bakterien, herausgereinigt aus Standard- Belebtschlamm eines Abwasserverarbeitungsplatzes, wurden als Saatbakterien zum Fixieren verwendet. Fixierung wurde so durchgeführt, dass AH-Bakterien (2 Gew.-%), Polyethylenglycolpräpolymer (15 Gew.-%), N,N,N',N'-Tetramethylethylendiamin (0,5 Gew.-%) und Kaliumpersulfat (0,25 Gew.-%) in Wasser gemischt und geliert wurden. Das so erhaltene Gel wurde in Medien geschnitten, jeweils mit einer Grundfläche von 3 Quadratmillimeter, zur Verwendung.
Fixierte Medien mit AH-Bakterien, jeweils mit einem Durchmesser von 3 mm (im Folgenden PEG-AH-Medien genannt), wurden in den Nitrifizierungstank von 4 I gegeben, bei einer Füllrate der PEG-AH-Medien von 20%. Nach dem Nitrifizierungstank wurde ein Nitrifizierungstank und ein Absetztank vorgesehen, in Übereinstimmung mit einem Standardverfahren für Belebtschlamm. Dann wurde anorganisches Abwasser mit einer Stickstoffkonzentration von 500 mg/l verarbeitet, mit einer Verweilzeit von 8 Stunden (4 Stunden im Nitrifizierungstank mit den fixierten Medien plus 4 Stunden im Nitrifizierungstank in Übereinstimmung mit dem Standortverfahren für Belebtschlamm).
Weiter wurde als Vergleichsbeispiel ein Verfahren durchgeführt, nur mit dem Standardverfahren für Belebtschlamm (Verweilzeit ist 8 Stunden). Tabelle 5 zeigt die Resultate. Tabelle 5
Aus Tabelle 5 wird klar, im Hinblick auf die Ammoniakstickstoffkonzentration des verarbeiteten Wassers in dieser Ausführungsform, dass ein Wert so gering wie 3 mg/l oder weniger erhalten wurde. Im Gegensatz dazu war die Ammoniakstickstoffkonzentration des verarbeiteten Wassers im Vergleichsbeispiel 280-410 mg/l, wodurch die Verarbeitungskapazität gering war. Daraus kann geschlossen werden, dass die Medien mit fixierten AH-Bakterien zur Nitrifizierung des Ammoniakabwassers mit hoher Konzentration stark beitragen.
Tabelle 6 ist eine Tabelle in der die Anzahl an AH-Bakterien zur Zeit der Fixierung verglichen wird mit der Anzahl der AH-Bakterien nach Operation für einen Monat im oben beschriebenen Experiment.

Tabelle 6

Anzahl AH-Bakterien zum Zeitpunkt der Fixierung (Zellen/cm³-Medium) AH-Bakterien nach einem Monat zum Zeitpunkt der Fixierung (Zellen/cm³-Medium)

2,0 · 10³ 6,3 · 10&sup9;
4,1 · 10&sup4; 2,8 · 10¹&sup0;
1,5 · 10&sup5; 1,5 · 10¹&sup0;
4,8 · 10&sup6; 4,3 · 10¹&sup0;
Aus Tabelle 6 wird klar, dass erwünscht ist, dass die Anzahl der AH-Bakterien zur Zeit der Fixierung 10&sup4; Zellen/cm³-Medium oder mehr ist, wodurch eine hohe Nitriergeschwindigkeit erwartet werden kann.

(Ausführungsform 6)

In Ausführungsform 5 wurden AH-Bakterien verwendet, erhalten durch Reinigung von Belebtschlamm. Wie dem auch sei, die Ausführungsform 6 ist ein Beispiel, in weichem AH-Bakterien verwendet werden, angereichert aus Belebtschlamm. Dieses Verfahren ist das sogenannte Verfahren der Fixierung der nitrifizierenden Bakterien durch die Anreicherungskultur. Standard-Belebtschlamm, aufgesammelt in einem Abwasserverarbeitungsplatz, wurde absatzweise in einer Kulturflüssigkeit kultiviert, in der die Ammoniakkonzentration 100, 200, 400, 500 und 1000 mg/l betrug. Die Beladung war 0,5 kg-N/m³·d. Der so erhaltene Schlamm wurde durch das in Ausführungsform 4 erklärte Verfahren eingeschlossen und fixiert. Nach dem Einschließen des Schlamms in Gel und nach der Fixierung wurde der Schlamm absatzweise für 20 Tage kultiviert und das Verhältnis zwischen der Anzahl an AH-Bakterien und der Anzahl an AL-Bakterien wurde gemessen. Tabelle 7 zeigt die Resultate.

Tabelle 7

NH&sub4;-N-Konzentration des in der Anreicherungskultur verwendeten Wassers (mg/l) Verhältnis der Bakterienzahl (AL-Bakterien/AH-Bakterien)(mg/l)

(1) 100 100
(2) 200 1
(3) 400 0,8
(4) 500 0,2
(5) 1000 0
Aus Tabelle 7 wird klar, dass es für die Anreicherungskultur der AH-Bakterien erwünscht ist, die Ammoniakstickstoffkonzentration auf 400 mg/l oder mehr, vorzugsweise 500 mg/l oder mehr zu setzen. Nebenbei gesagt, wurde die Ammoniakstickstoffkonzentration auf 1000 mg/l gesetzt, so wurden AH-Bakterien in der Anreicherungskultur zu 100% kultiviert.

(Ausführungsform 7)

In der Ausführungsform 7 wurden Experimente der Verarbeitung so durchgeführt, dass drei Arten an eingeschlossenen und fixierten Medien ausgewählt wurden, einschließlich eingeschlossener und fixierter Medien nur mit AL-Bakterien, kultiviert in Übereinstimmung mit (1) in Tabelle 7 der Ausführungsform 6, fixierte Medien, in denen AL-Bakterien und AH-Bakterien in Übereinstimmung mit (3) kultiviert wurden, und eingeschlossene und fixierte Medien nur mit AH-Bakterien, kultiviert in Übereinstimmung mit (5). Ein Nitrifizierungssystem, bestehend aus drei Stufen der Nitrifizierung wurde verwendet. Die fixierten Medien nur mit AH-Bakterien wurden in den ersten Nitrifizierungstank gegeben, die eingeschlossenen und fixierten Medien mit AL-Bakterien und AH-Bakterien wurden in den zweiten Denitrifizierungstank gegeben und die eingeschlossenen und fixierten Medien nur mit AL-Bakterien wurden in den dritten Nitrifizierungstank gegeben. Operationsbedingungen wurde so ausgewählt, dass die Ammoniakstickstoffkonzentration des Abwassers auf 1000 mg/l gesetzt wurde, in den Nitrifizierungstanks. Der erste Tank enthielt 4 l, der zweite Tank enthielt 4 l und der dritte Tank enthielt 4 l, bei einem Gesamtvolumen von 12 l. Die Verweilzeit wurde so bestimmt, dass sie im ersten Tank 5,3 Stunden betrug, im zweiten Tank 5,3 Stunden und im dritten Tank 5,3 Stunden, mit einer Gesamtverweilzeit von 15,9 Stunden. Tabelle 8 zeigt die Resultate. Tabelle 8
Aus Tabelle 8 wird klar, dass durch die Durchführung eines dreistufigen Prozesses (mit einer Gesamtverweilzeit in den drei Tanks von 15,9 Stunden) es möglich war, einen Hochgeschwindigkeitsprozess durchzuführen. Das heißt, die Ammoniakstickstoffkonzentration des verarbeiteten Wassers im ersten Tank war 500 mg/l und die Nitrifiziergeschwindigkeit zu dieser Zeit besaß einen hohen Wert von 470 mg-N/h·l-Medium. Dann wurde die Ammoniakstickstoffkonzentration des verarbeiteten Wassers im dritten Tank auf einen zufriedenstellend geringen Level von 1 mg/l oder weniger verringert.
In Ausführungsform 7 wurde zusätzlich noch ein Beispiel beschrieben, in welchem fixierte Medien nur mit AH-Bakterien, fixierte Medien mit einem gemischten Wachstum von AH-Bakterien und AL-Bakterien und fixierte Medien nur mit AL-Bakterien in drei Stufen verarbeitet wurden. Diese fixierten Medien können in irgendeiner Form kombiniert werden und die Anzahl der Verarbeitungsstufen sollte nicht notwendigerweise auf drei Stufen beschränkt sein. Weiterhin wurde in Ausführungsform 6 die Anreicherungsreinigung von AL-Bakterien und AH-Bakterien verwendet, aber auch getrennt gereinigte AL-Bakterien und AH-Bakterien können verwendet werden. Weiter besteht im Hinblick auf das zur Fixierung verwendete Gel keine besondere Beschränkung und es können verschiedene polymere Materialien verwendet werden, wie z. B. Polyacrylamido, Polyethylenglycol, Polyvinylalkohol, Agar-Agar, Carrageenan und Algininsäure.
Weiter wurde in dieser Ausführungsform ein lateraler mehrstufiger Prozess beschrieben, in welchem die Tanks in lateraler Richtung angeordnet sind. Wie dem auch sei, ein vertikaler mehrstufiger Prozess, in dem die Tanks in einer vertikalen Richtung angeordnet sind, kann angenommen werden. Weiter können die AH-Bakterien und AL-Bakterien verwendet für das Verfahren zur biologischen Entfernung von Stickstoff in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, in einem praktischen Equipment gewachsen werden, oder AH-Bakterien und AL-Bakterien, die außerhalb eines praktischen Equipment kultiviert werden, können dem praktischen Equipment zugegeben werden.
Im Vorstehenden wurden Beispiele beschrieben, in denen Abwasser mit einer hohen Ammoniakstickstoffkonzentration nitrifiziert und denitrifiziert wurde. Wie dem auch sei, im Folgenden wird beschrieben werden, dass Abwasser mit einer geringen Konzentration an Ammoniakstickstoff, wie städtisches Abwasser, verdickt und anschließend nitrifiziert und denitrifiziert wird.
Fig. 16 zeigt ein System zur biologischen Entfernung von Stickstoff, in welchem Abwasser mit einer geringen Konzentration an Ammoniakstickstoff verdickt und anschließend nitrifiziert und denitrifiziert wird.
Wie in Fig. 16 gezeigt, nachdem feste Substanzen im Abwasser durch ein System zur Abtrennung von festen Stoffen von Flüssigkeit, nicht gezeigt, abgetrennt wurden, wird das Abwasser mit dem Ammoniakstickstoff in eine erste Vorrichtung 14 zum Verdicken von Ammoniak eingeführt, durch eine Abwassereinflussrohrleitung 12, durch eine Druckpumpe nicht gezeigt. Die erste Vorrichtung 14 zum Verdicken liegt in der Form einer Vorrichtung mit einem Umkehrosmosefilm (RO-Film) vor, in der das verdickte Wasser, in welchem der Ammoniakstickstoff eine zuvor bestimmte Konzentration aufweist, durch einen Film von permeiertem Wasser abgetrennt wird, das fast keinen Ammoniakstickstoff enthält. Das permeierte Wasser wird, so wie es ist, aus einer Rohrleitung 16 für permeiertes Wasser entladen, und das verdickte Wasser wird in die Nitrifiziervorrichtung 20 durch eine Zufuhrrohrleitung für verdicktes Wasser 18 zugeführt. Weiter wird eine Bypass-Rohrleitung 22 vorgesehen, die sich vom ursprünglichen Wassereinflussrohr 12 zur Nitrifiziervorrichtung 20 erstreckt, ohne dass sie durch die Vorrichtung 14 für das Verdicken hindurchführt. Ein Ein/Aus-Ventil 24 wird in der Bypass-Rohrleitung 22 vorgesehen. Mit dieser Anordnung wird das Abwasser, wenn kein Bedarf für die Verdickung der Ammoniakstickstoffkonzentration des Abwassers auf einen zufriedenstellenden hohen Level besteht, direkt durch die Bypass-Rohrleitung 22 in die Nitrifiziervorrichtung 20 geleitet.
Die Nitrifiziervorrichtung 20 umfasst einen Nitrifizierungstank 26, fixierte Medien 28 zum Fixieren der nitrifizierenden Bakterien, die in den Nitrifizierungstank 26 gegeben werden, eine Luftzuführungsrohrleitung 30 zum Zuführen von Luft in den Nitrifizierungstank 26, um aerobe Bedingungen zu schaffen, und ein Sieb 32 zum Verhindern, dass fixierte Medien 28 aus dem Nitrifizierungstank 26 herausfließen. In Hinblick auf die fixierten Medien 28, die in den Nitrifizierungstank 26 gegeben werden, werden fixierte Medien, in denen AH-Bakterien bevorzugt wachsen, oder fixierte Medien, in denen AH-Bakterien und AL-Bakterien gemischt wachsen, verwendet, wodurch der Nitrifizierungsprozess des verdickten Wassers unter aeroben Bedingungen durchgeführt wird. Die nitrifizierte Flüssigkeit, die nitrifiziert wurde, wird in eine Denitrifiziervorrichtung 36 geleitet, durch eine Rohrleitung für nitrifizierte Flüssigkeit 34. Der pH-Wert, in dem die nitrifizierenden Bakterien effektiv arbeiten, ist erwünschtermaßen 7-8 und Alkali kann der Nitrifiziervorrichtung 20 zugesetzt werden, als Vorsichtsmaßnahme gegen einen Abstieg des pH-Wertes durch die Salpetersäure, hergestellt durch den Nitrifizierungsprozess.
Die Denitrifiziervorrichtung 36 umfasst einen Denitrifizierungstank 38, eine Wasserrührmaschine 40 und eine Rohrleitung für das Zuführen eines Wasserstoffdonors 42. Im Denitrifizierungstank 38 schwimmt der Belebtschlamm, enthaltend die denitrifizierenden Bakterien auf, die Wasserstoffquelle für die denitrifizierenden Bakterien, wie Alkohol, wird durch die Zuleitung für Wasserstoffdonor 42 zugeführt und der Denitrifizieruhgsprozess für die nitrifizierte Flüssigkeit wird durchgeführt. So denitrifizierte Flüssigkeit wird in einen Fest/Flüssig-Trenntank 46 geleitet, durch eine Rohrleitung für denitrifizierte Flüssigkeit 44. Eine obenstehende Flüssigkeit, die fest/flüssig-getrennt wurde, wird in eine zweite Verdickungsvorrichtung 50 geleitet, durch eine Rohrleitung für obenstehende Flüssigkeit 48.
Die zweite Vorrichtung 50 zum Verdicken umfasst einen Präzisionsfilterfilm (MF-FÜm) und einen Umkehrosmosefilm (RO-Film), bestehend aus einer Mehrzahl an Stufen mit einer dreidimensionalen Konstruktion. Die denitrifizierte Flüssigkeit, die unter Druck in die zweite Vorrichtung zum Verdicken 50 geleitete wird, wird durch einen Film in verdicktes Wasser, in welchem der Ammoniakstickstoff, verbleibend in der denitrifizierten Flüssigkeit, verdickt wird, und permeiertes Wasser, nicht enthaltend Ammoniakstickstoff, getrennt. Das permeierte Wasser wird aus der Rohrleitung für verarbeitetes Wasser 52 entlassen. Andererseits erreicht das verdickte Wasser die Rohrleitung für obenstehendes Wasser 48 durch eine Umkehrleitung 54 und eine Recyclierleitung 56, die von einem Zwischenteil der Umkehrleitung 54 abgezweigt wird. Diese führt zurück in die zweite Vorrichtung 50 zum Verdicken, um erneut verdickt zu werden, bis zu einer zuvor bestimmten Verdickungsvergrößerung. Ein Teil des recyclierten verdickten Wassers wird der Nitrifiziervorrichtung 20 zugeleitet, durch die Umkehrleitung 54. Flusskontrolle im Hinblick auf die Recyclierungsquantität des verdickten Wassers und der Umkehrquantität, wieder zurück der Nitrifiziervorrichtung 20 zugeleitet, wird durch Flussratenregulierungsventile 58 durchgeführt, vorgesehen in der Recyclierungsrohrleitung 56.
Weiter, um sicherzustellen, dass die Flüssigkeit in der Denitrifiziervorrichtung 36 wie notwendig der Nitrifiziervorrichtung 20 zugeleitet werden kann, wird eine Rohrleitung 60 für die Recyclierungsflüssigkeit mit dem Zwischenteil der Umkehrleitung 54 verbunden und eine Recyclierungspumpe 52 ist in der Rohrleitung 60 vorgesehen,.
Im Folgenden wird die Aktion einer Vorrichtung 10 zur Verarbeitung von Abwasser beschrieben, konstruiert wie oben beschrieben, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, durch ein Beispiel, in welchem Abwasser mit einer geringen Konzentration eines Ammoniakstickstoffs (etwa 80 mg/l) als Beispiel für städtisches Abwasser verarbeitet wird.
Das Abwasser mit einer geringen Konzentration an Ammoniakstickstoff wird zuerst in die erste Vorrichtung 14 zum Verdicken geleitet und durch einen Film in verdicktes Wasser, in dem die Ammoniakstickstoffkonzentration auf ein zuvor bestimmtes Level erhöht wird, und permeiertes Wasser, enthaltend fast keinen Ammoniakstickstoff, getrennt. Das permeierte Wasser wird so wie es ist entlassen und nur das verdickte Wasser wird in die Nitrifiziervorrichtung 20 geleitet. Mit dieser Anordnung wird das verdickte Wasser mit einer reduzierten Menge in Übereinstimmung mit der Verdickungsvergrößerung, aus der ersten Vorrichtung 14 zum Verdicken in die Nitrifiziervorrichtung 20 geleitet. In der Nitrifiziervorrichtung 20 wird das verdickte Wasser, verdickt in der ersten Vorrichtung 14 zum Verdicken, in Kontakt gebracht mit fixierten Medien 28, in welchen die nitrifizierenden Bakterien fixiert sind, unter aeroben Bedingungen, wodurch der Nitrifizierungsprozess durchgeführt wird. Als fixierte Medien 28 zum Fixieren der nitrifizierenden Bakterien, die in diesem Nitrifizierungsprozess verwendet werden, können fixierte Medien 28, in denen AH-Bakterien bevorzugt wachsen, verwendet werden, wenn die Ammoniakstickstoffkonzentration des verdickten Wassers 400 mg/l oder mehr ist. Andererseits können fixierte Medien 28, in denen AH-Bakterien und AL-Bakterien gemischt wachsen, verwendet werden, wenn die Konzentration einen Bereich von etwa 150-400 mg/l, erreicht. Wie oben beschrieben, wird die Konzentration an Ammoniakstickstoff im Abwasser auf einen geeigneten Konzentrationsbereich angehoben, geeignet für die fixierten Medien 28, in denen AH-Bakterien bevorzugt wachsen, oder fixierte Medien 28, in denen AH-Bakterien und AL-Bakterien gemischt wachsen. Der Nitrifizierungsprozess wird durchgeführt, so dass die Anzahl an Bakterien in den fixierten Medien 28 merklich angehoben werden kann, und eine hohe Nitrifiziergeschwindigkeit erreicht werden kann. In diesem Fall kann eine höhere Nitrifiziergeschwindigkeit erhalten werden, wenn die Ammoniakstickstoffkonzentration pro Medium höher ist, so dass es erwünscht ist, die Ammoniakstickstoffbeladung pro Medium so anzuheben, innerhalb des Bereichs, in dem Ammoniakstickstoffkonzentration des verarbeiteten Wassers nicht merklich erhöht wird. Um konkret zu sein, eine Füllrate und eine Verweilzeit und ähnliches, für die in den Nitrifizierungstank 26 zu gebenden fixierten Medien, kann so bestimmt werden, dass die Ammoniakstickstoffbeladung 500 mg-N/h·l-Medium oder mehr wird, vorzugsweise 600 mg-N/h·l-Medium oder mehr.
Anschließend wird die nitrifizierende Flüssigkeit, nitrifiziert in der Nitrifiziervorrichtung 20, in die die Denitrifiziervorrichtung 36 geleitet, wo der Denitrifizierungsprozess durchgeführt wird, durch Belebtschlamm, enthaltend die denitrifizierenden Bakterien. Die denitrifizierte Flüssigkeit, denitrifiziert in der Denitrifiziervorrichtung 36, wird im Fest/Flüssig- Trenntank fest/flüssig-getrennt, und die überstehende Flüssigkeit der denitrifizierten Flüssigkeit wird in eine zweite Vorrichtung 50 zum Verdicken geleitet. Der in der denitrifizierten Flüssigkeit verbleibende Ammoniakstickstoff wird entfernt. Andererseits wird ein Teil des Belebtschlamms, abgesetzt am Grund des Fest/Flüssig-Trenntanks 46 in die Nitrifiziervorrichtung 20 zurückgeleitet und ein anderer Teil des Belebtschlamms wird aus dem System herausgebracht, als Überfluss an Belebtschlamm.
Anschließend wird die denitrifizierte Flüssigkeit, geleitet in die zweite Vorrichtung 50 zum Verdicken, recycliert und verdickt, so dass eine zuvor bestimmte Verdickungsvergrößerung erhalten werden kann, so dass der Ammoniakstickstoff durch einen Film in verdicktes Wasser, in welchem der Ammoniakstickstoff angereichert ist, und permeiertes Wasser, enthaltend fast keinen Ammoniakstickstoff, getrennt werden kann. Das verdickte Wasser wird in die Nitrifiziervorrichtung 20 zurückgeleitet und erneut nitrifiziert. Andererseits wird das permeierte Wasser als verarbeitetes Wasser aus dem System entlassen. Mit dieser Anordnung wird der Ammoniakstickstoff, verbleibend in der denitrifizierten Flüssigkeit, fast vollständig entfernt, so dass die Ammoniakstickstoffkonzentration im verarbeiteten Wasser so stark wie möglich verringert werden kann.
Wie oben beschrieben, kann das Abwasser mit einer geringen Konzentration an Ammoniakstickstoff verdickt und nitrifiziert werden, unter Ausnutzung der Eigenschaften der fixierten Medien 28, in denen AH-Bakterien als nitrifizierende Bakterien bevorzugt wachsen oder der fixierten Medien 28, in denen AH-Bakterien und AL-Bakterien gemischt wachsen, so dass die Menge an Wasser des Abwassers, die in der Nitrifiziervorrichtung 20 verarbeitet werden muss, sehr stark verringert werden kann. Weiter kann eine Hochgeschwindigkeitsverarbeitung mit einer hohen Nitrifiziergeschwindigkeit durchgeführt werden, verglichen mit dem konventionellen Verfahren, unter Verwendung von Belebtschlamm, so dass die Vorrichtung 10 zur Verarbeitung des Abwassers kompakt gemacht werden kann.
Fig. 17 zeigt ein Beispiel eines weiteren Systems zur biologischen Entfernung von Stickstoff, in welchem Abwasser mit einer geringen Konzentration an Ammoniakstickstoff verdickt und anschließend nitrifiziert und denitrifiziert wird. Die erste Vorrichtung 14 zum Verdicken und die zweite Vorrichtung 50 zum Verdicken sind nicht länger Vorrichtungen vom Filmtrennungstyp, sondern Vorrichtungen vom Destillationstrennungstyp. Fig. 17 zeigt nur ein Nitrifizierungssystem.
Wie in Fig. 17 gezeigt, wird das Abwasser mit dem Ammoniakstickstoff, aus welchem feste Substanzen zuvor durch eine Fest/Flüssig-Trennvorrichtung, nicht gezeigt, abgetrennt wurden, in die erste Vorrichtung 14 zum Verdicken eingeführt, durch die ursprüngliche Wassereinlassrohrleitung 12. Die erste Vorrichtung 14 zum Verdicken umfasst eine Destillationsvorrichtung 70, einen Kondensationsapparat 72 und einen Absorptionstank 74, in welchem eine absorbierende Flüssigkeit (z. B. eine schwache Säure, wie Essigsäure) gelagert ist. Im mittleren Bereich der Destillationsvorrichtung 70 wird eine gefüllte Schicht 76, gefüllt mit Rasching-Ringen geformt. Das Abwasser mit dem Ammoniakstickstoff wird durch die Duschleitung 78, vorgesehen oberhalb der gefüllten Schicht 76, eingeführt, und erwärmte Luft wird in die gefüllte Schicht 76 durch eine Rohrleitung für erwärmte Luft 80 eingeführt, vorgesehen unterhalb der gefüllten Schicht 76. Mit dieser Anordnung wird das Abwasser mit dem Ammoniakstickstoff durch Destillation getrennt in destilliertes Wasser, in welchem Ammoniakstickstoff aufkonzentriert ist, und Restwasser der Destillation, das fast keinen Ammoniakstickstoff enthält. Die destillierte Flüssigkeit wird in den Kondensationsverdickungsapparat 72 destilliert, über die absorbierende Flüssigkeit geleitet und das Restwasser der Destillation wird so wie es ist ausgeführt.
Das destillierte Wasser, durchgeleitet durch die absorbierende Flüssigkeit, wird in die Nitrifiziervorrichtung 20 geleitet, durch eine Rohrleitung für destilliertes Wasser 64. Dann wird nitrifiziert durch In-Kontakt-bringen mit den fixierten Medien 28, in denen AH-Bakterien bevorzugt wachsen, oder den fixierten Medien 28, in denen AH-Bakterien und AL- Bakterien gemischt wachsen, unter aeroben Bedingungen. Weiterhin wird ein Lagertank 82 für eine alkalische Flüssigkeit (z. B. eine schwache Säure, wie Natriumbicarbonat) vorgesehen, zum Regulieren des pH-Wertes im Nitrifizierungstank 26 auf etwa 7-8, vorgesehen oberhalb der Nitrifiziervorrichtung 20, wodurch eine alkalische Flüssigkeit mit einem zuvor bestimmten Wert durch ein Zugaberegulierungsventil 68, vorgesehen in der Rohrleitung für die alkalische Flüssigkeit 66, zugegeben wird.
Die nitrifizierte Flüssigkeit, nitrifiziert in der Nitrifiziervorrichtung 20, wird in die zweite Vorrichtung 50 zum Verdicken geleitet, durch eine Rohrleitung für nitrifizierte Flüssigkeit 34. Alkali wird während dieser Zuleitung zugegeben, durch eine Zugaberohrleitung 84, wodurch der pH-Wert auf etwa 10 erhöht wird. Die zweite Vorrichtung 50 zum Verdicken, besteht aus einer Destillationsvorrichtung 86, und die Konzentration der Destillationsvorrichtung 86 ist ähnlich der Destillationsvorrichtung, die zuvor beschrieben wurde. Die nitrifizierte Flüssigkeit wird in der zweiten Vorrichtung 50 zum Verdicken destilliert und durch die Destillation getrennt, in eine destillierte Flüssigkeit, in der der in der nitrifizierten Flüssigkeit verbleibende Ammoniakstickstoff aufkonzentriert ist, und Restwasser der Destillation, enthaltend fast keinen Ammoniakstickstoff. Die destillierte Flüssigkeit wird in einen zweiten Absorptionstank 90 geleitete, in welchem die absorbierende Flüssigkeit gelagert ist, durch eine Ammoniaktrennrohreitung 88. Dann wird sie erneut der Nitrifiziervorrichtung 20 zugeleitet, intermittierend durch ein EIN/AUS-Ventil 94, vorgesehen in einer Rohrleitung des Absorptionstanks 92. Andererseits wird das Restwasser der Destillation als verarbeitetes Wasser aus dem System herausgeführt.
Im Falle des wie oben konstruierten Systems zur biologischen Entfernung von Stickstoff, kann derselbe Effekt erhalten werden, wie für die erste Form beschrieben. Anstelle der ersten und zweiten Vorrichtungen 14 und 50 zur Verdickung werden die Destillationsvorrichtungen 70 und 86 verwendet, so dass eine verringerte Verarbeitungskapazität, hervorgerufen durch Verstopfung, möglich bei der Filmtrennung, nicht auftritt.
Weiter wird für die pH-Wert-Regulierung im Nitrifizierungstank ein Carbonat, wie Natriumhydrogencarbonat, üblicherweise verwendet, wie oben beschrieben. Wie dem auch sei, ist die zweite Vorrichtung 50 für die Verdickung eine Vorrichtung vom Filmtrenntyp, so ist es wesentlich, einen Fest/Flüssig-Trenntank vorzusehen. Wie dem auch sei, beim Destillationstyp ist es nicht notwendig, Fest/Flüssig-Trenntanks vorzusehen, so dass die Vorrichtung kompakt gemacht werden kann.
Bei der oben beschriebenen Art der Durchführung kann ein stärker effizienter Nitrifizierungsprozess durchgeführt werden, wenn eine Messung zum Überwachen des Ammoniakstickstoffs im Abwasser vorgesehen wird, um die Verdickungsrate in der ersten Vorrichtung zum Verdicken zu bestimmen, auf der Basis des Messergebnisses. Weiter besteht kein Bedarf dafür, dass die erste und die zweite Vorrichtung zum Verdicken identisch sind, also kann eine Vorrichtung vom Filmtrenntyp und eine Vorrichtung vom Destillationstyp frei kombiniert werden.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform beschrieben, in welcher Abwasser mit einer geringen Konzentration an Ammoniakstickstoff nitrifiziert und denitrifiziert wird, durch ein System zur biologischen Entfernung von Stickstoff, ausgerüstet mit der oben beschriebenen Vorrichtung zum Verdicken.

(Ausführungsform 8)

Die Ausführungsform 8 zeigt den Fall der Verwendung des Systems zur Verarbeitung von Abwasser, wie in Fig. 16 beschrieben, in welcher die Kapazität des Nitrifizierungstanks 26 auf 5 l gesetzt wird. Als fixiertes Medium 28 wird ein Medium vom kombinierten PVA-Typ verwendet, in welchem die nitrifizierenden Bakterien auf die Oberfläche des Mediums fixiert sind, jeweils mit einer Fläche von 3 mm, mit einer Füllrate von 20%.
Operationsbedingungen wurden unter den drei Typen 1 bis 3 ausgewählt und die Verweilzeit im Nitrifizierungstank 26 wurde verändert, um so die Beladung an Ammoniakstickstoff pro Medium auf 600 mg-N/h·l-Medium oder mehr zu setzen. Weiter wurden die Konzentrationen an Ammoniakstickstoff des verarbeiteten Wassers, die Entfernungsrate an Ammoniak (Entfernungsrate zur Konzentration an Ammoniakstickstoff, wie sie in den Nitrifizierungstank 26 hereinfließt) und die Nitrifiziergeschwindigkeit, zur Zeit nach der Stabilisation nach einer kontinuierlichen Operation für 60 Tage gemessen.
In Übereinstimmung mit den Operationsbedingungen der Nr. 1, wurde Abwasser mit einer Ammoniakstickstoffkonzentration von 80 mg/l dreimal in der ersten Vorrichtung 14 zum Verdicken verdickt, der Nitrifiziervorrichtung 20 zugeleitet, in der zweiten Vorrichtung 50 zum Verdicken zweimal verdickt, wobei die Verweilzeit in der Nitrifiziervorrichtung 26 auf eine Stunde gesetzt wurde.
In Übereinstimmung mit den Operationsbedingungen der Nr. 2, wurde Abwasser mit einer Ammoniakstickstoffkonzentration von 400 mg/l in der ersten Vorrichtung 14 1,5-mal verdickt, der Nitrifiziervorrichtung 20 zugeleitet, in der zweiten Vorrichtung 50 zum Verdicken dreimal verdickt, wobei die Verweilzeit im Nitrifizierungstank auf 5 Stunden gesetzt wurde.
In Übereinstimmung mit den Operationsbedingungen der Nr. 3, wurde ein Abwasser mit einer Ammoniakstickstoffkonzentration eines zufriedenstellend hohen Wertes von 1000 mg/l verwendet. Ohne Verwendung der ersten Vorrichtung 14 zum Verdicken, wurde das Abwasser der Nitrifiziervorrichtung 20 durch die Bypass-Rohrleitung 22, so wie es war, zugeleitet. Lediglich in der zweiten Vorrichtung 50 zum Verdicken wurde das Abwasser zweimal verdickt, wobei die Verweilzeit in der Nitrifiziervorrichtung 20 auf 6 Stunden gesetzt wurde.
Als ein Vergleichsbeispiel wurde der Fall genommen, das Abwasser mit einer Ammoniakstickstoffkonzentration von 80 mg/l der Nitrifiziervorrichtung 20 ohne Verdickung zugeleitet wurde, wobei lediglich die zweite Vorrichtung zum Verdicken verwendet wurde, um das Abwasser zweimal zu verdicken.
Fig. 18 zeigt die Resultate der oben beschriebenen Operationsbedingungen und die Resultate dieser Experimente.
Das Folgende sind die Resultate des Messens der Ammoniakstickstoffkonzentration der entsprechenden ausfließenden Wasserströme (verarbeitetes Wasser nach der zweiten Vorrichtung zum Verdicken), in Nr. 1 bis 3. In Nr. 1 wurde 4 mg/l (Entfernung 98,3%) erhalten, in Nr. 2 wurde 8-9 mg/l (Entfernung 98,7%) erhalten und in Nr. 3 wurde 10 mg/l (Entfernung 99,0%) erhalten, so dass eine zufriedenstellende Abnahme erhalten wurde. Im Gegensatz dazu war die Ammoniakstickstoffkonzentration des verarbeiteten Wassers im Vergleichsbeispiel 10 mg/l, (Entfernung 87,5%), so dass die Entfernung im Vergleich mit den Nr. 1 bis 3 gering war.
Weiter waren alle Ergebnisse der Messungen der Nitrifiziergeschwindigkeiten in den Nr. 1 bis 3 400 mg-N/h·l-Medium oder mehr und Nr. 3 zeigte einen sehr hohen Wert von 460 mg-N/h·l-Medium. Im Gegensatz dazu war die Nitrifiziergeschwindigkeit im Vergleichsbeispiel 120 mg-N/h·l-Medium, was etwa ¹/&sub4; der Werte ist, die in Nr. 1 bis 3 erhalten werden konnten.
Wurden die nitrifizierenden Bakterien, enthalten in den Medien 28, nach Vollendung der Prüfung fixiert, so konnte in den Medien 28 der Nr. 1 und 2 bestätigt werden, dass die AH-Bakterien und AL-Bakterien lebendig waren. Es wurde auch bestätigt, dass im Medium 28 der Nr. 3 AH-Bakterien bevorzugt wuchsen. Im Medium 28 des Vergleichsbeispiels waren die meisten Bakterien AH-Bakterien und es wird angenommen, dass dieser Unterschied im Hinblick auf die Bakterienarten Einfluss auf die Nitrifiziergeschwindigkeit hatte.

(Ausführungsform 9)

Die Ausführungsform 9 zeigt den Fall einer Verwendung des Systems zur Verarbeitung des Abwassers, wie in Fig. 17 beschrieben. Die Kapazität des Nitrifizierungstanks 26, die fixierten Medien 28 die verwendet wurden, und die Füllrate der fixierten Medien sind wie in Ausführungsform 1 gezeigt. In dieser Ausführungsform wurde Abwasser mit synthetischem Urin verwendet, bei einer Ammoniakstickstoffkonzentration von 80 mg/l. Weiter wurden die Konzentrationen an Ammoniakstickstoff des verarbeiteten Wassers und die Nitrifiziergeschwindigkeit gemessen zur Zeit der Stabilisierung, nach kontinuierlicher Operation für 60 Tage.
Operationsbedingungen in dieser Ausführungsform wurden so ausgewählt, dass das Abwasser mit einer Ammoniakstickstoffkonzentration von 80 mg/l fünfmal in der ersten Vorrichtung 14 zum Verdicken verdickt wurde, der zweiten Nitrifiziervorrichtung 20 zugeleitet wurde, in der zweiten Vorrichtung 50 zum Verdicken zweimal verdickt wurde, wobei die Verweilzeit in der Nitrifiziervorrichtung 26 auf 4 Stunden gesetzt wurde.
Als Vergleichsbeispiel wurde der Fall genommen, dass Abwasser mit einer Ammoniakstickstoffkonzentration von 80 mg/l der Nitrifiziervorrichtung 20 ohne Verdickung zugeleitet wurde, wobei lediglich die zweite Vorrichtung 50 zum Verdicken verwendet wurde, um das Abwasser zweimal zu verdicken. Die Verweilzeit in der Nitrifiziervorrichtung wurde auf Stunden gesetzt.
Fig. 19 zeigt die oben beschriebenen Operationsbedingungen und die Resultate der Experimente.
Als Resultat wurde im Fall dieser Ausführungsform gefunden, dass die Ammoniakstickstoffkonzentration des Restwassers der Destillation, herausgeführt aus der ersten Vorrichtung 14 zum Verdicken, weniger als 5 mg/l war. Weiter war die Ammoniakstickstoffkonzentration des verarbeiteten Wassers (Restwasser der Destillation), herausgeführt aus der zweiten Vorrichtung 50 zum Verdicken, 10 mg/l oder weniger. Die Nitrifiziergeschwindigkeit erreichte 290 mg-N/h·l-Medium. Solch eine hohe Nitrifiziergeschwindigkeit wurde in dieser Ausführungsform erreicht und Verarbeitung bei einer hohen Geschwindigkeit wurde durchgeführt, ähnlich wie in Ausführungsform 8.
Im Fall des Vergleichsbeispiels auf der anderen Seite wurde die Verweilzeit im Nitrifizierungstank 26 auf einen Wert gesetzt, der fünfmal größer war als der in dieser Ausführungsform. Die Ammoniakstickstoffkonzentration des verarbeiteten Wassers (Restwasser der Destillation) erreichte so einen Wert von weniger als 10 mg/l. Wie dem auch sei, die Nitrifiziergeschwindigkeit war auf einen sehr geringen Wert von 14 mg-N/h·l-Medium verringert, verglichen mit der hohen Geschwindigkeit dieser Ausführungsform. Dieses Ergebnis ist sehr weit von einer Hochgeschwindigkeitsverarbeitung entfernt. Es wird angenommen, dass die Abnahme der Nitrifiziergeschwindigkeit hervorgerufen wurde durch die Abnahme der Dichte ah Bakterien in Übereinstimmung mit der Ammoniakstickstoffkonzentration im Nitrifizierungstank 26.
Wie oben beschrieben, kann in dem Verfahren zur biologischen Entfernung von Stickstoff und in dem System dafür, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, eine Operation durchgeführt werden, fähig zum Erhalten der maximalen Nitrifizierungsgeschwindigkeit in Übereinstimmung mit der Ammoniakstickstoffkonzentration, wobei die Nitrifizierungsreaktion vom Typ der salpetrigen Säure vorherrscht, unter Ausnutzung der Eigenschaften der AH-Bakterien als nitrifizierende Bakterien vom Typ der salpetrigen Säure, die hohe Aktivität bei hohen Konzentrationen an Ammoniakstickstoff zeigen, und der Eigenschaften der AL-Bakterien als nitrifizierende Bakterien vom Typ der salpetrigen Säure, die hohe Aktivität bei geringen Konzentrationen an Ammoniakstickstoff zeigen.
Im Denitrifizierungsprozess andererseits wird die nitrifizierte Flüssigkeit, in der der Anteil an salpetriger Säure hoch ist, denitrifiziert, wodurch die reduzierenden Bakterien für salpetrige Säure als denitrifizierende Bakterien bevorzugt wachsen, so dass die Denitrifizierungsreaktion zum Reduzieren von salpetriger Säure zu Stickstoffgas effektiv durchgeführt werden kann.
Mit dieser Anordnung kann Abwasser mit einer hohen Konzentration an Ammoniakstickstoff mit einer hohen Geschwindigkeit verarbeitet werden, ohne Verdünnung, wobei salpetrige Säure als Zwischenoxidmaterial denitrifiziert werden kann, im Zustand der salpetrigen Säure, so dass die benötigte Zeit für den Denitrifizierungsprozess verkürzt werden kann. In Übereinstimmung damit kann das System kompakt gemacht werden, selbst für den Fall, dass Abwasser mit einer hohen Konzentration an Ammoniakstickstoff verwendet wird. Also ist dieses System insbesondere effektiv als System zur biologischen Verarbeitung in Fällen, in denen Abwasser mit einer hohen Konzentration an Ammoniakstickstoff, wie von 400 mg/l-5000 mg/l, in großer Menge anfällt, wie z. B. in einem Entwicklungslabor, einer Fabrik zur Synthese anorganischer Materialien und einem Kraftwerk.
Abwasser mit einer niedrigen Konzentration an Ammoniakstickstoff kann verdickt und verarbeitet werden, so dass die Quantität des zu verarbeitenden Abwassers, für den Fall, dass das Abwasser eine geringe Konzentration an Ammoniakstickstoff aufweist, z. B. in städtischem Abwasser, sehr stark verringert werden kann. In Übereinstimmung damit kann das System kompakt gemacht werden.
Es sollte klar sein, dass es keine Absicht gibt, die Erfindung auf die spezifischen offenbarten Formen zu beschränken. Ganz im Gegensatz, diese Erfindung soll alle Modifikationen, alternativen Konstruktionen und Äquivalente abdecken, die in den Geist und Umfang der Erfindung fallen, so wie sie in den Ansprüchen dargestellt ist.

Claims

1. Nitrifizierverfahren, wobei eine Ammoniak enthaltende Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird mit nitrifizierenden Bakterien, umfassend Bakterien vom AH-Typ, under aeroben Bedingungen, um so Ammoniakstickstoff in der Ammoniak enthaltenden Flüssigkeit zu nitrifizieren, worin eine Ammoniak enthaltende Flüssigkeit mit einer Ammoniakstickstoffkonzentration von 400 mg/l oder mehr in der Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird mit fixiertem Medium vom aufschwimmenden Typ, und wobei die Beladung an Ammoniakstickstoff pro fixiertem Medium 500 mg-N/h·l-Medium oder mehr ist.

2. Nitrifizierverfahren, wobei eine Ammoniak enthaltende Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird mit nitrifizierenden Bakterien, umfassend Bakterien vom AH- und vom AL-Typ, under aeroben Bedingungen, um so Ammoniakstickstoff in der Ammoniak enthaltenden Flüssigkeit zu nitrifizieren, worin eine Ammoniak enthaltende Flüssigkeit mit einer Ammoniakstickstoffkonzentration von 150 bis 400 mg/l in der Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird mit fixiertem Medium vom aufschwimmenden Typ, und wobei die Beladung an Ammoniakstickstoff pro fixiertem Medium 500 mg-N/h·l-Medium oder mehr ist.

3. Verfahren zur biologischen Entfernung von Stickstoff, umfassend einen Nitrifizierprozess, worin eine Ammoniak enthaltende Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird mit nitrifizierenden Bakterien unter aeroben Bedingungen, und einen Denitrifizierprozess, worin eine Ammoniak enthaltende Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird mit denitrifizierenden Bakterien unter anaeroben Bedingungen, um so Ammoniakstickstoff aus der Ammoniak enthaltenden Flüssigkeit zu entfernen, dadurch gekennzeichnet, dass besagter Nitrifizierprozess durchgeführt wird in Übereinstimmung mit Anspruch 1 oder 2.

4. Verfahren zur biologischen Entfernung von Stickstoff in Übereinstimmung mit Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Nitrifizierprozess in eine Vielzahl von Stufen aufgeteilt ist.

5. System zur biologischen Entfernung von Stickstoff, wobei eine Ammoniak enthaltende Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird mit nitrifizierenden Bakterien unter aeroben Bedingungen, in einem Nitrifizierteil, und in Kontakt gebracht wird mit denirifizierenden Bakterien unter anaeroben Bedingungen, in einem Denitrifizierteil, um so Ammoniakstickstoff aus der Ammoniak enthaltenden Flüssigkeit zu entfernen, wobei der Nitrifizierteil einen Einlass für besagte Ammoniak enthaltende Flüssigkeit; einen AH-Bakterien-Reaktionsteil, in welchem Ammoniakstickstoff in der Flüssigkeit nitrifiziert wird, unter aeroben Bedingungen, wobei eine Ammoniak enthaltende Flüssigkeit mit einer Ammoniakstickstoffkonzentration von 400 mg/l, oder mehr in der Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird mit fixiertem Medium vom aufschwimmenden Typ, und wobei die Beladung an Ammoniakstickstoff pro fixiertem Medium 500 mg-N/h·l-Medium oder mehr ist; und einen AH-AL. Bakterien-Reaktionsteil, in welchem Ammoniakstickstoff in der Flüssigkeit nitrifiziert wird, unter aeroben Bedingungen, worin eine Flüssigkeit, enthaltend Ammoniak mit einer Ammoniakstickstoffkonzentration von 150 bis 400 mg/l in der Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird mit fixiertem Medium vom aufschwimmenden Typ, und wobei die Beladung an Ammoniakstickstoff pro fixiertem Medium 500 mg-N/h·l-Medium oder mehr ist, umfasst, wobei der AH-Bakterien- Reaktionsteil vor dem AH-AL-Bakterien-Reaktionsteil vorgesehen sein kann.

6. System zur biologischen Entfernung von Stickstoff in Übereinstimmung mit Anspruch 5, weiter umfassend einen AL-Bakterien-Reaktionsteil, in welchem Ammonikstickstoff in der Ammoniak enthaltenden Flüssigkeit nitrifiziert wird, unter aeroben Bedingungen, worin eine Flüssigkeit, enthaltend Ammoniak mit einer Ammoniakstickstoffkonzentration von 200 mg/l oder weniger in der Flüssigkeit, in Kontakt gebracht wird mit fixiertem Medium vom aufschwimmenden Typ, und wobei die Beladung an Ammoniakstickstoff pro fixiertem Medium 500 mg-N/h·l- Medium oder mehr ist, wobei der AL-Bakterien-Reaktionsteil nach besagtem AH- AL-Bakterien-Reaktionsteil vorgesehen ist, um Flüssigkeit, herausgeflossen aus besagtem AH-AL-Bakterien-Reaktionsteil, in Kontakt zu bringen mit besagtem fixiertem AL-Bakterien-Medium.

7. System zur biologischen Entfernung von Stickstoff in Übereinstimmung mit Anspruch 5, weiter umfassend eine Verdickungsvorrichtung (14) zur vorläufigen Behandlung zur Verdickung von Abwasser, um die Ammoniakstickstoffkonzentration im Abwasser anzuheben.

8. System zur biologischen Entfernung von Stickstoff in Übereinstimmung mit Anspruch 7, weiter umfassend eine Verdickungsvorrichtung (50), in der Flüssigkeit, enthaltend Ammoniakstickstoff, entlassen aus dem System, verdickt und in besagtes System zurück geführt wird.

9. System zur biologischen Entfernung von Stickstoff in Übereinstimmung mit Anspruch 7 oder 8, worin besagte Verdickungsvorrichtungen (14, 50) ausgewählt sind unter Filmseparationsvorrichtungen und Destillationsvorrichtungen.

10. System zur biologischen Entfernung von Stickstoff in Übereinstimmung mit Anspruch 5, worin Paare an Nitrifizierteilen und Denitrifizierteilen, vorgesehen nach besagten Nitrifizierteilen, in Serie vorgesehen sind.