申请日2010.01.29
公开(公告)日2010.08.04
IPC分类号C02F11/00; C02F3/30; C02F101/16; C02F3/28; C02F3/12
摘要
本发明涉及亚硝酸型硝化反应污泥、其制造方法、其制造装置以及废水处理方法和废水处理装置。本发明涉及用于制造亚硝酸型硝化反应污泥的方法，包括对活性污泥(12)进行碱处理，以使得至少包含铵氧化菌和亚硝酸氧化菌的活性污泥(12)的pH可以为10或更高，从而在活性污泥(12)中优势聚积铵氧化菌的步骤。
翻译权利要求书
1.一种用于制造亚硝酸型硝化反应污泥的方法，其特征在于包括步骤：
对活性污泥(12)进行碱处理，以使得至少包含铵氧化菌和亚硝酸氧化菌的活性污泥(12)的pH为10或更高，从而在活性污泥(12)中优势聚积铵氧化菌。
2.根据权利要求1所述的用于制造亚硝酸型硝化反应污泥的方法，其特征在于在碱处理步骤中，通过向活性污泥添加碱性液体将活性污泥(12)的pH维持在10或更高至14或更低的范围内。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的用于制造亚硝酸型硝化反应污泥的方法，其特征在于碱处理是在下面(1)至(3)中的至少一个条件下进行的：
(1)维持活性污泥的pH在13或更高的范围内5分钟或更长时间;
(2)维持活性污泥的pH在12或更高和低于13的范围内10分钟或更长时间;和
(3)维持活性污泥的pH在10或更高和低于12的范围内60分钟或更长时间。
4.一种根据权利要求1-3中任一项所述的用于制造亚硝酸型硝化反应污泥的方法制造的亚硝酸型硝化反应污泥。
5.一种用于制造亚硝酸型硝化反应污泥的装置，其特征在于包括：
对其中的至少包含铵氧化菌和亚硝酸氧化菌的活性污泥(12)进行碱处理以使得活性污泥(12)的pH为10或更高从而在活性污泥(12)中优势聚积铵氧化菌的碱处理装置。
6.一种用于处理包含铵态氮的废水的废水处理方法，其特征在于包括步骤：
对至少包含铵氧化菌和亚硝酸氧化菌的活性污泥进行碱处理以使得该活性污泥的pH为10或更高;
使用已经过碱处理的该活性污泥将废水中含有的铵态氮氧化为亚硝酸;和
对亚硝酸进行反硝化处理。
7.根据权利要求6所述的废水处理方法，其特征在于在对亚硝酸进行反硝化处理的步骤中，已在氧化铵态氮步骤中形成的亚硝酸被厌氧铵氧化菌反硝化，同时使用废水中包含的铵态氮作为氢供体。
8.根据权利要求6所述的废水处理方法，其特征在于在对亚硝酸进行反硝化处理的步骤中，在氧化铵态氮步骤中形成的亚硝酸被反硝化菌反硝化。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的废水处理方法，其特征在于进一步包括步骤：
回收在将铵态氮氧化为亚硝酸的步骤中使用的活性污泥;和
对回收的活性污泥进行碱处理。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的废水处理方法，其特征在于进一步包括步骤：通过向活性污泥添加酸性试剂来调节已经过碱处理的活性污泥的pH。
11.一种用于处理含铵态氮的废水的废水处理装置(50)、(60)、(70)、(80)，其特征在于包括：
对其中的至少包含铵氧化菌和亚硝酸氧化菌的活性污泥(12)进行碱处理以使得活性污泥(12)的pH为10或更高的碱处理装置;
其中使用已经过碱处理的活性污泥将废水中包含的铵态氮氧化为亚硝酸的亚硝酸生成池(24);和
其中对亚硝酸进行反硝化处理的反硝化池(44)。
12.根据权利要求11所述的废水处理装置，其特征在于已在亚硝酸生成池(24)中形成的亚硝酸在反硝化池(44)中被厌氧铵氧化菌反硝化，同时使用废水中包含的铵态氮作为氢供体。
13.根据权利要求11所述的废水处理装置，其特征在于已在亚硝酸生成池(24)中形成的亚硝酸在反硝化池(44)中被反硝化菌反硝化。
14.根据权利要求11-13中任一项所述的废水处理装置，其特征在于进一步包括：
从亚硝酸生成池(24)回收活性污泥的回收装置;和
在其中对已由回收装置回收的活性污泥进行碱处理以再生活性污泥的再生装置(36)。
15.根据权利要求11-14中任一项所述的废水处理装置，其特征在于进一步包括通过向已经过碱处理的活性污泥添加酸性试剂来调节活性污泥的pH的pH调节装置(16)。
说明书
亚硝酸型硝化反应污泥、其制造方法、其制造装置以及废水处理方法和废水处理装置
技术领域
本发明涉及亚硝酸型硝化反应污泥、其制造方法、其制造装置以及废水处理方法和废水处理装置。在此，亚硝酸型硝化反应污泥是指其中将铵态氮氧化为亚硝酸的铵氧化菌已优势聚积的活性污泥。
背景技术
硝化反硝化方法已知是用于处理含铵态氮的废水的方法，其是通过硝化菌将铵态氮硝化(氧化)为硝酸、然后再通过反硝化菌将硝酸还原为氮气而除去铵态氮的方法。
但是，在上述的硝化反硝化方法中，废水中的铵态氮(NH4)经过亚硝酸(盐)(nitrite)(NO2)被硝化为硝酸(盐)(nitrate)(NO3)，因而在硝化反应中需要提供大量的氧。此外，在将硝酸转化为氮气的反硝化反应中，需要提供大量的氢供体(例如甲醇)。
于是，有人考虑到将铵态氮的硝化反应停止在亚硝酸阶段并将亚硝酸反硝化成氮气，因而降低了在硝化反应中需要提供的氧的量以及在反硝化反应中需要提供的氢供体的量。
另一方面，包括使用厌氧铵氧化菌进行反硝化处理的废水处理方法作为替代常规硝化反硝化方法的废水处理方法已引起了人们的注意。该方法包括将废水中的铵态氮亚硝化为亚硝酸，同时使用厌氧铵氧化菌来反硝化废水中的亚硝酸和铵态氮，并因此其比常规的硝化反硝化方法更加有利，因为它不仅能够降低硝化反应中需要提供的氧的量，而且在反硝化反应中无需提供氢供体。但是，为了使用厌氧铵氧化菌处理废水，废水中铵态氮的硝化反应需要停止在亚硝酸阶段。
出于这样的原因，针对制造提供将废水中的铵态氮亚硝化为亚硝酸的亚硝酸型硝化反应的微生物载体提出了一些方法。
例如，日本专利No.3788601公开了通过热处理仅聚积适于亚硝酸型硝化反应的硝化菌来将铵态氮的硝化反应停止在亚硝酸的阶段的方法。该方法对包含将铵态氮氧化为亚硝酸的铵氧化菌和将亚硝酸硝化为硝酸的亚硝酸氧化菌的载体进行热处理以灭活亚硝酸氧化菌，并在载体中优势聚积铵氧化菌。通过使用该载体，废水中铵态氮的硝化反应可以停止在亚硝酸阶段。
发明内容
但是，日本专利No.3788601中描述的方法在热处理载体时需要提供大量的热能。为此，从降低能量消耗的角度提出了无需热处理载体的方法。
例如，日本专利申请公开No.2008-272610公开了对包含铵氧化菌和亚硝酸氧化菌的活性污泥集合地固定在其上的载体进行酸处理以形成铵氧化菌优势聚积其上的载体，以及使用该载体进行废水处理的方法。
但是，日本专利申请公开No.2008-272610中描述的方法需要定期地对载体进行酸处理以灭活与废水等一起从外部带来的亚硝酸氧化菌，并因而在酸处理的一些条件下使载体的机械强度逐渐退化，这有可能使得存在于载体内部的硝化菌流出。
此外，为了定期地对载体进行酸处理，该方法必须将载体与硝化反应池中的废水分离且仅回收载体，因此需要用于回收载体的复杂的方法。
此外，当已经过酸处理的载体未经中和就加入硝化反应池中时，硝化反应池的pH会降低，硝化反应的速率也会偶尔降低。
本发明针对上述情况进行设计并致力于提供可长时间地用于低能量消耗的稳定和简单的废水处理中的亚硝酸型硝化反应污泥、其制造方法、其制造装置、废水处理方法和废水处理装置。
用于制造本发明的亚硝酸型硝化反应污泥的方法为用于制造其中铵氧化菌已优势聚积的亚硝酸型硝化反应污泥的方法，该方法包括对活性污泥进行碱处理以使得至少包含铵氧化菌和亚硝酸氧化菌的活性污泥的pH为10或更高的步骤。
在此，短语“pH为10或更高”不但包括pH为10或更高但低于14的情况，还包括难以通过pH计测量的pH为14或更高的情况。在本说明书中，“pH”是指在25℃和1atm状态中的log10[H+]，其中，[H+]代表氢离子浓度(mol/L)。
本发明人大量研究的结果表明，铵氧化菌对碱性环境具有高抗性，而亚硝酸氧化菌对碱性环境的抗性较低。上述的制造方法利用了铵氧化菌和亚硝酸氧化菌的抗碱性之间的差异，可以通过对活性污泥进行碱处理灭活亚硝酸氧化菌而在活性污泥中优势聚积铵氧化菌。
此外，对活性污泥进行的碱处理可以比对载体进行热处理的成本低，因此可以降低能量消耗。
该制造方法还可以通过在活性污泥中而不是在载体上聚积铵氧化菌来防止由于载体的损坏而造成的硝化反应速率的降低，且因此可以省去回收载体的复杂过程。
此外，该制造方法还可以省去中和处理，因为即使已经过碱处理的活性污泥不经过中和就被加入硝化反应池中，硝化反应的速率也不会降低。
在制造亚硝酸型硝化反应污泥的方法中，优选在碱处理步骤中通过向活性污泥添加碱性液体来维持活性污泥的pH在10或更高至14或更低的范围内(更优选为11或更高至14或更低)。
通过在上述范围内调节活性污泥的pH，亚硝酸氧化菌可被选择性地灭活，而铵氧化菌不会被灭活。
在制造亚硝酸型硝化反应污泥的方法中，上述的碱处理优选在下面(1)至(3)中的至少一个条件下进行：
(1)维持活性污泥的pH在13或更高的范围内5分钟或更长时间;
(2)维持活性污泥的pH在12或更高和低于13的范围内10分钟或更长时间;和
(3)维持活性污泥的pH在10或更高和低于12的范围内60分钟或更长时间。
因此，可制造其中铵氧化菌已被更加选择性地聚积、而亚硝酸氧化菌的确被灭活的活性污泥。
可以使用制造亚硝酸型硝化反应污泥的方法来制造本发明的亚硝酸型硝化反应污泥。
用于制造本发明的亚硝酸型硝化反应污泥的装置为用于制造其中铵氧化菌已优势聚积的亚硝酸型硝化反应污泥的装置，该装置包括对其中至少包含铵氧化菌和亚硝酸氧化菌的活性污泥进行碱处理以使得活性污泥的pH可以为10或更高的碱处理装置。
碱处理装置通过对活性污泥进行pH控制为10或更高的碱处理来灭活活性污泥中的亚硝酸氧化菌，并可在活性污泥中优势聚积铵氧化菌。
本发明的废水处理方法为用于处理包含铵态氮的废水的方法，并包括步骤：对至少包含铵氧化菌和亚硝酸氧化菌的活性污泥进行碱处理以使得该活性污泥的pH可以为10或更高;使用已经过碱处理的活性污泥将废水中包含的铵态氮氧化为亚硝酸;和对亚硝酸进行反硝化处理。
该废水处理方法通过对活性污泥进行pH控制为10或更高的碱处理而在活性污泥中优势聚积铵氧化菌，并可以因此将铵态氮的硝化反应停止在亚硝酸阶段。因此，该方法可以降低在硝化反应中需要提供的氧的量以及在还原反应中需要提供的氢供体的量。
在废水处理方法的对亚硝酸进行反硝化处理的步骤中，已在氧化铵态氮的步骤中形成的亚硝酸可被厌氧铵氧化菌反硝化，同时使用废水中包含的铵态氮作为氢供体。
在废水处理方法的对亚硝酸进行反硝化处理的步骤中，在氧化铵态氮的步骤中形成的亚硝酸可被反硝化菌反硝化。
废水处理方法优选进一步包括以下步骤：回收在将铵态氮氧化成亚硝酸的步骤中使用的活性污泥，并对回收的活性污泥进行碱处理。
因此，即使当从外部带来亚硝酸氧化菌时，亚硝酸型硝化性能也能够维持很长一段时间。
废水处理方法优选进一步包括通过向活性污泥添加酸性试剂来调节已经过碱处理的活性污泥的pH。
因此，在碱处理之后通过添加酸性试剂来降低活性污泥的pH，可以防止废水处理的效率降低。
本发明的废水处理装置为用于处理包含铵态氮的废水的装置，并包括：在其中对至少包含铵氧化菌和亚硝酸氧化菌的活性污泥进行碱处理以使得活性污泥的pH可以为10或更高的碱处理装置;其中使用已经过碱处理的活性污泥将废水中包含的铵态氮氧化为亚硝酸的亚硝酸生成池;和其中对亚硝酸进行反硝化处理的反硝化池。
在废水处理装置的反硝化池中，已在亚硝酸生成池中生成的亚硝酸可被厌氧铵氧化菌反硝化，同时使用废水中包含的铵态氮作为氢供体。
在废水处理装置的反硝化池中，已在亚硝酸生成池中生成的亚硝酸可被反硝化菌反硝化。
废水处理装置优选进一步包括从亚硝酸生成池中回收活性污泥的回收装置和在其中对已由回收装置回收的活性污泥进行碱处理以再生活性污泥的再生装置。
废水处理装置优选进一步包括通过向已经过碱处理的活性污泥添加酸性试剂来调节活性污泥的pH的pH调节装置。
本发明的制造方法可以通过对活性污泥进行pH控制为10或更高的碱处理并因此灭活亚硝酸氧化菌而在活性污泥中优势聚积铵氧化菌。因此，该处理方法可将废水中铵态氮的硝化反应停止在亚硝酸阶段，并降低硝化反应中需要提供的氧的量和还原反应中需要提供的氢供体的量。
进行碱处理可以比对载体进行热处理的成本低，并可降低能量消耗。
该制造方法还可以通过在活性污泥中而不是在载体上聚积铵氧化菌来防止由于载体的损坏而造成的硝化反应速率的降低，并因此可以省去回收载体的复杂过程。
此外，该制造方法可以省去中和处理，因为即使已经过碱处理的活性污泥不经过中和就被加入硝化反应池中，硝化反应的速率也不会降低。