含氮有機廢水的處理系統及處理方法
【專利摘要】本發明提供一種含氮有機廢水的處理系統，其具有自養脫氮裝置(30)，該自養脫氮裝置(30)通過亞硝酸化處理和厭氧氨氧化處理來進行脫氮處理，所述亞硝酸化處理是利用自養微生物在需氧條件下將被處理水中所含的氨氧化成亞硝酸的處理，所述厭氧氨氧化處理是在厭氧條件下利用自養微生物進行的以氨態氮作為電子供體且以亞硝態氮作為電子受體的處理，并且，在自養脫氮裝置(30)的上游具備：對被處理水中所含的懸浮性有機物進行分離的懸浮性有機物分離裝置(10)、及對由懸浮性有機物分離裝置(10)分離出的懸浮性有機物進行厭氧消化的污泥厭氧消化裝置(40)，且具備將污泥厭氧消化裝置(40)的消化液供給到自養脫氮裝置(30)的第一輸送路徑(R1)，即使是含有懸浮性有機物的氨濃度較低的廢水，也可使用自養微生物有效地進行厭氧氨氧化處理。
【專利說明】含氮有機廢水的處理系統及處理方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及含氮有機廢水的處理系統及處理方法，特別涉及適于氨濃度比較低的含氮有機廢水的處理系統及處理方法。
【背景技術】
[0002]以往，為了處理含氮有機廢水，一直采用循環脫氮法等使用了異養微生物的生物學硝化脫氮法。這樣的生物學硝化脫氮法是如下方法:經硝化工序和脫氮工序將廢水中的氨態氮分解成氮氣，所述硝化工序是由使用氨氧化細菌將廢水中的氨態氮氧化成亞硝態氮，再使用亞硝酸氧化細菌將亞硝態氮氧化成硝態氮的工序；所述脫氮工序是使用異養脫氮菌將亞硝態氮及硝態氮分解成氮氣的工序。
[0003]但是，對于以往的生物學硝化脫氮法而言，在硝化工序中需要曝氣供給所需要的大量的氧，因此，具有曝氣用鼓風機等所需要的電力成本增高的問題，在脫氮工序中需要大量添加作為有機碳源的甲醇等，因此，具有藥品成本增高的問題，且由于使用異養微生物，因此，具有污泥產生量多、剩余污泥的處理成本高的問題等，從而存在整體運行成本高的問題。
[0004]因此，專利文獻I提出了一種BOD及含氮廢水的生物處理方法，該方法包括，對BOD及含氮廢水按下述工序的順序進行處理:通過厭氧性沼氣發酵法除去BOD的厭氧處理工序、使氨態氮的一部分成為亞硝態氮的亞硝酸型硝化工序、以氨態氮作為電子供體并以亞硝態氮作為電子受體且與自養脫氮微生物接觸來進行脫氮的脫氮工序，其中，將使上述厭氧處理工序中產生的生物 氣與堿性溶液接觸而得到的含碳酸(氫)鹽堿性溶液用于上述亞硝酸型硝化工序的PH調整。
[0005]另外，本說明書中，使用術語“廢水(廃水)”對本發明進行說明，但與公知文獻中使用的術語“廢水(排水)”為同義詞。
[0006]根據該方法，由于使用作為自養脫氮微生物的ΑΝΑΜΜ0Χ菌進行脫氮，因此，不需要添加有機碳源，且ΑΝΑΜΜ0Χ菌為產率較低的自養微生物，因此，污泥的產生量顯著變少，從而能夠抑制剩余污泥的產生量。
[0007]而且，作為用于穩定地進行使原水中的氨態氮的氧化停留于亞硝態氮的亞硝酸型硝化的PH調整劑，通過使用使厭氧處理工序中產生的生物氣與堿性溶液接觸而得到的含碳酸(氫)鹽堿性溶液來代替市售藥劑，能夠實現藥劑費用的降低。
[0008]另外，專利文獻2中提出了一種生物學的除氮系統，該系統包含使含有氨成分及BOD成分的對象處理液在厭氧條件下將氨性氮和亞硝態氮轉換成氮分子的厭氧性氨氧化處理。
[0009]該生物學的除氮系統具備:含有氮成分的對象處理液流入的BOD分離裝置、被該BOD分離裝置分離后的含氨液流入且主要得到含有亞硝態氮的處理液的需氧性氨氧化槽、亞硝酸性含氮處理液流入的厭氧性氨氧化槽、從該厭氧性氨氧化槽排出的處理液流入的厭氧性脫氮槽、以及來自該厭氧性脫氮槽的處理液流入的再曝氣槽，并且具備將被上述BOD分離裝置分離的BOD含有液導向上述厭氧性脫氮槽的線路。另外，在上述BOD分離裝置的上游側設置除去對象處理液中所含的夾雜物的絲網、沉淀槽等前處理裝置。
[0010]現有技術文獻
[0011]專利文獻
[0012]專利文獻1:日本專利第4496735號公報
[0013]專利文獻2:日本專利第4632356號公報
【發明內容】
[0014]發明要解決的課題
[0015]但是，目前為止，由于未進行對含有懸浮性及溶解性有機物的廢水進行厭氧氨氧化處理的積極研究，因此，仍然沒有開發出能夠對這種廢水有效地進行厭氧氨氧化處理的實際的處理系統及處理方法。
[0016]例如，當對這種廢水采用專利文獻I所記載的方法時,通過在亞硝酸化處理前進行厭氧消化處理，能夠降低溶解性B0D，但是，不能充分除去懸浮性B0D，因此，為了在亞硝酸化工序中同時也分解懸浮性B0D，需要大量的曝氣，由此，使電力成本上升。
[0017]另外，當對這種廢水采用專利文獻2所記載的方法時，可除去懸浮性有機物，但由于氨濃度較低，因此，具有如下問題:不能在需氧性氨氧化槽中穩定地生成亞硝酸，且不能在接下來的工序的厭氧性氨氧化槽中進行充分的處理，從而使氨及硝酸泄漏。
[0018]鑒于上述問題，本發明的目的在于，提供一種比現有技術更有效且即使是含有懸浮性有機物的低氨濃度的廢水，也可以使用自養微生物有效地進行厭氧氨氧化處理的含氮有機廢水的處理系統及處理方法。
[0019]解決問題的方法
[0020]為了實現上述目的，本發明提供一種含氮有機廢水的處理系統，其結構的第一特征如權利要求書中的權利要求1所記載，其具有自養脫氮裝置，該自養脫氮裝置通過對含有懸浮性有機物及氨的被處理水進行亞硝酸化處理和厭氧氨氧化處理來進行脫氮處理，所述亞硝酸化處理是利用自養微生物在需氧條件下將氨氧化成亞硝酸的處理，所述厭氧氨氧化處理是在厭氧條件下利用自養微生物進行的以氨態氮作為電子供體且以亞硝態氮作為電子受體的處理，其中，該處理系統具備:設于所述自養脫氮裝置上游的從被處理水分離懸浮性有機物的懸浮性有機物分離裝置、對由所述懸浮性有機物分離裝置分離出的懸浮性有機物進行厭氧消化的污泥厭氧消化裝置、以及將所述污泥厭氧消化裝置的消化液供給到所述自養脫氮裝置的第一輸送路徑。
[0021]目前為止，無法對氨濃度較低的廢水有效地實現穩定的厭氧氨氧化處理。可認為這是由于，在氨濃度較低的氛圍下，難以抑制氨的硝酸化并穩定地調整進行亞硝酸化的處理，并且在對氨的大約一半進行亞硝酸化的部分亞硝酸化處理中，不能穩定地調整應殘留
的氨量。
[0022]根據所述結構，由懸浮性有機物分離裝置分離出的懸浮性有機物被污泥厭氧消化裝置進行厭氧消化，得到氨態氮被濃縮的消化液。通過將這種消化液供給到自養脫氮裝置，自養脫氮裝置中的游離氨濃度(FA ；Free Ammonia)變高,硝酸菌的活性被抑制。其結果，利用亞硝酸菌的亞硝酸化優先進行，從而有效地進行厭氧氨氧化處理。在該工藝中，不需要通過溫度及pH控制來抑制硝酸菌，可節約電力成本及藥品成本。另外,Anthonisen等報道了在游離氨濃度(FA)為0.1-1Oppm的情況下，硝酸菌選擇性地受到阻礙。
[0023]本發明的含氮有機廢水的處理系統的結構的第二特征如權利要求2所記載，在所述第一特征結構的基礎上，所述自養脫氮裝置具有對被處理水進行所述亞硝酸化處理的亞硝酸化裝置、和對進行了所述亞硝酸化處理的被處理水進行所述厭氧氨氧化處理的厭氧氨氧化裝置而構成，所述第一輸送路徑由向所述亞硝酸化裝置供給所述污泥厭氧消化裝置的消化液的路徑構成，此外，該含氮有機廢水的處理系統還具有將所述污泥厭氧消化裝置的消化液供給到所述厭氧氨氧化裝置的第二輸送路徑。
[0024]在自養脫氮裝置由亞硝酸化裝置和厭氧氨氧化裝置的雙槽式構成的情況下，污泥厭氧消化裝置的消化液經第一輸送路徑供給到亞硝酸化裝置中，并進一步經第二輸送路徑供給到厭氧氨氧化裝置中。根據這樣的結構，能夠將厭氧氨氧化裝置內的氨濃度和亞硝酸濃度調整成合適的比例，從而能夠有效地進行厭氧氨氧化。
[0025]如下式所示，厭氧氨氧化反應是通過以I當量的氨態氮為電子供體且以大約1.3當量的亞硝態氮為電子受體的自養細菌進行的脫氮反應。
[0026]NH4 + + 1.32N02—+ 0.066HC03 —+ 0.13H + —
[0027]1.02N2 + 0.26N03 —+ 0.066CH200.5N0.15 + 2.03H20
[0028]如果在亞硝酸化裝置中局部進行了亞硝酸化的硝化液的亞硝態氮和氨態氮為上式摩爾比，則有效地進行厭氧氨氧化處理，但在與上式摩爾比差異較大的情況下，厭氧氨氧化處理停滯。即使在這種情況下，也可以利用經第二輸送路徑供給的氨濃度較高的消化液，將亞硝態氮和氨態氮的摩爾比調節成恰當的值、例如1: 1.3~1.4左右，從而能夠有效地進 行厭氧氨氧化。
[0029]本發明的含氮有機廢水的處理系統的結構的第三特征如權利要求3所記載，在所述第一特征結構的基礎上，在所述第一輸送路徑上配置異養脫氮裝置，且具有將所述自養脫氮裝置的處理液供給到所述異養脫氮裝置的第三輸送路徑，所述異養脫氮裝置利用異養脫氮微生物進行將亞硝態氮及硝態氮還原成氮分子的脫氮處理。
[0030]根據所述結構，通過經第三輸送路徑將自養脫氮裝置的處理液的一部分返送至異養脫氮裝置，并通過利用污泥厭氧消化裝置的消化液中所含的主要以溶解性有機物作為電子給體且以自養脫氮裝置的處理液中所含的硝態氮作為電子受體的異養脫氮微生物進行脫氮處理，可以減少從自養脫氮裝置排出到體系外的硝酸量。
[0031]本發明的含氮有機廢水的處理系統的結構的第四特征如權利要求4所記載，在所述第二特征結構的基礎上，在所述第一輸送路徑上配置異養脫氮裝置，并且具有將所述厭氧氨氧化裝置的處理液供給到所述異養脫氮裝置的第三輸送路徑，所述異養脫氮裝置利用異養脫氮微生物進行將亞硝態氮及硝態氮還原成氮分子的脫氮處理。
[0032]根據所述結構，通過經第三輸送路徑將厭氧氨氧化裝置的處理液的一部分返送至異養脫氮裝置，并通過進行污泥厭氧消化裝置的消化液中所含的主要以溶解性有機物為電子給體且以厭氧氨氧化裝置的處理液中所含的硝態氮為電子受體的異養脫氮微生物的脫氮處理，可以減少從厭氧氨氧化裝置排出到體系外的硝酸量。
[0033]本發明的含氮有機廢水的處理系統的結構的第五特征如權利要求5所記載，在所述第一~第四特征中的任一結構的基礎上，被處理水中，DNH3-N(氨態氮濃度)< lOOppm，2)B0D/NH3-N > 3.0，所述溶解性有機物分解裝置的處理液中，3)0.5 < BOD/NH3-N < 2.0。
[0034]自養脫氮裝置中，調節曝氣量，將溶存氧濃度控制在適當的范圍，但在氨態氮濃度低于IOOppm的情況下，在曝氣風量發生較少變化時，溶存氧濃度大幅度變動。即使在這種情況下，通過將B0D/NH3-N調節成比0.5大的值，也能夠通過BOD消耗氧來抑制溶存氧濃度的較大變動。另外，若B0D/NH3-N超過2.0，則曝氣量增加，從節能的觀點來看，不優選。
[0035]本發明提供一種含氮有機廢水的處理方法，其結構的第一特征如權利要求6所記載，該方法包括:對含有懸浮性有機物及氨的被處理水進行自養脫氮處理工序，所述自養脫氮處理工序包含:利用自養微生物在需氧條件下將氨氧化成亞硝酸的亞硝酸化處理工序、以及在厭氧條件下利用自養微生物進行的以氨態氮作為電子供體且以亞硝態氮作為電子受體的厭氧氨氧化處理工序，其中，在所述自養脫氮處理工序之前，進行從被處理水分離懸浮性有機物的懸浮性有機物分離處理工序、和對通過所述懸浮性有機物分離處理工序分離出的懸浮性有機物進行厭氧消化的厭氧消化處理工序，并將所述厭氧消化處理工序的消化液供給到所述自養脫氮處理工序中。
[0036]本發明的含氮有機廢水的處理方法的結構的第二特征如權利要求7所記載，在所述第一特征結構的基礎上，所述亞硝酸化處理工序和所述厭氧氨氧化處理工序為分別獨立的處理工序，將所述消化液分配供給到所述亞硝酸化處理工序和所述厭氧氨氧化處理工序中。
[0037]本發明的含氮有機廢水的處理方法的結構的第三特征如權利要求8所記載，在所述第一特征結構的基礎上，利用異養脫氮微生物對所述消化液進行將亞硝態氮及硝態氮還原成氮分子的異養脫氮處理工序，將所述異養脫氮處理工序后的處理液供給到所述自養脫氮處理工序中，并將所述自養脫氮處理工序后的處理液供給到所述異養脫氮處理工序中。
[0038]本發明的含氮有機廢水的處理方法的結構的第四特征如權利要求9所記載，在所述第二特征結構的基礎上，利`用異養脫氮微生物對所述消化液進行將亞硝態氮及硝態氮還原成氮分子的異養脫氮處理工序，將所述異養脫氮處理工序后的處理液供給到所述亞硝酸化處理工序中，并將所述厭氧氨氧化處理工序后的處理液供給到所述異養脫氮處理工序中。
[0039]發明的效果
[0040]如以上所說明，根據本發明，能夠提供比現有技術更有效、并且即使是含有懸浮性有機物的低氨濃度的廢水，也可以使用自養微生物有效地進行厭氧氨氧化處理的含氮有機廢水的處理系統及處理方法。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0041][圖1]圖1是本發明的處理系統的第一實施方式的說明圖。
[0042][圖2]圖2是本發明的處理系統的第二實施方式的說明圖。
[0043][圖3]圖3是本發明的處理系統的第三實施方式的說明圖。
[0044][圖4]圖4是本發明的處理系統的第四實施方式的說明圖。
[0045][圖5]圖5是本發明的處理系統的說明圖。
[0046]符號說明
[0047]10:懸浮性有機物分離裝置[0048]20:溶解性有機物分解裝置
[0049]30:自養脫氮裝置
[0050]30A:亞硝酸化裝置
[0051]30B:厭氧氨氧化裝置
[0052]40:污泥厭氧消化裝置
[0053]Rl:第一輸送路徑
[0054]R2:第二輸送路徑
[0055]R3:第三輸送路徑
[0056]R4:第四輸送路徑
【具體實施方式】
[0057]以下，對本發明的含氮有機廢水的處理系統及處理方法的實施方式進行說明。
[0058]圖1示出了第一實施方式的含氮有機廢水的處理系統。該處理系統是對含有懸浮性有機物及氨的被處理水 進行凈化的系統，其具備:懸浮性有機物分離裝置10、污泥厭氧消化裝置40、自養脫氮裝置30和第一輸送路徑R1。
[0059]在懸浮性有機物分離裝置10中，將被處理水中所含的懸浮性有機物分離，在污泥厭氧消化裝置40中，將由懸浮性有機物分離裝置10分離出的懸浮性有機物進行厭氧消化。污泥厭氧消化裝置40的消化液經第一輸送路徑Rl供給到自養脫氮裝置30中，在自養脫氮裝置30中進行亞硝酸化處理和厭氧氨氧化處理，對懸浮性有機物分離裝置10的分離液進行脫氮處理。
[0060]作為懸浮性有機物分離裝置10，可以采用沉淀裝置、凝聚沉淀裝置、上浮分離裝置、絲網裝置、膜分離裝置、旋流裝置、螺旋壓力機及潷析器等機械分離裝置中的任意裝置來構成。也可以組合上述裝置中的多個裝置來構成。
[0061]亞硝酸化處理是在需氧條件下、利用自養微生物(自養亞硝酸菌)對含有氨的被處理水進行將氨態氮氧化成亞硝態氮的處理。
[0062]厭氧氨氧化處理是在厭氧條件下、利用自養微生物(自養脫氮菌)進行的以氨態氮作為電子供體且以亞硝態氮作為電子受體的厭氧氨氧化處理，如以下的化學式所示，是將I當量的氨態氮和大約1.3當量的亞硝態氮通過脫氮反應而轉化成氮分子的處理。
[0063]NH4 + + 1.32N02—+ 0.066HC03 —+ 0.13H + —
[0064]1.02N2 + 0.26N03 —+ 0.066CH200.5N0.15 + 2.03H20
[0065]目前為止，不能對氨濃度較低的廢水有效地實現穩定的厭氧氨氧化處理。這是由于，在氨濃度較低的氛圍下，難以抑制氨的硝酸化并穩定地調整進行亞硝酸化的處理，且在對氨的大約一半進行亞硝酸化的部分亞硝酸化處理中，不能穩定地調整應殘留的氨量。
[0066]根據該處理系統，將利用在自養脫氮裝置30的上游所具有的懸浮性有機物分離裝置10從被處理水分離出懸浮性有機物后的分離液供給到自養脫氮裝置30。利用懸浮性有機物分離裝置10從被處理水分離出的懸浮性有機物由污泥厭氧消化裝置40進行厭氧消化，從而可以得到氨態氮被濃縮的消化液。
[0067]即使在懸浮性有機物分離裝置10中分離出懸浮性有機物后的分離液的氨態氮濃度較低的情況下，通過將這樣的氨態氮被濃縮后的消化液經第一輸送路徑Rl供給到自養脫氮裝置30,在自養脫氮裝置30中，游離氨濃度(FA ;Free Ammonia)變高。其結果，硝酸菌的活性被抑制，利用亞硝酸菌進行的亞硝酸化優先進行，從而有效地進行了厭氧氨氧化處理。
[0068]優選將游離氨濃度(FA)調整成0.1-1Opp m的范圍，通過選擇性地抑制硝酸菌的活性，即使是氨濃度低于IOOpp m的被處理水，也可以良好地進行處理。另外，不需要通過溫度、pH控制來抑制硝酸菌,可節約電力成本、藥品成本。
[0069]游離氨濃度可以采用如下方法求得:通過隔膜式離子電極法等測定被處理水的氨離子濃度，并如下述[數學式I]所示，按照由溫度、pH的關系算出的Anthonisen等的計算式求得。
[0070][數學式I]
【權利要求】
1.一種含氮有機廢水的處理系統，其具有自養脫氮裝置，該自養脫氮裝置通過對含有懸浮性有機物及氨的被處理水進行亞硝酸化處理和厭氧氨氧化處理來進行脫氮處理，所述亞硝酸化處理是利用自養微生物在需氧條件下將氨氧化成亞硝酸的處理，所述厭氧氨氧化處理是在厭氧條件下利用自養微生物進行的以氨態氮作為電子供體且以亞硝態氮作為電子受體的處理， 其中，該處理系統具備: 設于所述自養脫氮裝置上游的從被處理水分離懸浮性有機物的懸浮性有機物分離裝置、 對由所述懸浮性有機物分離裝置分離出的懸浮性有機物進行厭氧消化的污泥厭氧消化裝置、以及 將所述污泥厭氧消化裝置的消化液供給到所述自養脫氮裝置的第一輸送路徑。
2.根據權利要求1所述的含氮有機廢水的處理系統,其中， 所述自養脫氮裝置具有對被處理水進行所述亞硝酸化處理的亞硝酸化裝置、和對進行了所述亞硝酸化處理的被處理水進行所述厭氧氨氧化處理的厭氧氨氧化裝置而構成， 所述第一輸送路徑由向所述亞硝酸化裝置供給所述污泥厭氧消化裝置的消化液的路徑構成， 該含氮有機廢水的處理系統還具有將所述污泥厭氧消化裝置的消化液供給到所述厭氧氨氧化裝置的第二輸送路徑。
3.根據權利要求1所述的含氮有機廢水的處理系統，其中，在所述第一輸送路徑上配置異養脫氮裝置，該異養 脫氮裝置進行利用異養脫氮微生物將亞硝態氮及硝態氮還原成氮分子的脫氮處理， 該含氮有機廢水的處理系統具備將所述自養脫氮裝置的處理液供給到所述異養脫氮裝置的第三輸送路徑。
4.根據權利要求2所述的含氮有機廢水的處理系統，其中，在所述第一輸送路徑上配置異養脫氮裝置，該異養脫氮裝置進行利用異養脫氮微生物將亞硝態氮及硝態氮還原成氮分子的脫氮處理， 該含氮有機廢水的處理系統具備將所述厭氧氨氧化裝置的處理液供給到所述異養脫氮裝置的第三輸送路徑。
5.根據權利要求1~4中任一項所述的含氮有機廢水的處理系統，其中，被處理水中， 1)NH3-N (氨態氮濃度)< lOOppm，
2)BOD/NH3-N> 3.0, 所述溶解性有機物分解裝置的處理液中，
3)0.5 < B0D/NH3-N < 2.0。
6.一種含氮有機廢水的處理方法，該方法包括:對含有懸浮性有機物及氨的被處理水進行自養脫氮處理工序， 所述自養脫氮處理工序包含:利用自養微生物在需氧條件下將氨氧化成亞硝酸的亞硝酸化處理工序、以及在厭氧條件下利用自養微生物進行的以氨態氮作為電子供體且以亞硝態氮作為電子受體的厭氧氨氧化處理工序， 其中，在所述自養脫氮處理工序之前，進行從被處理水分離懸浮性有機物的懸浮性有機物分離處理工序、和對通過所述懸浮性有機物分離處理工序分離出的懸浮性有機物進行厭氧消化的厭氧消化處理工序，并將所述厭氧消化處理工序的消化液供給到所述自養脫氮處理工序中。
7.根據權利要求6所述的含氮有機廢水的處理方法，其中，所述亞硝酸化處理工序和所述厭氧氨氧化處理工序為分別獨立的處理工序，將所述消化液分配供給到所述亞硝酸化處理工序和所述厭氧氨氧化處理工序中。
8.根據權利要求6所述的含氮有機廢水的處理方法，其中，利用異養脫氮微生物對所述消化液進行將亞硝態氮及硝態氮還原成氮分子的異養脫氮處理工序，將所述異養脫氮處理工序后的處理液供給到所述自養脫氮處理工序中，并將所述自養脫氮處理工序后的處理液供給到所述異養脫氮處理工序中。
9.根據權利要求7所述的含氮有機廢水的處理方法，其中，利用異養脫氮微生物對所述消化液進行將亞硝態氮及硝態氮還原成氮分子的異養脫氮處理工序，將所述異養脫氮處理工序后的處理液供給到所述亞硝酸化處理工序中，并將所述厭氧氨氧化處理工序后的處理液供給到所述異 養脫氮處理工序中。
【文檔編號】C02F11/04GK103827046SQ201280046865
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年12月6日 優先權日:2011年12月9日
【發明者】松崎智子, 若原慎一郎, 奧村洋一, 小林舞穗 申請人:株式會社久保田