專利名稱：活性污泥中硝化細(xì)菌和脫氮細(xì)菌的高濃度培養(yǎng)方法、硝化細(xì)菌高濃度培養(yǎng)方法用培養(yǎng)促 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以活性污泥為原料的硝化細(xì)菌(海洋性硝化細(xì)菌、淡水性硝化細(xì)菌)或脫氮細(xì)菌(海洋性脫氮細(xì)菌、淡水性脫氮細(xì)菌)的高濃度培養(yǎng)方法、該方法使用的培養(yǎng)促進(jìn)劑以及活性污泥的減重加工方法。
物理化學(xué)法可以舉出氨溶出法、間斷點注氯法、沸石法和離子交換法等。
然而這些方法有副產(chǎn)物二次污染和效率低的問題。
另一方面作為生物法，眾所周知最有力的方法是用硝化細(xì)菌(氨氧化細(xì)菌和亞硝酸氧化細(xì)菌)和脫氮細(xì)菌(硝酸氧化細(xì)菌)的微生物處理法。水體中有害的殘留氮，在好氧環(huán)境下因硝化細(xì)菌作用而變成硝酸離子積累，而厭氧環(huán)境下因脫氮細(xì)菌作用而還原成安全的氮氣釋放至大氣中。
然而硝化細(xì)菌繁殖速度慢，不能形成菌落存活，所以雖然確認(rèn)其存在，但是時至百多年后的今日，依然沒有成功地在工業(yè)上大量高濃度培養(yǎng)硝化細(xì)菌的報告問世。
也就是說，已有的培養(yǎng)方法是僅以純粹培養(yǎng)為目的的試管級小規(guī)模培養(yǎng)，在兩個月期間內(nèi)僅能達(dá)到燒瓶內(nèi)的培養(yǎng)基不產(chǎn)生懸浮的程度，所以不是能在工業(yè)上應(yīng)用的培養(yǎng)方法。
要補(bǔ)充說明的是，硝化硝化細(xì)菌培養(yǎng)一旦開始，就會使pH降低，而過去尚并不知有效提高這種pH的方法。另一方面，碳源伴隨硝化的進(jìn)行而減少，過去用二氧化碳作碳源。供給二氧化碳雖能確實防止碳源枯竭，但是隨著上述的pH近一步降低而使硝化細(xì)菌活動停止，形成細(xì)菌繁殖的屏障。
發(fā)明的公開〖關(guān)于保藏的生物材料〗(1)保藏單位名稱通商產(chǎn)業(yè)省工業(yè)技術(shù)院生命工學(xué)工業(yè)技術(shù)研究所專利微生物保藏中心郵政地址郵政編碼305-0046日本國茨城縣筑波市東1-1-3(電話0298-54-6029)(2)保藏日期2000年4月27日(3)保藏編號FERM BP-7150本發(fā)明涉及一種硝化細(xì)菌的高濃度培養(yǎng)方法，該方法是下水污泥和屎尿污泥等活性污泥中所含少量硝化細(xì)菌的高濃度培養(yǎng)方法，其特征在于在溶解氧在2毫克/升以上、pH＝7.0～9.0和20～40℃溫度等條件下，在預(yù)定時間內(nèi)用NH4-N含有液對所說污泥作硝化培養(yǎng)，同時投入由碳酸鈉和碳酸氫鈉混合物組成的培養(yǎng)促進(jìn)劑，使培養(yǎng)過程中趨于酸性側(cè)的pH時時保持在上述范圍內(nèi)，用這種方法使上述活性污泥中所含硝化細(xì)菌得到培養(yǎng)和積累。
本發(fā)明還涉及一種高濃度脫氮細(xì)菌的培養(yǎng)方法，該方法是下水污泥和屎尿污泥等活性污泥中所含少量脫氮細(xì)菌的高濃度培養(yǎng)方法，其特征在于在溶解氧濃度在2毫克/升以下、pH＝6.0～9.0、溫度為10～40℃以及存在ROH(R表示CH3-和/或C2H5-)作為外部碳源等條件下，在預(yù)定時間內(nèi)用硝酸氮(NO3-N)含有液對所說的活性污泥進(jìn)行脫氮培養(yǎng)，用這種方法使上述活性污泥中所含脫氮細(xì)菌得到培養(yǎng)和積累。
本發(fā)明能對硝化細(xì)菌和脫氮細(xì)菌進(jìn)行大量和高濃度培養(yǎng)。
活性污泥本發(fā)明使用的活性污泥，可以舉出下水污泥和屎尿污泥。這些污泥既可以是淡水稀釋處理過的，也可以是海水稀釋處理過的。但是若用海水稀釋污泥作原料培養(yǎng)硝化細(xì)菌或脫氮細(xì)菌，由于能大量得到據(jù)視為稀少的有價值的海洋性硝化細(xì)菌和海洋性脫氮細(xì)菌，所以用海水稀釋處理過的活性污泥是適當(dāng)?shù)摹?br> 要附帶說明的是，天然海水中雖存在據(jù)說耐鹽性高于淡水性硝化細(xì)菌的海洋性硝化細(xì)菌，但是由于其存在量極少，難于分離出純品，所以有關(guān)它的研究晚于淡水硝化細(xì)菌。然而，若用本發(fā)明的培養(yǎng)方法，如上所述，以海水稀釋處理的活性污泥作原料，可以得到高濃度海洋硝化細(xì)菌。而海洋硝化細(xì)菌有多層細(xì)胞壁，對影響處理水滲透壓變化和繁殖的各種化學(xué)物質(zhì)有更強(qiáng)耐受性。
硝化細(xì)菌的培養(yǎng)條件活性污泥中所含硝化細(xì)菌的培養(yǎng)，是指用污泥脫水濾液或(厭氧性)消化脫離液等污泥處理廢液對該活性污泥硝化培養(yǎng)達(dá)預(yù)定時間(例如1個月、2個月或3個月)，但是這種硝化培養(yǎng)必須在好氧條件下進(jìn)行，所以此時溶解氧(DO)必須在2毫克/升以上。然而本試驗初次查明，溶解氧一旦過高，反而有增殖速度降低的趨勢。以下詳細(xì)說明這一點。
硝化細(xì)菌的硝化速度隨溶解氧濃度的增高而加快，據(jù)說對硝化培養(yǎng)積累也同樣，濃度越高進(jìn)行得越快，豈知據(jù)查以活性污泥作原料的硝化細(xì)菌的培養(yǎng)積累，當(dāng)溶解氧(DO)超過5毫克/升左右，反而會使速度降低。因此溶解氧(DO)濃度最好為2～4毫克/升。
而且pH必須處于7.0～9.0范圍內(nèi)，(特別是使用海水稀釋活性污泥的場合下)優(yōu)選7.5～8.5范圍內(nèi)，更優(yōu)選7.5～7.8范圍內(nèi)。
培養(yǎng)溫度處于20～40℃范圍內(nèi)時增殖速度快，更優(yōu)選25～35℃。
在培養(yǎng)過程中堿度隨pH的降低而減小。也就是說，氨氧化細(xì)菌將NH4+氧化成NO2-，亞硝酸氧化細(xì)菌將NO2-氧化成NO3-，反應(yīng)式如下式(A)和(B)二式所示。其中式(C)是硝化細(xì)菌總反應(yīng)式。
(氨氧化細(xì)菌)……(A)(亞硝酸氧化細(xì)菌)……(B)(混合體系)……(C)由此可知，要將NH4-N氧化成NO3-N，每毫克NH4-N需要4.57毫克O2，由于氫離子隨硝化反應(yīng)的進(jìn)行而被放出，所以堿度隨培養(yǎng)體系pH的降低而減小。由于培養(yǎng)速度隨pH降低而減小，若不用緩沖液等使pH保持所定值，就會與已有方法同樣，導(dǎo)致微生物的活動停止。
因此本發(fā)明考慮，將非氫化合物和含氫化合物制成混合物后具有適當(dāng)緩沖作用，可能是適合的，為找出具體化合物，對許多化合物進(jìn)行反復(fù)試錯試驗后發(fā)現(xiàn)，加入由碳酸鈉和碳酸氫鈉組成的培養(yǎng)促進(jìn)劑，能使培養(yǎng)過程趨于酸性側(cè)的pH復(fù)原，因而是一種最適用的方案。
一般知道，細(xì)菌細(xì)胞的合成反應(yīng)可以用下式表示。
將其用在上述混合培養(yǎng)體系(C)的生化反應(yīng)式上如下。
正如上式所表明的那樣，對于硝化細(xì)菌的培養(yǎng)而言，即使與作為能量基質(zhì)的銨離子相比，也需要大量碳源。
如上所述，供給碳酸鈉和碳酸氫鈉組成的培養(yǎng)促進(jìn)劑，可以同時供給硝化細(xì)菌同化碳酸所需的碳源。以下作補(bǔ)充說明。
若只使用碳酸鈉，碳酸鈉有強(qiáng)堿性，雖然可以發(fā)現(xiàn)有足夠改善pH降低的效果，但是因pH上升效果大而不能大量使用，缺點是不適于供給充分碳源。另外僅使用碳酸氫鈉的場合下，雖然不存在無機(jī)碳源供給上的問題，但是要保持pH不變需要大量供給碳酸氫鈉，因而也不好。
考慮到這些優(yōu)缺點，采用碳酸鈉和碳酸氫鈉的混合物是適當(dāng)?shù)?。使用該混合物水溶液，不僅能使逐漸降低的pH保持一定，而且還能有效供給生物體碳酸同化所需的無機(jī)碳源。
上述混合物中碳酸鈉和碳酸氫鈉間配比，以碳酸鈉∶碳酸氫鈉(摩爾比)＝4～7∶4～8為宜，具體講使用0.4～0.7(摩爾/升)碳酸鈉和0.4～0.8(摩爾/升)碳酸氫鈉的混合水溶液是有效的。
其中就培養(yǎng)體系pH的監(jiān)視而言，可以連續(xù)進(jìn)行或定期間歇進(jìn)行。優(yōu)選用pH計等連續(xù)監(jiān)視pH，但是并不限于此，也可以用酚紅等pH指示劑人工監(jiān)視。
NH4-N含有液中氨濃度，優(yōu)選控制在100毫克/升以上和300毫克/升以下，更優(yōu)選控制在200毫克/升以下。氨雖然是作為化學(xué)獨立營養(yǎng)菌的氨氧化細(xì)菌進(jìn)行碳酸同化生長時的一種能源，但是一旦過剩當(dāng)然也會時常妨礙其生育和繁殖。而且與氨氧化細(xì)菌同樣含在活性污泥中的亞硝酸氧化細(xì)菌，是能將氨氧化細(xì)菌氧化生成的亞硝酸繼續(xù)加以氧化的細(xì)菌，其比例小于高濃度亞硝酸，所以不能將氨的初期濃度設(shè)定得過高。因此，當(dāng)氨濃度超過300毫克/升的場合下，應(yīng)當(dāng)用海水或淡水適當(dāng)稀釋。
NH4-N含有液，優(yōu)選用水處理廠內(nèi)產(chǎn)生的污泥脫水濾液和消化脫離液等污泥處理廢液。
上述培養(yǎng)條件下用污泥脫水濾液和消化脫離液等污泥處理廢液對活性污泥進(jìn)行硝化培養(yǎng)，能將該活性污泥中所含的少量硝化細(xì)菌培養(yǎng)到高濃度，此外本發(fā)明還能在兩個月內(nèi)將活性污泥減容到1/3～1/4，得到一種比重大的硝化污泥。
也就是說，活性污泥中最初含有大約0.35％硝化細(xì)菌。以這種活性污泥作原料，用NH4-N含有液對活性污泥培養(yǎng)富集兩個月后，該活性污泥中硝化細(xì)菌含量增加到大約十倍(3.5％)。在此過程中其他雜菌因不能從外部得到營養(yǎng)源(鉺料)而互相吞噬殆盡。結(jié)果導(dǎo)致活性污泥減量(減容)。
雜菌一旦滅絕殆盡就會變成被稱為“顆粒”的比重大難分解的有機(jī)物，硝化細(xì)菌則以其為核處于四周。四周有硝化細(xì)菌的難分解的有機(jī)物，因比重大而從培養(yǎng)體系中沉降。為了培養(yǎng)高濃度硝化細(xì)菌，這種沉降性能必須良好。也就是說，一般而言硝化細(xì)菌比重輕，在純凈培養(yǎng)中呈漂浮狀態(tài)。硝化細(xì)菌從培養(yǎng)體系中流出的可能性高，不能進(jìn)行高濃度培養(yǎng)。因此，要進(jìn)行高濃度培養(yǎng)就必須生成上述那樣的核(難分解的有機(jī)物)，而核的生成在硝化細(xì)菌的純凈培養(yǎng)中并未被發(fā)現(xiàn)，僅僅在以活性污泥為原料時才被發(fā)現(xiàn)。
脫氮細(xì)菌的培養(yǎng)條件活性污泥所含脫氮細(xì)菌的培養(yǎng)，可以采用NO3-N含有液對該活性污泥培養(yǎng)預(yù)定時間(1、2或3個月)的方法進(jìn)行。
脫氮細(xì)菌反應(yīng)，是利用NO3-N含有液中所含的分子態(tài)氧，對作為氫供予體的有機(jī)能源(詳見后述)進(jìn)行氧化的一種氧化反應(yīng)。換句話說，脫氮細(xì)菌反應(yīng)可以用下式(省略式)表示，以NO3-代替氧對作為最終氫受體的有機(jī)物(AH2)的氧化反應(yīng)。
因此這種脫氮細(xì)菌培養(yǎng)必須在厭氧條件下進(jìn)行，所以溶解氧(DO)應(yīng)處于2毫克/升以下，優(yōu)選處于1毫克/升以下，更優(yōu)選處于0.5毫克/升以下(也就是說，必須形成一種可進(jìn)行硝酸呼吸的條件)。
pH可以在6.0～9.0范圍內(nèi)選擇，若說以哪一側(cè)為好，則以靠近堿性側(cè)較好。具體講pH優(yōu)選處于6.5～8.5范圍內(nèi)，更優(yōu)選7.0～8.5，最好為7.5～8.5。
培養(yǎng)溫度低于10℃活性會急劇降低，所以通常為10～40℃，優(yōu)選15～30℃，更優(yōu)選25～30℃。
NO3-N含有液可以使用以活性污泥為原料進(jìn)行硝化細(xì)菌培養(yǎng)(參照前項)時生成的硝化培養(yǎng)處理液。
如上所述，必須從外部補(bǔ)充作為氫給予體的有機(jī)物，用作細(xì)胞合成所需的碳源。這種外部有機(jī)物，從能獲得更快增殖速度、價格低廉和容易獲得的觀點來看，優(yōu)選甲醇。也可以用乙醇代替甲醇或與甲醇并用。
關(guān)于甲醇和/或乙醇的添加濃度并無特別限制，但是按甲醇計優(yōu)選使CH3OH(毫克/升)∶NO3-N(毫克/升)處于3.0以上。附圖的簡要說明附


圖1是一種污泥硝化培養(yǎng)裝置實例的示意說明圖；附圖2是表示在污泥硝化培養(yǎng)過程中NH4-N濃度變化的曲線圖，即表示投入NH4-N(100毫克/升)4小時后殘余NH4-N濃度的曲線；附圖3是表示污泥硝化培養(yǎng)過程中MLSS濃度的經(jīng)日變化曲線圖；附圖4是表示污泥脫氮培養(yǎng)裝置實例示意圖；附圖5是表示污泥脫氮培養(yǎng)過程中NO3-N濃度按日變化的曲線圖；附圖6是具有污泥大幅度減量(減容)性能的高度水處理裝置的示意圖；附圖7是表示本實施例中一種形狀的曝氣槽的示意圖；附圖8是表示一種陸上封閉養(yǎng)殖裝置實例的示意圖。
硝化細(xì)菌的高濃度培養(yǎng)(硝化活性污泥的制造)在附
圖1所示的注泄式培養(yǎng)槽(30升)中進(jìn)行了2日循環(huán)分批培養(yǎng)。即，將海水稀釋的屎尿污泥和厭氧性消化脫離液(用海水稀釋至NH4-N濃度為100毫克/升)置于培養(yǎng)槽中，用恒溫器和加熱器將培養(yǎng)槽溫度提高到27℃，然后用pH控制計和培養(yǎng)促進(jìn)劑(由1N碳酸氫鈉和0.5N碳酸鈉組成的緩沖劑)將pH保持在7.5～8.5條件下進(jìn)行培養(yǎng)(初期pH達(dá)到8.5以上時加入稀硫酸調(diào)節(jié)到8.5以下)。并且用放氣球?qū)⑷芙庋鯘舛日{(diào)節(jié)到4毫克/升。
曝氣1日后中止?jié)舛冗_(dá)到100毫克/升時再添加消化脫離液。而且在第二日停止曝氣，使污泥沉淀1小時除去上清液后，加入消化脫離液，再次開始曝氣。反復(fù)進(jìn)行這種循環(huán)操作。
由于原來海水稀釋屎尿污泥的鹽濃度相當(dāng)于海水的80％，所以所說的培養(yǎng)從海水比80％開始，培養(yǎng)1日后在100毫克/升NH4-N被完全硝化成NO3-N的階段，將海水比提高到100％。
曝氣開始數(shù)小時后，由于NH4-N濃度直線減少，所以從曝氣開始后經(jīng)過0、1、2、3和4小時后測定殘存NH4-N濃度，由NH4-N直線變化區(qū)間的斜率求出變化速度，將此速度除以MLSS的數(shù)值作為硝化速度(參照下式)。RNH4-N=dNH4-Ndt·1S]]>(式中，
NH4-N減少速度(mg-NH4-N/gMLSS·小時)S污泥MLSS濃度(g/升))經(jīng)過約60天海水培養(yǎng)期間完成培養(yǎng)的海水培養(yǎng)硝化活性污泥(AMNS)，測定了其SV30和SVI，研究了其沉降特性，同時用光學(xué)顯微鏡觀察了凝聚體的形成狀況。
附圖2的曲線，表示屎尿污泥的海水培養(yǎng)過程(圖中表示濃度為100毫克/升濃度NH4-N經(jīng)過4小時后的濃度)。
從附圖2的曲線可知，培養(yǎng)開始2個月后，能夠制成在海水比100％條件下經(jīng)過4小時幾乎可以完全硝化100毫克/升NH4-N的AMNS。采用由碳酸氫鈉和碳酸鈉組成的無機(jī)碳源調(diào)整PH，能夠防止無機(jī)碳源不足引起硝化活性污泥的損失，利用這種方法培養(yǎng)2個月后，如圖3所示，能夠使AMNS的MLSS濃度比培養(yǎng)前增加到二倍。
AMNS中硝化細(xì)菌的硝化速度示于下表1中。
表1


※ 硝化速度的單位毫克NH4-N/克MLSS·小時據(jù)報道，活性污泥中硝化細(xì)菌的存在率約為0.35％，若由此計算則可以推算出在海水培養(yǎng)硝化污泥(AMNS)中的硝化細(xì)菌也以高濃度(3.5％)存在。
將培養(yǎng)槽靜置時，可以發(fā)現(xiàn)細(xì)菌凝聚體，因比重大于海水而有一多半細(xì)菌凝聚體沉淀。這在用氨氧化細(xì)菌和亞硝酸氧化細(xì)菌等細(xì)菌的各自純凈培養(yǎng)時未能見到，而是在以活性污泥作原料的混合培養(yǎng)中被發(fā)現(xiàn)的。用顯微鏡對AMNS凝聚體的觀察結(jié)果查明，污泥是由直徑50～100微米的凝聚體組成的。而且，用掃描電子顯微鏡(SEM)對AMNS的觀察結(jié)果查明，在污泥凝聚體內(nèi)部含有由20～100微米的絲狀菌和粘著物質(zhì)組成的顆粒。因此，求出AMNS的SV30和SVI后將其一并記入表1中，其數(shù)值為9％和42.6％，說明沉降性能優(yōu)良。由此可知，用海水稀釋的屎尿污泥作原料，可以在段時間內(nèi)大量生產(chǎn)出在海水中(當(dāng)然在淡水中也)具有很高活性的硝化活性污泥。
與氨氧化細(xì)菌和亞硝酸氧化細(xì)菌的各自純凈培養(yǎng)相比，以活性污泥作原料混合培養(yǎng)的優(yōu)點如下。
在純凈培養(yǎng)體系中必須分別單個使用氨和亞硝酸作為能量基質(zhì)，而在混合培養(yǎng)體系中只需要供給氨作為能量基質(zhì)即可。
而且在純凈培養(yǎng)體系中很難使菌體增殖達(dá)到高濃度，而在混合培養(yǎng)體系中則容易增殖到使培養(yǎng)基懸浮的程度。據(jù)查這是因為氨氧化細(xì)菌和亞硝酸氧化細(xì)菌在同族內(nèi)等不形成菌落和凝聚體，而過浮游生活生態(tài)的緣故。
其中，將專業(yè)化得到的海洋性硝化細(xì)菌保藏在工業(yè)技術(shù)院生命工學(xué)工業(yè)技術(shù)研究所(保藏號FERM BP-7150，識別標(biāo)識BICOMNitrifying Bacteria SWAQ SP-78)。
脫氮細(xì)菌的高濃度培養(yǎng)(脫氮活性污泥的制造)在附圖4所示的注泄式培養(yǎng)槽內(nèi)進(jìn)行了二日循環(huán)分批培養(yǎng)。
也就是說，將12升經(jīng)過海水稀釋處理的屎尿處理廠的活性污泥投入脫氮槽中，然后用20升海水稀釋。接著投入經(jīng)硝化細(xì)菌培養(yǎng)產(chǎn)生的硝化培養(yǎng)處理液(NO3-N含有液)和三倍于NO3-N濃度的甲醇。
用恒溫器和加熱器使恒溫槽保溫在27℃下，并且用pH控制器以及鹽酸或硫酸使上升的pH保持在7.0～8.5范圍內(nèi)。用攪拌機(jī)以70轉(zhuǎn)/分鐘速度進(jìn)行攪拌，在第二天使污泥沉淀1小時，除去上清液后，投入含有三倍于NO3-N濃度甲醇的硝化培養(yǎng)處理液，再次攪拌。由于污泥原來的鹽濃度相當(dāng)于海水比75％，所以海水培養(yǎng)從海水比75％時開始。
附圖表示屎尿處理廠的海水培養(yǎng)過程。圖中表示了初始NO3-N濃度、經(jīng)過4小時培養(yǎng)后殘余的NO3-N濃度和海水比。在100毫克/升濃度NO3-N經(jīng)過1天培養(yǎng)完全脫氮的階段將海水比提高到100％。經(jīng)過10日培養(yǎng)后，由于在100毫克/升NO3-N經(jīng)1天培養(yǎng)幾乎完全脫氮，海水比提高到100％，因為可以近一步提高脫氮活性污泥的活性和MLSS濃度，所以初始NO3-N濃度提高到150毫克/升和200毫克/升。
其結(jié)果，經(jīng)過海水25日培養(yǎng)以后(在1個月內(nèi))，可以制成經(jīng)4小時培養(yǎng)能夠脫氮除去200毫克/升NO3-N的海水培養(yǎng)脫氮活性污泥(AMDS)。
培養(yǎng)前屎尿處理廠污泥的脫氮速度和AMDS的脫氮速度基于下式算出，示于下表2中。由攪拌開始數(shù)小時內(nèi)NO3-N直線變化區(qū)間的斜率求出變化速度，再除以污泥濃度得到的數(shù)值作為脫氮速度(參照下式)。RNO3-N=dNO3-Ndt·1S]]>(式中，
NO3-N減少速度(mg-NO3-N/gMLSS·小時)S污泥MLSS濃度(g/升))表2


※脫氮速度的單位毫克NO3-N/克MLSS·小時經(jīng)過海水培養(yǎng)1個月后，可以制成顯示16.1毫克NO3-N/克MLSS小時脫氮活性的脫氮活性污泥。據(jù)查AMDS的脫氮速度，與下水處理等中報導(dǎo)的比脫氮速度(0.4～0.8克N/克MLSS·天)相比，數(shù)值高出一個數(shù)量級，可以認(rèn)為脫氮細(xì)菌成為優(yōu)勢種。
上述的脫氮活性，經(jīng)過2個月海水培養(yǎng)后，達(dá)到25毫克以上NO3-N/克MLSS·小時。
用掃描電子顯微鏡(SEM)對AMDS觀測后發(fā)現(xiàn)，形成了20～100微米的顆粒。而且用光學(xué)顯微鏡觀察AMDS的凝聚體后發(fā)現(xiàn)，污泥中存在許多直徑為20～100微米的凝聚體。AMDS的SVI和SV30值如一并記入表2之中的那樣，也分別為顯示沉降特性優(yōu)良的34.4和11％。
其中曾經(jīng)將這樣得到的海洋性脫氮細(xì)菌保藏在工業(yè)技術(shù)院生命工學(xué)工業(yè)技術(shù)研究所的專利微生物保藏中心，但被拒絕(已收到拒絕受托的證明書)。不過，該海洋性脫氮細(xì)菌微生物識別標(biāo)志BICOMDenitrifying Becteria SWAQ SP-21由以下法人保管，處于受理向第三者部分出售的體制下，提出部分出售申請前必須先與微生物保管者訂立合同。微生物部分出售合同書和微生物部分出售申請書請寄往“日本國大阪府豐中市新千里東町1丁目4番2號，千里生命科學(xué)中心16層株式會社BICOM郵政編碼560-0082；電話06-4863-7529；電傳06-4863-7509”高度水處理裝置(硝化脫氮裝置)以下基于附圖6說明將硝化污泥培養(yǎng)槽和脫氮污泥培養(yǎng)槽組合成的、采用培養(yǎng)污泥返料法的下水污泥減量用和高度水處理用系統(tǒng)。
在水處理廠將作為被處理水的含有氮化合物的下水(排水)送入最初沉降槽，將上清液轉(zhuǎn)入曝氣槽。在其中進(jìn)行硝化活性污泥和脫氮活性污泥的微生物處理，使排水中所含的氮化合物轉(zhuǎn)化成氮氣。排水經(jīng)如此脫氮后送入最終沉淀池，其上清液作為處理水排出。
通常情況下，是將此沉淀池中的沉淀物作為活性污泥送入曝氣槽中。而在本實施例的硝化脫氮裝置中，卻不將這種活性污泥返送入曝氣槽，而是分別定量送入硝化污泥培養(yǎng)槽(N/B富集器)和脫氮污泥培養(yǎng)槽(D/B富集器)中。其余的活性污泥送入濃縮槽中。
被送入硝化污泥培養(yǎng)槽(N/B富集器)中的活性污泥，如前項說明的那樣，在這種培養(yǎng)槽中進(jìn)行硝化培養(yǎng)，可以生產(chǎn)(制造)含有高濃度硝化細(xì)菌的硝化活性污泥。其中作為此時的NH4-N含有液，可以使用處于處理廠內(nèi)的。也就是說，可以使用消化槽排出的硝化脫離液和/或污泥脫水槽排出的脫水濾液(參見附圖6)。
被送入脫氮污泥培養(yǎng)槽(D/B富集器)中的活性污泥，如前項所述，在這種脫氮污泥培養(yǎng)槽內(nèi)進(jìn)行脫氮培養(yǎng)，可以生產(chǎn)(制造)含有高濃度脫氮細(xì)菌的脫氮活性污泥。其中作為此時的NO3-N含有液，可以使用硝化污泥培養(yǎng)槽(N/B富集器)中產(chǎn)生的硝化液。
如上所述，過去是將最終沉淀池中的沉淀物作為活性污泥被返送入曝氣槽中，然而在本實施例的硝化脫氮裝置中，卻不將這種活性污泥返送入曝氣槽，而是分別送入硝化污泥培養(yǎng)槽和脫氮污泥培養(yǎng)槽中，在這些培養(yǎng)槽中，由于若是硝化污泥培養(yǎng)槽則僅培養(yǎng)積累硝化細(xì)菌，若是脫氮污泥培養(yǎng)槽則僅培養(yǎng)積累脫氮細(xì)菌，所以其余細(xì)菌均死滅(消滅)，具有使幾乎由細(xì)菌占據(jù)全部容積的活性污泥容量(容積)大幅度減小的作用。
通過將這樣制成的各種高濃度硝化活性污泥和脫氮活性污泥返送到曝氣槽，能夠以比迄今為止水處理更高速度、更高效能地進(jìn)行處理。
曝氣槽的形式可以采用過去已知的那些。例如如圖7所示，可以舉出(a)由硝化槽和脫氮槽組成的形式，(b)由第一脫氮槽和第一硝化槽以及第二脫氮槽組成的形式，以及(c)硝化槽和脫氮槽重復(fù)設(shè)置的形式等。
陸上封閉式養(yǎng)殖裝置以下基于附圖8說明陸上封閉式養(yǎng)殖裝置作為本發(fā)明得到的硝化活性污泥和脫氮活性污泥的一個利用實例。
如圖8所示，從置有海水以及許多魚貝類，例如比目魚、蝎子魚和對蝦等魚苗的飼養(yǎng)罐，排出一定量海水送入沉淀槽。這種排出液中含有氨氮(NH4-N)。固形分在沉淀槽中沉淀，上清液用泵送入臭氧反應(yīng)槽，通過與臭氧接觸實施殺菌處理。
經(jīng)過殺菌處理的液體，隨后通過物理過濾槽被送入生物過濾槽。這種生物過濾槽由至少一個硝化槽和至少一個脫氮槽組成。事先將上述硝化活性污泥填充在上述硝化槽中，并將上述脫氮活性污泥填充到脫氮槽中。作為這種生物過濾槽中硝化槽和脫氮槽的組合方式，可以舉出例如(a)由硝化槽和脫氮槽組成的形式，(b)由第一脫氮槽、第一硝化槽和第二脫氮槽組成的方式，以及(c)硝化槽與脫氮槽重復(fù)設(shè)置的方式等。通過生物過濾槽后，氨態(tài)氮被硝化活性污泥中所含的高濃度硝化細(xì)菌氧化轉(zhuǎn)變成硝酸態(tài)氮，而硝酸態(tài)氮卻被脫氮活性污泥中所含的高濃度脫氮細(xì)菌氧化轉(zhuǎn)變成氮氣。排水中的氮化合物以這種方式轉(zhuǎn)變成氮氣后，再返送入飼養(yǎng)槽之中。
對于本實施例中的陸上封閉式養(yǎng)殖裝置而言，由于在工廠之類的室內(nèi)能夠用電腦控制管理飼養(yǎng)水的溫度、溶解氧、pH、照度和水流等所謂的環(huán)境條件，不耗費人工，飼養(yǎng)費用低廉，所以能夠降低生產(chǎn)成本。不僅如此，此外既沒有病毒等病原菌侵入之虞，也沒有引起海洋污染的擔(dān)心。也就是說，過去進(jìn)行的養(yǎng)殖由于是將海水連續(xù)或斷續(xù)吸入飼養(yǎng)槽中，所以飼養(yǎng)的魚類時常被海洋中的病毒感染。然而對于本實施例的封閉式飼養(yǎng)裝置而言，由于使飼養(yǎng)水循環(huán)使用，所以沒有病毒侵入的擔(dān)心。而且過去的飼養(yǎng)方法中，必須從飼養(yǎng)槽中排出魚類排泄的氨，將飼養(yǎng)水稀釋后排入海洋中。因此出現(xiàn)海水被養(yǎng)殖排水污染的問題，但是在本實施例中，排入海洋的飼養(yǎng)水(排水)由于實際上污染物為零，所以沒有污染海洋的擔(dān)心。
保全地下水用土壤改良劑大約從50年以前土壤中的脫氮細(xì)菌就逐漸變少(或者完全變無)，土壤中所含的氮肥原封不動地向下方土壤中轉(zhuǎn)移，成為地下水的污染源。地下水是構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)健全水循環(huán)重要因素的一種貴重淡水資源。因此，考慮的現(xiàn)今的水不足和枯竭，其重要性今后會日益增高。
采用本發(fā)明制造方法得到的脫氮活性污泥，可以防止地下水被氮肥所污染。
也就是說，用耕耘機(jī)耕種農(nóng)田，將上述培養(yǎng)試驗得到的脫氮活性污泥(脫氮細(xì)菌)像播撒農(nóng)藥那樣散布在土壤中。這樣即使施用過量氮肥，這些過量氮肥在原地可以被土壤中的脫氮細(xì)菌脫氮，被植物吸收而不會向下轉(zhuǎn)移，因而能夠使氮肥對地下水的污染減小到最低限度。產(chǎn)業(yè)上利用的可能性如上所述，本發(fā)明能夠提供一種以活性污泥作原料的硝化細(xì)菌(海洋性硝化細(xì)菌、淡水性硝化細(xì)菌)或脫氮細(xì)菌(海洋性脫氮細(xì)菌或淡水性脫氮細(xì)菌)的高濃度培養(yǎng)方法，該方法使用的培養(yǎng)促進(jìn)劑以及活性污泥的減量加工處理方法，因而能夠大量和高濃度地培養(yǎng)過去所不能得到的硝化細(xì)菌或脫氮細(xì)菌。而且還能使污泥大幅度減容。
權(quán)利要求
1.一種硝化細(xì)菌的高濃度培養(yǎng)方法，該方法是下水污泥或屎尿污泥等活性污泥中所含少量硝化細(xì)菌的高濃度培養(yǎng)方法，其特征在于在溶解氧2毫克/升以上、pH＝7.0～9.0和20～40℃溫度的條件下，在預(yù)定時間內(nèi)用NH4-N含有液對所說的活性污泥進(jìn)行硝化培養(yǎng)的同時，投入由碳酸鈉和碳酸氫鈉混合物組成的培養(yǎng)促進(jìn)劑，使培養(yǎng)過程中趨于酸性側(cè)的pH時時保持在上述范圍內(nèi)，用這種方法使上述活性污泥中所含硝化細(xì)菌得到培養(yǎng)和積累。
2.一種硝化細(xì)菌的高濃度培養(yǎng)方法，該方法是下水污泥或屎尿污泥等活性污泥中所含少量硝化細(xì)菌的高濃度培養(yǎng)方法，其特征在于在溶解氧濃度5毫克/升以下的好氧條件下，在預(yù)定時間內(nèi)用NH4-N含有液對所說的活性污泥進(jìn)行硝化培養(yǎng)，同時投入由碳酸鈉和碳酸氫鈉混合物組成的培養(yǎng)促進(jìn)劑，使培養(yǎng)過程中趨于酸性側(cè)的pH時時保持在上述范圍內(nèi)，用這種方法使上述活性污泥中所含硝化細(xì)菌得到培養(yǎng)和積累。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的硝化細(xì)菌的高濃度培養(yǎng)方法，其特征在于其中所說的NH4-N含有液是污泥脫水濾液或消化脫離液等污泥處理廢液。
4.按照權(quán)利要求1～3中任何一項所述的硝化細(xì)菌的高濃度培養(yǎng)方法，其特征在于其中溶解氧為2～5毫克/升，pH＝7.5～8.5，溫度為25～35℃。
5.按照權(quán)利要求1～4中任何一項所述的硝化細(xì)菌的高濃度培養(yǎng)方法，其特征在于其中所說的混合物中碳酸鈉與碳酸氫鈉間的混合比，按摩爾比計為4～7∶4～8。
6.按照權(quán)利要求1～5中任何一項所述的硝化細(xì)菌的高濃度培養(yǎng)方法，其特征在于其中所說的活性污泥是海水稀釋污泥。
7.按照權(quán)利要求3～6中任何一項所述的硝化細(xì)菌的高濃度培養(yǎng)方法，其特征在于所說的污泥處理液中氨濃度為100～300毫克/升。
8.一種脫氮細(xì)菌的高濃度培養(yǎng)方法，該方法是下水污泥或屎尿污泥等活性污泥中所含少量脫氮細(xì)菌的高濃度培養(yǎng)方法，其特征在于在溶解氧濃度2毫克/升以下、pH＝6.0～9.0、溫度10～40℃以及存在ROH(R表示CH3-和/或C2H5-)作為外部碳源的條件下，在預(yù)定時間內(nèi)用NO3-N含有液對所說的活性污泥進(jìn)行脫氮培養(yǎng)，用這種方法使所說的活性污泥中所含脫氮細(xì)菌得到培養(yǎng)和積累。
9.按照權(quán)利要求8所述的脫氮細(xì)菌的高濃度培養(yǎng)方法，其特征在于其中所說的NO3-N含有液是實施權(quán)利要求1～7中任何一項記載的硝化細(xì)菌高濃度培養(yǎng)方法時產(chǎn)生的硝化培養(yǎng)處理液。
10.按照權(quán)利要求8或9所述的脫氮細(xì)菌的高濃度培養(yǎng)方法，其特征在于其中包括添加外部碳源ROH，使所說的ROH(毫克/升)NO3-N(毫克/升)處于3.0以上。
11.按照權(quán)利要求8～10中任何一項所述的脫氮細(xì)菌的高濃度培養(yǎng)方法，其特征在于其中所說的活性污泥是海水稀釋污泥。
12.一種硝化細(xì)菌的高濃度培養(yǎng)促進(jìn)劑，是對下水污泥和屎尿污泥等活性污泥中所含的硝化細(xì)菌作高濃度培養(yǎng)，在預(yù)定時間內(nèi)用污泥脫水濾液和消化脫離液等污泥處理廢液對所說的活性污泥進(jìn)行培養(yǎng)時，使所說的培養(yǎng)過程中變化的pH回歸到預(yù)定范圍內(nèi)，同時變成碳源的硝化細(xì)菌高濃度培養(yǎng)促進(jìn)劑，其特征在于由碳酸鈉和碳酸氫鈉的混合物組成。
13.一種活性污泥的減量加工方法，是下水污泥或屎尿污泥等活性污泥的減量加工方法，其特征在于在溫度20～40℃、pH＝7.0～9.0和溶解氧2毫克/升以上的條件下，于預(yù)定時間內(nèi)用NH4-N含有液對所說的活性污泥作硝化培養(yǎng)的同時，投入由碳酸鈉和碳酸氫鈉混合物組成的培養(yǎng)促進(jìn)劑，使培養(yǎng)過程中趨于酸性側(cè)的pH時時保持在上述范圍內(nèi)。
14.一種活性污泥的減量加工方法，是下水污泥或屎尿污泥等活性污泥的減量加工方法，其特征在于在溫度10～40℃、pH＝6.0～9.0、溶解氧2毫克/升以下和存在ROH(R表示CH3-和/或C2H5-)作為外部碳源的條件下，于預(yù)定時間內(nèi)用NO3-N含有液對所說的活性污泥作脫氮培養(yǎng)。
15.一種含高濃度硝化細(xì)菌的硝化活性污泥的制造方法，是含有高濃度硝化細(xì)菌的硝化活性污泥的制造方法，其特征在于在溶解氧2毫克/升以上、pH＝7.0～9.0和20～40℃溫度的條件下，于預(yù)定時間內(nèi)用NH4-N含有液對所說活性污泥作硝化培養(yǎng)的同時，投入由碳酸鈉和碳酸氫鈉混合物組成的培養(yǎng)促進(jìn)劑，使培養(yǎng)過程中趨于酸性側(cè)的pH時時保持在上述范圍內(nèi)，用這種方法使上述活性污泥中所含硝化細(xì)菌得到培養(yǎng)和積累。
16.一種含高濃度脫氮細(xì)菌的脫氮活性污泥的制造方法，是含有高濃度脫氮細(xì)菌的脫氮活性污泥的制造方法，其特征在于在溶解氧2毫克/升以下、pH＝6.0～9.0、溫度10～40℃和存在ROH(R表示CH3-和/或C2H5-)作為外部碳源的條件下，于預(yù)定時間內(nèi)用NO3-N含有液對所說活性污泥作脫氮培養(yǎng)，用這種方法使上述活性污泥中所含的脫氮細(xì)菌得到培養(yǎng)和積累。
17.一種土壤改良劑，其特征在于其中含有用權(quán)利要求16記載的制造方法得到的脫氮活性污泥。
全文摘要
一種下水污泥或屎尿污泥等活性污泥中所含硝化細(xì)菌的高濃度培養(yǎng)方法,在溶解氧2～4毫克/升、pH=7.5～8.5和溫度25～35℃等條件下,在1～2個月時間內(nèi)用污泥脫水濾液和消化脫離液等污泥處理廢液(氨濃度100～300毫克/升)對活性污泥進(jìn)行硝化培養(yǎng)的同時,投入由碳酸鈉和碳酸氫鈉混合物(摩爾比4～7∶4～8)組成的培養(yǎng)促進(jìn)劑,使培養(yǎng)過程中趨于酸性側(cè)的pH時時保持在7.5～8.5范圍內(nèi),用這種方法使上述活性污泥中所含的硝化細(xì)菌得到培養(yǎng)和積累。借此可以提供一種對活性污泥中所含的硝化細(xì)菌進(jìn)行大量和高濃度培養(yǎng)的方法。
文檔編號C12N1/20GK1354786SQ00808700
公開日2002年6月19日 申請日期2000年6月5日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月10日
發(fā)明者米田哲 申請人:株式會社拜克