含氨態(tài)氮廢水的處理方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種含氨態(tài)氮廢水的處理方法，其通過在微生物間信息傳遞物質的存在下使硝化細菌進行硝化反應來促進整個硝化反應，所述硝化反應為從氨態(tài)氮經(jīng)由亞硝酸態(tài)氮轉換成硝酸態(tài)氮。
【專利說明】含氨態(tài)氮廢水的處理方法
[0001] 本申請為2011年11月18日進入中國國家階段、申請?zhí)枮?01080022019. 6、申請 日為2010年6月16日、發(fā)明名稱為"含氨態(tài)氮廢水的處理方法"的發(fā)明專利申請的分案申 請。

【技術領域】
[0002] 本發(fā)明涉及一種含氨態(tài)氮廢水的處理方法。

【背景技術】
[0003] 當處理含有在氨態(tài)氮、蛋白質、氨基酸等生物降解時產(chǎn)生氨的物質的廢水（含氨 態(tài)氮廢水）時，使用利用活性污泥的生物氮去除反應。生物氮去除反應包括：硝化工序，進 行將氨態(tài)氮氧化為亞硝酸態(tài)氮并進一步氧化亞硝酸態(tài)氮來形成硝酸態(tài)氮的硝化反應；及脫 氮工序，進行將硝酸態(tài)氮還原為亞硝酸態(tài)氮并進一步還原亞硝酸態(tài)氮來形成氮氣的脫氮反 應，由此去除氮氣。由于進行硝化工序的硝化細菌的生長速度較慢，且與脫氮反應相比硝化 反應的反應速度較慢，因此硝化工序成為生物氮去除反應的限速工序。因此，需延長硝化反 應的時間來降低對硝化細菌的負荷。因此，為了延長進行硝化工序的硝化槽中的水流停留 時間而設計較大的硝化槽。
[0004] 為了促進硝化反應，最簡單的方法是適當?shù)乜刂葡趸蹆?nèi)的溫度、pH、溶解氧之類 的硝化細菌的生長環(huán)境，這也是一直以來被實施的方法。另外，實施了添加硝化細菌所同化 的微量營養(yǎng)素的方法，該方法具有防止硝化反應的活性下降的效果。另外，專利文獻1中作 為大幅提高硝化反應的方法記載有將硝化細菌固定化于包括固定載體上并維持為高濃度 的方法。
[0005] 專利文獻1 :日本特開平10-263575
[0006] 然而，控制硝化細菌的生長環(huán)境的方法中，硝化反應速度的提高是有限的。并且， 上述添加微量營養(yǎng)素的方法雖然有防止污泥的活性下降的效果，但活性并不會明顯提高。 并且，在專利文獻1的利用載體的方法中，存在載體的壽命較短或在進行固定化時硝化細 菌死亡等問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 因此，本發(fā)明的目的在于提供一種當為了處理含氨態(tài)氮廢水而進行生物氮去除時 促進硝化反應的新方法。
[0008] S卩，本發(fā)明是一種含氨態(tài)氮廢水的處理方法，其通過在微生物間信息傳遞物質的 存在下使硝化細菌進行硝化反應來促進整個硝化反應，所述硝化反應為從氨態(tài)氮經(jīng)由亞硝 酸態(tài)氮轉換成硝酸態(tài)氮。
[0009] 本發(fā)明在以下方面有用：能夠通過利用微生物間信息傳遞物質來促進作為生物氮 去除反應的限速工序的硝化反應的全過程，即從氨態(tài)氮經(jīng)由亞硝酸態(tài)氮到硝酸態(tài)氮的整個 硝化反應。即，根據(jù)本發(fā)明，不僅能夠促進硝化反應的一部分反應，而且還能夠整體地促進 到硝酸態(tài)氮為止的反應，因此能夠格外地提高廢水處理的效率。并且，由于微生物間信息傳 遞物質即使只有微量也充分發(fā)揮效果，因此不需要延長硝化反應的時間，且不需要加大硝 化槽。
[0010] 上述微生物間信息傳遞物質優(yōu)選為選自由C4-高絲氨酸內(nèi)酯、C8-高絲氨酸內(nèi)酯、 C10-高絲氨酸內(nèi)酯、C12-高絲氨酸內(nèi)酯、C14-高絲氨酸內(nèi)酯、3-氧代-C6-高絲氨酸內(nèi)酯及 3_氧代-C12-高絲氨酸內(nèi)酯構成的組中的至少一種以上的化合物。
[0011] 在微生物間信息傳遞物質當中，若利用選自上述組的微生物間信息傳遞物質，則 能夠進一步加快硝化反應速度，并能夠進一步提高廢水處理效率。
[0012] 優(yōu)選上述微生物間信息傳遞物質為通過化學合成得到的物質或由微生物生產(chǎn)的 物質。
[0013] 根據(jù)化學合成，能夠可靠地僅制造所希望的微生物間信息傳遞物質，并能夠在時 間和經(jīng)濟方面有效地促進硝化反應。另外，若由微生物生產(chǎn)微生物間信息傳遞物質，則通過 多個微生物間信息傳遞物質的協(xié)同作用，能夠進一步提高硝化反應效率。
[0014] 發(fā)明效果
[0015] 根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種當為了處理含氨態(tài)氮廢水而進行生物氮去除時促進硝 化反應的方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1是表示本發(fā)明的一實施方式所涉及的廢水處理裝置的概要結構圖。
[0017] 圖2是表示在培養(yǎng)基中添加微生物間信息傳遞物質之后經(jīng)48小時后的硝酸態(tài)氮 濃度的圖表。
[0018] 圖中：1-硝化槽，2-脫氮槽，L1?L3-管路，10-廢水處理裝置。

【具體實施方式】
[0019] 以下，參考附圖對本發(fā)明的含氨態(tài)氮廢水的處理方法進行詳細說明。
[0020] 圖1是表示在本發(fā)明的方法中使用的廢水處理裝置的概要結構圖。該廢水處理裝 置10是在通過生物硝化脫氮反應來處理含有氨態(tài)氮的污水等廢水的污水處理設備中采用 的裝置。
[0021] 如圖1所示，廢水處理裝置10具備有硝化槽1和脫氮槽2。并且，具備有使含氨態(tài) 氮廢水作為被處理水流入硝化槽1的管路L1、從硝化槽1向脫氮槽2供給被處理水的管路 L2及從脫氮槽2流出處理水的管路L3。
[0022] 含氨態(tài)氮廢水作為被處理水通過管路L1流入硝化槽1。硝化槽1中，在微生物間 信息傳遞物質的存在下，通過硝化細菌進行將被處理水中的氨態(tài)氮氧化為亞硝酸態(tài)氮的反 應及將亞硝酸態(tài)氮氧化為硝酸態(tài)氮的反應。在硝化槽1中經(jīng)硝化處理的被處理水通過管路 L2送入脫氮槽2。
[0023] 通過管路L2送入的被處理水在脫氮槽2中接受脫氮處理。具體而言，被處理水中 的亞硝酸態(tài)氮或硝酸態(tài)氮通過脫氮槽2中存在的脫氮菌在缺氧狀態(tài)下轉換為氮氣。從被處 理水中充分地去除氮氣之后，被處理水作為處理水通過管路L3從脫氮槽2排出。被排出的 處理水例如為了放流至河川等而進行殺菌處理等。
[0024] 硝化槽1及脫氮槽2可以在其內(nèi)具備用于將被處理水從管路導入至各槽內(nèi)的水中 攪拌機。并且，硝化槽1可以進一步具備用于將空氣擴散至硝化槽1內(nèi)的空氣擴散裝置或 送風機等。并且，可以不用以脫氮槽2、硝化槽1的順序連接，可以進一步具備用于將處理水 從脫氮槽2返送至硝化槽1的管路。并且，廢水處理裝置10除了硝化槽1或脫氮槽2之外 還可以具備其他處理槽。
[0025] 在硝化槽1中，被處理水中的氨態(tài)氮通過硝化細菌經(jīng)由亞硝酸態(tài)氮轉換成硝酸態(tài) 氮。下述反應式（I)表示從氨態(tài)氮氧化為亞硝酸態(tài)氮的反應，下述反應式（II)表示從亞硝 酸態(tài)氮氧化為硝酸態(tài)氮的反應。
[0026] NH3+ (3/2) 02 - N02>H20+H+......(I)
[0027] N(V+(l/2)02 - NOf......(Π )
[0028] 本發(fā)明中，能夠通過在微生物間信息傳遞物質的存在下使硝化細菌進行上述硝化 反應來促進上述反應式（I)及（Π )的整個硝化反應。
[0029] 在本說明書中，微生物間信息傳遞物質是指細菌等微生物在異種或同種微生物個 體之間進行信息傳遞時使用的物質。在微生物細胞內(nèi)產(chǎn)生的該物質被分泌至細胞外之后， 作用于產(chǎn)生該物質的微生物細胞或其他微生物細胞。
[0030] 作為本發(fā)明中使用的微生物間信息傳遞物質只要是使用于微生物個體之間的信 息傳遞的物質就不論其種類，例如，Ν-?；?L-高絲氨酸內(nèi)酯（AHL)、肽類激素、真核細胞激 素。其中優(yōu)選AHL。在AHL當中，進一步優(yōu)選C4-高絲氨酸內(nèi)酯（C4-HSL)、C8-高絲氨酸內(nèi) 酯（C8-HSL)、C10-高絲氨酸內(nèi)酯（C10-HSL)、C12-高絲氨酸內(nèi)酯（C12-HSL)、C14-高絲氨 酸內(nèi)酯（C14-HSL)、3_氧代-C6-高絲氨酸內(nèi)酯（3- 〇X〇-C6-HSL)及3-氧代-C12-高絲氨酸 內(nèi)酯（3-〇X〇-C12-HSL)。在微生物間信息傳遞物質當中，這些物質促進硝化反應的能力尤其 優(yōu)異。
[0031] 本發(fā)明中使用的微生物間信息傳遞物質的量能夠由本領域技術人員根據(jù)被處理 水的總量或微生物間信息傳遞物質的種類進行適當?shù)恼{(diào)整。例如，相對于被處理水的量，若 為上述AHL，則能夠設為lnmol/L?lmmol/L，更優(yōu)選設為10nmol/L?100 μ mol/L，進一步 優(yōu)選設為100nm〇l/L?10 μ mol/L。將微生物間信息傳遞物質的濃度設在上述范圍時，能夠 最有效地促進硝化反應。
[0032] 本發(fā)明中使用的微生物間信息傳遞物質可以是天然存在的物質，也可以是合成 物。當添加特定的微生物間信息傳遞物質時，由于可根據(jù)化學合成以純度較高的狀態(tài)得到 所希望的物質，因此能夠更可靠地提高促進硝化反應的效果。化學合成能夠通過公知的方 法進行。
[0033] 并且，本發(fā)明中使用的微生物間信息傳遞物質可以是由微生物生產(chǎn)的物質。能夠 通過公知的方法從培養(yǎng)特定微生物的培養(yǎng)基或培養(yǎng)液提純微生物間信息傳遞物質，也能夠 同時得到多種微生物間信息傳遞物質。并且，在本發(fā)明中，直接使用培養(yǎng)微生物的培養(yǎng)基或 培養(yǎng)液本身、或者提取或濃縮該培養(yǎng)基或該培養(yǎng)液的液體，由此能夠容易地將微生物間信 息傳遞物質用于廢水處理。
[0034] 作為生產(chǎn)本發(fā)明中使用的微生物間信息傳遞物質的微生物，可以舉出伯克霍 爾德菌屬（Burkholderia)、假單胞菌屬（Pseudomonas)、弧菌屬（Vibrio)、氣單胞菌屬 (Aeromonas)、桿菌屬（Bacillus)、鏈霉菌屬（Streptomyces)、鏈球菌屬（Streptococcus)、 乳桿菌屬（Lactobacillus)等所屬的細菌。
[0035] 本發(fā)明中，作為進行反應式（I)的反應的硝化細菌，能夠使用亞硝化單胞菌屬 (Nitrosomonas)、亞硝化球菌屬（Nitrosococcus)、亞硝化螺菌屬（Nitrosospira)、亞硝化 弧菌屬（Nitrosovibrio)等所屬的硝化細菌，作為進行反應式（II)的反應的硝化細菌，能 夠使用硝化桿菌屬（Nitrobacter)、硝化螺菌屬（Nitrospira)、硝化球菌屬（Nitrococcus) 等所屬的硝化細菌。
[0036] 在硝化槽1中，在微生物間信息傳遞物質的存在下使硝化細菌進行硝化反應的條 件能夠由本領域技術人員適當?shù)貨Q定。例如，作為被處理液的溫度，優(yōu)選設為10?40°C，進 一步優(yōu)選設為15?35°C，最優(yōu)選設為25?30°C。另外，作為pH，優(yōu)選設為5?9,進一步 優(yōu)選設為6?8,最優(yōu)選設為7?7. 5。
[0037] 本發(fā)明的基于生物處理的含氨態(tài)氮廢水的處理方法中，除了使用硝化細菌本身之 夕卜，還能夠使用包含硝化細菌的活性污泥。當使用活性污泥時，所使用的活性污泥的量能夠 由本領域技術人員根據(jù)活性污泥中所含的硝化細菌的量或所使用的微生物間信息傳遞物 質的種類進行適當?shù)恼{(diào)整。例如，用MLSS(Mixed liquor suspended solids;活性污泥浮游 物質）表示活性污泥的濃度時，相對于所處理的廢水量，活性污泥優(yōu)選為2000?lOOOOmg/ L，更優(yōu)選為3000?8000mg/L，進一步優(yōu)選為5000?6000mg/L。將活性污泥設為上述范圍 的濃度時，促進基于微生物間信息傳遞物質的硝化反應效果變得最高。MLSS的測定例如能 夠通過下列方法進行。首先，將污泥樣品放入離心管中，以3000rpm進行10分鐘離心分離 后，去掉上清液。接著，在所得到的沉淀物中加水并混均勻后，再次如上所述同樣地離心分 離后去掉上清液。將所得到的沉淀物洗入預先稱量的蒸發(fā)皿中，在干燥機中以105?110°C 干燥半天。接著，在干燥器中放冷后稱量。從測定出的質量減去空蒸發(fā)皿質量后的質量為 MLSS。
[0038] 硝化槽1中，能夠將微生物間信息傳遞物質、或培養(yǎng)產(chǎn)生微生物間信息傳遞物質 的微生物的培養(yǎng)基或培養(yǎng)液、或者它們的提取液或濃縮液直接添加至包含硝化細菌的被處 理水中。另外，還能夠在包含硝化細菌的活性污泥等中添加微生物間信息傳遞物質或包含 微生物間信息傳遞物質的培養(yǎng)液等之后，將這些添加至含氨態(tài)氮廢水中。另外，還能夠將硝 化細菌和微生物間信息傳遞物質負載于載體，并使該載體在硝化槽1中流動。另外，還能 夠將微生物間信息傳遞物質固定在包含硝化細菌的生物膜上，并使該生物膜和被處理水接 觸。至于使用哪一種方法，能夠由本領域技術人員根據(jù)被處理水的量、硝化槽的大小、硝化 細菌的種類、活性污泥的種類或量及其他條件進行適當?shù)倪x擇。
[0039] 實施例
[0040] 以下，通過實施例對本發(fā)明進行說明。實施例中，使用活性污泥進行了硝化試驗。 作為活性污泥，使用了向有效容積為2L的曝氣槽連續(xù)供給含氨態(tài)氮廢水并培養(yǎng)3個月的 活性污泥。試驗管中放入將氨態(tài)氮配制成初始濃度為100mm 〇l/L的無機鹽培養(yǎng)基，并添加 培養(yǎng)的活性污泥，以使MLSS成為3000mg/L。而且，作為微生物間信息傳遞物質，將C4-HSL、 C8-HSL、C10-HSL、C12-HSL、C14-HSL、3-〇x〇-C6-HSL 及 3-〇x〇-C12-HSL 以 50ymol/L 的濃 度分別添加至試驗管中。使用僅添加活性污泥的無機鹽培養(yǎng)基作為對照物。通過磺胺或萘 乙二胺法測定了培養(yǎng)基的亞硝酸態(tài)氮濃度。通過馬錢子堿或對氨基苯磺酸法測定了培養(yǎng)基 的硝酸態(tài)氮濃度。將從開始添加微生物間信息傳遞物質經(jīng)48小時后的硝酸態(tài)氮濃度示于 圖 2。圖中，C4、C8、CIO、C12、C14、3oxoC6 及 3oxoC12 分別表示 C4-HSL、C8-HSL、C10-HSL、 C12-HSL、C14-HSL、3-〇x〇-C6-HSL及3-OXO-C12-HSL。從圖2可知，從開始添加微生物間信 息傳遞物質經(jīng)48小時后，添加了微生物間信息傳遞物質的培養(yǎng)基的硝酸態(tài)氮濃度相對于 對照物均增高了 3?4倍。另外，48小時之后，在任何一個培養(yǎng)基中都未檢測出亞硝酸態(tài) 氮，表明了其迅速地氧化成硝酸態(tài)氮。
[0041] 因此，表明了通過將微生物間信息傳遞物質添加至活性污泥中，能夠顯著地促進 硝化細菌使氨態(tài)氮經(jīng)由亞硝酸態(tài)氮氧化成硝酸態(tài)氮的整個硝化反應。
[0042] 產(chǎn)業(yè)上的可利用性
[0043] 根據(jù)本發(fā)明的方法，當通過生物處理對含氨態(tài)氮廢水進行處理時，通過微量的微 生物間信息傳遞物質，能夠大幅度縮短作為廢水處理的限速工序的硝化工序，并能夠縮短 廢水處理所需的時間。因此，無需加大反應槽的大小，用較小的設備也能夠處理大量的廢 水。
【權利要求】
1. 一種廢水處理方法，其在具備硝化槽及脫氮槽的廢水處理裝置中通過生物氮去除反 應來處理含氮化合物的廢水，其特征在于 ： 該廢水處理方法包括：進行整個硝化反應的工序，該硝化反應在所述硝化槽內(nèi)通過硝 化細菌從氨態(tài)氮經(jīng)由亞硝酸態(tài)氮轉化成硝酸態(tài)氮；及 進行整個脫氮反應的工序，該脫氮反應在所述脫氮槽內(nèi)通過脫氮菌從硝酸態(tài)氮經(jīng)由亞 硝酸態(tài)氮轉化成氮氣； 所述整個硝化反應或整個脫氮反應是在培養(yǎng)產(chǎn)生微生物間信息傳遞物質的微生物的 培養(yǎng)基或培養(yǎng)液、或者它們的提取液或濃縮液的存在下進行的。
2. 如權利要求1所述的廢水處理方法，其特征在于： 所述微生物間信息傳遞物質為選自由C4-高絲氨酸內(nèi)酯、C8-高絲氨酸內(nèi)酯、CIO-高 絲氨酸內(nèi)酯、C12-高絲氨酸內(nèi)酯、C14-高絲氨酸內(nèi)酯、3-氧代-C6-高絲氨酸內(nèi)酯及3-氧 代-C12-高絲氨酸內(nèi)酯構成的組中的至少一種以上的化合物。
3. 如權利要求1或2所述的廢水處理方法，其特征在于： 將所述培養(yǎng)基或所述培養(yǎng)液、或者所述提取液或所述濃縮液，直接添加至包含所述硝 化細菌或所述脫氮菌的所述廢水中，或先添加至含有所述硝化細菌或所述脫氮菌的活性污 泥中后再將該活性污泥添加至所述廢水中。
4. 一種廢水處理裝置，其具備硝化槽及脫氮槽，并且通過生物氮去除反應來處理含氮 化合物的廢水，該廢水處理裝置的特征在于： 在所述硝化槽進行整個硝化反應，該硝化反應通過硝化細菌從氨態(tài)氮經(jīng)由亞硝酸態(tài)氮 轉化成硝酸態(tài)氮； 在所述脫氮槽進行整個脫氮反應，該脫氮反應通過脫氮菌從硝酸態(tài)氮經(jīng)由亞硝酸態(tài)氮 轉化成氮氣； 所述整個硝化反應或整個脫氮反應是在培養(yǎng)產(chǎn)生微生物間信息傳遞物質的微生物的 培養(yǎng)基或培養(yǎng)液、或者它們的提取液或濃縮液的存在下進行的。
5. 如權利要求4所述的廢水處理裝置，其特征在于： 所述微生物間信息傳遞物質為選自由C4-高絲氨酸內(nèi)酯、C8-高絲氨酸內(nèi)酯、C10-高 絲氨酸內(nèi)酯、C12-高絲氨酸內(nèi)酯、C14-高絲氨酸內(nèi)酯、3-氧代-C6-高絲氨酸內(nèi)酯及3-氧 代-C12-高絲氨酸內(nèi)酯構成的組中的至少一種以上的化合物。
6. 如權利要求4或5所述的廢水處理裝置，其特征在于： 將所述培養(yǎng)基或所述培養(yǎng)液、或者所述提取液或所述濃縮液，直接添加至包含所述硝 化細菌或所述脫氮菌的所述廢水中，或先添加至含有所述硝化細菌或所述脫氮菌的活性污 泥中后再將該活性污泥添加至所述廢水中。
【文檔編號】C02F101/16GK104193091SQ201410400445
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2010年6月16日 優(yōu)先權日:2009年6月22日
【發(fā)明者】稻葉英樹, 橋本庸平, 野村暢彥, 豐福雅典 申請人:住友重機械工業(yè)株式會社