含氨态氮废水的处理方法
【专利摘要】本发明提供一种含氨态氮废水的处理方法，其通过在微生物间信息传递物质的存在下使硝化细菌进行硝化反应来促进整个硝化反应，所述硝化反应为从氨态氮经由亚硝酸态氮转换成硝酸态氮。
【专利说明】含氨态氮废水的处理方法
[0001] 本申请为2011年11月18日进入中国国家阶段、申请号为201080022019. 6、申请 日为2010年6月16日、发明名称为"含氨态氮废水的处理方法"的发明专利申请的分案申 请。
【技术领域】
[0002] 本发明涉及一种含氨态氮废水的处理方法。
【背景技术】
[0003] 当处理含有在氨态氮、蛋白质、氨基酸等生物降解时产生氨的物质的废水（含氨 态氮废水）时，使用利用活性污泥的生物氮去除反应。生物氮去除反应包括：硝化工序，进 行将氨态氮氧化为亚硝酸态氮并进一步氧化亚硝酸态氮来形成硝酸态氮的硝化反应；及脱 氮工序，进行将硝酸态氮还原为亚硝酸态氮并进一步还原亚硝酸态氮来形成氮气的脱氮反 应，由此去除氮气。由于进行硝化工序的硝化细菌的生长速度较慢，且与脱氮反应相比硝化 反应的反应速度较慢，因此硝化工序成为生物氮去除反应的限速工序。因此，需延长硝化反 应的时间来降低对硝化细菌的负荷。因此，为了延长进行硝化工序的硝化槽中的水流停留 时间而设计较大的硝化槽。
[0004] 为了促进硝化反应，最简单的方法是适当地控制硝化槽内的温度、pH、溶解氧之类 的硝化细菌的生长环境，这也是一直以来被实施的方法。另外，实施了添加硝化细菌所同化 的微量营养素的方法，该方法具有防止硝化反应的活性下降的效果。另外，专利文献1中作 为大幅提高硝化反应的方法记载有将硝化细菌固定化于包括固定载体上并维持为高浓度 的方法。
[0005] 专利文献1 :日本特开平10-263575
[0006] 然而，控制硝化细菌的生长环境的方法中，硝化反应速度的提高是有限的。并且， 上述添加微量营养素的方法虽然有防止污泥的活性下降的效果，但活性并不会明显提高。 并且，在专利文献1的利用载体的方法中，存在载体的寿命较短或在进行固定化时硝化细 菌死亡等问题。
【发明内容】
[0007] 因此，本发明的目的在于提供一种当为了处理含氨态氮废水而进行生物氮去除时 促进硝化反应的新方法。
[0008] S卩，本发明是一种含氨态氮废水的处理方法，其通过在微生物间信息传递物质的 存在下使硝化细菌进行硝化反应来促进整个硝化反应，所述硝化反应为从氨态氮经由亚硝 酸态氮转换成硝酸态氮。
[0009] 本发明在以下方面有用：能够通过利用微生物间信息传递物质来促进作为生物氮 去除反应的限速工序的硝化反应的全过程，即从氨态氮经由亚硝酸态氮到硝酸态氮的整个 硝化反应。即，根据本发明，不仅能够促进硝化反应的一部分反应，而且还能够整体地促进 到硝酸态氮为止的反应，因此能够格外地提高废水处理的效率。并且，由于微生物间信息传 递物质即使只有微量也充分发挥效果，因此不需要延长硝化反应的时间，且不需要加大硝 化槽。
[0010] 上述微生物间信息传递物质优选为选自由C4-高丝氨酸内酯、C8-高丝氨酸内酯、 C10-高丝氨酸内酯、C12-高丝氨酸内酯、C14-高丝氨酸内酯、3-氧代-C6-高丝氨酸内酯及 3_氧代-C12-高丝氨酸内酯构成的组中的至少一种以上的化合物。
[0011] 在微生物间信息传递物质当中，若利用选自上述组的微生物间信息传递物质，则 能够进一步加快硝化反应速度，并能够进一步提高废水处理效率。
[0012] 优选上述微生物间信息传递物质为通过化学合成得到的物质或由微生物生产的 物质。
[0013] 根据化学合成，能够可靠地仅制造所希望的微生物间信息传递物质，并能够在时 间和经济方面有效地促进硝化反应。另外，若由微生物生产微生物间信息传递物质，则通过 多个微生物间信息传递物质的协同作用，能够进一步提高硝化反应效率。
[0014] 发明效果
[0015] 根据本发明，能够提供一种当为了处理含氨态氮废水而进行生物氮去除时促进硝 化反应的方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1是表示本发明的一实施方式所涉及的废水处理装置的概要结构图。
[0017] 图2是表示在培养基中添加微生物间信息传递物质之后经48小时后的硝酸态氮 浓度的图表。
[0018] 图中：1-硝化槽，2-脱氮槽，L1?L3-管路，10-废水处理装置。
【具体实施方式】
[0019] 以下，参考附图对本发明的含氨态氮废水的处理方法进行详细说明。
[0020] 图1是表示在本发明的方法中使用的废水处理装置的概要结构图。该废水处理装 置10是在通过生物硝化脱氮反应来处理含有氨态氮的污水等废水的污水处理设备中采用 的装置。
[0021] 如图1所示，废水处理装置10具备有硝化槽1和脱氮槽2。并且，具备有使含氨态 氮废水作为被处理水流入硝化槽1的管路L1、从硝化槽1向脱氮槽2供给被处理水的管路 L2及从脱氮槽2流出处理水的管路L3。
[0022] 含氨态氮废水作为被处理水通过管路L1流入硝化槽1。硝化槽1中，在微生物间 信息传递物质的存在下，通过硝化细菌进行将被处理水中的氨态氮氧化为亚硝酸态氮的反 应及将亚硝酸态氮氧化为硝酸态氮的反应。在硝化槽1中经硝化处理的被处理水通过管路 L2送入脱氮槽2。
[0023] 通过管路L2送入的被处理水在脱氮槽2中接受脱氮处理。具体而言，被处理水中 的亚硝酸态氮或硝酸态氮通过脱氮槽2中存在的脱氮菌在缺氧状态下转换为氮气。从被处 理水中充分地去除氮气之后，被处理水作为处理水通过管路L3从脱氮槽2排出。被排出的 处理水例如为了放流至河川等而进行杀菌处理等。
[0024] 硝化槽1及脱氮槽2可以在其内具备用于将被处理水从管路导入至各槽内的水中 搅拌机。并且，硝化槽1可以进一步具备用于将空气扩散至硝化槽1内的空气扩散装置或 送风机等。并且，可以不用以脱氮槽2、硝化槽1的顺序连接，可以进一步具备用于将处理水 从脱氮槽2返送至硝化槽1的管路。并且，废水处理装置10除了硝化槽1或脱氮槽2之外 还可以具备其他处理槽。
[0025] 在硝化槽1中，被处理水中的氨态氮通过硝化细菌经由亚硝酸态氮转换成硝酸态 氮。下述反应式（I)表示从氨态氮氧化为亚硝酸态氮的反应，下述反应式（II)表示从亚硝 酸态氮氧化为硝酸态氮的反应。
[0026] NH3+ (3/2) 02 - N02>H20+H+......(I)
[0027] N(V+(l/2)02 - NOf......(Π )
[0028] 本发明中，能够通过在微生物间信息传递物质的存在下使硝化细菌进行上述硝化 反应来促进上述反应式（I)及（Π )的整个硝化反应。
[0029] 在本说明书中，微生物间信息传递物质是指细菌等微生物在异种或同种微生物个 体之间进行信息传递时使用的物质。在微生物细胞内产生的该物质被分泌至细胞外之后， 作用于产生该物质的微生物细胞或其他微生物细胞。
[0030] 作为本发明中使用的微生物间信息传递物质只要是使用于微生物个体之间的信 息传递的物质就不论其种类，例如，Ν-酰基-L-高丝氨酸内酯（AHL)、肽类激素、真核细胞激 素。其中优选AHL。在AHL当中，进一步优选C4-高丝氨酸内酯（C4-HSL)、C8-高丝氨酸内 酯（C8-HSL)、C10-高丝氨酸内酯（C10-HSL)、C12-高丝氨酸内酯（C12-HSL)、C14-高丝氨 酸内酯（C14-HSL)、3_氧代-C6-高丝氨酸内酯（3- 〇X〇-C6-HSL)及3-氧代-C12-高丝氨酸 内酯（3-〇X〇-C12-HSL)。在微生物间信息传递物质当中，这些物质促进硝化反应的能力尤其 优异。
[0031] 本发明中使用的微生物间信息传递物质的量能够由本领域技术人员根据被处理 水的总量或微生物间信息传递物质的种类进行适当的调整。例如，相对于被处理水的量，若 为上述AHL，则能够设为lnmol/L?lmmol/L，更优选设为10nmol/L?100 μ mol/L，进一步 优选设为100nm〇l/L?10 μ mol/L。将微生物间信息传递物质的浓度设在上述范围时，能够 最有效地促进硝化反应。
[0032] 本发明中使用的微生物间信息传递物质可以是天然存在的物质，也可以是合成 物。当添加特定的微生物间信息传递物质时，由于可根据化学合成以纯度较高的状态得到 所希望的物质，因此能够更可靠地提高促进硝化反应的效果。化学合成能够通过公知的方 法进行。
[0033] 并且，本发明中使用的微生物间信息传递物质可以是由微生物生产的物质。能够 通过公知的方法从培养特定微生物的培养基或培养液提纯微生物间信息传递物质，也能够 同时得到多种微生物间信息传递物质。并且，在本发明中，直接使用培养微生物的培养基或 培养液本身、或者提取或浓缩该培养基或该培养液的液体，由此能够容易地将微生物间信 息传递物质用于废水处理。
[0034] 作为生产本发明中使用的微生物间信息传递物质的微生物，可以举出伯克霍 尔德菌属（Burkholderia)、假单胞菌属（Pseudomonas)、弧菌属（Vibrio)、气单胞菌属 (Aeromonas)、杆菌属（Bacillus)、链霉菌属（Streptomyces)、链球菌属（Streptococcus)、 乳杆菌属（Lactobacillus)等所属的细菌。
[0035] 本发明中，作为进行反应式（I)的反应的硝化细菌，能够使用亚硝化单胞菌属 (Nitrosomonas)、亚硝化球菌属（Nitrosococcus)、亚硝化螺菌属（Nitrosospira)、亚硝化 弧菌属（Nitrosovibrio)等所属的硝化细菌，作为进行反应式（II)的反应的硝化细菌，能 够使用硝化杆菌属（Nitrobacter)、硝化螺菌属（Nitrospira)、硝化球菌属（Nitrococcus) 等所属的硝化细菌。
[0036] 在硝化槽1中，在微生物间信息传递物质的存在下使硝化细菌进行硝化反应的条 件能够由本领域技术人员适当地决定。例如，作为被处理液的温度，优选设为10?40°C，进 一步优选设为15?35°C，最优选设为25?30°C。另外，作为pH，优选设为5?9,进一步 优选设为6?8,最优选设为7?7. 5。
[0037] 本发明的基于生物处理的含氨态氮废水的处理方法中，除了使用硝化细菌本身之 夕卜，还能够使用包含硝化细菌的活性污泥。当使用活性污泥时，所使用的活性污泥的量能够 由本领域技术人员根据活性污泥中所含的硝化细菌的量或所使用的微生物间信息传递物 质的种类进行适当的调整。例如，用MLSS(Mixed liquor suspended solids;活性污泥浮游 物质）表示活性污泥的浓度时，相对于所处理的废水量，活性污泥优选为2000?lOOOOmg/ L，更优选为3000?8000mg/L，进一步优选为5000?6000mg/L。将活性污泥设为上述范围 的浓度时，促进基于微生物间信息传递物质的硝化反应效果变得最高。MLSS的测定例如能 够通过下列方法进行。首先，将污泥样品放入离心管中，以3000rpm进行10分钟离心分离 后，去掉上清液。接着，在所得到的沉淀物中加水并混均匀后，再次如上所述同样地离心分 离后去掉上清液。将所得到的沉淀物洗入预先称量的蒸发皿中，在干燥机中以105?110°C 干燥半天。接着，在干燥器中放冷后称量。从测定出的质量减去空蒸发皿质量后的质量为 MLSS。
[0038] 硝化槽1中，能够将微生物间信息传递物质、或培养产生微生物间信息传递物质 的微生物的培养基或培养液、或者它们的提取液或浓缩液直接添加至包含硝化细菌的被处 理水中。另外，还能够在包含硝化细菌的活性污泥等中添加微生物间信息传递物质或包含 微生物间信息传递物质的培养液等之后，将这些添加至含氨态氮废水中。另外，还能够将硝 化细菌和微生物间信息传递物质负载于载体，并使该载体在硝化槽1中流动。另外，还能 够将微生物间信息传递物质固定在包含硝化细菌的生物膜上，并使该生物膜和被处理水接 触。至于使用哪一种方法，能够由本领域技术人员根据被处理水的量、硝化槽的大小、硝化 细菌的种类、活性污泥的种类或量及其他条件进行适当的选择。
[0039] 实施例
[0040] 以下，通过实施例对本发明进行说明。实施例中，使用活性污泥进行了硝化试验。 作为活性污泥，使用了向有效容积为2L的曝气槽连续供给含氨态氮废水并培养3个月的 活性污泥。试验管中放入将氨态氮配制成初始浓度为100mm 〇l/L的无机盐培养基，并添加 培养的活性污泥，以使MLSS成为3000mg/L。而且，作为微生物间信息传递物质，将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 的浓 度分别添加至试验管中。使用仅添加活性污泥的无机盐培养基作为对照物。通过磺胺或萘 乙二胺法测定了培养基的亚硝酸态氮浓度。通过马钱子碱或对氨基苯磺酸法测定了培养基 的硝酸态氮浓度。将从开始添加微生物间信息传递物质经48小时后的硝酸态氮浓度示于 图 2。图中，C4、C8、CIO、C12、C14、3oxoC6 及 3oxoC12 分别表示 C4-HSL、C8-HSL、C10-HSL、 C12-HSL、C14-HSL、3-〇x〇-C6-HSL及3-OXO-C12-HSL。从图2可知，从开始添加微生物间信 息传递物质经48小时后，添加了微生物间信息传递物质的培养基的硝酸态氮浓度相对于 对照物均增高了 3?4倍。另外，48小时之后，在任何一个培养基中都未检测出亚硝酸态 氮，表明了其迅速地氧化成硝酸态氮。
[0041] 因此，表明了通过将微生物间信息传递物质添加至活性污泥中，能够显著地促进 硝化细菌使氨态氮经由亚硝酸态氮氧化成硝酸态氮的整个硝化反应。
[0042] 产业上的可利用性
[0043] 根据本发明的方法，当通过生物处理对含氨态氮废水进行处理时，通过微量的微 生物间信息传递物质，能够大幅度缩短作为废水处理的限速工序的硝化工序，并能够缩短 废水处理所需的时间。因此，无需加大反应槽的大小，用较小的设备也能够处理大量的废 水。
【权利要求】
1. 一种废水处理方法，其在具备硝化槽及脱氮槽的废水处理装置中通过生物氮去除反 应来处理含氮化合物的废水，其特征在于 ： 该废水处理方法包括：进行整个硝化反应的工序，该硝化反应在所述硝化槽内通过硝 化细菌从氨态氮经由亚硝酸态氮转化成硝酸态氮；及 进行整个脱氮反应的工序，该脱氮反应在所述脱氮槽内通过脱氮菌从硝酸态氮经由亚 硝酸态氮转化成氮气； 所述整个硝化反应或整个脱氮反应是在培养产生微生物间信息传递物质的微生物的 培养基或培养液、或者它们的提取液或浓缩液的存在下进行的。
2. 如权利要求1所述的废水处理方法，其特征在于： 所述微生物间信息传递物质为选自由C4-高丝氨酸内酯、C8-高丝氨酸内酯、CIO-高 丝氨酸内酯、C12-高丝氨酸内酯、C14-高丝氨酸内酯、3-氧代-C6-高丝氨酸内酯及3-氧 代-C12-高丝氨酸内酯构成的组中的至少一种以上的化合物。
3. 如权利要求1或2所述的废水处理方法，其特征在于： 将所述培养基或所述培养液、或者所述提取液或所述浓缩液，直接添加至包含所述硝 化细菌或所述脱氮菌的所述废水中，或先添加至含有所述硝化细菌或所述脱氮菌的活性污 泥中后再将该活性污泥添加至所述废水中。
4. 一种废水处理装置，其具备硝化槽及脱氮槽，并且通过生物氮去除反应来处理含氮 化合物的废水，该废水处理装置的特征在于： 在所述硝化槽进行整个硝化反应，该硝化反应通过硝化细菌从氨态氮经由亚硝酸态氮 转化成硝酸态氮； 在所述脱氮槽进行整个脱氮反应，该脱氮反应通过脱氮菌从硝酸态氮经由亚硝酸态氮 转化成氮气； 所述整个硝化反应或整个脱氮反应是在培养产生微生物间信息传递物质的微生物的 培养基或培养液、或者它们的提取液或浓缩液的存在下进行的。
5. 如权利要求4所述的废水处理装置，其特征在于： 所述微生物间信息传递物质为选自由C4-高丝氨酸内酯、C8-高丝氨酸内酯、C10-高 丝氨酸内酯、C12-高丝氨酸内酯、C14-高丝氨酸内酯、3-氧代-C6-高丝氨酸内酯及3-氧 代-C12-高丝氨酸内酯构成的组中的至少一种以上的化合物。
6. 如权利要求4或5所述的废水处理装置，其特征在于： 将所述培养基或所述培养液、或者所述提取液或所述浓缩液，直接添加至包含所述硝 化细菌或所述脱氮菌的所述废水中，或先添加至含有所述硝化细菌或所述脱氮菌的活性污 泥中后再将该活性污泥添加至所述废水中。
【文档编号】C02F101/16GK104193091SQ201410400445
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2010年6月16日 优先权日:2009年6月22日
【发明者】稻叶英树, 桥本庸平, 野村畅彦, 丰福雅典 申请人:住友重机械工业株式会社