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    关 键 词:
    生物 处理 装置 以及 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN201110071809.X

    申请日:

    2011.03.14

    公开号:

    CN102219298A

    公开日:

    2011.10.19

    当前法律状态:

    驳回

    有效性:

    无权

    法律详情: 发明专利申请公布后的驳回IPC(主分类):C02F 3/28申请公布日:20111019|||实质审查的生效IPC(主分类):C02F 3/28申请日:20110314|||公开
    IPC分类号: C02F3/28 主分类号: C02F3/28
    申请人: 三菱丽阳株式会社; 国立大学法人广岛大学
    发明人: 中原祯仁; 笹川学; 北川靖子; 大桥晶良; 尾崎则笃; 金田一智规; 幡本将史; 松永耕介
    地址: 日本东京都港区港南一丁目6番41号
    优先权: 2010.03.12 JP 2010-056767
    专利代理机构: 上海市华诚律师事务所 31210 代理人: 刘香兰
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201110071809.X

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2015.03.18|||2011.11.30|||2011.10.19

    法律状态类型:

    发明专利申请公布后的驳回|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明提供降低ANAMMOX菌的流出、且即使有一氧化二氮产生也能够与氮气一起有效被回收的生物处理装置以及生物处理方法。生物处理装置(10)的特征在于,具备生物处理槽(12)、气体分离部(14)与减压部(16),所述生物处理槽(12)通过使含有氨性氮以及亚硝酸态氮的处理对象物在厌氧条件下与含有ANAMMOX菌的颗粒接触,从而产生气体,所述气体分离部(14)配置在所述生物处理槽(12)内且与所述处理对象物接触,所述气体分离部(14)具有能透过气体的透气性的分离膜,所述减压部(16)对所述气体分离部(14)的内部进行减压。生物处理方法的特征在于,使处理对象物与含有ANAMMOX菌的颗粒在厌氧条件下接触、从而产生气体,使该气体通过透气性的分离膜从处理对象物中分离。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种生物处理装置,其特征在于,具备生物处理槽、气体分离部与减压部,
    所述生物处理槽通过使含有氨性氮以及亚硝酸态氮的处理对象物在厌氧条件下与含有厌氧氨氧化菌的颗粒接触,从而产生气体,
    所述气体分离部配置在所述生物处理槽内且与所述处理对象物接触,所述气体分离部具有透气性的分离膜,
    所述减压部对所述气体分离部的内部进行减压。

    2.  如权利要求1所述的生物处理装置,其特征在于,所述分离膜为中空纤维膜。

    3.  一种生物处理方法,该方法是使含有氨性氮以及亚硝酸态氮的处理对象物在厌氧条件下与含有厌氧氨氧化菌的颗粒接触,从而产生气体,其特征在于,所产生的气体被透气性的分离膜从处理对象物中分离。

    4.  如权利要求3所述的生物处理方法,其特征在于,生物处理在上部具有气体排出口的生物处理槽内进行,同时,被所述分离膜分离之后,从所述气体排出口排出的气体量相对于所述生物处理槽的有效容积为0.8L-gas/L-vol/天以下。

    说明书

    说明书生物处理装置以及生物处理方法
    技术领域
    本发明涉及使用了厌氧氨氧化菌(ANAMMOX菌)的生物处理装置以及生物处理方法。
    本申请对2010年3月12日提出申请的日本国专利申请第2010-056767号主张优先权,在此援引其内容。
    背景技术
    作为除去农业、畜产业、水产业等的废弃物和废水、污水或污水污泥等中含有的氮成份的方法已知的有硝化-脱氮法。
    硝化-脱氮法是将硝化工序和脱氮工序(厌氧生物处理)组合的除氮法,所述硝化工序中在需氧条件下利用硝化菌(氨氧化细菌以及亚硝酸氧化细菌)使氨性氮(NH4-N)氧化为亚硝酸和硝酸,所述脱氮工序中利用脱氮菌在厌氧条件下将亚硝酸态氮(NO2-N)和硝酸性氮(NO3-N)还原,经过作为中间生成物的一氧化二氮转换为氮气(N2)。
    但是,硝化-脱氮法在如上所述的脱氮工序的过程中产生成为温室效果气体之一的一氧化二氮。一氧化二氮的大部分转换为氮气,但其一部分与氮气等的气体一起被排放到环境中,以溶解在处理对象物的状态被回收。一氧化二氮具有二氧化碳的约300倍的温室效果功能,与地球变暖或臭氧层的破坏等对地球环境的影响有很大关系而被视为问题,成为京都议定书的排放限制对象。因此,今后,从处理对象物或气体中分离一氧化二氮并处理变得很重要。然而,从处理对象物分离一氧化二氮比从气体分离更繁杂,因此期望尽可能与气体一起回收。
    此外,作为从气相回收·处理一氧化二氮的方法,已知有如下方法,将作为气体存在的一氧化二氮通入水系液体的吸收液中使之溶解于吸收液中,在厌氧条件下处理已溶解了一氧化二氮的吸收液(参考专利文献1)。
    此外,硝化-脱氮法需要大量的在硝化工序中供给的氧气和在脱氮工序中作为电子给予体供给的甲醇等的有机物,因此有运作成本高的缺点。
    因此,近年来,作为替代硝化-脱氮法的新的除氮法,ANAMMOX(Anaerobic Ammonium Oxidation:厌氧氨氧化)反应受到关注。
    ANAMMOX反应是将氨性氮的约一半的量氧化为亚硝酸的部分亚硝酸化工序和利用ANAMMOX菌在厌氧条件下使亚硝酸态氮和剩余的氨性氮反应转换为氮气的脱氮(厌氧生物处理)工序组合的除氮法。
    该ANAMMOX反应与硝化-脱氮法相比,能够将理论必需氧量减少约6成左右、将用于脱氮反应的有机物添加量减少约9成左右。
    此外,ANAMMOX反应用不同于上述的替代硝化-脱氮法的代谢路径除去氮,因此理论上不会产生一氧化二氮,可以降低对环境的负荷。
    然而,如硝化-脱氮法和ANAMMOX反应一样,存在如下问题:在使用细菌除去处理对象物的氮的方法中,当所产生的氮气等的气体不能从处理对象物迅速地分离为气相时,气化的气体附着在菌体上,菌体和气体一起上浮。而且,在处理对象物与气相之间的界面,气体离开菌体向气相释放,但与此同时菌体也和处理对象物一起从处理装置流出。
    该问题在利用增殖速度缓慢的ANAMMOX菌进行的厌氧生物处理中是严重的问题。即,ANAMMOX菌从处理装置流出时,处理装置内的ANAMMOX菌的浓度下降,除氮性能也降低。ANAMMOX菌由于增殖速度缓慢,恢复到充分的浓度为止需要时间,所以除氮性能的恢复也需要时间。
    因此,有人提出防止菌体从处理装置流出的方法。提出的方法如利用生物载体的方法(参考专利文献2)、通过将上浮污泥粉碎使菌体和气体分离、恢复沉降性的方法(参考专利文献3、4)、通过回收上浮污泥并散布在处理装置内、使内含的气体脱气的方法(参考专利文献5)、通过在处理装置内设置能够旋转的驱动轴、使之旋转来使上浮污泥与处理装置内壁接触而分离气体的方法(参考专利文献6)等。
    专利文献1:日本专利特开2002-204926号公报
    专利文献2:日本专利特开2009-285640号公报
    专利文献3:日本专利特开平9-10792号公报
    专利文献4:日本专利特开2003-24981号公报
    专利文献5:日本专利特开平7-80493号公报
    专利文献6:日本专利特开平1-242197号公报
    发明内容
    然而,专利文献2~6中记载的方法未必是满足防止菌体的流出的方法,要求利用ANAMMOX菌进行的厌氧生物处理进一步防止菌体的流出。
    此外,如专利文献3、4所记载,粉碎上浮污泥的方法中不容易设定恢复沉降性的粉碎条件,需要每次测定其粒子确认粉碎状况,运行困难。
    专利文献5记载的方法,令人担忧的是,氧气通过漂浮污泥的散布而混入到处理装置内。
    此外,不仅是利用ANAMMOX菌进行的处理,在含有氮的厌氧生物处理中,在处理途中可能会有微少的一氧化二氮副生。
    因此,在利用ANAMMOX菌进行的生物处理中,也要求将一氧化二氮与由该生物处理而产生的氮气等的气体一起进行回收。
    本发明鉴于上述情况而成,目的在于提供降低ANAMMOX菌的流出、且即使有一氧化二氮产生也能够与氮气一起被有效回收的生物处理装置以及生物处理方法。
    本发明的生物处理装置的特征在于,具备生物处理槽、气体分离部与减压部,所述生物处理槽通过使含有氨性氮以及亚硝酸态氮的处理对象物在厌氧条件下与含有ANAMMOX菌的颗粒接触,从而产生气体,所述气体分离部配置在所述生物处理槽内且与所述处理对象物接触,所述气体分离部具有透气性的分离膜,所述减压部对所述气体分离部的内部进行减压。
    此处,理想的是所述分离膜为中空纤维膜。
    此外,本发明的生物处理方法是使含有氨性氮以及亚硝酸氮的处理对象物与含有ANAMMOX菌的颗粒在厌氧条件下接触、从而产生气体的生物处理方法,其特征在于,所产生的气体被透气性的分离膜从处理对象物中分离。
    此处,生物处理理想的是在上部具有气体排出口的生物处理槽内进行,同时,被所述分离膜分离之后,从所述气体排出口排出的气体量相对于所述生物处理槽的有效容积为0.8L-gas/L-vol/天以下。
    根据本发明的生物处理装置以及生物处理方法,能够减少ANAMMOX菌的流出,并且即便产生一氧化二氮也能和氮气一起被高效回收。
    附图说明
    图1是显示本发明的生物处理装置的一个例子的概略构成图。
    图2是显示本发明的生物处理装置的其他例子的概略构成图。
    图3是显示本发明的生物处理装置的其他例子的概略构成图。
    图4是显示实施例中使用的试验装置的概略构成图。
    图5是显示经过天数与ANAMMOX菌的流出量之间的关系的图。
    图6是显示每天产生的一氧化二氮的产生量、吸入量、流出量的图。
    符号说明
    10、30、50:生物处理装置
    12、32、52:生物处理槽
    14、34、54:气体分离部
    20、38:气体排出口
    58:气体·已处理对象物出口
    16:减压部
    具体实施方式
    以下,对本发明详细说明。
    [生物处理装置]
    本发明的生物处理装置是从含有氨性氮以及亚硝酸态氮的处理对象物中除去氮成分的装置,具备:通过在厌氧条件下使处理对象物与含有ANAMMOX菌的颗粒接触从而产生气体的生物处理槽、配置在生物处理槽内并且与处理对象物接触、具有透气性的分离膜的气体分离部和对气体分离部的内部进行减压的减压部。
    此外,ANAMMOX菌的现状是,尚难以分离·培养(纯培养株)、与通常的属·种的概念不同尚未确定正式名称,用从基因信息推测的候补名称来命名。一般,已知的ANAMMOX菌有待定厌氧氨氧化布罗卡地菌(Candidatus Brocadia anammoxidans)或待定荧光布罗卡地菌(Candidatus Brocadia fulgida)、待定斯图加特库氏菌(Candidatus Kuenenia stuttgartiensis)等的Candidatus(待定属,表示这种有机体或生物体虽可定义描述但却不能栽培)属。
    <第一实施方式>
    图1是显示本发明的生物处理装置的一个例子的概略构成图。该生物处理装置10具备生物处理槽12、配置在生物处理槽12内的气体分离部14、与气体分离部14连接的减压部16、设置在气体分离部14的表面或表面附近的微生物搭载机构18、生物处理槽12的上部的气体排出口20、将从减压部16排出的气体储存的气体储存部22、生物处理槽12的底部侧的处理对象物流入口24(以下称流入口24)以及上部侧的已处理对象物流出口26(以下称流出口26)。
    还有,“已处理对象物”是指已被生物处理过的处理对象物。
    生物处理槽12举例有在厌氧条件下通过ANAMMOX菌使处理对象物中所含的氨性氮以及亚硝酸态氮进行反应、产生气体的厌氧生物处理槽。生物处理槽12的形状无特别限定,可以使用适应各种用途的形状。
    气体分离部14具有透气性的分离膜。
    气体分离部14举例有公知的分离膜模件(中空纤维膜模件、平膜模件等)。
    分离膜举例有中空纤维膜、平膜等,基于表面积大、能够提高填充率的观点,理想的是中空纤维膜。
    此外,基于即使在对水分率高的处理对象物进行生物处理时,也容易分离、回收不含水分的气体,分离膜理想的是非透水性分离膜,非透水性中空纤维膜更理想。
    作为非透水性中空纤维膜举例有如,由疏水原料构成的分离膜、用多孔质支持层夹住透气性的非多孔质分离层的三层结构膜。由于多孔质支持层起着作为后述的微生物搭载机构18的作用,因此三层结构膜适宜作为分离膜。
    此外,基于容易以高浓度分离、回收氮气等的气体,分离膜理想的是气体选择透过性分离膜,气体选择透过性中空纤维膜更理想。
    作为气体选择透过性中空纤维膜,举例有如具有聚氨酯制的非多孔质分离层的三层结构膜等。
    气体分离部14配置在生物处理槽12内并且与处理对象物接触。如,当处理对象物为液状时,在生物处理槽12内配置于被处理对象物浸渍的位置,当处理对象物为固体形状时,在生物处理槽12内配置于被处理对象物埋没的位置。
    减压部16只要能够对气体分离部14的内部减压则无特别限定,如举例有抽气泵等。
    微生物搭载机构18举例有在膜表面或膜表面附近设置了生物附着性高的微生物搭载机构的分离膜。微生物搭载机构18是比表面积高的多孔质体和/或微生物容易附着的材料,理想的是碳纤维。微生物搭载机构18中也可以预先附着好ANAMMOX菌。
    气体储存部22只要能够储存分离、回收的气体则无特别限定,举例有铝袋或压力容器等。
    接着,对采用了生物处理装置10的生物处理方法进行说明。
    由流入口24向生物处理槽12内加入处理对象物,利用ANAMMOX菌对处理对象物进行厌氧生物处理,从而产生气体。同时,使减压部16工作,将气体分离部14内减压,使处理对象物中产生的气体透过并分离。从生物处理槽12的上部的气体排出口20以及减压部16排出的气体回收到气体储存部22。在继续进行处理对象物的生物处理时,生物附着在微生物搭载机构18,在气体分离层14的表面形成生物层。
    处理对象物是含有氨性氮以及亚硝酸态氮的物质。作为处理对象物,举例有含有氨性氮的处理对象物和含有亚硝酸态氮的处理对象物的混合物。此外,也可以使用将含有氨性氮的处理对象物由氨氧化细菌在需氧条件下进行生物处理、使一部分氨性氮、理想的是一半量的氨性氮氧化为亚硝酸而得到的物质。此外,也可以使用将含有氨性氮的处理对象物的一部分利用氨氧化细菌在需氧条件下生物处理、使氨性氮氧化为亚硝酸之后再混合含有剩余的氨性氮的处理对象物而得到的物质。
    这样的处理对象物举出有如农业、畜产业、水产业、食品业中的废弃物以及废水、污水、污水污泥等。处理对象物可以是固体形状也可以是液状。
    厌氧生物处理是通过在厌氧条件下使处理对象物与含有ANAMMOX菌的颗粒接触、使处理对象物中所含的氨性氮和亚硝酸氮反应并转换为氮气的脱氮处理。
    进行厌氧生物处理时,已知在生物处理槽中预先种植ANAMMOX菌或利用原来就存在于处理对象物的ANAMMOX菌的方法,但由于ANAMMOX菌增殖速度慢,因此理想的是预先种植ANAMMOX菌。所以,本发明中使用将ANAMMOX菌富集培养的颗粒。此时,也可以使用另外用ANAMMOX菌进行生物处理的反应体系(装置内)的颗粒。
    此外,通过在气体分离部14的表面或表面附近形成生物层,使由生物层中的生物反应产生的气体透过分离膜分离变得容易。此外,生物层的内部侧即生物层中最靠近分离膜的一侧易变成更高度厌氧的条件,处理对象物的生物处理活性提高。生物层可以在对处理对象物进行厌氧生物处理期间自然形成,也可以使用预先形成了生物层的气体分离部14。
    然而,ANAMMOX菌有时会附着在由于厌氧生物处理而产生的气体(气泡)上而与气体一起上浮。而且,存在以下问题,在处理对象物与气相之间的界面,气体离开ANAMMOX菌自气体排出口20排出,与此同时ANAMMOX菌也与已处理的对象物一起从流出口26流出。
    但是,根据本发明,通过气体分离部14,可以使处理对象物中产生的气体透过并分离、回收。所以,能够减少成长为气泡的气体的比例,可以抑制气体附着在ANAMMOX菌上进行上浮,可以降低ANAMMOX菌从流出口26流出。所以,能够抑制生物处理槽12内的ANAMMOX菌的浓度降低,因此,可以良好地维持除氮性能。
    尤其,在本发明的生物处理方法中,理想的是每天自气体排出口20排出的气体量相对于生物处理槽12的有效容积为0.8L-gas/L-vol/天以下,更理想的是0.6L-gas/L-vol/天以下。
    将自气体排出口20排出的气体量设定在0.8L-gas/L-vol/天以下,可以抑制附着有ANAMMOX菌并上浮的气体的量,可以更有效地降低ANAMMOX菌从流出口26流出。
    若使自气体排出口20排出的气体量相对于生物处理槽12的有效容积为0.8L-gas/L-vol/天以下,例如只要通过减压部16调整气体分离部14的内部压力、或处理液状对象处理物时调整处理对象物的浓度、或调整生物处理槽12内的ANAMMOX菌的浓度或调整气体分离部14的性能即可。具体地,可以如下调整。
    气体分离部14的内部压力理想的是用减压部16减压为0.05~0.1MPa。
    生物处理槽12内的ANAMMOX菌的浓度理想的是调整为0.05~10.0g/L。
    作为气体分离部14的分离膜理想的是使用具有气体选择透过性能的中空纤维膜。
    此外,在上述的方法以外,如将对ANAMMOX菌的氮负荷或气体分离部(尤其,中空纤维膜模件)的配置等如下所述地设定,也可以将自气体排出口20排出的气体量设定在相对于生物处理槽12的有效容积为0.8L-gas/L-vol/天以下。
    对NAMMOX菌的氮负荷理想的是0.1~50kg-N/m3/天,0.5~20kg-N/m3/天更理想。
    为了不妨碍处理对象物的流动、保持气体处理量,理想的是以10~60%的填充率在生物处理槽12内配置中空纤维膜模件。
    此外,为有效回收产生的气体,理想的是在生物处理槽12内分散配置中空纤维膜模件。
    以上说明的生物处理装置10及使用该装置的生物处理方法,可以通过气体分离部14的分离膜将由厌氧生物处理产生的气体自处理对象物中分离、回收。所以,可以抑制气体附着在ANAMMOX菌并上浮,可以降低ANAMMOX菌从流出口26流出。
    然而,利用ANAMMOX菌进行的厌氧生物处理中,存在在ANAMMOX反应途中产生一氧化二氮的可能性。
    但是,如果是本发明,即使产生了一氧化二氮,也可以与氮气一起通过气体分离部14更有效地回收。所以,可以降低一氧化二氮在已处理对象物中溶解的比例,可以尽可能防止与已处理对象物一起释放到环境中。此外,通过使用分离膜,也可以降低一氧化二氮的产生量。
    还有,与氮气一起被回收、储存在气体储存部22的一氧化二氮只要通过利用生物处理或催化剂的接触氧化等公知方法进行处理即可。此外,也可以在本发明的生物处理装置10的气体储存部22的下流侧设置能够处理一氧化二氮的后处理部(图示略),连续进行气体回收和一氧化二氮的处理。
    <第二实施方式>
    图2是显示本发明的生物处理装置的其他例子的概略构成图。在该生物处理装置30中对与生物处理装置10相同部分标相同符号,省略说明。
    生物处理装置30具备生物处理槽32、配置在生物处理槽32内的气体分离部34、与气体分离部34连接的减压部16、设置在气体分离部34的表面或表面附近的微生物搭载机构36、生物处理槽32的上部的气体排出口38、将从减压部16排出的气体储存的气体储存部22、生物处理槽32的底部侧的处理对象物流入口24(以下称流入口40)以及上部侧的已处理对象物流出口42(以下称流出口42)。
    生物处理槽32是所谓的UASB(上流式厌氧污泥床:Up-flow Anaerobic Sludge Blanket)反应器,处理对象物从设置在生物处理槽32的底部侧的流入口40流入,而被厌氧生物处理的已处理对象物自上部侧的流出口42流出。
    生物处理槽32适于处理对象物为液状的场合。
    气体分离部34具有透气性的分离膜。
    气体分离部34举例有公知的分离膜模件(中空纤维膜模件、平膜模件等)。
    中空纤维膜模件是具备多个中空纤维膜(分离膜44)和集气管46、并以中空纤维膜的至少一侧的端部与集气管46连通的状态固定于集气管46的模件。中空纤维膜的另一侧的端部可以是同样以与集气管46连通的状态被固定的模件,可以是端部被封闭的模件,也可以是折成环状的模件。
    此外,基于即使在对水分率高的处理对象物进行生物处理时也容易分离、回收不含水分的气体,中空纤维膜理想的是非透水性分离膜,举例有与生物处理装置10中举出的相同的膜。
    此外,基于容易以高浓度分离、回收氮气等的气体,中空纤维膜理想的是气体选择透过性分离膜,举例有与生物处理装置10中举出的相同的膜。
    气体分离部34配置于生物处理槽32内,并浸渍在处理对象物中。气体分离部34理想的是配置为不妨碍处理对象物的流动。此外,在气体分离部的表面或表面附近形成生物层时,考虑到所形成的生物层的厚度,只要设定得不妨碍处理对象物的流动即可。
    微生物搭载机构36可以举出与生物处理装置10中的微生物搭载机构18相同的机构。
    接着,对采用了生物处理装置30的生物处理方法进行说明。
    由流入口40向生物处理槽32内加入处理对象物,由ANAMMOX菌对处理对象物进行厌氧生物处理,产生气体。同时,使减压部16工作,将气体分离部34内减压,使处理对象物中产生的气体透过并分离。从生物处理槽32的上部的气体排出口38以及减压部16排出的气体回收到气体储存部22。在继续进行处理对象物的生物处理中,生物附着在微生物搭载机构36,在气体分离部34的表面形成生物层。
    处理对象物可以例举在第一实施方式举出的物质当中的废水、污水等的液状的物质。
    厌氧生物处理是通过使处理对象物在厌氧条件下与含有ANAMMOX菌的颗粒接触、使处理对象物所含的氨性氮与亚硝酸态氮反应、转换为氮气的脱氮处理。
    进行厌氧生物处理时,已知在生物处理槽中预先种植ANAMMOX菌或利用原来就存在于处理对象物的ANAMMOX菌的方法,但ANAMMOX菌由于增殖速度慢,因此理想的是预先种植ANAMMOX菌。所以,本发明中使用将ANAMMOX菌富集培养的颗粒。此时,也可以使用另外用ANAMMOX菌进行生物处理的反应体系(装置内)的颗粒。作为这样的颗粒,可以举出第一实施方式中例示的颗粒。
    此外,通过在气体分离部34的表面或表面附近形成生物层,使由生物层中的生物反应产生的气体透过分离膜而分离变得容易。此外,生物层的内部侧易变成更高度厌氧的条件,处理对象物的生物处理活性提高。
    理想的是自气体排出口38排出的气体量每天相对于生物处理槽32的有效容积为0.8L-gas/L-vol/天以下,更理想的是0.6L-gas/L-vol/天以下。
    若使自气体排出口38排出的气体量相对于生物处理槽32的有效容积在0.8L-gas/L-vol/天以下,只要与第一实施方式中举出的方法相同地调整气体分离部34的内部压力、或处理对象物的浓度、或生物处理槽32内的ANAMMOX菌的浓度或气体分离部34的分离膜的性能即可。此外,也可以调整对ANAMMOX菌的氮负荷或气体分离部的配置等。各方法的具体的调整条件与第一实施方式中举出的方法相同。
    以上说明的生物处理装置30及使用该装置的生物处理方法,可以通过气体分离部34的分离膜将由厌氧生物处理产生的气体自处理对象物中分离、回收。所以,可以抑制气体附着在ANAMMOX菌上,可以减少ANAMMOX菌从流出口42流出。
    此外,即使产生了一氧化二氮,也可以与氮气一起通过气体分离部34更有效地回收。所以,可以降低一氧化二氮在已处理对象物中溶解的比例,可以尽可能防止与已处理完的对象物一起释放到环境中。此外,通过使用分离膜,也可以降低一氧化二氮的产生量。
    还有,与氮气一起被回收、储存在气体储存部22的一氧化二氮只要通过利用生物处理或催化剂的接触氧化等公知方法进行处理即可。此外,也可以在本发明的生物处理装置30的气体储存部22的下流侧设置能够处理一氧化二氮的后处理部(图示略),连续进行气体回收和一氧化二氮的处理。
    <第三实施方式>
    图3是显示本发明的生物处理装置的其他例子的概略构成图。在该生物处理装置50中,对与生物处理装置10相同部分标相同符号并省略说明。
    生物处理装置50具备生物处理槽52、配置在生物处理槽52内的气体分离部54、与气体分离部54连接的减压部16、设置在气体分离部34的表面或表面附近的微生物搭载机构56、生物处理槽52的上部的气体·已处理对象物出口58、捕集处理对象物和已处理对象物的捕雾器(mist trap)60、将从减压部16排出的气体储存的气体储存部22、生物处理槽52的底部侧的处理对象物流入口62(以下称流入口62)、捕集从气体·已处理对象物出口58与气体一起流出的ANAMMOX菌的菌体捕集部64、以及储存从气体·已处理对象物出口58流出的已处理对象物的对象物储存部66。
    生物处理槽52是UASB反应器,处理对象物从设置在生物处理槽52的底部侧的流入口62流入,而被厌氧生物处理的已处理对象物自气体·已处理对象物出口58流出,回收到对象物储存部66。生物处理槽52的形状无特别限定,可以使用适应各种用途的形状。
    生物处理槽52适于处理对象物为液状的场合。
    气体分离部54具有透气性的分离膜。
    气体分离部54举例有公知的分离膜模件(中空纤维膜模件、平膜模件等)。
    中空纤维膜模件与第二实施方式中说明的中空纤维膜模件一样,举例有具备多个中空纤维膜(分离膜)和集气管(图示都略)的模件。
    此外,基于即使在对水分率高的处理对象物进行生物处理时也容易分离、回收不含水分的气体,中空纤维膜理想的是非透水性分离膜,举例有与生物处理装置10中举出的相同的膜。
    此外,基于容易高浓度分离、回收氮气等的气体,中空纤维膜理想的是气体选择透过性分离膜,举例有与生物处理装置10中举出的相同的膜。
    气体分离部54配置于生物处理槽52内,并浸渍在处理对象物中。气体分离部54理想的是配置为不妨碍处理对象物的流动。此外,在气体分离部的表面或表面附近形成生物层时,考虑到所形成的生物层的厚度,只要设定得不妨碍处理对象物的流动即可。
    微生物搭载机构56可以举出与生物处理装置10中的微生物搭载机构18相同的。
    捕雾器60只要能够捕集处理对象物和已处理对象物的话就无特别限定,举例有真空捕集器等。
    通过减压部16将气体分离部54减压时,虽然有时处理对象物和已处理对象物也与被分离的气体一起被回收,但若设置捕雾器60的话,可以将处理对象物和已处理对象物捕集到其中,因此可以防止侵入到减压部16和气体储存部22。
    菌体捕集部64由弯曲成U字形的管构成,其前端64a分别开口着。此外,在各前端64a附近分支有连接管64b、64c,连接管64b与气体·已处理对象物出口58连接,连接管64c各自与对象物储存部66连接。
    菌体捕集部64及连接管64b、64c没有特别限定。
    对象物储存部66只要是能够储存从气体·已处理对象物出口58流出的已处理对象物就无特别限定,举例有罐等。
    接着,对采用生物处理装置50的生物处理方法进行说明。
    从流入口62向生物处理槽52内放入处理对象物,利用ANAMMOX菌对处理对象物进行厌氧生物处理,产生气体。同时,使减压部16工作,对气体分离部54减压,使处理对象物中产生的气体透过并分离。从气体分离部54分离出的气体介由捕雾器60以及减压部16回收到气体储存部22中。
    另一方面,从气体·已处理对象物出口58排出的气体通过连接管64b,从菌体捕集部64的前端64a释放?;褂?,有气体附着、与该气体一起上浮并从气体·已处理对象物出口58流出的ANAMMOX菌,当气体从菌体捕集部64的前端64a释放时,由于自重从气体中分离,滞留在菌体捕集部64的底而被捕集。从菌体捕集部64的前端64a释放的气体可以回收到气体储存部22,也可以设置其他气体储存部(图示略)来回收。
    此外,从气体·已处理对象物出口58排出的已处理对象物回收到对象物储存部66?;褂?,从气体·已处理对象物出口58流出的ANAMMOX菌由于滞留在菌体捕集部64的底部,因此,难以回收到对象物储存部66中。
    在继续进行处理对象物的生物处理时,生物附着在微生物搭载机构56,在气体分离部54的表面形成生物层。
    作为处理对象物,可以例举在第一实施方式中所举出的例子中的废水、污水等的液状物质。
    厌氧生物处理是通过使处理对象物在厌氧条件下与含有ANAMMOX菌的颗粒接触、使处理对象物所含的氨性氮与亚硝酸态氮反应、转换为氮气的脱氮处理。
    进行厌氧生物处理时,已知有将ANAMMOX菌预先种植在生物处理槽中或利用原来存在于处理物中的ANAMMOX菌的方法,但由于ANAMMOX菌的增殖速度慢,所以理想的是预先种植ANAMMOX菌。所以,本发明中使用富集培养ANAMMOX菌的颗粒。此时,也可以使用另外用ANAMMOX菌进行生物处理的反应体系(装置内)的颗粒。作为这样的颗??梢岳俚谝皇凳┓绞街欣镜目帕?。
    此外,通过在气体分离部54的表面或表面附近形成生物层,使由生物层中的生物产生的气体透过而变得比较容易分离。此外,生物层的内侧容易成为更高度厌氧的条件,处理对象物的生物处理活性提高。
    此外,经过气体·已处理对象物出口58并从菌体捕集部64的前端64a排出的气体量,相对于生物处理槽52的有效容积,理想的是每天0.8L-gas/L-vol/天以下,更理想的是0.6L-gas/L-vol/天以下。
    要使经过气体·已处理对象物出口58并从菌体捕集部64的前端64a排出的气体量相对于生物处理槽52的有效容积在0.8L-gas/L-vol/天以下,只要与第一实施方式中举出的方法一样,调整气体分离部54的内部压力或处理对象物的浓度或生物处理槽52内的ANAMMOX菌的浓度或气体分离部54的分离膜的性能即可。此外,也可以调整对ANAMMOX菌的氮负荷、气体分离部的配置等。各方法的具体调整条件和第一实施方式中举出的条件相同。
    以上说明的生物处理装置50以及使用该装置的生物处理方法,可以通过气体分离部54的分离膜将由厌氧生物处理产生的气体从处理对象物中分离、回收。所以,可以抑制气体附着在ANAMMOX菌上并上浮,可以减少ANAMMOX菌从气体·已处理对象物出口58流出。
    此外,即便产生了一氧化二氮,也能通过气体分离部54与氮气等一起更有效地被回收。因此,可以降低一氧化二氮溶解于已处理对象物中的比例,可以尽可能防止与已处理对象物一起释放到环境中。此外,通过使用分离膜,可以降低一氧化二氮的产生量。
    还有,与氮气等一起被回收、被储存在气体储存部22的一氧化二氮只要通过生物处理或由催化剂进行的接触氧化等公知的方法处理即可。此外,也可以在本发明的生物处理装置50的气体储存部22的下流侧设置能够处理一氧化二氮的后处理部(图示略),连续进行气体的回收和一氧化二氮的处理。
    本发明的生物处理装置不限定于图1~3中例示的装置。例如也可以是具有多个图2例示的生物处理槽32、并连接了邻接的生物处理槽32的流出口42和流入口40的生物处理装置。
    此外,本发明的生物处理装置可以用作废弃物或废水等的废弃物处理装置,也可以用作从处理对象物制造特定气体的气体制造装置。
    实施例
    以下,显示实施例及比较例来详细说明本发明。只是,本发明不限定于以下记载。
    本实施例中使用了图4所示的试验装置100。该试验装置100具备用于实施实施例1的生物处理装置50、收纳有用于实施比较例1的生物处理装置70的处理室80、储存处理对象物的原水罐82、从该原水罐82向生物处理装置50、70供给处理对象物的供给泵84。
    生物处理槽50除未设置微生物搭载机构56之外,其余采用了与图3中例示的生物处理装置50相同的部件。
    生物处理槽70除未设置减压部16、微生物搭载机构56、捕雾器60及气体储存部22之外,其余采用了与图3中例示的生物处理装置50相同的部件。对于对象物储存部,共用生物处理装置50的对象物储存部66。
    在生物处理装置50、70中,作为生物处理槽使用了有效容积1.4L的生物反应反应器。
    此外,作为气体分离部54使用了具有多个中空纤维膜和集气管的下述中空纤维膜模件。
    中空纤维膜采用了气体选择性的三层复合中空纤维膜(三菱丽阳会社制造),该膜具有用聚乙烯制的多孔质支撑层(厚度20μm)夹住聚氨酯制的气体分离层的三层结构,外径为280μm。
    该中空纤维膜模件的有效膜面积为1.76m2、有效容积为0.6L。
    处理对象物使用了表1所示的组成的模拟废水。
    [表1]

    表1中,(NH4)2SO4和NaNO2的浓度是氮成分的浓度。此外,表1中的TE-I、TE-II是微量元素,其组成如表2所示。
    [表2]

    作为ANAMMOX菌,使用另外运转的Anammox反应器内的颗粒,将该颗粒以干燥重量计1.379分别投入到各个生物处理槽52中。
    还有,未使用载体,而是通过颗粒的沉降性保持菌体。
    [实施例1]
    使用图4所示的试验装置100,使供给泵84工作,以供给量4.6mL/分、处理温度37℃、水力学滞留时间(HRT)5.1小时的条件,从原水罐82向生物处理装置50供给处理对象物,利用ANAMMOX菌对处理对象物进行厌氧生物处理??脊└矶韵笪锖缶?4天之后,使减压部16工作,边将气体分离部54的中空纤维膜内部减压至0.09MPa为止,边继续进行厌氧生物处理。厌氧生物处理总计进行80天。
    用菌体捕集部64捕集附着有由厌氧生物处理产生的气体、与该气体一起上浮并从气体·已处理对象物出口58流出的ANAMMMOX菌。处理中,测定被菌体捕集部64捕集的ANAMMOX菌的质量(累积),将此作为ANAMMOX菌的流出量。从得到的结果将从开始供给处理对象物至测定ANAMMOX菌的质量为止的经过天数(天)作为横轴、将流出量(g)的累积作为纵轴画曲线,示于图5。
    此外,将由厌氧生物处理产生的气体中透过气体分离部54的气体回收到气体储存部22。
    从处理对象物的供给开始经过75天后立即,暂时取出气体储存部22,安装气体袋以替代气体储存部22。此外,与此同时,在菌体捕集部64的前端64a也安装气体袋,之后一整天以此状态继续处理。经过一整天后,将两侧气体袋从生物处理装置50取出的同时,再将气体储存部22安装在规定的位置。
    而且,通过在取下的各个气体袋的安装口分别安装湿式气体测量器(株式会社シナナガワ社制、“W-NK-0.5”),测定透过气体分离部54的气体(气体A)以及没有被气体分离部54分离而从气体·已处理对象物出口58排出的气体(气体B)的量,将这些作为每天的产生量。
    还有,用微量注射器少量取3次气体A,分别通过气相色谱法分析测定其气体组成和浓度。
    同样,没有被气体分离部54分离而是从气体·已处理对象物出口58排出、从菌体捕集部64的前端64a释放的气体B也用微量注射器少量取三次,通过气相色谱法分析分别测定其气体组成和浓度。
    气体A及气体B的3次测定结果和其平均值及每天的气体A、气体B的产生量如表3所示。此外,表3中括号内的数值是将气体组成的合计作为100%时的各气体成分的比例。
    此外,从所述的气相色谱法进行的气体分析结果算出由厌氧生物处理产生的气体(气体A、气体B)中的一氧化二氮的量。结果如表4及表6所示。
    还有,表4及表6中,“产生气体中”是指从气体·已处理对象物出口58排出的气体中含有的一氧化二氮的量,“吸入气体中”是指透过气体分离部54、被回收的气体中所含的一氧化二氮的量。
    此外,将通过ANAMMOX菌被厌氧生物处理的已处理对象物回收在对象物储存部66中。
    从开始供给处理对象物经过75天之后立即,暂时排出储存在对象物储存部66中的已处理对象物,将对象物储存部66清空。接着,将从气体·已处理对象物出口58排出的已处理对象物回收在对象物储存部66中。而且,用湿式气体测量器测定一天中回收的已处理对象物中溶解的一氧化二氮的量。结果如表4以及图6所示。
    还有,在表4及图6中,“流出液中”是指从气体·已处理对象物出口58排出的已处理对象物中含有的一氧化二氮的量。
    表4中括号内的数值是将各气体中以及液体中含有的一氧化二氮的量的合计作为100%时的各气体及液体中的一氧化二氮的量的比例。
    [比较例1]
    除了没有对气体分离部54的中空纤维膜内部减压之外,以和实施例1相同的条件向生物处理装置70供给处理对象物,与实施例1平行地进行厌氧生物处理。
    处理中,测定被生物处理装置70的菌体捕集部64捕集的ANAMMOX菌的质量(累积),将此作为ANAMMOX菌的流出量。从得到的结果,将从处理对象物的供给开始至测定ANAMMOX菌的质量为止的经过天数(天)为横轴、流出量(g)的累积为纵轴画曲线,示于图5。
    从开始供给处理对象物经过75天后立即,暂时在气体捕集部64的前端64a安装气体袋,之后一整天以此状态继续处理。经过一整天后,将气体袋从生物处理装置70取出。
    而且,通过在取下的各个气体袋的安装口分别安装湿式气体测量器(株式会社シナガワ社制、“W-NK-0.5”),测定从气体·已处理对象物出口58排出、从菌体捕集部64的前端64a释放的气体(气体C)的量,将此作为一天的产生量。
    此外,用微量注射器少量取3次气体C,通过气相色谱法分析分别测定其气体组成和浓度。
    气体C的3次测定结果和其平均值及每天的气体C的产生量如表3所示。此外,表3中括号内的数值是将气体组成的合计作为100%时的各气体成分的比例。
    此外,从所述的气相色谱法进行的气体分析结果算出由厌氧生物处理产生的气体(气体C)中的一氧化二氮的量。
    此外,和实施例1同样地,用湿式气体测量器测定1天中回收的已处理对象物中溶解的一氧化二氮的量。
    将这些结果示于表4以及图6中。
    此外,表4中括号内的数值是将各气体中以及液体中所含的一氧化二氮的量的合计为100%时的、各气体以及液体中的一氧化二氮的量的比例。
    [表3]

    [表4]

    从图5可知道,实施例1时,在将气体分离部54的中空纤维膜内部进行减压之前为止,ANAMMX菌的流出量与比较例1为相同程度,但若减压中空纤维膜内部,则可以减少ANAMMX菌的流出。
    此外,从表4、图6可知道,实施例1中每天产生的一氧化二氮的合计量为52.24mL。其中,介由分离膜回收的一氧化二氮的量(吸入气体中)为13.86mL。这相当于每天产生的一氧化二氮的合计量的26.5%。此外,气体A中的一氧化二氮的比例在表3为1.5%。
    另一方面,以溶解于已处理对象物的状态从气体·已处理对象物出口58排出的一氧化二氮的量(流出液中)为31.88mL。这相当于每天产生的一氧化二氮的合计量的61.0%。
    还有,实施例1中,气体B的量(0.8L)相对于生物处理槽52的有效容积(1.4L)为0.57L-gas/L-vol/天。
    另一方面,比较例1中,ANAMMOX菌的流出量随着时间的经过而增加,无法降低流出。
    此外,比较例1中,每天产生的一氧化二氮的合计量为65.36mL,比实施例1多。其中,从气体·已处理对象物出口58排出的气体中含有的一氧化二氮的量(产生中)为18.91mL。这相当于每天产生的一氧化二氮的合计量的28.9%。此外,气体C中的一氧化二氮的比例在表3为1.0%,气体中的一氧化二氮的比例与实施例1相比少。
    此外,以溶解于已处理对象物的状态从气体·已处理对象物出口58排出的一氧化二氮的量(流出液中)为46.45mL。这相当于每天产生的一氧化二氮的合计量的71.1%,比实施例1多。即,比较例1中,比实施例1还多的一氧化二氮溶解于已处理对象物中流出。
    此外,比较例1中,气体C的量(1.65L)相对于生物处理槽52的有效容积(1.4L)为1.18L-gas/L-vol/天。
    如此,实施例1中可以削减每天产生的一氧化二氮的合计量。
    此外,每天产生的一氧化二氮中,可以介由分离膜回收相当于26.5%的量的一氧化二氮。所以,可以削减一氧化二氮溶解于已处理对象物中的比例,可以尽量防止与已处理对象物一起释放到环境中。此外,也可以尽量防止一氧化二氮和从气体·已处理对象物出口58排出的气体一起释放到环境中。
    此外,介由分离膜回收的气体以高比例含有一氧化二氮,因此对该回收的气体中的一氧化二氮进行后处理时,可以提高处理效率。

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