TW200533612A - Method of nitrifying ammonium-nitrogen-containing water and method of treating the same - Google Patents

Description

200533612 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關含氨性氮之水於氨氧化細菌之存在下， 進行曝氣後，進行硝化之方法，特別是有關進行亞硝酸型 硝化之含氨性氮之水的硝化方法者。本發明又有關此亞硝 酸型硝化後，藉由自養性細菌進行脫氮處理之含氨性氮之 水的處理方法者。 【先前技術】 先行技術中，含於廢液中之氨性氮係湖沼及海洋等中 富營養化的原因物質之一，務必充份去除之。通常，廢水 中之氨性氮係經由使氨性氮藉由氨氧化細菌氧化成亞硝酸 性氮，更使部份該亞硝酸性氮藉由亞硝酸氧化細菌氧化成 硝酸性氮之硝化步驟，及此等亞硝酸性氮及硝酸性氮藉由 異養性細菌之脫氮菌後，以有機物做爲電子供與體使用後 φ ，分解呈氮氣之脫氮處理之2階段生物反應後，被分解呈 氮氣者。 惟，此先行技術之硝化脫氮法中，於脫氮步驟務必供 與大量之做爲電子供與體之甲醇等有機物者，且，硝化步 驟中務必大量氧，因此，其流動成本太高之缺點存在之。 近來被提出以氨性氮做爲電子供與體，以亞硝酸性氮 做爲電子受容體之自養性微生物（以下稱「ANA MMOX菌 」。）之利用後，進行反應氨性氮與亞硝酸性氮後，進行 脫氮之方法者。此方法無需添加有機物’因此，相較於異 -4 - (2) 200533612 養性之脫氮菌的利用方法後，可降低成本。且，自養性之 微生物收率降低、污泥產生量亦明顯低於異養性微生物， 因此，可控制剩餘污泥產生量。更且，未產生先行技術之 硝化脫氮法所觀測之Ν2 Ο，對於環境亦可降低負荷之優點 存在。 利用此ANAMMOX菌之生物脫氮步驟係載於Strous，M， et al·，Appl. Microbiol. Biotecnol·，50，p.589-596中，如 • 以下之反應，被認爲反應氨性氮與亞硝酸性氮後，分解呈 氮氣者。 1.0ΝΗ4 + + 1·32Ν02· + 0·066Η(：03· + 0.13Η + ->1.02N2 + 0.26N〇r + 0.〇66CH20〇_5N015 + 2.03H20 …（1) 爲利用此AN AMM OX菌進行生物脫氮處理，使廢水中 之氨性氮藉由氨氧化細菌進行處理時，未氧化至硝酸，務 # 必進行使氧化止於亞硝酸之亞硝酸型硝化者。 通常，氨性氮之硝化反應係藉由控制降低D Ο (溶存氧 )濃度後做成亞硝酸型爲公知者。亦即，供與僅以氛性氮 做爲亞硝酸性氮之必要量的氧後，藉由控制由亞硝酸性氮 往硝酸性氮之氧化反應，進行亞硝酸型硝化。維持低的D Ο 濃度中，如：藉由DO傳感器測定反應槽內之D Ο濃度， 以此値爲基準進行控制曝氣風量者。 惟，容積小之實驗裝置中，雖可正確控制D Ο濃度， 實現亞硝酸型硝化’而，實際上水處理裝置中進行曝氣之 -5- (3) 200533612 反應槽內出現DO濃度之分佈，且，DO傳感器通常不易 進行連續性精密之測定者。因此，實裝置中DO濃度之控 制時，反應槽內之DO濃度長時間消耗，如：0. lmg/L單位 下以低濃度均勻控制後，無法確實進行亞硝酸型硝化，過 剩曝氣後部份亞硝酸被氧化成硝酸。 特開2003 - 1 08 83號公報中被揭示進行調整由硝化槽內 之硝化液或硝化槽流出之硝化液中殘留氨性氮濃度爲 φ 20mg/L以上之曝氣風量後，可安定且確實進行亞硝酸型硝 化者。 如該特開2003 - 1 08 83號公報顯示，由硝化步驟，控制 硝化液中氨性氮濃度時，並無法控制硝化液中之氨與亞硝 酸之濃度比率。 【發明內容】 本發明目的係提供一種組合硝化步驟與前述自養性脫 Φ 氮細菌後處理含氨性氮之水時，修正硝化步驟流出水中之 亞硝酸與氨之比後，可高度有效進行脫氮處理者。 本發明之含氨性氮之水的硝化方法其特徵係將含氨性 氮之水導入硝化槽後，於氣氧化細菌之存在下，進行曝氣 後’進行硝化之含氨性氮之水的硝化方法中，由該硝化槽 所流出之硝化液中亞硝酸之莫耳濃度A與氨之莫耳濃度B之 比A/B爲1.1以上者。 本發明方法，使由硝化槽之硝化液中之亞硝酸濃度與 氨濃度之比A/B做成1 . 1以上後，藉由自養性細菌可以高效 (4) (4)200533612 率進行脫氮處理者。 本發明含氨性氮之水的處理方法係藉由該本發明之硝 化方法使含氨性氮之水進行硝化後，藉由自養性細菌進行 脫氮處理者。 【實施方式】 [發明實施之最佳形態] 本發明爲調整由硝化槽之硝化液中氨與亞硝酸之比率 ，以以下1〜3之任意方法進行控制操作因子（至少1種曝氣 量、水理學性滯留時間及流入水量）者宜。 [方法1 ] 測定流入水中之氨性氮濃度及基耶達氮濃度之至少一 方後，以此測定値爲基準，進行計算爲使硝化液中A/B爲 1 . 1以上之硝化液中氨濃度，或亞硝酸濃度之目標値。 使生物學有機態氮或氨性氮進行硝化至亞硝酸之硝化 步驟中，預先求出操作因子與取得處理水水質之關係，如 :曝氣風量與處理水中之亞硝酸濃度之關係。爲取得具有 做爲目標之氨濃度或亞硝酸濃度之硝化液，而進行控制操 作因子。 [方法2] 測定硝化液中之氨性氮及亞硝酸性氮之濃度，計算此 硝化液中之A/B比。 (5) (5)200533612 控制操作因子，使此硝化液中之A/B比爲1 ·1以上者 [方法3 ] 測定至少一方流入硝化槽水中之氨濃度及基耶達氮濃 度後，計算由此做爲目標之處理水的氨濃度、或亞硝酸濃 度。又，測定至少一個硝化液中之基耶達氮、氨性氮、亞 硝酸性氮之濃度後，計算硝化液中之A/B比。 以此等爲基準，控制操作因子使硝化液中之A/B比爲 1 . 1以上者。進行如··硝化液中之A/B比與由流入水水質所 算取之目標A/B値之比較，控制硝化液A/B爲接近目標値之 曝氣量等。 任意之該方法1〜3中’均控制操作因子使硝化液中亞 硝酸濃度與氨濃度之比A/B爲1.1〜2.0者宜，1.2〜1.5爲更佳 ，：1.3〜1.4爲最佳者。 硝化液中之氨與亞硝酸之濃度以及爲控制其之操作因 子相互之關係爲如下者。 生物學之硝化反應係爲使硝化細菌使用氧進行氨之氧 化反應者，使曝氣風量變化後控制供於反應裝置之氧量後 ，可調整含於硝化液之亞硝酸量者。 曝氣量做成一定時，藉由變更水理學性滯留時間後’ 可調整含於硝化液之亞硝酸量。變更此滯留時間時’可變 更流入水量，亦可預先設置複數個並列之反應槽’變更處 理時所使用反應槽之數。 本發明含氨性氮之水的硝化方法以使用測定流入水及 (6) 200533612 硝化液之至少一方的氨性氮濃度之測定裝置與由測定結果 計算目標値之計算裝置以及爲使硝化液中亞硝酸/氨比A/B 接近目標之控制裝置後，進行實施者宜。利用硝化槽之滯 留時間控制A/B比時，更以設置測定原水流量之裝置者更 佳。又，亦可以測定基耶達氮濃度取代直接測定氨性氮濃 度者。 氨或基耶達氮濃度之測定裝置只要可掌握氨性氮濃度 B 、或基耶達氮濃度者各種測定原理爲基準者均可使用之。 計算裝置係由氨性氮濃度或基耶達氮濃度計算做爲硝 化液中之目標的氨、亞硝酸濃度後，由預先求出之操作量 與所生成之亞硝酸濃度之關係算取必要之操作量者宜。以 此算取結果爲基準，控制控制裝置之曝氣量、滯留時間、 或流入水量。 使含氨性氮之水進行硝化處理之硝化液藉由自養性細 菌後經脫氮處理之本發明脫氮處理方法中，其亞硝酸濃度 φ 與氨性氮濃度以修正比率存在之，因此，可有效進行脫氮 反應。 一 如該反應式（1 )所示，此自養性細菌之脫氮反應中生 成硝酸做成副產物者。因此，藉由此自養性細菌進行脫氮 步驟後，亦可設置爲去除硝酸之後脫氮步驟。 此時，獨立營養細菌之脫氮步驟處理水中殘留氨時， 於後脫氮步驟中並無法將此去除，而呈氨流出系外之狀態 。因此，獨立營養細菌之處理水中其氨實質上以無殘留者 宜。具體而言，自養性細菌之脫氮處理水中的氨濃度以 -9- (7) (7)200533612 5〇mg/L以下者宜，特別以1 〇mg/L以下爲更佳者。又，此後 脫氮步驟中，不僅硝酸，連亞硝酸亦去除之，因此，自養 性細菌之脫氮處理水中殘留亞硝酸亦無妨。 使硝化處理含氨性氮之水後的硝化液中A/B比做成如 上述之1 .3以上時，藉由自養性細菌由脫氮步驟之處理水中 該氨呈完全或幾乎未殘留者。 以下，參照圖面進行詳細說明本發明具體之形態。 圖1係代表本發明含氨性氮之水的硝化方法之實施形 態系統圖者。 圖1中設置，1爲硝化槽（曝氣槽），由吹氣機3所供 應之空氣進行曝氣之散氣管2。 圖1中，設置爲測定導入硝化槽1之原水與由硝化槽1 之硝化液氨性氮濃度之NH4-N濃度之測定裝置4,5，以NH4-N濃度測定裝置4，5之測定結果爲基準，使吹氣機3之曝氣 風量藉由吹氣機控制器6控制所構成之。 做爲此NH4-N濃度測定裝置4,5者，可使用隔膜型離子 電極等者。 此控制器6中，由原水與硝化槽1之硝化液中NH4-N濃 度之差求出硝化液中之亞硝酸濃度A，算出與硝化液之 NH4-N濃度B之比A/B，使該A/B値爲1」以上，較佳爲 1.1〜2.0，更以ι·2〜1.5更佳，特別以I·3〜丨·4爲最佳，藉由 吹氣機3進行調整硝化槽]之曝氣風量。 本發明中，並未特別限定硝化槽之形式，通常可任意 採用污泥懸浮式、固定床、流動床、粒砂法、海棉等之載 -10- 200533612 (8) 體添加法等形式均可。 以氨性氮濃度爲基準，調整曝氣風量後，可安定且確 竇進行亞硝酸型硝化者。爲維持硝化槽1中高度之氨氧化 細菌之活性，且，降低亞硝酸氧化細菌之活性，控制硝化 槽1內之液pH爲5〜9者宜，特別爲7〜8更佳，亞硝酸離子濃度 爲50〜10000mg-N/L者宜，特別爲200〜3000mg-N/L者更佳，溫 度爲10〜40 °C者宜，特別爲20〜35 t更佳，氮負荷爲 φ 0·1 〜3kg-N/m3· day 者宜，特別爲 0.2 〜lkg-N/m3· day 更佳。 圖1中，pH計7所檢出之硝化槽1內之pH爲上述範圍者 、鹼劑槽8內之鹼劑水溶液（如：鹼性蘇打水溶液）介著 泵9被添加於硝化槽1中。 由硝化槽1之硝化液係藉由ANAMMOX菌（自養性細 菌）進行生物脫氮處理者。 圖2係適於此自養性細菌之脫氮處理的反應裝置槪略 圖者。由硝化步驟之硝化液係介著配管1 0以向上流通水至 φ 縱型反應槽1 1中。此反應槽1 1中存在有自養性細菌之絨屑 ，藉由自養性細菌所脫氮處理之脫氮處理水介著配管I 2被 取出。 藉由由配管1 2所分枝之附循環泵1 4之循環配管I 3，部 份脫氮處理水再度回到反應塔1 ]後再度被脫氮處理之。此 循環配管1 3中，由添加方法1 5進行添加pH調整劑。 [實施例及比較例] 以下列舉實施例及比較例進行本發明更具體之說明。 -11 - (9) 200533612 [實施例1] 圖1中收容9 0 L之海綿載體於3 0 0 L容積之硝化槽1中。 於此硝化槽1中，投入源於下水污泥之活性污泥，以厭氣 性硝化槽之脫離液（PH7.5，NH4-N濃度約400〜5 00mg-N/L )做爲原水供入2m3/d。水理學之槽內滯留時間（HRT )約 爲3.6小時。以隔膜型離子電極做爲NH4-N濃度測定裝置 B 4，5之使用。 測定原水及硝化液之氨濃度後’由原水中之NH4-N濃 度設定硝化液之目標ΝΗ4·Ν濃度’控制所檢出實際硝化液 之ΝΗ4-Ν濃度呈此目標ΝΗ4-Ν濃度之吹氣機3的曝氣風量。 曝氣風量於約6〜9.6 m3/Hr之範圍下變動之。另外，ΡΗ計7 所檢出之硝化槽1中之pH呈7 · 5之鹼性蘇打水溶液（濃度 25% )藉由泵9進行注入之。 硝化液中之NH4-N濃度、N〇2-N濃度、及N〇3-N濃度以 φ 及原水中之N Η 4 - N濃度的經時變化示於圖3。如圖3，硝化 液中之Ν〇3-Ν幾乎未存在，Ν02-Ν之莫耳濃度Α與ΝΗ4-Ν之 莫耳濃度Β之比Α/Β約爲1.3〜1.4者。 [實施例2 ] 由實施例〗之硝化槽1的硝化液進行通水至圖2所示之 脫氮反應槽1 1後進行脫氮處理。此反應槽1 1之容積爲3 〇 〇 L 者，塡入180L之ΑΝΑΜΜΟΧ菌之粒砂。由添加方法Η添加 鹽酸水溶液（濃度10% )使反應槽1 1內之pH爲7.3。 -12- (10) (10)200533612 硝化液之流入水量爲2m3/d，反應槽Π之HRT約爲3·6 小時。 此處理水之ΝΗ4-Ν濃度、Ν02-Ν濃度、及Ν〇3-Ν濃度之 經時變化示於圖4。 如圖4，此氮處理水中之ΝΗ4-Ν濃度、Ν〇2·Ν濃度、 νο3-ν濃度爲極低者。 [比較例1 ] 實施例1中，除使曝氣風量做成6m3/Hr之固定之外， 針對同一原水進行相同之處理。原水中之NH4-N濃度與硝 化液中之nh4-n濃度、no2-n濃度、及no3-n濃度之經時變 化示於圖5。 如圖5，A/B比於0.8〜1.4之範圍內變動之，幾乎於1.3 以下者。 [比較例2 ] 將比較例1之硝化液與實施例2同法進行脫氮處理之。 此脫氮處理水之nh4-n濃度、no2-n濃度、及no3-n濃度之 經時變化示於圖6。 如圖6，藉由此比較例2，該原水中之NH4-N濃度及 N〇3-N濃度相較於圖4之實施例2明顯偏高，且，NH4-N濃度 之變動幅度亦明顯較大者。 【圖式簡單說明】 -13 - 200533612 (11) [圖1 ]代表本發明含氨性氮之水的硝化方法之實施形態 系統圖。 [圖2 ]代表脫氮處理步驟之系統圖。 [圖3]代表實施例1中，原水NH4-N濃度與處理水水質 之經時變化曲線圖。 [圖4]代表實施例2中，處理水NH^N濃度、N〇2_N濃度 及Ν03·Ν濃度之經時變化曲線。 φ [圖5]代表比較例1中原水ΝΗ4_Ν濃度與處理水水質之 經時變化曲線圖。 [圖6]代表比較例2中處理水ΝΗ^Ν濃度、ΝΟγΝ濃度及 Ν 0 3 - Ν濃度之經時變化曲線圖。 【主要元件符號說明】 6吹氣機控制器 3吹氣機 • 9泵 4 ΝΗ4·Ν濃度測定裝置 5 ΝΗ4·Ν濃度測定裝置 1硝化槽 8驗劑槽 2散氣管 12配管 Π 反應槽 1 3循環配管 -14- 200533612

(12) 14循環泵 10配管 1 5 添加方法

Claims (1)

1. 200533612 (1) 十、申請專利範圍 1 · 一種含氨性氮之水的硝化方法，其特徵係於硝化槽 中導入含氨性氮之水後，於氨氧化細菌之存在下進行曝氣 後，硝化之含氨性氮之水的硝化方法中， 使由該硝化槽流出之硝化液中亞硝酸之莫耳濃度A與 氨之莫耳濃度B之比A/B成1.1以上者。 2 ·如申請專利範圍第1項之含氨性氮之水的硝化方法， 其中該比A/B爲1 .1〜2.0者。 3 ·如申請專利範圍第2項之含氨性氮之水的硝化方法， 其中該比A/B爲1.2〜1 .5者。 4 ·如申請專利範圍第3項之含氨性氮之水的硝化方法， 其中該比A/B爲1 .3〜1.4者。 5 ·如申請專利範圍第1項之含氨性氮之水的硝化方法， 其中藉由控制至少1種曝氣量，硝化槽滯留時間及流入硝化 槽之量，控制該比A/B者。 6 .如申請專利範圍第1項之含氨性氮之水的硝化方法， 其中測定流入硝化槽之水及硝化液中之基耶達氮濃度後， 由兩者之差算出硝化液中之亞硝酸濃度A者。 7 •如申請專利範圍第1項之含氨性氮之水的硝化方法， 其中測定流入硝化槽之水及硝化液中之氨性氮濃度後，由 兩者之差算出硝化液中之亞硝酸濃度A者。 8.如申請專利範圍第1項之含氨性氮之水的硝化方法， 其中測定流入硝化槽之水中的氨性氮濃度及基耶達氮濃度 之至少一方後，基於此測定値，爲取得硝化液中之A/B比 -16- 200533612 (2) 爲1 · 1以上之硝化液中的氨濃度，或計算亞硝酸濃度之目 標値後，爲取得具有做爲目標之氨濃度或亞硝酸濃度之硝 化液控制至少一項的曝氣量、硝化槽滯留時間及流入硝化 槽之量者。 9 ·如申請專利範圍第1項之含氨性氮之水的硝化方法， 其中測定硝化液中之氨性氮及亞硝酸性氮之濃度後，計算 此硝化液中之A/B比後，使該A/B比爲1.1以上控制至少一項 φ 的曝氣量、硝化槽滯留時間及流入硝化槽之量者。 1 0 ·如申請專利範圍第1項之含氨性氮之水的硝化方法 ，其中控制該硝化槽內之液體pH爲5〜9、亞硝酸離子濃度爲 50 〜lOOOOmg-N/L、溫度爲 10 〜40 °C、氮負荷爲 0.1 〜3kg-N/m3 • d ay 者 〇 1 1 ·如申請專利範圍第1 〇項之含氨性氮之水的硝化方法 ，其中控制該硝化槽內之液體pH爲7〜8、亞硝酸離子濃度爲 200 〜3000mg-N/L、溫度爲 20 〜35 °C、氮負荷爲 0.2 〜lkg-N/m3 • · day者。 1 2 . —種含氨性氮之水的處理方法，其特徵係將含氨性 氮之水藉由如申請專利範圍第1項之硝化方法進行硝化後， 藉由自養性細菌進行脫氮處理者。 1 3 ·如申請專利範圍第1 2項之含氨性氮之水的處理方法 ，其中該方法係將自養性細菌所脫氮處理之水藉由異養性 細菌進行脫氮處理者。 -17-