專利名稱：生物處理裝置以及生物處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用了厭氧氨氧化菌(ΑΝΑΜΜ0Χ菌)的生物處理裝置以及生物處理方法。本申請對2010年3月12日提出申請的日本國專利申請第2010-056767號主張優(yōu)先權(quán)，在此援引其內(nèi)容。
背景技術(shù)：
作為除去農(nóng)業(yè)、畜產(chǎn)業(yè)、水產(chǎn)業(yè)等的廢棄物和廢水、污水或污水污泥等中含有的氮成份的方法已知的有硝化-脫氮法。硝化-脫氮法是將硝化工序和脫氮工序(厭氧生物處理)組合的除氮法，所述硝化工序中在需氧條件下利用硝化菌(氨氧化細菌以及亞硝酸氧化細菌)使氨性氮(NH4-N) 氧化為亞硝酸和硝酸，所述脫氮工序中利用脫氮菌在厭氧條件下將亞硝酸態(tài)氮(NO2-N)和硝酸性氮(NO3-N)還原，經(jīng)過作為中間生成物的一氧化二氮轉(zhuǎn)換為氮氣(N2)。但是，硝化-脫氮法在如上所述的脫氮工序的過程中產(chǎn)生成為溫室效果氣體之一的一氧化二氮。一氧化二氮的大部分轉(zhuǎn)換為氮氣，但其一部分與氮氣等的氣體一起被排放到環(huán)境中，以溶解在處理對象物的狀態(tài)被回收。一氧化二氮具有二氧化碳的約300倍的溫室效果功能，與地球變暖或臭氧層的破壞等對地球環(huán)境的影響有很大關(guān)系而被視為問題， 成為京都議定書的排放限制對象。因此，今后，從處理對象物或氣體中分離一氧化二氮并處理變得很重要。然而，從處理對象物分離一氧化二氮比從氣體分離更繁雜，因此期望盡可能與氣體一起回收。此外，作為從氣相回收·處理一氧化二氮的方法，已知有如下方法，將作為氣體存在的一氧化二氮通入水系液體的吸收液中使之溶解于吸收液中，在厭氧條件下處理已溶解了一氧化二氮的吸收液(參考專利文獻1)。此外，硝化-脫氮法需要大量的在硝化工序中供給的氧氣和在脫氮工序中作為電子給予體供給的甲醇等的有機物，因此有運作成本高的缺點。因此，近年來，作為替代硝化-脫氮法的新的除氮法，ANAMMOX (Anaerob i c Ammonium Oxidation 厭氧氨氧化)反應(yīng)受到關(guān)注。ANAMMOX反應(yīng)是將氨性氮的約一半的量氧化為亞硝酸的部分亞硝酸化工序和利用 ANAMMOX菌在厭氧條件下使亞硝酸態(tài)氮和剩余的氨性氮反應(yīng)轉(zhuǎn)換為氮氣的脫氮(厭氧生物處理)工序組合的除氮法。該ANAMMOX反應(yīng)與硝化-脫氮法相比，能夠?qū)⒗碚摫匦柩趿繙p少約6成左右、將用于脫氮反應(yīng)的有機物添加量減少約9成左右。此外，ANAMMOX反應(yīng)用不同于上述的替代硝化-脫氮法的代謝路徑除去氮，因此理論上不會產(chǎn)生一氧化二氮，可以降低對環(huán)境的負荷。然而，如硝化-脫氮法和ANAMMOX反應(yīng)一樣，存在如下問題在使用細菌除去處理對象物的氮的方法中，當所產(chǎn)生的氮氣等的氣體不能從處理對象物迅速地分離為氣相時，氣化的氣體附著在菌體上，菌體和氣體一起上浮。而且，在處理對象物與氣相之間的界面， 氣體離開菌體向氣相釋放，但與此同時菌體也和處理對象物一起從處理裝置流出。該問題在利用增殖速度緩慢的ΑΝΑΜΜ0Χ菌進行的厭氧生物處理中是嚴重的問題。 即，ΑΝΑΜΜ0Χ菌從處理裝置流出時，處理裝置內(nèi)的ΑΝΑΜΜ0Χ菌的濃度下降，除氮性能也降低。 ΑΝΑΜΜ0Χ菌由于增殖速度緩慢，恢復(fù)到充分的濃度為止需要時間，所以除氮性能的恢復(fù)也需要時間。因此，有人提出防止菌體從處理裝置流出的方法。提出的方法如利用生物載體的方法(參考專利文獻幻、通過將上浮污泥粉碎使菌體和氣體分離、恢復(fù)沉降性的方法(參考專利文獻3、4)、通過回收上浮污泥并散布在處理裝置內(nèi)、使內(nèi)含的氣體脫氣的方法(參考專利文獻幻、通過在處理裝置內(nèi)設(shè)置能夠旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動軸、使之旋轉(zhuǎn)來使上浮污泥與處理裝置內(nèi)壁接觸而分離氣體的方法(參考專利文獻6)等。專利文獻1 日本專利特開2002-204926號公報專利文獻2 日本專利特開2009-285640號公報專利文獻3 日本專利特開平9-10792號公報專利文獻4 日本專利特開2003-24981號公報專利文獻5 日本專利特開平7-80493號公報專利文獻6 日本專利特開平1-M2197號公報

發(fā)明內(nèi)容
然而，專利文獻2 6中記載的方法未必是滿足防止菌體的流出的方法，要求利用 ΑΝΑΜΜ0Χ菌進行的厭氧生物處理進一步防止菌體的流出。此外，如專利文獻3、4所記載，粉碎上浮污泥的方法中不容易設(shè)定恢復(fù)沉降性的粉碎條件，需要每次測定其粒子確認粉碎狀況，運行困難。專利文獻5記載的方法，令人擔憂的是，氧氣通過漂浮污泥的散布而混入到處理裝置內(nèi)。此外，不僅是利用ΑΝΑΜΜ0Χ菌進行的處理，在含有氮的厭氧生物處理中，在處理途中可能會有微少的一氧化二氮副生。因此，在利用ΑΝΑΜΜ0Χ菌進行的生物處理中，也要求將一氧化二氮與由該生物處理而產(chǎn)生的氮氣等的氣體一起進行回收。本發(fā)明鑒于上述情況而成，目的在于提供降低ΑΝΑΜΜ0Χ菌的流出、且即使有一氧化二氮產(chǎn)生也能夠與氮氣一起被有效回收的生物處理裝置以及生物處理方法。本發(fā)明的生物處理裝置的特征在于，具備生物處理槽、氣體分離部與減壓部，所述生物處理槽通過使含有氨性氮以及亞硝酸態(tài)氮的處理對象物在厭氧條件下與含有ΑΝΑΜΜ0Χ 菌的顆粒接觸，從而產(chǎn)生氣體，所述氣體分離部配置在所述生物處理槽內(nèi)且與所述處理對象物接觸，所述氣體分離部具有透氣性的分離膜，所述減壓部對所述氣體分離部的內(nèi)部進行減壓。此處，理想的是所述分離膜為中空纖維膜。此外，本發(fā)明的生物處理方法是使含有氨性氮以及亞硝酸氮的處理對象物與含有 ΑΝΑΜΜ0Χ菌的顆粒在厭氧條件下接觸、從而產(chǎn)生氣體的生物處理方法，其特征在于，所產(chǎn)生的氣體被透氣性的分離膜從處理對象物中分離。此處，生物處理理想的是在上部具有氣體排出口的生物處理槽內(nèi)進行，同時，被所述分離膜分離之后，從所述氣體排出口排出的氣體量相對于所述生物處理槽的有效容積為 0. 8L-gas/L-vol/ 天以下。根據(jù)本發(fā)明的生物處理裝置以及生物處理方法，能夠減少ΑΝΑΜΜ0Χ菌的流出，并且即便產(chǎn)生一氧化二氮也能和氮氣一起被高效回收。


圖1是顯示本發(fā)明的生物處理裝置的一個例子的概略構(gòu)成圖。圖2是顯示本發(fā)明的生物處理裝置的其他例子的概略構(gòu)成圖。圖3是顯示本發(fā)明的生物處理裝置的其他例子的概略構(gòu)成圖。圖4是顯示實施例中使用的試驗裝置的概略構(gòu)成圖。圖5是顯示經(jīng)過天數(shù)與ΑΝΑΜΜ0Χ菌的流出量之間的關(guān)系的圖。圖6是顯示每天產(chǎn)生的一氧化二氮的產(chǎn)生量、吸入量、流出量的圖。符號說明10、30、50 生物處理裝置12、32、52 生物處理槽14、34、54 氣體分離部20、38:氣體排出口58 氣體·已處理對象物出口16 減壓部
具體實施例方式以下，對本發(fā)明詳細說明。[生物處理裝置]本發(fā)明的生物處理裝置是從含有氨性氮以及亞硝酸態(tài)氮的處理對象物中除去氮成分的裝置，具備通過在厭氧條件下使處理對象物與含有ΑΝΑΜΜ0Χ菌的顆粒接觸從而產(chǎn)生氣體的生物處理槽、配置在生物處理槽內(nèi)并且與處理對象物接觸、具有透氣性的分離膜的氣體分離部和對氣體分離部的內(nèi)部進行減壓的減壓部。此外，ΑΝΑΜΜ0Χ菌的現(xiàn)狀是，尚難以分離·培養(yǎng)(純培養(yǎng)株)、與通常的屬·種的概念不同尚未確定正式名稱，用從基因信息推測的候補名稱來命名。一般，已知的ΑΝΑΜΜ0Χ 菌有待定厭氧氨氧化布羅卡地菌(Candidatus Brocadia anammoxidans)或待定熒光布羅卡地菌(Candidatus Brocadia fulgida)、待定斯圖加特庫氏菌(Candidatus Kuenenia stuttgartiensis)等的Candidatus (待定屬，表示這種有機體或生物體雖可定義描述但卻不能栽培)屬。<第一實施方式>圖1是顯示本發(fā)明的生物處理裝置的一個例子的概略構(gòu)成圖。該生物處理裝置 10具備生物處理槽12、配置在生物處理槽12內(nèi)的氣體分離部14、與氣體分離部14連接的減壓部16、設(shè)置在氣體分離部14的表面或表面附近的微生物搭載機構(gòu)18、生物處理槽12的上部的氣體排出口 20、將從減壓部16排出的氣體儲存的氣體儲存部22、生物處理槽12 的底部側(cè)的處理對象物流入口對(以下稱流入口 24)以及上部側(cè)的已處理對象物流出口 26 (以下稱流出口沈)。還有，“已處理對象物”是指已被生物處理過的處理對象物。生物處理槽12舉例有在厭氧條件下通過ΑΝΑΜΜ0Χ菌使處理對象物中所含的氨性氮以及亞硝酸態(tài)氮進行反應(yīng)、產(chǎn)生氣體的厭氧生物處理槽。生物處理槽12的形狀無特別限定，可以使用適應(yīng)各種用途的形狀。氣體分離部14具有透氣性的分離膜。氣體分離部14舉例有公知的分離膜模件(中空纖維膜模件、平膜模件等)。分離膜舉例有中空纖維膜、平膜等，基于表面積大、能夠提高填充率的觀點，理想的是中空纖維膜。此外，基于即使在對水分率高的處理對象物進行生物處理時，也容易分離、回收不含水分的氣體，分離膜理想的是非透水性分離膜，非透水性中空纖維膜更理想。作為非透水性中空纖維膜舉例有如，由疏水原料構(gòu)成的分離膜、用多孔質(zhì)支持層夾住透氣性的非多孔質(zhì)分離層的三層結(jié)構(gòu)膜。由于多孔質(zhì)支持層起著作為后述的微生物搭載機構(gòu)18的作用，因此三層結(jié)構(gòu)膜適宜作為分離膜。此外，基于容易以高濃度分離、回收氮氣等的氣體，分離膜理想的是氣體選擇透過性分離膜，氣體選擇透過性中空纖維膜更理想。作為氣體選擇透過性中空纖維膜，舉例有如具有聚氨酯制的非多孔質(zhì)分離層的三層結(jié)構(gòu)膜等。氣體分離部14配置在生物處理槽12內(nèi)并且與處理對象物接觸。如，當處理對象物為液狀時，在生物處理槽12內(nèi)配置于被處理對象物浸漬的位置，當處理對象物為固體形狀時，在生物處理槽12內(nèi)配置于被處理對象物埋沒的位置。減壓部16只要能夠?qū)怏w分離部14的內(nèi)部減壓則無特別限定，如舉例有抽氣泵寸。微生物搭載機構(gòu)18舉例有在膜表面或膜表面附近設(shè)置了生物附著性高的微生物搭載機構(gòu)的分離膜。微生物搭載機構(gòu)18是比表面積高的多孔質(zhì)體和/或微生物容易附著的材料，理想的是碳纖維。微生物搭載機構(gòu)18中也可以預(yù)先附著好ΑΝΑΜΜ0Χ菌。氣體儲存部22只要能夠儲存分離、回收的氣體則無特別限定，舉例有鋁袋或壓力
容器等。接著，對采用了生物處理裝置10的生物處理方法進行說明。由流入口 M向生物處理槽12內(nèi)加入處理對象物，利用ΑΝΑΜΜ0Χ菌對處理對象物進行厭氧生物處理，從而產(chǎn)生氣體。同時，使減壓部16工作，將氣體分離部14內(nèi)減壓，使處理對象物中產(chǎn)生的氣體透過并分離。從生物處理槽12的上部的氣體排出口 20以及減壓部 16排出的氣體回收到氣體儲存部22。在繼續(xù)進行處理對象物的生物處理時，生物附著在微生物搭載機構(gòu)18，在氣體分離層14的表面形成生物層。處理對象物是含有氨性氮以及亞硝酸態(tài)氮的物質(zhì)。作為處理對象物，舉例有含有氨性氮的處理對象物和含有亞硝酸態(tài)氮的處理對象物的混合物。此外，也可以使用將含有氨性氮的處理對象物由氨氧化細菌在需氧條件下進行生物處理、使一部分氨性氮、理想的是一半量的氨性氮氧化為亞硝酸而得到的物質(zhì)。此外，也可以使用將含有氨性氮的處理對象物的一部分利用氨氧化細菌在需氧條件下生物處理、使氨性氮氧化為亞硝酸之后再混合含有剩余的氨性氮的處理對象物而得到的物質(zhì)。這樣的處理對象物舉出有如農(nóng)業(yè)、畜產(chǎn)業(yè)、水產(chǎn)業(yè)、食品業(yè)中的廢棄物以及廢水、 污水、污水污泥等。處理對象物可以是固體形狀也可以是液狀。厭氧生物處理是通過在厭氧條件下使處理對象物與含有ΑΝΑΜΜ0Χ菌的顆粒接觸、 使處理對象物中所含的氨性氮和亞硝酸氮反應(yīng)并轉(zhuǎn)換為氮氣的脫氮處理。進行厭氧生物處理時，已知在生物處理槽中預(yù)先種植ΑΝΑΜΜ0Χ菌或利用原來就存在于處理對象物的ΑΝΑΜΜ0Χ菌的方法，但由于ΑΝΑΜΜ0Χ菌增殖速度慢，因此理想的是預(yù)先種植ΑΝΑΜΜ0Χ菌。所以，本發(fā)明中使用將ΑΝΑΜΜ0Χ菌富集培養(yǎng)的顆粒。此時，也可以使用另外用ΑΝΑΜΜ0Χ菌進行生物處理的反應(yīng)體系(裝置內(nèi))的顆粒。此外，通過在氣體分離部14的表面或表面附近形成生物層，使由生物層中的生物反應(yīng)產(chǎn)生的氣體透過分離膜分離變得容易。此外，生物層的內(nèi)部側(cè)即生物層中最靠近分離膜的一側(cè)易變成更高度厭氧的條件，處理對象物的生物處理活性提高。生物層可以在對處理對象物進行厭氧生物處理期間自然形成，也可以使用預(yù)先形成了生物層的氣體分離部 14。然而，ΑΝΑΜΜ0Χ菌有時會附著在由于厭氧生物處理而產(chǎn)生的氣體(氣泡)上而與氣體一起上浮。而且，存在以下問題，在處理對象物與氣相之間的界面，氣體離開ΑΝΑΜΜ0Χ菌自氣體排出口 20排出，與此同時ΑΝΑΜΜ0Χ菌也與已處理的對象物一起從流出口沈流出。但是，根據(jù)本發(fā)明，通過氣體分離部14，可以使處理對象物中產(chǎn)生的氣體透過并分離、回收。所以，能夠減少成長為氣泡的氣體的比例，可以抑制氣體附著在ΑΝΑΜΜ0Χ菌上進行上浮，可以降低ΑΝΑΜΜ0Χ菌從流出口沈流出。所以，能夠抑制生物處理槽12內(nèi)的ΑΝΑΜΜ0Χ 菌的濃度降低，因此，可以良好地維持除氮性能。尤其，在本發(fā)明的生物處理方法中，理想的是每天自氣體排出口 20排出的氣體量相對于生物處理槽12的有效容積為0. SL-gas/L-vol/天以下，更理想的是0. 6L-gas/ L-vol/天以下。將自氣體排出口 20排出的氣體量設(shè)定在0. SL-gas/L-vol/天以下，可以抑制附著有ΑΝΑΜΜ0Χ菌并上浮的氣體的量，可以更有效地降低ΑΝΑΜΜ0Χ菌從流出口沈流出。若使自氣體排出口 20排出的氣體量相對于生物處理槽12的有效容積為 0. 8L-gas/L-vol/天以下，例如只要通過減壓部16調(diào)整氣體分離部14的內(nèi)部壓力、或處理液狀對象處理物時調(diào)整處理對象物的濃度、或調(diào)整生物處理槽12內(nèi)的ΑΝΑΜΜ0Χ菌的濃度或調(diào)整氣體分離部14的性能即可。具體地，可以如下調(diào)整。氣體分離部14的內(nèi)部壓力理想的是用減壓部16減壓為0. 05 0. IMPa0生物處理槽12內(nèi)的ΑΝΑΜΜ0Χ菌的濃度理想的是調(diào)整為0. 05 10. Og/L。作為氣體分離部14的分離膜理想的是使用具有氣體選擇透過性能的中空纖維膜。此外，在上述的方法以外，如將對ΑΝΑΜΜ0Χ菌的氮負荷或氣體分離部(尤其，中空纖維膜模件)的配置等如下所述地設(shè)定，也可以將自氣體排出口 20排出的氣體量設(shè)定在相對于生物處理槽12的有效容積為0. 8L-gas/L-vol/天以下。
對NAMMOX菌的氮負荷理想的是0. 1 50kg_N/m7天，0. 5 20kg_N/m7天更理
術(shù)g 為了不妨礙處理對象物的流動、保持氣體處理量，理想的是以10 60%的填充率在生物處理槽12內(nèi)配置中空纖維膜模件。此外，為有效回收產(chǎn)生的氣體，理想的是在生物處理槽12內(nèi)分散配置中空纖維膜模件。以上說明的生物處理裝置10及使用該裝置的生物處理方法，可以通過氣體分離部14的分離膜將由厭氧生物處理產(chǎn)生的氣體自處理對象物中分離、回收。所以，可以抑制氣體附著在ΑΝΑΜΜ0Χ菌并上浮，可以降低ΑΝΑΜΜ0Χ菌從流出口沈流出。然而，利用ΑΝΑΜΜ0Χ菌進行的厭氧生物處理中，存在在ΑΝΑΜΜ0Χ反應(yīng)途中產(chǎn)生一氧化二氮的可能性。但是，如果是本發(fā)明，即使產(chǎn)生了一氧化二氮，也可以與氮氣一起通過氣體分離部 14更有效地回收。所以，可以降低一氧化二氮在已處理對象物中溶解的比例，可以盡可能防止與已處理對象物一起釋放到環(huán)境中。此外，通過使用分離膜，也可以降低一氧化二氮的產(chǎn)生量。還有，與氮氣一起被回收、儲存在氣體儲存部22的一氧化二氮只要通過利用生物處理或催化劑的接觸氧化等公知方法進行處理即可。此外，也可以在本發(fā)明的生物處理裝置10的氣體儲存部22的下流側(cè)設(shè)置能夠處理一氧化二氮的后處理部(圖示略)，連續(xù)進行氣體回收和一氧化二氮的處理。<第二實施方式>圖2是顯示本發(fā)明的生物處理裝置的其他例子的概略構(gòu)成圖。在該生物處理裝置 30中對與生物處理裝置10相同部分標相同符號，省略說明。生物處理裝置30具備生物處理槽32、配置在生物處理槽32內(nèi)的氣體分離部34、 與氣體分離部；34連接的減壓部16、設(shè)置在氣體分離部34的表面或表面附近的微生物搭載機構(gòu)36、生物處理槽32的上部的氣體排出口 38、將從減壓部16排出的氣體儲存的氣體儲存部22、生物處理槽32的底部側(cè)的處理對象物流入口 M (以下稱流入口 40)以及上部側(cè)的已處理對象物流出口 42 (以下稱流出口 42)。生物處理槽32是所謂的UASB (上流式厭氧污泥床Up_f low Anaerobic Sludge Blanket)反應(yīng)器，處理對象物從設(shè)置在生物處理槽32的底部側(cè)的流入口 40流入，而被厭氧生物處理的已處理對象物自上部側(cè)的流出口 42流出。生物處理槽32適于處理對象物為液狀的場合。氣體分離部34具有透氣性的分離膜。氣體分離部34舉例有公知的分離膜模件(中空纖維膜模件、平膜模件等)。中空纖維膜模件是具備多個中空纖維膜(分離膜44)和集氣管46、并以中空纖維膜的至少一側(cè)的端部與集氣管46連通的狀態(tài)固定于集氣管46的模件。中空纖維膜的另一側(cè)的端部可以是同樣以與集氣管46連通的狀態(tài)被固定的模件，可以是端部被封閉的模件， 也可以是折成環(huán)狀的模件。此外，基于即使在對水分率高的處理對象物進行生物處理時也容易分離、回收不含水分的氣體，中空纖維膜理想的是非透水性分離膜，舉例有與生物處理裝置10中舉出的
8相同的膜。此外，基于容易以高濃度分離、回收氮氣等的氣體，中空纖維膜理想的是氣體選擇透過性分離膜，舉例有與生物處理裝置10中舉出的相同的膜。氣體分離部34配置于生物處理槽32內(nèi)，并浸漬在處理對象物中。氣體分離部34 理想的是配置為不妨礙處理對象物的流動。此外，在氣體分離部的表面或表面附近形成生物層時，考慮到所形成的生物層的厚度，只要設(shè)定得不妨礙處理對象物的流動即可。微生物搭載機構(gòu)36可以舉出與生物處理裝置10中的微生物搭載機構(gòu)18相同的機構(gòu)。接著，對采用了生物處理裝置30的生物處理方法進行說明。由流入口 40向生物處理槽32內(nèi)加入處理對象物，由ΑΝΑΜΜ0Χ菌對處理對象物進行厭氧生物處理，產(chǎn)生氣體。同時，使減壓部16工作，將氣體分離部34內(nèi)減壓，使處理對象物中產(chǎn)生的氣體透過并分離。從生物處理槽32的上部的氣體排出口 38以及減壓部16排出的氣體回收到氣體儲存部22。在繼續(xù)進行處理對象物的生物處理中，生物附著在微生物搭載機構(gòu)36，在氣體分離部34的表面形成生物層。處理對象物可以例舉在第一實施方式舉出的物質(zhì)當中的廢水、污水等的液狀的物質(zhì)。厭氧生物處理是通過使處理對象物在厭氧條件下與含有ΑΝΑΜΜ0Χ菌的顆粒接觸、 使處理對象物所含的氨性氮與亞硝酸態(tài)氮反應(yīng)、轉(zhuǎn)換為氮氣的脫氮處理。進行厭氧生物處理時，已知在生物處理槽中預(yù)先種植ΑΝΑΜΜ0Χ菌或利用原來就存在于處理對象物的ΑΝΑΜΜ0Χ菌的方法，但ΑΝΑΜΜ0Χ菌由于增殖速度慢，因此理想的是預(yù)先種植ΑΝΑΜΜ0Χ菌。所以，本發(fā)明中使用將ΑΝΑΜΜ0Χ菌富集培養(yǎng)的顆粒。此時，也可以使用另外用ΑΝΑΜΜ0Χ菌進行生物處理的反應(yīng)體系(裝置內(nèi))的顆粒。作為這樣的顆粒，可以舉出第一實施方式中例示的顆粒。此外，通過在氣體分離部34的表面或表面附近形成生物層，使由生物層中的生物反應(yīng)產(chǎn)生的氣體透過分離膜而分離變得容易。此外，生物層的內(nèi)部側(cè)易變成更高度厭氧的條件，處理對象物的生物處理活性提高。理想的是自氣體排出口 38排出的氣體量每天相對于生物處理槽32的有效容積為 0. 8L-gas/L-vol/天以下，更理想的是0. 6L-gas/L_vol/天以下。若使自氣體排出口 38排出的氣體量相對于生物處理槽32的有效容積在 0. SL-gas/L-vol/天以下，只要與第一實施方式中舉出的方法相同地調(diào)整氣體分離部34的內(nèi)部壓力、或處理對象物的濃度、或生物處理槽32內(nèi)的ΑΝΑΜΜ0Χ菌的濃度或氣體分離部34 的分離膜的性能即可。此外，也可以調(diào)整對ΑΝΑΜΜ0Χ菌的氮負荷或氣體分離部的配置等。各方法的具體的調(diào)整條件與第一實施方式中舉出的方法相同。以上說明的生物處理裝置30及使用該裝置的生物處理方法，可以通過氣體分離部34的分離膜將由厭氧生物處理產(chǎn)生的氣體自處理對象物中分離、回收。所以，可以抑制氣體附著在ΑΝΑΜΜ0Χ菌上，可以減少ΑΝΑΜΜ0Χ菌從流出口 42流出。此外，即使產(chǎn)生了一氧化二氮，也可以與氮氣一起通過氣體分離部34更有效地回收。所以，可以降低一氧化二氮在已處理對象物中溶解的比例，可以盡可能防止與已處理完的對象物一起釋放到環(huán)境中。此外，通過使用分離膜，也可以降低一氧化二氮的產(chǎn)生量。
還有，與氮氣一起被回收、儲存在氣體儲存部22的一氧化二氮只要通過利用生物處理或催化劑的接觸氧化等公知方法進行處理即可。此外，也可以在本發(fā)明的生物處理裝置30的氣體儲存部22的下流側(cè)設(shè)置能夠處理一氧化二氮的后處理部(圖示略)，連續(xù)進行氣體回收和一氧化二氮的處理?！吹谌龑嵤┓绞健祱D3是顯示本發(fā)明的生物處理裝置的其他例子的概略構(gòu)成圖。在該生物處理裝置 50中，對與生物處理裝置10相同部分標相同符號并省略說明。生物處理裝置50具備生物處理槽52、配置在生物處理槽52內(nèi)的氣體分離部54、 與氣體分離部討連接的減壓部16、設(shè)置在氣體分離部34的表面或表面附近的微生物搭載機構(gòu)56、生物處理槽52的上部的氣體·已處理對象物出口 58、捕集處理對象物和已處理對象物的捕霧器(mist trap)60、將從減壓部16排出的氣體儲存的氣體儲存部22、生物處理槽52的底部側(cè)的處理對象物流入口 62(以下稱流入口 62)、捕集從氣體·已處理對象物出口 58與氣體一起流出的ΑΝΑΜΜ0Χ菌的菌體捕集部64、以及儲存從氣體·已處理對象物出口 58流出的已處理對象物的對象物儲存部66。生物處理槽52是UASB反應(yīng)器，處理對象物從設(shè)置在生物處理槽52的底部側(cè)的流入口 62流入，而被厭氧生物處理的已處理對象物自氣體 已處理對象物出口 58流出，回收到對象物儲存部66。生物處理槽52的形狀無特別限定，可以使用適應(yīng)各種用途的形狀。生物處理槽52適于處理對象物為液狀的場合。氣體分離部M具有透氣性的分離膜。氣體分離部M舉例有公知的分離膜模件(中空纖維膜模件、平膜模件等)。中空纖維膜模件與第二實施方式中說明的中空纖維膜模件一樣，舉例有具備多個中空纖維膜(分離膜)和集氣管(圖示都略)的模件。此外，基于即使在對水分率高的處理對象物進行生物處理時也容易分離、回收不含水分的氣體，中空纖維膜理想的是非透水性分離膜，舉例有與生物處理裝置10中舉出的相同的膜。此外，基于容易高濃度分離、回收氮氣等的氣體，中空纖維膜理想的是氣體選擇透過性分離膜，舉例有與生物處理裝置10中舉出的相同的膜。氣體分離部M配置于生物處理槽52內(nèi)，并浸漬在處理對象物中。氣體分離部M 理想的是配置為不妨礙處理對象物的流動。此外，在氣體分離部的表面或表面附近形成生物層時，考慮到所形成的生物層的厚度，只要設(shè)定得不妨礙處理對象物的流動即可。微生物搭載機構(gòu)56可以舉出與生物處理裝置10中的微生物搭載機構(gòu)18相同的。捕霧器60只要能夠捕集處理對象物和已處理對象物的話就無特別限定，舉例有真空捕集器等。通過減壓部16將氣體分離部M減壓時，雖然有時處理對象物和已處理對象物也與被分離的氣體一起被回收，但若設(shè)置捕霧器60的話，可以將處理對象物和已處理對象物捕集到其中，因此可以防止侵入到減壓部16和氣體儲存部22。菌體捕集部64由彎曲成U字形的管構(gòu)成，其前端6 分別開口著。此外，在各前端6 附近分支有連接管64b、64c，連接管64b與氣體·已處理對象物出口 58連接，連接管 64c各自與對象物儲存部66連接。
菌體捕集部64及連接管64b、6 沒有特別限定。對象物儲存部66只要是能夠儲存從氣體·已處理對象物出口 58流出的已處理對象物就無特別限定，舉例有罐等。接著，對采用生物處理裝置50的生物處理方法進行說明。從流入口 62向生物處理槽52內(nèi)放入處理對象物，利用ΑΝΑΜΜ0Χ菌對處理對象物進行厭氧生物處理，產(chǎn)生氣體。同時，使減壓部16工作，對氣體分離部M減壓，使處理對象物中產(chǎn)生的氣體透過并分離。從氣體分離部M分離出的氣體介由捕霧器60以及減壓部16 回收到氣體儲存部22中。另一方面，從氣體·已處理對象物出口 58排出的氣體通過連接管64b，從菌體捕集部64的前端6 釋放。還有，有氣體附著、與該氣體一起上浮并從氣體·已處理對象物出口 58流出的ΑΝΑΜΜ0Χ菌，當氣體從菌體捕集部64的前端6 釋放時，由于自重從氣體中分離，滯留在菌體捕集部64的底而被捕集。從菌體捕集部64的前端6 釋放的氣體可以回收到氣體儲存部22，也可以設(shè)置其他氣體儲存部(圖示略)來回收。此外，從氣體·已處理對象物出口 58排出的已處理對象物回收到對象物儲存部 66。還有，從氣體·已處理對象物出口 58流出的ΑΝΑΜΜ0Χ菌由于滯留在菌體捕集部64的底部，因此，難以回收到對象物儲存部66中。在繼續(xù)進行處理對象物的生物處理時，生物附著在微生物搭載機構(gòu)56，在氣體分離部M的表面形成生物層。作為處理對象物，可以例舉在第一實施方式中所舉出的例子中的廢水、污水等的液狀物質(zhì)。厭氧生物處理是通過使處理對象物在厭氧條件下與含有ΑΝΑΜΜ0Χ菌的顆粒接觸、 使處理對象物所含的氨性氮與亞硝酸態(tài)氮反應(yīng)、轉(zhuǎn)換為氮氣的脫氮處理。進行厭氧生物處理時，已知有將ΑΝΑΜΜ0Χ菌預(yù)先種植在生物處理槽中或利用原來存在于處理物中的ΑΝΑΜΜ0Χ菌的方法，但由于ΑΝΑΜΜ0Χ菌的增殖速度慢，所以理想的是預(yù)先種植ΑΝΑΜΜ0Χ菌。所以，本發(fā)明中使用富集培養(yǎng)ΑΝΑΜΜ0Χ菌的顆粒。此時，也可以使用另外用ΑΝΑΜΜ0Χ菌進行生物處理的反應(yīng)體系(裝置內(nèi))的顆粒。作為這樣的顆?？梢岳e第一實施方式中例示的顆粒。此外，通過在氣體分離部M的表面或表面附近形成生物層，使由生物層中的生物產(chǎn)生的氣體透過而變得比較容易分離。此外，生物層的內(nèi)側(cè)容易成為更高度厭氧的條件，處理對象物的生物處理活性提高。此外，經(jīng)過氣體·已處理對象物出口 58并從菌體捕集部64的前端6 排出的氣體量，相對于生物處理槽52的有效容積，理想的是每天0. SL-gas/L-vol/天以下，更理想的是 0. 6L-gas/L-vol/ 天以下。要使經(jīng)過氣體·已處理對象物出口 58并從菌體捕集部64的前端6 排出的氣體量相對于生物處理槽52的有效容積在0. SL-gas/L-vol/天以下，只要與第一實施方式中舉出的方法一樣，調(diào)整氣體分離部M的內(nèi)部壓力或處理對象物的濃度或生物處理槽52內(nèi)的 ΑΝΑΜΜ0Χ菌的濃度或氣體分離部M的分離膜的性能即可。此外，也可以調(diào)整對ΑΝΑΜΜ0Χ菌的氮負荷、氣體分離部的配置等。各方法的具體調(diào)整條件和第一實施方式中舉出的條件相同。
以上說明的生物處理裝置50以及使用該裝置的生物處理方法，可以通過氣體分離部M的分離膜將由厭氧生物處理產(chǎn)生的氣體從處理對象物中分離、回收。所以，可以抑制氣體附著在ΑΝΑΜΜ0Χ菌上并上浮，可以減少ΑΝΑΜΜ0Χ菌從氣體·已處理對象物出口 58流
出ο此外，即便產(chǎn)生了一氧化二氮，也能通過氣體分離部M與氮氣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處理對象物中的比例，可以盡可能防止與已處理對象物一起釋放到環(huán)境中。此外，通過使用分離膜，可以降低一氧化二氮的產(chǎn)生量。還有，與氮氣等一起被回收、被儲存在氣體儲存部22的一氧化二氮只要通過生物處理或由催化劑進行的接觸氧化等公知的方法處理即可。此外，也可以在本發(fā)明的生物處理裝置50的氣體儲存部22的下流側(cè)設(shè)置能夠處理一氧化二氮的后處理部(圖示略)，連續(xù)進行氣體的回收和一氧化二氮的處理。本發(fā)明的生物處理裝置不限定于圖1 3中例示的裝置。例如也可以是具有多個圖2例示的生物處理槽32、并連接了鄰接的生物處理槽32的流出口 42和流入口 40的生物
處理裝置。此外，本發(fā)明的生物處理裝置可以用作廢棄物或廢水等的廢棄物處理裝置，也可以用作從處理對象物制造特定氣體的氣體制造裝置。實施例以下，顯示實施例及比較例來詳細說明本發(fā)明。只是，本發(fā)明不限定于以下記載。本實施例中使用了圖4所示的試驗裝置100。該試驗裝置100具備用于實施實施例1的生物處理裝置50、收納有用于實施比較例1的生物處理裝置70的處理室80、儲存處理對象物的原水罐82、從該原水罐82向生物處理裝置50、70供給處理對象物的供給泵84。生物處理槽50除未設(shè)置微生物搭載機構(gòu)56之外，其余采用了與圖3中例示的生物處理裝置50相同的部件。生物處理槽70除未設(shè)置減壓部16、微生物搭載機構(gòu)56、捕霧器60及氣體儲存部 22之外，其余采用了與圖3中例示的生物處理裝置50相同的部件。對于對象物儲存部，共用生物處理裝置50的對象物儲存部66。在生物處理裝置50、70中，作為生物處理槽使用了有效容積1. 4L的生物反應(yīng)反應(yīng)
ο此外，作為氣體分離部M使用了具有多個中空纖維膜和集氣管的下述中空纖維膜模件。中空纖維膜采用了氣體選擇性的三層復(fù)合中空纖維膜(三菱麗陽會社制造)，該膜具有用聚乙烯制的多孔質(zhì)支撐層(厚度20 μ m)夾住聚氨酯制的氣體分離層的三層結(jié)構(gòu)， 外徑為280 μ m。該中空纖維膜模件的有效膜面積為1. 76m2、有效容積為0. 6L。處理對象物使用了表1所示的組成的模擬廢水。[表1]
權(quán)利要求
1.一種生物處理裝置，其特征在于，具備生物處理槽、氣體分離部與減壓部，所述生物處理槽通過使含有氨性氮以及亞硝酸態(tài)氮的處理對象物在厭氧條件下與含有厭氧氨氧化菌的顆粒接觸，從而產(chǎn)生氣體，所述氣體分離部配置在所述生物處理槽內(nèi)且與所述處理對象物接觸，所述氣體分離部具有透氣性的分離膜，所述減壓部對所述氣體分離部的內(nèi)部進行減壓。
2.如權(quán)利要求1所述的生物處理裝置，其特征在于，所述分離膜為中空纖維膜。
3.—種生物處理方法，該方法是使含有氨性氮以及亞硝酸態(tài)氮的處理對象物在厭氧條件下與含有厭氧氨氧化菌的顆粒接觸，從而產(chǎn)生氣體，其特征在于，所產(chǎn)生的氣體被透氣性的分離膜從處理對象物中分離。
4.如權(quán)利要求3所述的生物處理方法，其特征在于，生物處理在上部具有氣體排出口的生物處理槽內(nèi)進行，同時，被所述分離膜分離之后，從所述氣體排出口排出的氣體量相對于所述生物處理槽的有效容積為0. 8L-gas/L-vol/天以下。
全文摘要
本發(fā)明提供降低ANAMMOX菌的流出、且即使有一氧化二氮產(chǎn)生也能夠與氮氣一起有效被回收的生物處理裝置以及生物處理方法。生物處理裝置(10)的特征在于，具備生物處理槽(12)、氣體分離部(14)與減壓部(16)，所述生物處理槽(12)通過使含有氨性氮以及亞硝酸態(tài)氮的處理對象物在厭氧條件下與含有ANAMMOX菌的顆粒接觸，從而產(chǎn)生氣體，所述氣體分離部(14)配置在所述生物處理槽(12)內(nèi)且與所述處理對象物接觸，所述氣體分離部(14)具有能透過氣體的透氣性的分離膜，所述減壓部(16)對所述氣體分離部(14)的內(nèi)部進行減壓。生物處理方法的特征在于，使處理對象物與含有ANAMMOX菌的顆粒在厭氧條件下接觸、從而產(chǎn)生氣體，使該氣體通過透氣性的分離膜從處理對象物中分離。
文檔編號C02F3/28GK102219298SQ201110071809
公開日2011年10月19日 申請日期2011年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月12日
發(fā)明者中原禎仁, 北川靖子, 大橋晶良, 尾崎則篤, 幡本將史, 松永耕介, 笹川學(xué), 金田一智規(guī) 申請人:三菱麗陽株式會社, 國立大學(xué)法人廣島大學(xué)