專利名稱：有機(jī)廢水的微生物降解處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用微生物降解有機(jī)廢水的處理方法，特別是，利用氫氧化鋁膜降解有機(jī)廢水的生物處理方法。
為了處理含有有機(jī)物的家庭污水、動(dòng)物飼養(yǎng)過程中的糞尿和各種工業(yè)排水等廢水，迄今，開發(fā)使用了物理化學(xué)處理法和生化處理法等各種處理方法。其中，對(duì)于生化法(生化需氧量)處理高濃度污水的方法，具有代表性的是活性污泥法，該方法比物理化學(xué)處理法用的更為廣泛。
該活性污泥法是這樣的一種方法，先使微生物在含有有機(jī)物的廢水中繁殖，由細(xì)菌降解這些有機(jī)物，繁殖后的細(xì)菌富有吸附性成絮凝體沉淀，得到透明的處理液。
雖然，該活性污泥法處理含有機(jī)物的廢水極為有效，但處理設(shè)施的面積相對(duì)大，另外，在處理高濃度(例如，BOD2，000-3，000ppm以上)的污水時(shí)必須用水稀釋，而且，需要多次才能將沉淀后的污泥排除干盡，因此費(fèi)用高，在處理過程中，產(chǎn)生臭氣而造成環(huán)境污染等，該方法存在上述問題。
鑒于以活性污泥法為代表的現(xiàn)有生物處理方法中存在的上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種不產(chǎn)生臭氣，即使為高濃度的污水，也不必稀釋，并能減少沉淀的污泥量，而且，即使設(shè)施規(guī)模小也能處理大量的有機(jī)廢水，并利用微生物處理有機(jī)廢水的有機(jī)廢水生物處理方法。
為了完成上述目的，本發(fā)明的權(quán)利要求1的特征在于利用微生物來降解處理有機(jī)廢水，通過在有機(jī)廢水中添加鋁離子，使廢水中的離子濃度為0.1mM以上0.5mM以下，來降解處理有機(jī)廢水。
本發(fā)明的權(quán)利要求2的特征在于在由上述權(quán)利要求1的方法降解處理后的有機(jī)廢水中再添加鋁離子至鋁離子濃度為4mM以上。
本發(fā)明的權(quán)利要求3的特征在于在如權(quán)利要求1所述的那樣利用微生物降解處理的有機(jī)廢水的過程中，在有機(jī)廢水中再混入如沸石那樣的礦物片。
本發(fā)明的權(quán)利要求4的特征在于在由權(quán)利要求3的方法混入礦物片進(jìn)行處理的情況下，在降解處理后的有機(jī)廢水中再添加鋁離子至鋁離子濃度為1mM以上。
本發(fā)明的權(quán)利要求5的特征在于由權(quán)利要求1，2，3或4中的任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法來降解處理有機(jī)廢水的過程中，添加適量的鋁離子，以便將有機(jī)廢水的鋁離子濃度保持在0.1mM以上0.5mM以下。
因?yàn)楸景l(fā)明以如上所述的方式構(gòu)成，所以，可以起到如下的作用與效果。
即，根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，通過將有機(jī)廢水中的鋁離子濃度調(diào)整至0.1mM以上0.5mM以下，能夠把在現(xiàn)有活性污泥法中降解有機(jī)廢水過程中產(chǎn)生臭氣的細(xì)菌沉淀分離，有選擇地使不產(chǎn)生臭氣的細(xì)菌繁殖。如此，就可以由有選擇地繁殖的細(xì)菌不產(chǎn)生臭氣地降解處理有機(jī)廢水。另外，有選擇地繁殖的細(xì)菌與現(xiàn)有活性污泥法中使用的細(xì)菌不同，因?yàn)槠淠芊敝持粮邼舛?，所以能夠在不稀釋高濃度污水的情況下進(jìn)行降解處理，而且還可使污水處理設(shè)施小型化。
根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，通過添加高濃度鋁離子，并按權(quán)利要求1所述方法使有機(jī)排水中的有機(jī)物分解，將繁殖的細(xì)菌封入氫氧化鋁膜中，由于可形成迅速分離沉降的結(jié)構(gòu)物，所以可在除去大量繁殖的細(xì)菌后獲得達(dá)到污水處理水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的上層清液。
根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，用低濃度的鋁離子溶液有選擇地繁殖的細(xì)菌，在無需高濃度鋁離子的情況下，使其與礦物片充分混合，同時(shí)被捕集在氫氧化鋁膜內(nèi)。結(jié)果是，細(xì)菌的混凝沉淀物在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度上有所增加，在曝氣過程上也不會(huì)破裂。當(dāng)除去了防廢水中有機(jī)物的細(xì)菌后，可得到滿足水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的上層清液。這樣得到的細(xì)菌的凝聚沉淀物比較堅(jiān)硬不易受機(jī)械破壞，當(dāng)通過用原生動(dòng)物吃掉沉淀的細(xì)菌后，可以得到以礦物片為主的少量的污泥。而礦物片又可重復(fù)使用。
根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，通過使特殊的細(xì)菌與礦物片混合并捕集在氫氧化鋁膜內(nèi)來加速細(xì)菌沉淀物的形成，從而使生成的細(xì)菌絮凝沉淀物易凝聚在一起，沉淀在底部。
根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，當(dāng)在降解有機(jī)物的過程中，輸入新的有機(jī)廢水的情況下，通過使鋁離子濃度保持在0.1mM以上至0.5mM以下，可長時(shí)間地抑制產(chǎn)生臭氣的細(xì)菌繁殖，使不產(chǎn)生臭氣的細(xì)菌繁殖至高濃度，所以，即使是高濃度的有機(jī)廢水，也不需要稀釋就可以迅速地對(duì)其進(jìn)行無臭氣的降解處理。


圖1是表示從下水中采取的細(xì)菌隨時(shí)間繁殖后的狀態(tài)曲線。
圖2是表示在從下水中采取的細(xì)菌的培養(yǎng)液中添加鋁離子的情況下的、鋁離子濃度和上層清液中存在的細(xì)菌量的關(guān)系曲線。
圖3是添加2mM鋁離子的情況和沒有鋁離子的情況下，細(xì)菌繁殖狀態(tài)的比較曲線。
圖4是使用鋁離子的污水處理系統(tǒng)的示意圖。
圖5是表示添加礦物片的情況下的細(xì)菌隨時(shí)間變化的曲線。
圖6是利用礦物片和鋁離子的污水處理系統(tǒng)的示意圖。
圖7是表示分析惡臭成分的名稱的流程圖。
圖8是表示摸擬的中性臭氣成分的比例的曲線。
圖9是表示上層清液和沉淀中的中性臭氣成分比例隨時(shí)間變化曲線。
圖10是表示摸擬的酸性臭氣成分的比例的曲線。
圖11是表示上層清液和沉淀中的酸性臭氣成分比例隨時(shí)間的變化曲線。
圖12是表示用鋁離子法處理養(yǎng)豬埸污水時(shí)有機(jī)炭量的變化。
圖13是表示污水處理埸的細(xì)菌量的變化曲線。
圖14是表示把上述各污水處理池內(nèi)的有機(jī)碳量分成含有細(xì)菌的有機(jī)碳量和可溶(殘余有機(jī)碳量)的含量圖。
圖15是用含褐色物質(zhì)的溶液除去硫化氫。
圖16是用含褐色物質(zhì)的溶液除去氨。
圖17是用含褐色物質(zhì)的溶液除去氨類。
圖18表示豬埸廢物的原污水，加入礦物質(zhì)和鋁離子的污水處理池中處理后的處理水的水質(zhì)。
下面，參照附圖，詳細(xì)地說明根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的有機(jī)廢水的微生物降解處理方法的較好的實(shí)施例。
如上所述，有機(jī)廢水包括家庭污水、動(dòng)物飼養(yǎng)過程中的糞便和各種工業(yè)廢水，為處理這些有機(jī)廢水，目前已開發(fā)并被使用的方法有物理化學(xué)處理法和生物處理法等各種方法。其中，涉及污水處理的方法中，生物方法，即活性污泥法比物理化學(xué)法使用得更為普遍。但是，活性污泥法中也還存在必須預(yù)以克服的缺點(diǎn)，即，若處理高濃度(BOD2000-3000ppm以上)的污水，必須使用大量的水將其稀釋，也就必須具有大型設(shè)備。另外，需要反復(fù)多次處理沉淀的污泥，因此費(fèi)用高。此外在處理過程中會(huì)產(chǎn)生臭氣，同時(shí)出現(xiàn)臭氣公害的問題。
為了克服目前的活性污泥法等的污水處理方法中的弱點(diǎn)，發(fā)明者選擇了不產(chǎn)生臭氣的細(xì)菌，因這些細(xì)菌不會(huì)產(chǎn)生臭氣，所以能夠處理高濃度的污水，而且，沉淀量也少。這種新方法是發(fā)明者們銳意努力開發(fā)的結(jié)果。
據(jù)發(fā)明者所知，目前的活性污泥法中使用的細(xì)菌能在鋁離子的濃度低至0.1-0.5mM，更好的是0.1-0.8mM時(shí)會(huì)向下沉降。當(dāng)有鋁離子的存在的情況下，有選擇地培養(yǎng)一些細(xì)菌，并供給其營養(yǎng)，使其快速繁殖，可以得到具有如下特色的細(xì)菌群。
首先，選擇的細(xì)菌群不同與活性污泥法中使用的細(xì)菌，它不會(huì)產(chǎn)生臭氣。這意味著通過在污水處理池內(nèi)加入低濃度的鋁離子，可以抑制有機(jī)物降解的過程中產(chǎn)生臭氣的細(xì)菌的生長。
其次，選擇的細(xì)菌群要能夠吸收并降解糞便的惡臭、吲哚、糞臭素、P-甲酚等。其結(jié)果是，進(jìn)入污水處理池內(nèi)的惡臭被迅速除去。使得能夠在污水處理現(xiàn)場(chǎng)消除臭氣，同時(shí)除掉糞便的惡臭。而且，通過所選擇的合適細(xì)菌，可以完成本發(fā)明之一個(gè)目的，即消除建設(shè)污水處理場(chǎng)會(huì)帶來惡臭的不滿。
進(jìn)一步地，現(xiàn)有活性污泥法中必須把注入污水處理池內(nèi)的原污水稀釋至2000-3000ppm以下，這就必然要使用大型污水處理池。這一點(diǎn)，正如本發(fā)明人所知，因?yàn)樵诘蜐舛鹊匿X離子存在下，由本發(fā)明方法所選用的細(xì)菌不同與用于活性污泥法中的細(xì)菌，該細(xì)菌可繁殖至高濃度，所以能夠降解處理注入污水處理池內(nèi)的濃度高達(dá)10，000ppm的原污水，可使污水處理裝置小型化。
下面，詳細(xì)描述本發(fā)明的有機(jī)廢水的微生物降解處理方法，該方法采用鋁離子，通過選出的細(xì)菌的作用，在處理過程中除去臭氣和糞便惡臭，用礦物片使繁殖的細(xì)菌迅速絮凝沉淀，然后放流上層清水。
1.利用鋁離子使細(xì)菌沉淀而除去產(chǎn)生臭氣的細(xì)菌。
如圖1所示，在顯微鏡下可以觀察到來自污水的細(xì)菌當(dāng)采用傳統(tǒng)活性污泥法激活時(shí)，其細(xì)菌數(shù)量迅速增加而發(fā)生絮凝。
這里，用生物處理方法處理污水的目的是降解并除去由BOD和COD表示的有機(jī)物，但為了產(chǎn)生盡可能少的污泥，并除去氮?dú)夂土?，為此采取了各種手段。例如，在活性污泥法中，為了得到上層透明清液，利用細(xì)菌的凝聚作用，從污水處理池中除去細(xì)菌。因此，處理池內(nèi)的細(xì)菌不能達(dá)到高濃度，高濃度的污水必須被稀釋后才能注入處理池內(nèi)。為此，處理池不得不做得很大。本發(fā)明的方法是通過使細(xì)菌繁殖至高濃度來處理污水而使處理池小型化成為可能，本發(fā)明的方法就是涉及到這樣的問題。
在這些活性污泥法中使用的處理池內(nèi)的污泥有臭氣，除去這些氣體也是本發(fā)明所涉及的范圍。
從污水中采取細(xì)菌并在培養(yǎng)液中馴養(yǎng)，加入鋁離子。則如圖2所示，在超過0.1mM的濃度時(shí)，絮凝沉淀增加，上層液變清。細(xì)菌成為大量的沉淀，用能夠使氫氧化鋁顯色的鋁試劑測(cè)試沉淀的顏色，一部分細(xì)菌絮狀體變成紅色，傳統(tǒng)活性污泥法中的大多數(shù)細(xì)菌保持不變。觀察用鋁試劑過后變成紅色的那一部分沉淀，該部分細(xì)菌被氫氧化鋁膜覆蓋。
如此，根據(jù)本發(fā)明，下水中的細(xì)菌通過加入低濃度的鋁離子，幾乎全部沉降并被除去。即使將此溶液放置在室溫下(超過25度)，過了數(shù)周也不會(huì)發(fā)臭。借此，產(chǎn)生臭氣的細(xì)菌在低濃度的鋁離子中絮凝沉降而被除去，另外，低濃度鋁離子被認(rèn)為是使細(xì)菌沉淀從污水處理池中除去臭氣的原因。
2.鋁離子存在下的細(xì)菌的繁殖在下列實(shí)驗(yàn)中，使用由孔徑為0.5mm的濾網(wǎng)過濾作為有機(jī)廢水(污水)的人類生活廢水(胨)或柵欄式養(yǎng)豬埸的圈內(nèi)堆積的糞尿混合物后的液體部分。在20升的污水處理裝置中加入1.8升的有機(jī)廢水(污水)進(jìn)行降解處理。在該溶液中，根據(jù)本發(fā)明的方法，一旦加入0.4mM的鋁離子，細(xì)菌就會(huì)絮凝沉降。若對(duì)該溶液在少量的有機(jī)廢水(污水)的存在的情況下進(jìn)行曝氣(鼓入空氣)一夜，本發(fā)明所選的細(xì)菌大量繁殖，在各種鋁離子濃度的環(huán)境下測(cè)量其繁殖的特性。
因鋁離子的水溶液呈酸性，所以在加入鋁離子后，用NaOH來調(diào)整培養(yǎng)液的pH值成中性。在規(guī)定的各個(gè)小時(shí)內(nèi)，用分光光度計(jì)測(cè)定細(xì)菌的含量，并在顯微鏡下觀察。
首先，在不加鋁離子的無添加的培養(yǎng)液中，細(xì)菌直接開始繁殖，然后可以觀察到那種傳統(tǒng)活性污泥法中已知的絮狀沉淀隨時(shí)間的變化。如圖3所示，大約4小時(shí)后細(xì)菌停止增加，因沉淀使細(xì)菌數(shù)迅速降低。
與此相反，在含有2mM的鋁離子的處理水中，開始的大約3小時(shí)內(nèi)幾乎沒有繁殖，而超過4小時(shí)后開始繁殖，之后，繼續(xù)繁殖到高濃度。若采用0.5mM鋁離子，細(xì)菌急劇繁殖，致使溶液在610nm的波長時(shí)，溶液的吸光度為4.8，而在2mM的鋁離了溶液中，細(xì)菌繁殖吸光度為3.4，在5mM中，繁殖達(dá)到2.3的程度。
如此，根據(jù)本發(fā)明方法，在低濃度的鋁離子存在下，若給予所選擇的細(xì)菌營養(yǎng)物，即污水，與現(xiàn)有活性污泥法中的細(xì)菌相比，本發(fā)明所采用的細(xì)菌容易繁殖到更高的濃度，因此，高濃度的污水不必稀釋就能夠進(jìn)行降解處理。
然而，根據(jù)本發(fā)明方法，在鋁離子存在下繁殖的細(xì)菌不同與活性污泥法中的細(xì)菌，不會(huì)完全凝聚沉淀，而且，不能在污水處理后形成上層清液。在顯微鏡下，可以見到氫氧化鋁膜包覆細(xì)菌的小顆粒物，但在如上的低濃度的鋁離子溶液中，多數(shù)細(xì)菌不形成沉淀，懸浮于溶液中。
根據(jù)上面觀察到的結(jié)果，由本發(fā)明方法所選的能繁殖到高濃度的細(xì)菌可以降解含高濃度TOC的污水。然而，降解處理后的上層清液，若與完全透明的活性污泥法的相比，其是混濁的，不能直接排放，因此，還要探討下面的細(xì)菌除去方法。
3.在高濃度鋁離子溶液中產(chǎn)生沉淀如下水中的細(xì)菌，即形成活性污泥的細(xì)菌，如圖2所示，當(dāng)添加0.15mM的鋁離子時(shí)，在活性污泥法中能夠絮凝并沉降產(chǎn)生清澈的上層清液。與之相對(duì)，已知在低濃度鋁離子存在下繁殖的細(xì)菌若不增加鋁離子濃度，就很難沉降。若加入5mM的鋁離子，則開始有少量的細(xì)菌沉淀，若加7mM濃度的鋁離子，則幾乎都沉淀。由此，已判明在0.15mM下開始沉淀的下水中的細(xì)菌通過在低濃度的鋁離子中培養(yǎng)，可以轉(zhuǎn)變成必須在約50倍的7mM的鋁離子中沉淀的細(xì)菌群。
下面，對(duì)實(shí)施上述本發(fā)明方法的具體的污水處理的最佳實(shí)例作簡單說明。
1利用高濃度鋁離子進(jìn)行沉淀的污水處理系統(tǒng)。
(1)初級(jí)處理如圖4所示的簡單結(jié)構(gòu)的污水處理系統(tǒng)，將污水處理池1和沉淀池2并排設(shè)置，通過帶有圖中未示出的管的管路3將兩池連通。首先，在已導(dǎo)入了污水處理池1內(nèi)的污水中加入0.2-0.5mM的鋁離子，它作為生物降解池。接著，大量地繁殖細(xì)菌，并在培養(yǎng)液中投入一定量的污水，用這些細(xì)菌在生物降解池1中降解有機(jī)物之后，通過管路3將一定量的處理水導(dǎo)入到沉淀池2內(nèi)。
(2)細(xì)菌混凝沉降然后，一旦在沉淀池2內(nèi)加入7mM的鋁離子，細(xì)菌幾乎全部沉淀。雖然在該實(shí)施例中，通過添加7mM的鋁離子，可使細(xì)菌沉淀，但本發(fā)明的方法并不限于上述的鋁離子濃度。為使細(xì)菌沉淀的必要的濃度可以根據(jù)細(xì)菌的濃度或是否混入了后述的礦物片作大幅度變化，在沒有混入礦物片的情況下，通過加入4mM以上最好是7mM以上的鋁離子濃度，能夠達(dá)到較好的沉淀效果。
(3)上層清液及污泥的處理如上所述，在采用細(xì)菌對(duì)污水進(jìn)行降解處理，再通過添加高濃度的鋁離子而使細(xì)菌沉淀后，就可得到透明的上層清液。該上層清液因滿足污水處理水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)而可排出。另外，除去污泥細(xì)菌)，并將除去的污泥用于其它目的是完全可能的。
以上采用最簡單的氫氧化鋁膜法降解有機(jī)物的方法，而在不重復(fù)利用細(xì)菌時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較多的污泥的問題，就必須尋找解決該問題的對(duì)策。因此，下面說明還考慮了污泥對(duì)策的污水處理系統(tǒng)。
2采用細(xì)菌，礦物片和鋁離子的污水處理系統(tǒng)將細(xì)菌，礦物片和鋁離子結(jié)合使用處理污水，考察污水處理。
(1)污水處理?xiàng)l件作為污水處理系統(tǒng)，如圖6所示的，并排地設(shè)置原水池10，流量調(diào)整池12，第一曝氣池14，第二曝氣池16，沉淀池18及第三處理裝置20，用圖中未示出的帶管的管路將它們連通。
(2)細(xì)菌的選擇和繁殖首先，從原水池10通過流量調(diào)整池12將污水導(dǎo)入到第一曝氣池14內(nèi)，這里，添加低濃度的鋁離子使細(xì)菌繁殖。而且，在1mM的鋁離子濃度的條件下，有所選地培養(yǎng)細(xì)菌，把作為礦物片的沸石200混入到其中。
然后，在從原水池10通過流量調(diào)整池12在第一次曝氣池14內(nèi)加入1/10量的有機(jī)廢水(人類生活廢水)并進(jìn)行曝氣后，細(xì)菌急劇繁殖，如圖5所示，在3-5小時(shí)內(nèi)，細(xì)菌達(dá)到最高濃度。在該處理池底部形成沉淀，形成的沉淀類似于活性污泥法中細(xì)菌的絮凝體。
2小時(shí)后，用鋁試劑對(duì)沉淀試色，并可發(fā)現(xiàn)大量的細(xì)菌被氫氧化鋁膜所包覆，鋁試劑使這些細(xì)菌變成紅色。這些細(xì)菌被作為礦物片的泡沸石200所包覆。由于細(xì)菌沉淀受到沸石200的殼的保護(hù)，所以它們的耐機(jī)械破壞力增強(qiáng)了，在曝氣過程中，也難以破壞被氫氧化鋁膜包覆的細(xì)菌沉淀物。
(3)細(xì)菌為沉淀又過6小時(shí)的培養(yǎng)后，變成白色狀的混濁液被輸送到第二次曝氣池16內(nèi)，并再加入1mM的鋁離子，如圖5所示，溶液中細(xì)菌在沸石的作用下產(chǎn)生凝聚并幾乎全部沉淀。但該上層液仍具有在波長為660nm時(shí)，吸光度為0.5的輕微混濁液。
采用2mM的鋁離子對(duì)上層清液繼續(xù)曝氣，則如圖5所示，2天后吸光度成0.3，3天后吸光度成0.15，4天后，吸光度變成0.04，上層完全透明。一旦看見上層液體成透明時(shí)，原生動(dòng)物就吃細(xì)菌，幾乎全部的泡沸石200變成其本身的沉淀。
這樣，通過由原生動(dòng)物除去細(xì)菌，就可以經(jīng)濟(jì)地重復(fù)使用礦物片，同時(shí)可以使最終產(chǎn)生的污泥量較少，能夠容易且經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行污水處理系統(tǒng)的維護(hù)。
與之相對(duì)，在不放入礦物片的情況下，在低濃度的鋁離子中繁殖的細(xì)菌在2mM左右低濃度的鋁離子中不會(huì)沉淀，而必須在7mM的濃度下才能沉淀。然而，如上述所述，在加入了如沸石200之類的礦物片的情況下，細(xì)菌群就吸附在礦物片內(nèi)，由氫氧化鋁膜所覆蓋，當(dāng)細(xì)菌和礦物片構(gòu)成的一種結(jié)構(gòu)物時(shí)，通過再加入低濃度的鋁離子，如1mM以上的，更好的是2mM以上，就能容易地使細(xì)菌群沉淀。
如此，使聯(lián)合使用細(xì)菌，礦物片和鋁離子，并使污水處理池運(yùn)行時(shí)，細(xì)菌便大量繁殖，高濃度的污水曝氣后，形成透明的上層液體。另外，也表明了礦物片可再利用。因此，根據(jù)本發(fā)明方法，確立了與活性污泥法不同的新的利用氫氧化鋁膜的污水處理法。
作為投入污水的礦物片，除泡沸石200以外，也可使用其它各種礦物片，基本的要求是只要細(xì)菌能夠吸附到其上則可使用。把礦物片和水的交界面稱作界面，已知在界面上具有細(xì)菌吸附，營液液的濃縮和稀釋或細(xì)菌活性化能量的轉(zhuǎn)變及縮短誘導(dǎo)酶的誘導(dǎo)時(shí)間的效果。另外，因?yàn)橛射X離子有選擇地吸收具有特殊能力的細(xì)菌，從而細(xì)菌被吸附到礦物片上。加入植物土壤，森林土壤，砂和粘土中的一種可代替泡沸石200，也可形成同樣的礦物片，細(xì)菌和氫氧化鋁膜的構(gòu)成物，但對(duì)不添加上述任何一種物質(zhì)的污水處理情況沒有作觀察。
下面，通過根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的污水處理方法，來證明污水處理池中的糞尿臭氣的除去效果。
根據(jù)本發(fā)明方法，一旦利用在低濃度鋁離子存在下繁殖的細(xì)菌，在污水處理池內(nèi)加入家畜的糞尿并進(jìn)行曝氣，該處理池中的糞尿的惡臭就可被除去。
為了確認(rèn)該效果，制作模擬的惡臭成分。在中性惡臭成分(P-甲酚，吲哚和糞臭素)和酸性惡臭成分(醋酸，丙酸，異丁酸，丁酸，異戌酸)中加入被包在上述污水處理池內(nèi)的氫氧化鋁膜內(nèi)的細(xì)菌和泡沸石200結(jié)合的構(gòu)成物，根據(jù)圖7所示的順序用Leoplex400的色譜儀分析惡臭量的變化。
圖8-圖11表示該結(jié)果。如圖8-9所示，中性惡臭在處理1小時(shí)后沉淀，與上層液體分離。2小時(shí)后上層液體中幾乎沒有惡臭成分，放置一晚上后完全消失。這表示了細(xì)菌吸收了惡臭氣體，并將這些成分降解掉了。這樣，人們感覺到惡臭的消失也被色譜儀進(jìn)行了科學(xué)的論證。此外，如圖10至圖11所示，酸性惡臭也因吸附在細(xì)菌的沉淀物上而被慢慢在降解掉了。
人類感官感覺到污水處理埸的惡臭主要是中性惡臭，因此，通過由本發(fā)明方法，采用在低濃度的鋁離子的存在下繁殖的細(xì)菌能夠使糞尿的惡臭消失。
為了證實(shí)這一點(diǎn)，將惡臭中的一種吲哚混入到由本發(fā)明方法所產(chǎn)生的細(xì)菌的沉淀物中，放置不久后用離心機(jī)除去剩余的吲哚。若將能夠使吲哚改變顏色的cobac試劑測(cè)試生成混合物的顏色混入其中，經(jīng)過一定時(shí)間后沉淀變成紅色，在顯微鏡下觀察這些沉淀，便可發(fā)現(xiàn)幾乎所有的沉淀都變成了紅色，從而可知該污水處理池內(nèi)的細(xì)菌富有吸附吲哚并將其降解的能力。
3養(yǎng)豬埸污水處理的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)下面，根據(jù)本發(fā)明的方法，對(duì)降解處理池內(nèi)的養(yǎng)豬埸的糞尿的實(shí)施例進(jìn)行說明。
含糞尿濃度達(dá)7，000-10，000ppm左右的濃污水適時(shí)地流入的養(yǎng)豬埸污水處理池內(nèi)。
如圖12所示，污水處理埸的污水是5，000-7，000ppm的高濃度有機(jī)廢水。其中大約1，000ppm是由褐色物質(zhì)構(gòu)成的有機(jī)碳(TOC/GF所表示的有機(jī)碳的基線值相當(dāng)于此)。在污水處理埸中，投入濃度為4，000ppm的由本發(fā)明方法所選擇的細(xì)菌群，由這些細(xì)菌群將流入的1，500ppm濃度的有機(jī)碳在2小時(shí)間內(nèi)降解并氣化掉。如圖12所示，每次加入污水就要增加1，500ppm的有機(jī)碳，不久就因降解而減少。因TOC(GF)是除了細(xì)菌群以外的有機(jī)碳，在污水處理池內(nèi)降解引入的有機(jī)碳的周期如圖12所示。此外，已證實(shí)TOC基線的原始值不增加，因而，由本發(fā)明所選擇的細(xì)菌不會(huì)在有機(jī)物降解處理中增加，實(shí)質(zhì)上，保持為一恒定值。因此，可以判斷流入的有機(jī)物由細(xì)菌群降解和氣化掉了。
圖13表示在上述污水處理池內(nèi)，采用由本發(fā)明方法在鋁離子存在下所有選擇地繁殖細(xì)菌的濃度。如圖所示，若濃度在A610nm下為30-32，則可知道形成了高濃度的細(xì)菌和大量的絮狀體。處理開始時(shí)(0小時(shí))含糞尿的污水在流入處理池并被降解時(shí)細(xì)菌群還處于極高的濃度，不可能觀察到濃度的顯著變化，可判明細(xì)菌群的增減的程度在誤差范圍內(nèi)變化。盡管長時(shí)間的運(yùn)行過程中可以觀察到細(xì)菌群的增減，但使流入的有機(jī)碳降解的2個(gè)小時(shí)內(nèi)還是不能觀察到明顯的細(xì)菌群的增減，因此，可以知道流入的大部分有機(jī)碳被分解而轉(zhuǎn)變成二氧化碳?xì)怏w排放到大氣中。
圖14表示用TOC計(jì)測(cè)定養(yǎng)豬埸的各污水處理池內(nèi)的有機(jī)物的量及細(xì)菌群量的值。有的養(yǎng)豬埸將含有TOC為10，000ppm(BOD為20，000ppm)的有機(jī)物的原水作為有機(jī)廢水流入到污水處理池內(nèi)。因此，根據(jù)本發(fā)明方法，無需對(duì)如此高濃度的糞尿進(jìn)行稀釋就能夠由細(xì)菌群降解。如圖14所示，廢水一旦從原水池流入調(diào)整池內(nèi)，就開始曝氣，并由細(xì)菌開始降解有機(jī)廢水。在該實(shí)施例中，雖然稱作為調(diào)整池，不過該調(diào)整池實(shí)質(zhì)上相當(dāng)于第一曝氣池。因而，在該實(shí)施例中，可以考慮使用三個(gè)曝氣池進(jìn)行降解處理。如圖14所示，在各池中，由細(xì)菌對(duì)有機(jī)物依次降解，在含10，460ppm濃度的有機(jī)物的原水到達(dá)沉淀池時(shí)變成含490ppm濃度的有機(jī)物的處理水。因而可以知道隨著有機(jī)物的降解細(xì)菌自身在降解了有機(jī)物之后也慢慢地減少著。在來自沉淀池的處理水的廢水用過濾器過濾后，該過濾溶液中所含的物質(zhì)幾乎全部是為褐色的有機(jī)物，其BOD為0.因此，根據(jù)本發(fā)明方法，因?yàn)橛袡C(jī)物通過在有鋁離子存在下由所選擇的細(xì)菌群的降解而變成二氧化碳，水氮?dú)舛欧懦?，所以能夠處理高濃度的污水。另外，本發(fā)明處理方法，與活性污泥法不同，不會(huì)產(chǎn)生很多污泥。此外，若使該處理池內(nèi)的溶液靜置并除去細(xì)菌后流回豬圈內(nèi)，則消除了豬圈內(nèi)的臭氣，豬圈也就成為無臭氣的豬圈。
4關(guān)于污水處理池內(nèi)的褐色物質(zhì)(酚化合物)根據(jù)本發(fā)明，用鋁離子法處理養(yǎng)豬埸的污水，處理后的水變成了褐色。
下面，將要描述這種褐色物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)和生成，它的吸收光譜與腐殖酸的吸收光譜相類似，使該褐色物質(zhì)通過孔徑為0.22μ的玻璃過濾器。因?yàn)槲鬯械募?xì)菌群不會(huì)通過該過濾器，所以，可以知道通過該過濾器的濾液由上述褐色物質(zhì)和污水中的未降解的有機(jī)物構(gòu)成。因而，用總有機(jī)碳計(jì)(TOC計(jì))測(cè)定通過該過濾器的有機(jī)物，則可確認(rèn)該物質(zhì)。進(jìn)一步地，通過由細(xì)菌群充分地對(duì)有機(jī)物進(jìn)行降解，能夠除去污水中未降解的有機(jī)物。因而，殘余的有機(jī)物實(shí)質(zhì)上是褐色的物質(zhì)。更具體地說，該褐色物質(zhì)也不能由本發(fā)明所選擇的細(xì)菌完全地降解，所以，一旦在污水處理后殘余的有機(jī)物中除去了細(xì)菌群(通過0.22μ的玻璃過濾器)，殘余的有機(jī)物則被確認(rèn)為褐色物質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明者的研究，證實(shí)在有機(jī)廢水中有選擇地繁殖的細(xì)菌當(dāng)與大量的褐色物質(zhì)結(jié)合時(shí)，能夠保持安全的生存狀態(tài)。如圖12所示，在養(yǎng)豬埸的污水處理池內(nèi)裝填存在5，000-7，000ppm的有機(jī)物。這些有機(jī)物內(nèi)大約有1，000ppm的褐色物質(zhì)。而褐色物質(zhì)幾乎沒有增減，基本保持在一定的值上。而且，已證明這種褐色物質(zhì)是具有酚環(huán)的在合成化時(shí)稱作為酚類的物質(zhì)群。已知最近酚類物質(zhì)大量地用于植物圃育過程的地方，對(duì)生物來說，其是起到重要角色的物質(zhì)。
該酚類含有羰基，酚羥基，氨基。因此，通過羥基與氫結(jié)合成一種聚合物。特別地，含酚化合物與鋁離子，鐵離子和鋅等，形成有機(jī)絡(luò)合物促進(jìn)處理池內(nèi)形成沉淀。又因酚類的反應(yīng)能力強(qiáng)，因此可除去糞尿內(nèi)存在的硫化氫，胺和氨等的臭氣。
其次，說明上述硫化氫，氨和胺等臭氣的除去。在廁所中我們聞到的臭氣有硫化氫，氨和胺等。這些物質(zhì)是在降解糞尿時(shí)要被處理的物質(zhì)。硫化氫是蛋腐化時(shí)產(chǎn)生的惡臭氣，在廁所中也是我們聞?dòng)X到最臭的物質(zhì)。
(1)除去硫化氫首先，考察硫化氫惡臭氣體的除去。
在500ml的三角燒瓶中加50ml來自養(yǎng)豬埸的糞尿的調(diào)整池處理液。密封三角燒瓶，并開一小孔，不用時(shí)關(guān)閉。通過該小孔把封入在玻璃管內(nèi)的硫化氫檢驗(yàn)管(ガステツク社制)插入三角燒瓶內(nèi)，吸取燒瓶內(nèi)的空氣并測(cè)定硫化氫的量。在該調(diào)整液中加等量(50ml)的各種溶液。之后，測(cè)量硫化氫隨著時(shí)間的變化量。
如圖15所示，一旦加入本發(fā)明方法中使用的濃污水處理池液后過5分鐘，基本上檢查不出有硫化氫。加入褐色物質(zhì)時(shí)，硫化氫的量也幾乎接近于0。第一曝氣池溶液或淡污水處理池液加入后5至8分鐘，可檢查出硫化氫的濃度為12ppm，而10分鐘后基本上檢查不出有硫化氫存在。除去硫化氫臭氣的可能是褐色的phenolic compounds。因該褐色沉淀物幾乎不含細(xì)菌，并不是細(xì)菌除去了硫化氫。另外，在加入為糞尿原水量的1/100的酸抽出的顆粒懸浮液時(shí)，也檢查不出有硫化氫存在。與這些相同的物質(zhì)是褐色物質(zhì)，現(xiàn)在已知可能是分子量從數(shù)百至聚合物的這樣的物質(zhì)群。
(2)氨的去除氨臭的除去隨著加入的溶液是不一致的。從圖16可見，最能除去氨的溶液是第一曝氣池內(nèi)溶液。其次是褐色沉淀。
(3)胺的除去圖17表示胺的除去狀態(tài)。雖然用來自處理池的高濃縮液在10分鐘后可使氨類下降到接近50%，但之后就難以再下降。而稀釋液比來自處理池的高濃縮液更能降低胺。
如上所述，在污水處理池內(nèi)，由本發(fā)明方法所選的細(xì)菌產(chǎn)生褐色酚化合物(phenolic compounds)，不僅穩(wěn)定地繁殖細(xì)菌，而且，因反應(yīng)能力較強(qiáng)，所以能夠除去硫化氫、胺和氨等，具有除去污水處理池內(nèi)的惡臭氣體的效果。另外，褐色物質(zhì)與鋁離子、鐵離子和鋅離子形成有機(jī)絡(luò)合物，促進(jìn)含細(xì)菌的沉淀的形成，實(shí)現(xiàn)了除去沉淀層中的細(xì)菌的目的。
如上所述，若使用由本發(fā)明的方法所選的細(xì)菌群，因能夠除去臭氣，在原廢渣處理機(jī)中加入0.2mM濃度的鋁離子，再加入上述細(xì)菌群，一夜之間則可降解原廢渣而不會(huì)產(chǎn)生臭氣，作為水，二氧化碳和氮?dú)馀懦?，因而，由本發(fā)明方法所選的細(xì)菌群用于生物降解型原廢渣處理機(jī)中是最合適的。
迄今進(jìn)行的活性污泥法的污泥的有機(jī)物幾乎全部是細(xì)菌將其降解并無機(jī)化是困難的。因此，為了調(diào)整這些污泥中水份而加入泡沸石等的礦物，且一旦加入由本發(fā)明方法調(diào)制成的污水處理池液，污泥就會(huì)與礦物片結(jié)合，作為褐色物質(zhì)而覆蓋礦物片并土壤化。這些即使加水也不會(huì)從礦物片上溶出，形成大顆粒結(jié)構(gòu)的土壤。這樣，本發(fā)明作為通過由植物慢慢地降解礦物片和褐色物質(zhì)形成的顆粒結(jié)構(gòu)的具有惡臭的污泥作為植物的營養(yǎng)源能再利用的方法是很有用的。
其次，為了鑒定由本發(fā)明方法所選定的細(xì)菌，使其在低濃度鋁離子的存在下繁殖，邊使用試劑邊選擇能夠吸收惡臭中的一種吲哚的細(xì)菌。把細(xì)菌埋植在一般農(nóng)田里在25度下培養(yǎng)4天。所有細(xì)菌全部回收，在純培養(yǎng)確認(rèn)后，根據(jù)Cowan-Steel的手冊(cè)，鑒定細(xì)菌。
不添加鋁離子的處理池中，以Bacillusspp.，Pseudomonas spp.，Coryneform bacteria、Flavobacterium spp.等為主。
與之相對(duì)，在低濃度鋁離子存在下繁殖并能夠吸收降解吲哚的主要的大量細(xì)菌是Achromkbacter spp.，Alcaligenes spp.，Pseudomonas spp.，Acinetobacterspp.這些的大多數(shù)細(xì)菌還具有還原硝酸鹽能力和反硝化能力，另外還能進(jìn)行硝化。
不添加鋁離子的處理池內(nèi)所繁殖的細(xì)菌類似于通常的活性污泥法中的細(xì)菌，而在加入了礦物片和鋁離子的污水處理池內(nèi)繁殖的細(xì)菌不僅是細(xì)菌屬不同，而且在能力上與不添加的處理池內(nèi)的細(xì)菌有差別。如上所述，由于添加的礦物片和鋁離子，因?yàn)檫x出的具有特別能力的細(xì)菌，所以，根據(jù)本發(fā)明方法，選擇了最合適處理污水的細(xì)菌。
最后探討降解處理后的處理水的水質(zhì)。根據(jù)JIS規(guī)則測(cè)定實(shí)驗(yàn)前污水和污水處理后的處理水的pH、BOD、SS、總氮量、總磷量。大腸肝菌數(shù)用微生物檢查用Coli-Count取樣器(日本尼康公司制作)測(cè)定。
結(jié)果是，在加入鋁離子的污水處理池內(nèi)，具有還原硝酸鹽和反硝化能力的細(xì)菌占優(yōu)，并業(yè)已顯示出可繁殖到高濃度，因此，可高效地降解污水中的有機(jī)物，因?yàn)橛袡C(jī)物作為二氧化碳?xì)怏w和氮?dú)馀懦鎏幚沓?，產(chǎn)生的污泥量要比不添加鋁離子的污水處理池產(chǎn)生的污泥量少得多。
圖18表示污水處理前的豬尿、加入礦物片和鋁離子的污水處理池中處理豬尿的處理水的水質(zhì)。
污水水質(zhì)、處理水水質(zhì)與排放標(biāo)準(zhǔn)相比較，后者滿足排放標(biāo)準(zhǔn)要求。在放入河流的情況下，要符合各市府規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，例如東京的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)和瀨戶內(nèi)規(guī)劃地區(qū)(新設(shè)工業(yè)區(qū))的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，pH為5.6-8.6、BOD 20mg/l、COD為120mg/l、ss為70mg/l、大腸肝菌群數(shù)為3000/cm3。本實(shí)驗(yàn)的處理水的水質(zhì)不會(huì)低于該標(biāo)準(zhǔn)，并已確認(rèn)定水質(zhì)非常很好。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明方法，因?yàn)樵诘蜐舛蠕X離子的存在下，能夠除去產(chǎn)生臭氣的細(xì)菌，所以有選擇地繁殖的細(xì)菌能夠無臭氣地降解處理有機(jī)廢水。這樣，因?yàn)樗x的細(xì)菌能夠繁殖到高濃度，因此無需稀釋有機(jī)廢水就能對(duì)其進(jìn)行處理，并能使污水處理系統(tǒng)小型化。
在降解處理后，通過添加高濃度的鋁離子，使所選的細(xì)菌凝聚沉淀，能夠形成高于水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的上層清液。另外，通過添加適當(dāng)?shù)牡V物片，因在該礦物片周圍形成細(xì)菌群，從而促進(jìn)了凝聚沉淀，通過添加濃度更低的鋁離子而除去細(xì)菌群。
權(quán)利要求
1.一種有機(jī)廢水的微生物降解處理方法，其特征在于在有機(jī)廢水中添加鋁離子，使鋁離子濃度保持在0.1mM-0.5mM范圍內(nèi)，來降解處理有機(jī)廢水。
2.一種有機(jī)廢水的微生物降解處理方法，其特征在于在用權(quán)利要求1的方法降解處理過的有機(jī)廢水中，再添加使鋁離子濃度為4mM以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微生物降解處理方法，其特征在于在上述有機(jī)廢水中加入礦物片。
4.一種有機(jī)廢水微生物降解處理方法，其特征在于在用權(quán)利要求3所述的方法降解處理過的有機(jī)廢水中，再添加鋁離子使鋁離子濃度為1mM以上。
5.一種有機(jī)廢水的微生物降解處理方法，其特征在于在由權(quán)利要求1，2，3或4的任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法進(jìn)行有機(jī)廢水的降解處理中，添加適量的鋁離子，以便將有機(jī)廢水內(nèi)的鋁離子濃度保持在0.1mM--0.5mM之間。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種不產(chǎn)生臭氣能處理高濃度有機(jī)廢水的方法。本發(fā)明方法的特征在于通過在有機(jī)廢水中添加鋁離子使其保持為低濃度(0.1mM-0.5mM)，有選擇地使不產(chǎn)生臭氣的細(xì)菌繁殖至高濃度，因?yàn)橛捎谶@些細(xì)菌能夠使高濃度的有機(jī)廢水不產(chǎn)生臭氣地進(jìn)行處理，因此，可以實(shí)現(xiàn)處理設(shè)備的小型化。另外，通過進(jìn)一步添加鋁離子至高濃度(4mM)以上，就能夠降解除去處理后的細(xì)菌。此外，通過混入適當(dāng)?shù)牡V物片，只要添加鋁離子至低濃度(1mM以上)就能夠促進(jìn)分離除去細(xì)菌，同時(shí)因?yàn)槟軌驕p少污泥重量，所以能夠減輕運(yùn)行負(fù)擔(dān)。
文檔編號(hào)C02F1/52GK1109029SQ94120778
公開日1995年9月27日 申請(qǐng)日期1994年12月16日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月16日
發(fā)明者香川晴男, 中山英一郎, 吉村文彥 申請(qǐng)人:香川晴男, 中山英一郎, 吉村文彥