CN101104540A - 污水处理系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种污水处理方法，包括下列步骤：(A)将待处理水经由活性污泥分解污水中的有机物；(B)将该待处理水以生物担体粗滤；(C)将该待处理水以固液分离模组滤出，得到过滤水。本发明可达到降低该固液分离模组的薄膜清洗频率、增加薄膜通量，以及增加化学需氧量的去除率的功效。

Description

污水处理系统及其方法
技术领域
本发明涉及一种污水处理系统及其方法，特别是涉及一种利用生物担体以降低固液分离模组阻塞的污水处理系统及其方法。
背景技术
现有的污水处理系统大多使用活性污泥程序，即污水必须经过污泥槽(生物槽)、沉淀槽、砂滤槽及消毒槽的处理程序才能净化，不但处理程序复杂，占地面积大，而且会产生大量污泥，已逐渐不符使用需求。
因此，近几年具有占地面积小及污泥产量较少等优点的膜离生物反应器技术快速发展。其中，固液分离型膜离生物反应器(Solid-Liquid Separation MembraneBioreactor)为较成熟的膜离生物反应器技术(membrane bioreactors，MBR)，是利用超过滤(Ultrafiltration，UF)或微过滤(Microfiltration，MF)薄膜分离浓缩生物污泥，通常薄膜固液分离模组可设于生物槽外，即为分槽式(side stream)，或是设于生物槽中，即为浸入式(immersed)，与现有的活性污泥程序相比，可以减少沉淀槽、砂滤槽及消毒槽的设置，并能得到水质良好的出流水。
由于浸入式膜离生物反应器是将薄膜固液分离模组整合于生物槽中，所占空间比分槽式膜离生物反应器少，加上薄膜技术的发展，使得薄膜通量(flux)可以增加，而使浸入式膜离生物反应器技术逐渐成为发展的主流。然而，因为生物槽中的污泥浓度相当高，亦即悬浮固体(suspended solids，SS)很多，容易造成薄膜阻塞，而且薄膜固液分离模组是浸入生物槽中，透膜压力(transmembrane pressure)较高，薄膜通量虽然可以借由薄膜技术的改善而增加，但是还有很大的改进空间。
发明内容
本发明的目的是在提供一种以膜离生物反应器技术为基础，增加生物担体的设置，而能够减少薄膜阻塞以提高薄膜通量，且能提升化学需氧量(chemical oxygendemand，COD)的去除率的污水处理系统及其方法。
为了达成上述目的，本发明的污水处理方法包括下列步骤：
(A)将待处理水经由活性污泥分解污水中的有机物；
(B)将该待处理水以生物担体粗滤；及
(C)将该待处理水以固液分离模组滤出，得到过滤水。
以执行该方法而设计的污水处理系统可例举如下两种态样：
第一态样包括：一固液分离模组及一槽体。该槽体包括一底壁、一由该底壁周缘往上延伸的围壁、一由该底壁及该围壁所围束而成的水密性容室。该第二间壁与该围壁界定含有活性污泥的一生物反应区以执行该步骤(A)，该第二间壁与该第三间壁界定含有多数生物担体的一担体区以执行该步骤(B)，该第三间壁与该围壁界定设有该固液分离模组的一固液分离区以执行该步骤(C)。该第二间壁于远离该底壁处形成一第二通道，且该第三间壁于邻近该底壁处形成一第二通道，所述通道用以供待处理水通过。
第二态样包括：一固液分离模组、一粗滤单元及一槽体。该粗滤单元包括一设于该固液分离模组的进水侧的盒体及设于该盒体内的多数生物担体。该槽体包括一底壁、一由该底壁周缘往上延伸的围壁、一由该底壁及该围壁所围束而成的水密性容室。该容室中设有一含有活性污泥的生物反应区以执行该步骤(A)。该粗滤单元与该固液分离模组设于该生物反应区，该粗滤单元的生物担体用以执行该步骤(B)。该盒体的垂直水流方向的二相对壁部分别形成多数穿孔以供待处理水通过流入该固液分离模组以执行该步骤(C)。
进一步地，本发明的污水处理方法还可包括一介于该步骤(A)与该步骤(B)之间的步骤(A’)，该步骤(A’)是将该待处理水流经一缓冲区，使污泥沉降以降低该待处理水中污泥浓度，更具有减少薄膜阻塞的功效。
而配合执行所增加的该步骤(A’)而设计的污水处理系统，为本发明污水处理系统的第三态样，包括：一固液分离模组及一槽体。该槽体包括一底壁、一由该底壁周缘往上延伸的围壁、一由该底壁及该围壁所围束而成的水密性容室，及三直立且相间隔地固定于该容室中的第一、第二、第三间壁。该第一间壁与该围壁界定含有活性污泥的一生物反应区以执行该步骤(A)，该第一间壁与该第二间壁界定一可供活性污泥沉降的缓冲区以执行该步骤(A’)，该第二间壁与该第三间壁界定一含有多数生物担体的担体区以执行该步骤(B)，及该第三间壁与该围壁界定一设有该固液分离模组的固液分离区以执行该步骤(C)，而该第一、第三间壁于邻近该底壁处分别形成一第一通道及一第三通道，且该第二间壁于远离该底壁处形成一第二通道，所述通道用以供待处理水通过。
在上述任一态样中，可于该生物反应区设置一第一曝气装置(diffuser)，以增加该生物反应区的氧气含量。
在该第一、三态样中，该槽体还包括设于该担体区的一第一隔板及一第二隔板，该第一、二隔板具有多数穿孔，分别用以阻挡所述生物担体进入该固液分离区及该缓冲区。并可于该第一隔板处设一第二曝气装置，用以不定时曝气，回冲(back wash)沉积在第一隔板上的沉淀物，以避免该第一隔板被阻塞，并可扰动所述生物担体。而在该第二态样中，也可于该盒体底壁处设一第二曝气装置，以扰动所述生物担体。
在该第三态样中，该槽体还可包括一由该第二间壁邻近该第一通道处往该生物反应区方向斜下延伸的挡板为较佳，该挡板可遮挡该第一曝气装置所形成的扰流进入缓冲区，使活性污泥更能快速沉降，并且沉积在该挡板上的活性污泥可以顺着该挡板的斜度滑落回生物反应区，以维持生物反应区的活性污泥浓度而增加分解有机物的效率。
另外，本发明的固液分离模组是利用薄膜过滤而将固体与液体分离的过滤模组，可为现行膜离生物反应器中所用的固液分离型模组，例如中空纤维膜(hollow fiber)固液分离模组、平板型固液分离模组等，并无限制。本发明的生物担体可由例如不织布、高分子泡棉(PU泡棉)等材料所制成，只要可做为生物担体即可，也无限制。
本发明的有益效果在于：利用所述生物担体具有过滤及生物处理的功能，可以增加化学需氧量的去除率，并减少进入该固液分离模组的活性污泥，降低薄膜被阻塞而增加薄膜通量。更进一步地，借由该缓冲区的设置，使由该生物反应区携带活性污泥的待处理水流经该缓冲区时，其中的活性污泥可以在该缓冲区沉降，以大幅减少流入该固液分离区的活性污泥，更具有减少该固液分离模组被阻塞并增加薄膜通量的功效。
附图说明
图1是一示意图，说明本发明污水处理系统的第一较佳实施例。
图2是一立体图，说明该第一较佳实施例的一固液分离模组。
图3是一示意图，说明本发明污水处理系统的一比较例。
图4是一示意图，说明本发明污水处理系统的一第二较佳实施例。
图5是一示意图，说明本发明污水处理系统的一第三较佳实施例。
图6是一示意图，说明本发明污水处理系统的一第四较佳实施例。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明：
在本发明被详细描述的前，要注意的是，在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示。
<实施例1>
参阅图1，本发明污水处理系统的一第一较佳实施例包括一薄膜固液分离模组1及一槽体2。槽体2包括一底壁21、一由底壁21周缘往上延伸的围壁22、一由底壁21及围壁22所围束而成的水密性容室3，及三直立且相间隔地固定于容室3中的第一、第二、第三间壁23、24、25。第一间壁23与第三间壁25的底部分别与底壁21维持一预定间距，以形成可容待处理水通过的一第一通道35及一第三通道37。第二间壁24与底壁21水密性的结合，惟其顶端较第一间壁23与第三间壁25低，以形成可供待处理水通过的一第二通道36。所述间壁23、24、25界定出第一槽部31、第二槽部32、第三槽部33及第四槽部34，其中第一槽部31是由第一间壁23与围壁22所界定，第四槽部34是由第三间壁25与围壁22所界定，第二槽部32与第三槽部33分别由第一间壁23与第二间壁24及第二间壁24与第三间壁25所界定。第一槽部31为含有活性污泥(即微生物，图未标示)的生物反应区31，第二槽部32为缓冲区32，第三槽部33为含有多数生物担体4的担体区33，第四槽部34为设有薄膜固液分离模组1的固液分离区34。一具有多数穿孔(图未标示)的第一隔板26横向的设置于第三间壁25的底部并与第二间壁24接触，用以阻挡所述生物担体4进入固液分离区34。在生物反应区31设有一第一曝气装置5，用以通入氧气，在担体区32的第一隔板26上设有一第二曝气装置6，用以不定时曝气，回冲沉积在第一隔板26上的沉淀物，以避免多孔隔板26阻塞，并可扰动所述生物担体。
当待处理水(进流水)不断的注入生物反应区31，且固液分离模组1也不断的抽取固液分离区34中的水液过滤后排出，水流在容室3中即从生物反应区31流动至缓冲区32，并由缓冲区32溢流至担体区33，再流至固液分离区34，而使容室3中的水量达到动态平衡。污水处理的程序即是先利用高浓度的活性污泥将污水中的有机物分解，借由缓冲区32使活性污泥在此区沉降，以避免大量的活性污泥流至固液分离区34造成固液分离模组1阻塞，也使大量的活性污泥能回到生物反应区31，以维持活性污泥浓度，而增加分解有机物的效率。担体区33中设置的所述生物担体4具有过滤及生物处理的功能，可以增加化学需氧量的去除率。由于缓冲区32及担体区33的隔离，使得进入固液分离区34的水中悬浮固体值大幅减少，并借由薄膜固液分离模组1将悬浮固体过滤，可以得到品质良好的出流水，而且可以减少薄膜清洗频率，也增加污水处理系统的工作时间。
本实施例所使用的生物担体4是由不织布所制成，而固液分离模组1则使用平板型固液分离模组，如图2所示，固液分离模组包括一框架11及多数过滤单元12，各过滤单元12具有一支撑基材(图未示)及二位于支撑基材两相反侧的薄膜过滤层121，支撑基材设有通道，用以供已通过薄膜过滤层121的水流动，再经由出水口13被抽出收集而得到过滤水。固液分离模组的详细结构说明，可参考申请人于台湾发明专利专利号第1238737号所揭露的平板型固液分离模组。
在本实施例中，槽体2的底壁21与围壁22所界定的容室3的尺寸及各处理区的容积(液面高度为27公分)如表1所示。槽体2尺寸可依照实际使用需求做调整。此外，第一、第二、第三通道35、36、37虽然皆由各间壁23、24、25在液面下的自由侧所形成，但是也可以在各间壁23、24、25的适当位置处形成穿孔或穿槽而形成可供待处理水通过的通道。
表1
   长(cm)   宽(cm)   高(cm)
  容室3     30.0     10.2     30
  生物反应区31     13.5     10.2     27
  沉降区32     4.0     10.2     27
  担体区33     4.5     10.2     18
  膜离区34     8.0     10.2     27
待处理水的流量为14.4公升/天，生物反应区31的悬浮固体值为4000～4500毫克/公升，固液分离区34的悬浮固体值为2～10毫克/公升。固液分离模组1的薄膜抽水时的负压值为0.12～0.18公斤/平方公分，薄膜清洗频率为每天2次，薄膜通量约为0.8立方公尺/平方公尺·天。出流水的COD值约为21～27毫克/公升。上述数值详列于表2。
<比较例>
参阅图3，本发明污水处理系统的一比较例，包括一固液分离模组91、一槽体92及一曝气装置93，槽体92形成一容室94，但是容室94并没有再区隔生物反应区、缓冲区、担体区及固液分离区，混合液区95即该较佳实施例的生物反应区31与固液分离区34的合并。容室93尺寸及所使用的固液分离模组91与前述该第一较佳实施例相同。由于固液分离模组91设于混合液区95中，将混合液区95以固液分离区95视之，该比较例的固液分离区95的悬浮固体值约为4000～4500毫克/公升，固液分离模组91的薄膜抽水时的负压值约为0.25～0.30公斤/平方公分，薄膜清洗频率约为每天4～6次，薄膜通量约为0.5立方公尺/平方公尺·天。出流水的COD值约为35～45毫克/公升。将上述数值与该第一较佳实施例的数值整理于下表2。
表2
膜离区的悬浮固体值(mg/L) 薄膜抽水时的负压值(kg/cm2) 薄膜清洗频率(次/天) 薄膜通量(m3/m2·day)   出流水COD值(mg/L)
实施例 2～10 0.12～0.18 2 0.8   21～27
比较例 4000～4500 0.25～0.30 4～6 0.5   35～45
由表2所示，本发明的污水处理系统可以大量减少在固液分离区34中的悬浮固体值，而且由于悬浮固体值的减少，使得薄膜抽水时的负压值降低，薄膜清洗频率也较比较例为少，薄膜通量也能够增加。此外，由于生物担体4的作用，使得出流水的COD值也能降低。
<实施例2>
参阅图4，本发明污水处理系统的第二较佳实施例与该第一较佳实施例大致相同，其所差异之处在于槽体2’还包括一由第二间壁24邻近第一通道35处往生物反应区31方向斜下延伸的挡板27，及一连接第二间壁24与第三间壁25并邻近第二通道36且具有多数穿孔(图未标示)的第二隔板28。挡板27具有遮挡曝气装置5所形成的扰流进入缓冲区32，使活性污泥更能快速沉降，而且沉积在挡板27上的活性污泥可以顺着挡板27的斜度滑落回生物反应区31。第二隔板28则是确保生物担体4不会流至缓冲区32。
<实施例3>
参阅图5，本发明污水处理系统的第三较佳实施例与该第一较佳实施例大致相同，其所差异之处在于槽体2”并无第一间壁23的设置，只利用生物担体4过滤活性污泥，也能减少固液分离模组1阻塞而增加薄膜通量。
<实施例4>
参阅图6，本发明污水处理系统的第四较佳实施例与该第一较佳实施例大致相同，其所差异之处在于槽体20并无第一、第二、第三间壁23、24、25的设置，而是在固液分离模组1底部增设一粗滤单元8，该粗滤单元包括一盒体7及设于该盒体内的多数生物担体4，盒体7的垂直水流方向的二相对壁部71、72分别形成多数穿孔(图未标示)，以供待处理水通过。第二曝气装置6即设于盒体7的底壁72上。本实施例相较于该第一较佳实施例较为简易，能够让已拥有污水处理槽的使用者，容易利用原有的污水处理槽改建成本实施例的污水处理系统。
归纳上述，本发明污水处理系统利用生物担体4的生物处理及过滤功能，使得出流水的COD能降低，并过滤活性污泥以减少薄膜阻塞，并降低薄膜清洗更换频率及增加薄膜通量，更进一步地，可借由缓冲区32隔离生物反应区31与固液分离区34，使得固液分离区34的悬浮固体值大幅减少，更能加强减少薄膜阻塞，并降低薄膜清洗更换频率及增加薄膜通量的效果，所以确实能达成本发明的目的。

Claims (15)

1.一种污水处理系统，包括：一固液分离模组及一槽体；其特征在于：该槽体包括一底壁、一由该底壁周缘往上延伸的围壁、一由该底壁及该围壁所围束而成的水密性容室，及二直立且相间隔地固定于该容室中的第二、第三间壁；其中该第二间壁与该围壁界定含有活性污泥的一生物反应区，该第三间壁与该围壁界定设有该固液分离模组的一固液分离区，该第二间壁与该第三间壁界定含有多数生物担体的一担体区；该第二间壁于远离该底壁处形成一第二通道，且该第三间壁于邻近该底壁处形成一第二通道，所述通道用以供待处理水通过；待处理水依序进入该生物反应区由活性污泥分解有机物、再由该担体区的生物担体粗滤，最后由该固液分离模组过滤后流出该槽体。
2.如权利要求1所述的污水处理系统，其特征在于：该槽体还包括一介于该围壁与该第二间壁之间并与该第二间壁相间隔的第一间壁，且该第一间壁与该第二间壁界定一可供活性污泥沉降的缓冲区；该第一间壁于邻近该底壁处形成一第一通道，以供待处理水通过，待处理水依序进入该生物反应区由活性污泥分解有机物、通过该缓冲区以沉降污泥、再由该担体区的生物担体粗滤，最后由该固液分离模组过滤后流出该槽体。
3.如权利要求1所述的污水处理系统，其特征在于：该槽体还包括一具有多数穿孔，用以阻挡所述生物担体进入该固液分离区的第一隔板，该第一隔板连接于该第二与第三间壁之间并邻近该第三通道。
4.如权利要求3所述的污水处理系统，其特征在于：该槽体还包括一连接该第二与第三间壁并邻近该第二通道且具有多数穿孔的第二隔板。
5.如权利要求1所述的污水处理系统，其特征在于：该污水处理系统还包括一设于该生物反应区的底壁处的第一曝气装置。
6.如权利要求3所述的污水处理系统，其特征在于：该污水处理系统还包括一设于该第一隔板上的第二曝气装置。
7.如权利要求2所述的污水处理系统，其特征在于：该槽体还包括一由该第二间壁邻近该第一通道处往该生物反应区方向斜下延伸的挡板。
8.一种污水处理系统，包括：一固液分离模组、一粗滤单元及一槽体；其特征在于：该粗滤单元包括一盒体及设于该盒体内的多数生物担体；该盒体设于该固液分离模组的进水侧，且该盒体的垂直水流方向的二相对壁部分别形成多数穿孔以供待处理水通过；该槽体包括一底壁、一由该底壁周缘往上延伸的围壁、一由该底壁及该围壁所围束而成的水密性容室；该容室中设有一含有活性污泥的生物反应区，且该固液分离模组与该粗滤单元设于该生物反应区；待处理水依序进入该生物反应区由活性污泥分解有机物、再由所述生物担体粗滤，最后由该固液分离模组过滤后流出该槽体。
9.如权利要求8所述的污水处理系统，其特征在于：该污水处理系统还包括一设于该生物反应区的底壁处的第一曝气装置。
10.如权利要求8所述的污水处理系统，其特征在于：该污水处理系统还包括一设于该盒体内的第二曝气装置。
11.一种污水处理方法，其特征在于：包括下列步骤：(A)将待处理水经由活性污泥分解污水中的有机物；(B)将该待处理水以生物担体粗滤；及(C)将该待处理水以固液分离模组滤出，得到过滤水。
12.如权利要求11所述的污水处理方法，其特征在于：该污水处理方法，还包括一介于该步骤(A)与该步骤(B)之间的步骤(A’)，该步骤(A’)是将该待处理水流经一缓冲区，使污泥沉降以降低水中污泥浓度。
13.如权利要求11所述的污水处理方法，其特征在于：该方法是在一槽体内执行，该槽体包括一底壁、一由该底壁周缘往上延伸的围壁、一由该底壁及该围壁所围束而成的水密性容室；该第二间壁与该围壁界定含有活性污泥的一生物反应区以执行该步骤(A)，该第二间壁与该第三间壁界定含有多数生物担体的一担体区以执行该步骤(B)，该第三间壁与该围壁界定设有一固液分离模组的一固液分离区以执行该步骤(C)；该第二间壁于远离该底壁处形成一第二通道，且该第三间壁于邻近该底壁处形成一第二通道，所述通道用以供待处理水通过。
14.如权利要求11所述的污水处理方法，其特征在于：该方法是在一槽体内执行，该槽体包括一底壁、一由该底壁周缘往上延伸的围壁、一由该底壁及该围壁所围束而成的水密性容室，及三直立且相间隔地固定于该容室中的第一、第二、第三间壁；该第一间壁与该围壁界定含有活性污泥的一生物反应区以执行该步骤(A)，该第一间壁与该第二间壁界定一可供活性污泥沉降的缓冲区以执行该步骤(A’)，该第二间壁与该第三间壁界定一含有多数生物担体的担体区以执行该步骤(B)，及该第三间壁与该围壁界定一设有一固液分离模组的固液分离区以执行该步骤(C)，而该第一、第三间壁于邻近该底壁处分别形成一第一通道及一第三通道，且该第二间壁于远离该底壁处形成一第二通道，所述通道用以供待处理水通过。
15.如权利要求11所述的污水处理方法，其特征在于：该方法是在一槽体内执行，该槽体包括一底壁、一由该底壁周缘往上延伸的围壁、一由该底壁及该围壁所围束而成的水密性容室；该容室中设有一含有活性污泥的生物反应区以执行该步骤(A)；一粗滤单元与一固液分离模组设于该生物反应区，该粗滤单元包括一设于该固液分离模组的进水侧的盒体及设于该盒体内的多数生物担体以执行该步骤(B)；该盒体的垂直水流方向的二相对壁部分别形成多数穿孔以供待处理水通过流入该固液分离模组以执行该步骤(C)。
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