CN108238672A - 固体碳源、生物反应器及以该固体碳源处理废水的方法 - Google Patents

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Abstract

一种固体碳源、具有该固体碳源的生物反应器及以该固体碳源处理废水的方法，该固体碳源，包括：多个具有至少一转折部的条状单元，各该条状单元藉该转折部构成限位区，且任一该条状单元的限位区中配置有至少另一该条状单元，而使该多条状单元整合而成一骨架结构；以及多个间隙，其形成于任二该条状单元之间，以供气体或液体通过，其中，形成各该条状单元的材质为密度大于0.9g/cm3的复合材料。

Description

固体碳源、生物反应器及以该固体碳源处理废水的方法
技术领域
本发明关于一种用于处理废水的固体碳源，尤指一种适用于处理含硝酸氮的废水的固体碳源、生物反应器及处理废水的方法。
背景技术
随着生活水平的提升和环保意识抬头，对于废水与污水处理的重视与日俱增。通常，对于含有硝酸盐氮(nitrate nitrogen，NO3-N)的废水的处理方法分为化学处理方法(如离子交换、薄膜逆渗透、电透析及零价金属等处理方法)与生物处理方法(如活性污泥法)，而化学处理方法通常存在有二次污染的问题，使用生物处理法(生物脱氮处理程序)能够使水体内硝酸盐氮转换为无污染的氮气排放，得以避免二次污染。
现有对含氨氮废水的生物处理技术中以传统硝化脱氮程序最被广泛使用，硝化脱氮程序是利用硝化菌或亚硝化菌在有氧的环境下将氨氮氧化成硝酸根或亚硝酸根，再以脱硝菌将硝酸根或亚硝酸根在无氧的环境下还原成氮气排放。惟，脱硝菌为异营菌，在废水内需有一定量碳源作为其能量来源，在废水内若无足量碳源时，则需以外添加方式进行。
然而，现所提供碳源的方法多使用如甲醇的有机溶剂作为外添加碳源，其易燃及具挥发特性，常衍生出公安问题，且为维持脱氮程序中微生物所需碳源，于现在的处理方法中，通常会超量添加甲醇，不仅耗费过多碳源成本，也会使出流水的COD值过高，则须增设用以处理该出流水的好氧生物处理系统，以去除或降低残存的有机物(如过剩碳源)，才能够达到放流水标准。
因此，如何提供一种用于硝化脱氮程序能够提供足量碳源，又不会随出流水排出的固体碳源，便成为相当重要课题。
发明内容
本发明提供一种固体碳源，包括：多个具有至少一转折部的条状单元，各该条状单元借该转折部构成限位区，且任一该条状单元的限位区中配置有至少另一该条状单元，而使该多条状单元整合而成一骨架结构；以及多个间隙，其形成于任二该条状单元之间，以供气体或液体通过，其中，形成各该条状单元的材质为密度大于0.9g/cm3的复合材料。
本发明复提供一种生物反应器，包括：具有滞留空间、位于该滞留空间内的反应区域、与该滞留空间连通的馈入口及与该滞留空间连通的馈出口的本体；以及置于该反应区域中的本发明的固体碳源，其中，该反应区域具有由该多个间隙所构成的流体通道，且该流体通道与该馈入口与该馈出口连通。
本发明又提供一种处理废水的方法，包括：使废水、活性污泥与具有本发明的固体碳源接触，令该废水通过该多个间隙，得到经处理的废水。
附图说明
图1为显示本发明的固体碳源的局部示意图；
图2A至图2F为例示本发明的固体碳源中的条状单元的转折部的各种实施例示意图；
图3为显示本发明的生物反应器的侧视示意图；
图4显示本发明实施例1的废水中COD、硝酸氮的含量与pH值变化图；
图5为显示本发明实施例1的废水中硝酸氮的体积负荷与去除率变化图；
图6为显示本发明实施例2的废水中COD与硝酸氮的含量变化图；
图7为显示本发明实施例2的废水中硝酸氮的体积负荷与去除率变化图；
图8为显示本发明实施例3的废水中COD与硝酸氮的含量变化图；
图9为显示本发明实施例3的废水中硝酸氮的体积负荷与去除率变化图；
图10显示本发明实施例4的废水中COD、硝酸氮的含量与pH值变化图；
图11为显示本发明实施例4的废水中硝酸氮的体积负荷与去除率变化图；
图12显示本发明实施例5的废水中COD、硝酸氮的含量与pH值变化图；以及
图13为显示本发明实施例5的废水中硝酸氮的体积负荷与去除率变化图。
其中，附图标记：
1 固体碳源
10,10’ 条状单元
100 限位区
101 转折部
102 延伸部
2 生物反应器
20 本体
200 滞留空间
21 馈入口
22 馈出口
P 流体通道
S 反应区域
X x轴
Y y轴
Z z轴。
具体实施方式
以下借由特定的具体实施例配合图式说明本发明的实施方式，本领域具有通常知识者可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的优点及功效。于本发明中所称的「限位区」为意指由转折部的内侧缘所划定的区域或范围，或转折部的内侧缘与延伸部所共同划定的范围，借此令穿过该范围的条状单元仅能存在有限的位移。
于本发明中，「硝酸氮的体积负荷(volume loading，容积负荷)」是指每吨槽体每天能够处理的氮的总量，即为硝酸氮的体积负荷，因此其单位为kg-N/m3.day。
当然，本发明也可借由其它不同的实施方式加以施行或应用，在不悖离本发明所揭示的精神下，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，并赋予不同的修饰与变更。
参阅图1至图2，于本发明的固体碳源1中，包括：多条状单元10,10’，各该条状单元10具有至少一转折部101，各该条状单元10藉该转折部101构成限位区100，且任一该条状单元10的限位区100中配置有至少另一条状单元10’，而使该多条状单元10,10’整合而成一骨架结构；以及多个间隙，其形成于任二该条状单元10,10’之间，以供气体或液体通过，其中，形成各该条状单元10,10’的材质为密度大于0.9g/cm3的复合材料。于应用本发明的固体碳源时，该骨架结构的周围即为微生物的反应区域S，而通过该间隙构成供废水通过的流体通道P。
于一具体实施例中，各该条状单元10,10’具有多个转折部101，例如各该条状单元10,10’具有至少一延伸部102，以连接该转折部101。
于另一具体实施例中，该限位区100由该转折部101与延伸部102共同构成。
于再一具体实施例中，各该条状单元在三维空间的不同座标上延伸，具体而言，各该条状单元之间以错位排列及/或缠绕，而使该多条状单元整合而成一骨架结构，如图1及图2所示意者，各该条状单元中的转折部101与延伸部102的皆可位于相同或不同平面上，及具有不同的x轴(图式中的X)、y轴(图式中的Y)与z轴(图式中的Z)三维座标。
举例而言，如图2例示性说明的几种该转折部101与延伸部102的组合，如图2所示，该转折部101与延伸部102可具有多种排列的组合，其中，如图2A所示，该限位区100可由多个该转折部101所构成，在该转折部101端部具有延伸部102。又如图2B所示，该条状单元具有二个延伸部102和三个转折部101，由于该中间的转折部101弯曲程度较小，故围绕出一个较宽广的限位区100，另外二个限位区100则较小。再如图2C所示，由右至左分别为延伸部102、三个连续的转折部101，于此例示性实施例中，各该转折部101也各自绕成一限位区100，因此，三个转折部101即产生三个限位区100。此外，根据前述说明，二个转折部101的端部可彼此相连接，不必然由延伸部102居中连接二个转折部101。
再参阅图2D所示，由右至左依序为延伸部102、转折部101(形成限位区100)、延伸部102、转折部101(形成另一限位区100)。如图2E所示，由右至左依序包括转折部101(及其所构成的限位区100)、反向的转折部101(及其所构成的另一限位区100)以及再一与前一转折部101绕卷方向相同的转折部101(及限位区100)。图2F所示者包括延伸部102、连续二个转折部101、一延伸部102、一转折部101、一延伸部102、连续三个转折部101以及再一延伸部102。
于前述例示性实施例中，各该延伸部102与转折部101皆是位于三维的立体空间卷绕，以图2F为例，二看似接触的延伸部102实际上的相对关系为前后(即y轴座标不相同)，因此，二该延伸部102并未接触。
于其他具体实施例中，该多条状单元之间还具有至少一连接部，例如连接点(或接触点)，可以使得该多条状单元所形成的骨架结构更加稳固。例如，该多条状单元之间的连接部可令至少二该条状单元以物理性接合，例如嵌合或卡固，也可为化学性接合，例如黏固。
于又一具体实施例中，该固态碳源由至少二该条状单元所构成，各该条状单元在三维空间的不同座标上延伸，各该条状单元以卷绕方式缠绕或围绕自身，或另一该卷绕的条状单元相互围绕而成。
根据前述说明及如图1所示的本发明固体碳源的具体实施例中，各该条状单元具有多个转折部，以提供更多的限位区，俾于组构该多条状单元后，提升该固体碳源的强度，以避免条状单元自该固体碳源的骨架结构中脱离，且同时可令该固体碳源具有一定的压缩弹性，以更容易填充至生物反应器中。
于一具体实施例中，形成该条状单元的材质包括淀粉与生物可分解聚合物，且该淀粉与生物可分解聚合物的重量比为3:7至7:3。当该淀粉比例过高时，恐造成过多碳源溢流，导致出流水COD偏高，但倘若该淀粉比例过低，则会使系统内的碳源不足以供微生物所利用，而使废水的处理效果不佳。
于另一具体实施例中，形成该条状单元的材质是由淀粉与生物可分解聚合物所组成，且该淀粉与生物可分解聚合物的重量比为3:7至7:3。
于前述实施例中，该淀粉可为经改性或未经改性的淀粉，其中，未经改性的淀粉包括，但不限于玉米淀粉、木薯淀粉或马铃薯淀粉，改性淀粉包括，但不限于经多元醇改性的淀粉、酯化淀粉或醚化淀粉，例如，该多元醇为甘油(glycerol)、山梨醇(sorbitol)或聚乙二醇(PEG)。
于前述实施例中，该生物可分解聚合物选自聚己内酯(polycaprolactone，PCL)、聚乳酸(Polylactic Acid，PLA)、对苯二甲酸-己二酸-丁二醇共聚物(poly(butyleneadipate-co-terephthalate),PBAT)、聚丁二酸丁二醇酯(Polybutylene succinate，PBS)及聚丁烯琥珀酸己二酸共聚合物(Poly(butylene succinate-co-adipate)，PBSA)所组成群组的至少一者。
在该条状单元的一制备实施例中，是将淀粉，例如热塑性淀粉(TPS)与聚己内酯(PCL)馈入双螺杆押出机，于温度60至190℃，以每小时30至250rpm的螺杆转速进行押出。接着，于水中将押出物以三维不定向旋转及/或翻转形成具有多个转折部的多条状单元的固体碳源。
根据前述的制法，于一具体实施例中，该复合材料为多孔性复合材料，以该复合材料总体积计，该复合材料的孔隙率为10至50％。于一具体实施例中，该复合材料的比表面积为100至1000cm2/g。
于又一具体实施例中，该复合材料的密度为0.95至1.2g/cm3。
于一具体实施例中，该条状单元的长径比为40:1至1000:1。于一具体实施例中，该条状单元的长度为20cm至100cm，该条状单元的径宽为1mm至5mm。
本发明再提供一种处理废水的方法，包括：使废水、活性污泥与具有本发明的固体碳源的固体碳源接触，令该废水流经该多个间隙，得到经处理的废水。
于一具体实施例中，是于0.4至1.0kg-N/m3.day的体积负荷条件下，使该废水和活性污泥与本发明的固体碳源接触，令该废水通过该多个间隙。此外，该氮的体积负荷也可为0.4至0.8kg-N/m3.day、0.4至0.7kg-N/m3.day、0.6至0.8kg-N/m3.day或0.7至0.8kg-N/m3.day。
于一具体实施例中，该废水中含有50mg/L至600mg/L的硝酸氮，例如：50mg/L至450mg/L。
于一具体实施例中，该废水的pH值为6.5至8.0。
于一具体实施例中，该经处理的废水的COD值低于100mg/L，例如：低于50mg/L。
为使本发明的废水处理方法具有更佳的效果，参阅图3所示，本发明提供一种生物反应器2，包括：本体20，具有滞留空间200、位于该滞留空间200内的反应区域S与该滞留空间200连通的馈入口21及与该滞留空间200连通的馈出口22；以及具有本发明的固体碳源1，其置于该反应区域S中，其中，该反应区域S具有由该多个间隙所构成的流体通道P，且该流体通道P与该馈入口21与馈出口22连通。举例而言，该流体通道P由该固体碳源1中的多条状单元10,10’(如图1所示)之间的多个间隙与该固体碳源1未填满该反应区域S所留下的间隙所构成。
于一具体实施例中，以该滞留空间200的总体积计，该反应区域S的体积占50至80％。于本实施例中，其中，以该反应区域S的总体积计，该多条状单元10,10’的总体积占20至60％，该流体通道P的总体积为40至80％。
本发明通过形成各该条状单元的材质为密度大于0.9g/cm3的复合材料，使固体碳源能留存于水体中，维持良好的供碳效果。
另外，本发明固体碳源的条状单元通过该转折部得以产生多个限位区，通过该限位区使该固体碳源中保留一定比例的空间，且通过各该条状单元之间的错位排列及/或缠绕，使整合出的骨架结构在相邻条状单元之间保有间隙距离大于各该条状单元直径的间隙，并以该多个间隙作为流体信道，该流体信道不仅得以供液体流过，更可作为气体排除的通道，得以避免气体累积，令反应过程中所产生的氮气脱除，并避免氮气将固体碳源撑起而浮出水面，遂能使该固体碳源不易随出流水流失。
测试例：
伸长率：
依据ASTM D638的标准方法量测抗张强度与伸长率。
反应区域的体积：于反应器中填充有固体碳源的体积。以实施例1为例，于377cm3的圆柱状反应器中填充95g的固体碳源，其填充的体积为377cm3×60％，因此，填充有固体碳源的体积为226.2cm3。
流体通道的体积：反应区域的体积扣除扣除固体碳源的体积。再以实施例1为例，实施例1中，反应区域的体积为226.2cm3(377cm3×60％)，而固体碳源中多条状单元的总体积为93.1cm3(95g÷1.02g/cm3)，因此，实施例1中，反应区域中的流体通道的体积为133.1cm3。
制备例1本发明固体碳源的制备(50％TPS/50％PCL)
将750g的热塑性淀粉(TPS)与750g的聚己内酯(PCL)馈入双螺杆押出机，使该TPS与PCL的含量占总该复合材料的50wt％与50wt％，于温度90℃，以螺杆转速以每小时120rpm进行押出，于水中将押出物以三维不定向旋转及/或翻转形成具有多个转折部的多条状单元的纤维网络状固体碳源，该固体碳源的密度为1.02g/cm3，径宽为2mm，孔隙率为17.64％(约18％)(其中，闭孔率为4.44％(约4％)，开孔率为13.81％(约14％))，比表面积为273cm2/g。
于本制备例中，该热塑性淀粉(TPS)为于60℃下，将100phr(parts per hundredresin)的木薯淀粉、40phr的水与20phr的甘油混合，并以单螺杆强制造粒机加热至70℃下，维持8分钟得到经改质热塑性淀粉粒子。
于制备例1中，该固体碳源的抗张强度为36kgf/cm2，伸长率为4.54％。
制备例2本发明固体碳源的制备(60％TPS/40％PCL)
将900g的热塑性淀粉(TPS)与600g的聚己内酯(PCL)馈入双螺杆押出机，使该TPS与PCL的含量占总该复合材料的60wt％与40wt％，于温度90℃，以螺杆转速以每小时120rpm进行押出，于水中将押出物以三维不定向旋转及/或翻转形成具有多个转折部的多条状单元的纤维网络状固体碳源，该固体碳源的密度为1.09g/cm3，径宽为2mm，孔隙率为25.63％(约26％)(其中，闭孔率为2.38％(约2％)，开孔率为23.82％(约24％))，比表面积为356cm2/g。
于本制备例中，该热塑性淀粉(TPS)为于60℃下，将100phr(parts per hundredresin)的木薯淀粉、40phr的水与20phr的甘油混合，并以单螺杆强制造粒机加热至70℃下，维持8分钟得到经改质热塑性淀粉粒子。
于制备例2中，该固体碳源的抗张强度为35kgf/cm2，伸长率为3.95％。
制备例3本发明固体碳源的制备(70％TPS/30％PCL)
将1050g的热塑性淀粉(TPS)与450g的聚己内酯(PCL)馈入双螺杆押出机，使该TPS与PCL的含量占总该复合材料的70wt％与30wt％，于温度90℃，以螺杆转速以每小时120rpm进行押出，于水中将押出物以三维不定向旋转及/或翻转形成具有多个转折部的多条状单元的纤维网络状固体碳源，该固体碳源的密度为1.10g/cm3，径宽为2mm，孔隙率为9.64％(约10％)(其中，闭孔率为0.56％(约1％)，开孔率为9.13％(约9％))，比表面积为951cm2/g。
于本制备例中，该热塑性淀粉(TPS)为于60℃下，将100phr(parts per hundredresin)的木薯淀粉、40phr的水与20phr的甘油混合，并以单螺杆强制造粒机加热至70℃下，维持8分钟得到经改质热塑性淀粉粒子。
于制备例3中，该固体碳源的抗张强度为31kgf/cm2，伸长率为3.19％。
制备例4本发明固体碳源的制备(50％TPS/50％PBAT)
将750g的热塑性淀粉(TPS)与750g的对苯二甲酸-己二酸-丁二醇共聚物(PBAT)馈入双螺杆押出机，使该TPS与PBAT的含量占总该复合材料的50wt％与50wt％，于温度140℃，以螺杆转速以每小时150pm进行押出，于水中将押出物以三维不定向旋转及/或翻转形成具有多个转折部的多条状单元的纤维网络状固体碳源，该固体碳源的密度为1.05g/cm3，径宽为2mm。
于本制备例中，该热塑性淀粉(TPS)为于80℃下，将100phr(parts per hundredresin(or rubber))的木薯淀粉、35phr的水与15phr的甘油混合，并以单螺杆强制造粒机加热至90℃下，维持10分钟得到经改质热塑性淀粉粒子。
于制备例4中，该固体碳源的抗张强度为66kgf/cm2，伸长率为51％。
制备例5本发明固体碳源的制备(50％TPS/50％PLA)
将750g的热塑性淀粉(TPS)与750g的聚乳酸(PLA)馈入双螺杆押出机，使该TPS与PLA的含量占总该复合材料的50wt％与50wt％，于温度170℃，以螺杆转速以每小时250rpm进行押出，于水中将押出物以三维不定向旋转及/或翻转形成具有多个转折部的多条状单元的纤维网络状固体碳源，该固体碳源的密度为0.99g/cm3，径宽为2mm。
于本实施例中，该热塑性淀粉(TPS)为于95℃下，将100phr(parts per hundredresin(or rubber))的木薯淀粉、50phr的水与25phr的甘油混合，并以单螺杆强制造粒机加热至100℃下，维持30分钟得到经改质热塑性淀粉粒子。
于制备例5中，该固体碳源的抗张强度为40kgf/cm2，伸长率为0.99％。
于前揭制备例中，混合该木薯淀粉、水与甘油的步骤也可于温度30至95℃下搅拌以捏合机搅拌5至30分钟，于70至130℃温度下停留3至20分钟以造粒制得经改质热塑性淀粉粒子。
于本实施例中，该押出物为于水中，以三维(即x轴、y轴及z轴)不定向旋转及/或翻转，举例而言，当押出物是以y轴方向(即垂直于x轴与z轴所构成的平面)出料，则收卷时以方向为向x轴轴向移动后向z轴翻转，再朝出料方向的反方向移动使其朝y轴方向折绕，再由z轴方向该形成具有多个转折部的多条状单元的纤维网络状固体碳源。
实施例1以本发明的生物反应器的处理方法处理废水
于体积为377ml的圆柱状反应器中填充95g制备例1所制得的固体碳源(TPS/PCL为50wt％/50wt％)，从圆柱状反应器底部向上填充至整体圆柱状反应器高度的60％(约为226.2ml)，使反应区域占总圆柱状反应器的60％，其体积负荷为0.4至0.8kgN/m3-d，以该反应区域(约为226.2ml)的总体积计，该多条状单元的总体积占该反应区域的41.2％，该流体通道的占约为58.8％，植种300ml的脱氮污泥(活性污泥)，其浓度为2.94g/L，其中，水力停留时间(HRT，也就是该废水与该固体碳源接触的时间)如图4所示，连续操作，每3天取样量测水中的COD值、硝酸氮含量与pH值，并将结果纪录于图4及图5。
于图4中，实心方形表示进流的硝酸氮含量，空心方形表示放流的硝酸氮含量，实心圆形表示进流的COD值，空心圆形表示放流的COD值，以及三角形为pH值。图5为显示本发明实施例1的废水中硝酸氮的体积负荷(volume loading，容积负荷)与去除率变化图，图中，实心方形表示硝酸氮的去除率，而空心方形表示硝酸氮的负荷(体积负荷)。
根据图4的实验结果发现，本发明的固体碳源经过147天(近150天)的处理，进流的硝酸氮浓度自200mg/L逐渐提升至350mg/L，放流水中的COD值仍低于放流标准的100mg/L可见，于连续处理近150天的情况下，本发明的固体碳源仍不会发生崩解，且不会释出过多的碳，经由使用具有本发明的固体碳源的废水处理方法处理后，第24天后硝酸氮的含量即有明显下降，于50天后更有显着的下降，于处理第60天时，出流的硝酸氮浓度可低于50mg/L的去除率高达80％。
不仅如此，由图4第100至150天中，硝酸氮的氮化反应最活耀时间(约为第125天)，其进流的硝酸氮的含量大于350mg/L，放流的硝酸氮的含量低于50mg/L，由此时间点进流的COD量小于50mg/L可知，此时活性污泥中脱硝菌的碳来源为本发明的固体碳源，该固体碳源的释碳量足以维持脱硝菌活耀的脱硝反应所需的碳源，且由此时放流的COD量小于50mg/L可知，绝大部分该固体碳源所释出的碳皆为微生物所利用，可知本发明的固体碳源过多碳量，也不会造成碳过剩而浪费。
由图5所示本发明实施例1的废水中硝酸氮的体积负荷(容积负荷)与去除率变化图可知，于反应初期(约第1至27天)硝酸氮的体积负荷为0.8至1，去除率为10至20％，但经过60天后，去除率提升至80％以上，于处理80天后更可维持去除率为95％以上。
另外，取实施例1的数据(详参图4及图5)，针对不同浓度下的硝酸氮进行去除率与体积负荷测试，结果记载于下表1中。
表1
如表1所示，无论进流硝酸氮浓度为200mg/L、250mg/L、300mg/L或350mg/L，皆能具有80％以上的去除率，更佳的情况下，去除率更可高于90％，甚至达到97％的去除率。
于前述实施例中，是于进流硝酸氮浓度为200mg/L条件维持约28天后，再提高进流的硝酸氮浓度为250mg/L，并维持24天，换言之，该平均去除率为各该天数下的平均去除率。
实施例2以本发明的生物反应器的处理方法处理废水
于体积为377ml的圆柱状反应器中填充65.3g制备例2所制得的固体碳源(TPS/PCL为60wt％/40wt％)，从圆柱状反应器底部向上填充至整体圆柱状反应器高度的60％，使反应区域占总圆柱状反应器的60％，其体积负荷为0.7至0.8kgN/m3-d，该固体碳源的填充比例占反应区域的26.5％，该流体通道的比例约为73.5％，植种300ml的脱氮污泥(活性污泥)，其浓度为2.94g/L，连续操作，每10天取样量测水中的COD值与硝酸氮含量，并将结果纪录于图6及图7。
于图6中，实心方形表示进流的硝酸氮含量，空心方形表示放流的硝酸氮含量，实心圆形表示进流的COD值，以及空心圆形表示放流的COD值。图7为显示本发明实施例2的废水中硝酸氮的体积负荷(容积负荷)与去除率变化图，图中，实心方形表示硝酸氮的去除率，而空心方形表示硝酸氮的负荷(体积负荷)。
根据图6与图7的实验结果可见，以本发明的生物反应器的处理方法处理废水，进流的硝酸氮浓度维持于500至600mg/L，于驯养10天后，硝酸氮去除率可达90％以上，出流水平均COD低于100mg/L，平均硝酸氮浓度低于50mg/L。
实施例3以本发明的生物反应器的处理方法处理废水
于体积为377ml的圆柱状反应器中填充80.3g制备例3所制得的固体碳源(TPS/PCL为70wt％/30wt％)，从圆柱状反应器底部向上填充至整体圆柱状反应器高度的60％，反应区域占总圆柱状反应器的60％，其体积负荷为0.4至0.7kgN/m3-d，该固体碳源的填充比例约占总反应区域的33.3％，该流体通道的比例约为66.7％，植种300ml的脱氮污泥(活性污泥)，其浓度为2.94g/L，连续操作，每3天取样量测水中的COD值与硝酸氮含量，并将结果纪录于图8及图9。
于图8中，实心方形表示进流的硝酸氮含量，空心方形表示放流的硝酸氮含量，实心圆形表示进流的COD值，以及空心圆形表示放流的COD值。图9为显示本发明实施例3的废水中硝酸氮的体积负荷(容积负荷)与去除率变化图，图中，实心方形表示硝酸氮的去除率，而空心方形表示硝酸氮的负荷(体积负荷)。
根据图8与图9的实验结果可见，以本发明的生物反应器的处理方法处理废水，进流的硝酸氮浓度自400mg/L逐渐提升至500mg/L，体积负荷由0.5kgN/m3-d逐步提升至0.7kgN/m3-d，而硝酸氮的去除率仍可维持于90％以上，出流水平均COD低于100mg/L，平均硝酸氮浓度低于50mg/L。
实施例4以本发明的生物反应器的处理方法处理废水
于体积为377ml的圆柱状反应器中填充60.8g制备例4所制得的固体碳源(TPS/PBAT为50wt％/50wt％)，从圆柱状反应器底部向上填充至整体圆柱状反应器高度的60％(约为226.2ml)，使反应区域占总圆柱状反应器的60％，其体积负荷为0.6至0.8kgN/m3-d，以该反应区域(约为226.2ml)的总体积计，该多条状单元的总体积占该反应区域的25.6％，该流体通道的占约为74.4％，植种350ml的脱氮污泥(活性污泥)，其浓度为2.94g/L，连续操作，每5天取样量测水中的COD值、硝酸氮含量与pH值，并将结果纪录于图10及图11。
于图10中，实心方形表示进流的硝酸氮含量，空心方形表示放流的硝酸氮含量，实心圆形表示进流的COD值，以及空心圆形表示放流的COD值。图11为显示本发明实施例4的废水中硝酸氮的体积负荷(容积负荷)与去除率变化图，图中，实心方形表示硝酸氮的去除率，而空心方形表示硝酸氮的负荷(体积负荷)。
根据图10与图11的实验结果可见，以本发明的生物反应器的处理方法处理废水，进流的硝酸氮浓度维持于250mg/L，硝酸氮去除率可达65至95％。
实施例5以本发明的生物反应器的处理方法处理废水
于体积为377ml的圆柱状反应器中填充36.5g制备例5所制得的固体碳源(TPS/PLA为50wt％/50wt％)，从圆柱状反应器底部向上填充至整体圆柱状反应器高度的60％(约为226.2ml)，使反应区域占总圆柱状反应器的60％，其体积负荷为0.6kgN/m3-d，以该反应区域(约为226.2ml)的总体积计，该多条状单元的总体积占该反应区域的15.4％，该流体通道的占约为84.6％，植种350ml的脱氮污泥(活性污泥)，其浓度为2.94g/L，连续操作，每5天取样量测水中的COD值、硝酸氮含量与pH值，并将结果纪录于图12及图13。
于图12中，实心方形表示进流的硝酸氮含量，空心方形表示放流的硝酸氮含量，实心圆形表示进流的COD值，以及空心圆形表示放流的COD值。图13为显示本发明实施例5的废水中硝酸氮的体积负荷(容积负荷)与去除率变化图，图中，实心方形表示硝酸氮的去除率，而空心方形表示硝酸氮的负荷(体积负荷)。
根据图12与图13的实验结果可见，以本发明的生物反应器的处理方法处理废水，进流的硝酸氮浓度维持于250mg/L，硝酸氮去除率可达90％以上，后期因碳源不足，去除率下降至20至60％。
由本发明的实施例可知，本发明的固体碳源不但能长时间缓释功效，高比表面积的特性可使微生物大量附着于固体碳源上，能够充分利用有机碳源，经由水流流失的碳源有限，出流水不需再进一步移除碳。
综上所述，本发明的固体碳源的比表面积大，能供微生物附着，因此处理负荷量较高，且通过流体通道得以使气体有效排出，避免气体累积，得以避免当脱硝反应旺盛时，产气过迅而发生固体碳源的骨架结构瓦解或流失的缺失，能适用于硝酸盐氮浓度高于200mg/L的废水进行处理，遂能应用至工业废水。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (19)

1.一种固体碳源，其特征在于，该固体碳源包括：
多条状单元，各该条状单元具有至少一转折部，以借该转折部构成限位区，且任一该条状单元的限位区中配置有至少另一该条状单元，而使该多条状单元整合而成一骨架结构；以及
多个间隙，其形成于任二该条状单元之间，以供气体或液体通过，其中，形成各该条状单元的材质为密度大于0.9g/cm3的复合材料。
2.根据权利要求1所述的固体碳源，其特征在于，各该条状单元具有多个转折部。
3.根据权利要求2所述的固体碳源，其特征在于，各该条状单元具有至少一延伸部，以连接该转折部，且该限位区是由该转折部与该延伸部共同构成。
4.根据权利要求1所述的固体碳源，其特征在于，各该条状单元之间以错位排列及/或缠绕，而使该多条状单元整合而成一骨架结构。
5.根据权利要求1所述的固体碳源，其特征在于，该复合材料的密度为0.95至1.2g/cm3。
6.根据权利要求1所述的固体碳源，其特征在于，该复合材料的比表面积为100至1000cm2/g。
7.根据权利要求1所述的固体碳源，其特征在于，该复合材料为多孔性复合材料，以该复合材料总体积计，该复合材料的孔隙率为10至50％。
8.根据权利要求1所述的固体碳源，其特征在于，该条状单元的长径比为40:1至1000:1。
9.根据权利要求1所述的固体碳源，其特征在于，形成该条状单元的材质包括淀粉与生物可分解聚合物，且该淀粉与该生物可分解聚合物的重量比为3:7至7:3。
10.根据权利要求9所述的固体碳源，其特征在于，该生物可分解聚合物选自聚己内酯、聚乳酸、对苯二甲酸-己二酸-丁二醇共聚物、聚丁二酸丁二醇酯及聚丁烯琥珀酸己二酸共聚合物所组成群组的至少一者。
11.根据权利要求1所述的固体碳源，其特征在于，该多条状单元之间还具有至少一连接部。
12.一种生物反应器，其特征在于，该生物反应器包括：
本体，具有滞留空间、位于该滞留空间内的反应区域、与该滞留空间连通的馈入口及与该滞留空间连通的馈出口；以及
权利要求1所述的固体碳源，其置于该反应区域中，其中，该反应区域具有由该多个间隙所构成的流体通道，且该流体通道与该馈入口与该馈出口连通。
13.根据权利要求12所述的生物反应器，其特征在于，以该滞留空间的总体积计，该反应区域的体积为占50至80％。
14.根据权利要求13所述的生物反应器，其特征在于，以该反应区域的总体积计，该多条状单元的总体积占20至60％。
15.一种处理废水的方法，其特征在于，该方法包括使废水和活性污泥与具有权利要求1所述的固体碳源接触，令该废水通过该多个间隙，得到经处理的废水。
16.根据权利要求15所述的处理废水的方法，其特征在于，该废水中含有50mg/L至600mg/L的硝酸氮。
17.根据权利要求15所述的处理废水的方法，其特征在于，该废水的pH值为6.5至8.0。
18.根据权利要求15所述的处理废水的方法，其特征在于，该方法为于0.4至1.0kg-N/m3.day的体积负荷条件下，使该废水和活性污泥与具有根据权利要求1所述的固体碳源接触，令该废水通过该多个间隙。
19.根据权利要求15所述的处理废水的方法，其特征在于，该经处理的废水的COD值低于100mg/L。
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