TW201302629A - 用於廢水之淨化的方法及裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明係有關於藉硝酸鹽源的添加而淨化廢水(尤其經有機性污染的廢水)之方法及裝置，該方法包括以下步驟：-將該廢水裝入一容器內，直到達到該反應器的第一填充位準(Niv A)為止，該填充位準(Niv A)係位於80-99%下、較佳於95%下，-混合該廢水，-測定該廢水的pH值，其中，若該廢水的pH值<7.0，則添加鹼液至該廢水，直到達到7.5的pH值為止，-添加硝酸鹽至該廢水，-攪拌該廢水/硝酸鹽混合物，-藉測定該廢水/硝酸鹽混合物之至少一參數而控制額外硝酸鹽及/或額外鹼液的添加，-停止攪拌，並- 於第二填充位準(Niv B)下，傾析，其包括澄清水的排放，該填充位準(Niv B)係位於50-70%下、較佳於60%下。

Description

用於廢水之淨化的方法及裝置
本發明係有關於一根據申請專利範圍第1項之特徵的組合之藉一硝酸鹽源的添加而淨化廢水(尤其經有機性污染的廢水)之方法、及一根據申請專利範圍第13項之特徵的組合之用於進行用於淨化廢水之方法的裝置。
在習知廢水工程學內，係使用氧作為用於使有機物質在該廢水內進行氧化反應的末端電子受體。為了淨化該廢水，使該氧具可溶性、微細地分佈、且根據需求而配量。
已知可使用濃縮氣體或純氧以淨化廢水。此等努力的目標為增加溶氧量，且因此可增加該末端電子受體的有效性。
本技術之一大缺點一方面為空氣內之有限氧含量且，另一方面為氧在水中的有限溶度(於20℃下，約8毫克/升)。此外，諸如鹽含量、壓力及尤其溫度等參數對於用於廢水的淨化之溶氧的有效性具有重大的影響。
基於上述，本發明之一目標為提供一用於廢水的淨化之進一步研發的方法，其包括氧或純氧的使用。而且，係提供一可進行此種方法的裝置。
達成本發明之目標的方案如下：藉使用一根據申請專利範圍第1項之教示之用於淨化廢水(尤其經有機性污染的廢水)的方法、及藉使用一根據申請專利範圍第13項之教示 之藉添加硝酸鹽而進行淨化廢水的方法之裝置。該等從屬項代表至少有利的實施例及進一步的發展。
用於廢水的淨化之本發明方法尤其適於經有機性污染的廢水之淨化，且其理論基礎為添加一硝酸鹽源至該欲經淨化的廢水。就該淨化而言，基本上係進行以下步驟：最初，以廢水填充一容器進行各淨化循環。前述淨化循環可在先前已在該容器內進行，因此廢水之殘留物或沈積物、及活性生物質可分別包含在該容器內。填充該容器，直到達到第一填充位準為止。該填充位準係位於80-99%下、較佳於95%下。
最初，混合該容器內所含的廢水。換言之，係使該容器內所含的沈積物或淤泥與新添加的廢水混合。較佳藉攪拌器而進行該混合。應該進行該混合程序，費時至少5分鐘，因此才可確保該淤泥與廢水有充份混合。
隨後，測定該廢水的pH值。若該pH值小於7.0，則添加鹼液至該廢水，直到達到7.5之pH值為止。較佳添加石灰乳。
然後，添加或以定量性受控方式添加硝酸鹽至該廢水。可添加該例如呈硝酸形式的硝酸鹽、較佳25-50%硝酸或溶硝酸鹽，例如硝酸鈣、硝酸鈉。業經添加至該廢水後，該硝酸較佳具有100毫克/升之莫耳濃度(c)或6.5pH值。
其後，攪拌該廢水/硝酸鹽混合物。可以不時進行該攪拌程序，因此，操作該攪拌器，例如費時30秒，繼而暫停150秒。本操作/暫停順序可重複數小時。該攪拌一方面可避免浮層的形成，另一方面可防止氣體的過飽和。
此外，該根據本發明的淨化方法可受控制性添加一額外的硝酸鹽源及/或額外的鹼液，該控制係回應該廢水/硝酸鹽混合物之至少一參數的測定而進行。
若廢水經相當小程度地污染，則較佳進行該廢水/硝酸鹽混合物之pH值的測定。若該pH值大於7.0，則添加額外硝酸鹽至該廢水/硝酸鹽混合物。再提到可使用一硝酸溶液。一旦該廢水/硝酸鹽混合物具有7.0或較小的pH值，則不再添加硝酸鹽或硝酸溶液。
若該廢水/硝酸鹽混合物含有一污染物及活性生物質，則在短時期內進行該原有pH值的鹼化。基本上，係添加硝酸鹽至該廢水/硝酸鹽混合物，直到不再發生鹼化為止。該不再發生表示該廢水的生物淨化終止。
此外，可想像額外硝酸鹽及/或額外鹼液的添加係基於該廢水/硝酸鹽混合物內之硝酸鹽濃度的測定而進行。根據該廢水的污染，提供在一特定硝酸鹽範圍內，例如於50-200毫克/升的濃度下，操作該淨化裝置的步驟。文中該硝酸鹽濃度係藉一探針而測定且在該淨化程序進行期間持續監測，因此可偵檢該濃度的偏差及變化。然後根據該濃度進行額外硝酸鹽的受控性添加。可藉該硝酸鹽消耗量而測定污染或有機污染的程度。
若該廢水內之有機組份的濃度高，則隨時可進行酸化程序。其意指存在於該廢水內之聚合物轉化成有機酸。在此情況下，不可能僅使用該pH值以分別控制該淨化或控制額外硝酸鹽及/或額外鹼液的添加。必需測定該廢水/硝酸鹽 混合物的氧化-還原電位以便藉添加額外硝酸鹽及/或額外鹼液而控制該淨化。
一旦偵測出該廢水/硝酸鹽混合物的酸化反應，亦即該負性氧化-還原電位具有下降趨勢，則添加額外鹼液。必需進行該添加，直到達到原有的pH值(亦即7.5)為止。
小於0mV(毫伏特)的氧化-還原電位表示正進行壓氧程序及酸化反應。dpH/dt<0(亦即一下降的pH值)亦為發生酸化反應的指示。較佳兼監測該pH值及氧化-還原電位。
一旦該pH值再達其原有值，可再進行硝酸鹽的定量受控性添加，其可活化該去氮作用，於其間較佳使該等有機酸散逸，因此，隨後可抵消該酸化反應。
若廢水經大程度地有機性污染，較佳不時以汽提空氣將該廢水/硝酸鹽混合物充氣，在5至10分鐘內進行充氣，費時數秒，例如約5秒。為了預防碳酸飽充，進行氣體之汽提。就經高污染的廢水而言，已預期可溶性氣體，尤其作為該反應懸浮液中之降解最後產物的CO2，或N2會堆積且該pH值係藉碳酸鹽而很強烈地緩衝。不時藉自該汽提裝置發散的噴氣而驅趕溶存空氣。
上文已描述該廢水/硝酸鹽混合物的烷化反應之無發生表示該廢水的生物淨化之終止，因此，於此時，及時中止攪拌。若，dpH/dt=0，亦即若該pH值不再改變且該氧化-還原電位>0mV，則停止該攪拌程序，該攪拌程序可費至高6小時。
為了避免上述碳酸飽充，較佳在6.5-7.0之pH範圍內進 行該淨化程序。
接著，引發該活化淤泥的沈降。約30分鐘後，結束該機械廢水淨化的部份。接著進行該傾析，經由一位於該容器之第二填充位準的開口而排放澄清水。本第二填充位準係位於50-70%下、較佳位於60%下。可知兩操作位準或填充位準係分別在上述容器內藉液位開關而界定，該等位準較佳位於95%與60%下。
該傾析作用可持續約14分鐘。一旦該澄清水經排放，可根據本發明的方法步驟進行新的淨化循環。經每第5次至第10次淨化循環後，必需抽出過量淤泥。
本發明方法特別適於含可輕易降解的物質之廢水的淨化，因為與習知氧比較，該末端電子受體的氧化力降低。 可以使該去氮作用得到+400mV之標準能斯特電位(Nernst potential)，並使該以氧為基礎的呼吸作用得到+800mV之標準能斯特電位。然而，在一有限的程度上，該反應的氧化力足以適用於多種具有類似性質的有機物質，諸如醇、醛、有機酸及已經過活化的烴，且不需要藉雜原子(諸如氮、硫及鹵素)而取代。
因此，更合適的應用領域為其化學需氧量(COD)約相當於該生物需氧量(BOD)的廢水。其適用於，例如含糖、及含澱粉的廢水、酸及醇。
根據本發明的方法可用於很廣泛的應用領域。該廢水的COD可具有200毫克/升至20,000毫克/升之值。
得自太陽能工業的廢水(其係經作為聚合物的PEG污染)同樣可經該根據本發明的方法淨化。可藉該方法而特別有利地淨化熱廢水，因為微生物的活性可隨溫度上升而增加。至高45℃的廢水溫度並不代表如使用習知淨化方法的情況之阻礙。換言之，並不需要進行廢水的標準化冷却。在該以氧為基礎的淨化作用內，於一增加溫度下之負性溶度依存性代表一重大的限制因素。
可以以簡化的方式分別代表該去氮作用或以硝酸鹽為基礎的呼吸作用：
3HNO3+15[H] <-> 1,5N2+9H2O
2HNO3+CH3OH <-> N2+CO2+3H2O
表示本發明之該方法的應用之以下特徵：
可能的體積負荷：每天至高2-4公斤/米3之COD降解性能
硝酸消耗量：約0.8-1.2公斤/公斤之經降解COD
淤泥聚集量：約0.25公斤/公斤之經降解COD
本發明另外係有關於一其設計可進行根據本發明該方法的裝置。
該裝置包括一具有一沈降腔於底部的容器、以及一攪拌器及一pH值測定裝置、與一用於添加硝酸鹽源的配料裝置。該容器的尺寸係根據預期的廢水數量及其組成，藉此應該可避免超過每天4公斤COD/米3的體積負荷。該容器可具有一視需要選用的形貌。較佳應該提供具有一柱形形貌的容器以使該攪拌器更能輕易地進行混合與攪拌。
該裝置較佳包括一硝酸鹽濃度測定裝置及/或一氧化- 還原電位測定裝置。
亦可分別提供一充氣裝置或汽提裝置，若廢水經大程度地有機性污染，則此種充氣裝置特別有利。
該裝置之容器分別包括兩操作位準或填充位準，其等較佳位於95%及60%下。上述位準係藉液位開關而定義，且提供一用於排放澄清水的出口於該60%填充位準下。
亦提供其它內部附件，諸如一或多個呈平板或軟管形式的薄膜通風器、廢水入口及出口、以及一淤泥排放裝置。根據該廢水的組成，可需要一鹼液配料裝置。
若預期該廢水內有極大的溫度變量，則該用於淨化廢水的裝置亦包括一溫度偵檢裝置。若該廢水經大程度地污染，則該降解作用會連同一可測定的比熱發生，其同樣應該包括在該控制步驟內，因此可允許該廢水入口內之溫度變量為大約先前定義的操作點之+/-5℃。於長時間間隔下，該操作點可在一介於15℃與45℃間的範圍內變化，例如每週5℃。然而，其需要較長的時間以適應該生物質。
藉添加硝酸鹽而淨化廢水的本發明方法、及用於進行一藉添加硝酸鹽而淨化廢水的方法之本發明裝置應該藉下文之實施例並參考圖示而更詳細解釋。
應用例1：
在下文描述的本發明之代表性應用內，係淨化得自太陽能工業的廢水。矽錠之切割連同具有聚乙二醇(PEG)之廢水的污染進行。
廢水的數量：150米3/天
經淨化廢水的要求如下：
就根據本發明之方法的應用而言，以下特徵具決定性及代表性：
應用例2：
以下實例證明根據本發明之該方法亦適於淨化得自食品工業的廢水。穀粒的清洗會有機性適度污染廢水。然而，不可能將其直接導入容器內。
該經淨化廢水的要求如下：COD：<100毫克/升
就根據本發明之該方法的應用而言，以下特徵具決定 性及代表性：
該圖示闡明一進行用於淨化廢水的本發明方法之裝置。
首先，經由一入口管2而將廢水(其較佳為經有機性污染的廢水裝入該裝置的容器1內。將該容器1填滿至第一填充位準頭Niv A)。其情況為得自前述淨化循環的殘留淤泥仍存在於該容器內。該第一填充位準(Niv A)較佳位於95%下，亦即該容器1之95%經填滿。
隨後，混合該廢水。藉攪拌器3而進行該混合，因此可徹底混合前述淨化循環的殘留組份及新的廢水。該混合程序可持續約5分鐘，繼而進行pH值的測定。據此，該裝置可包括測定裝置4，其在本情況下係為pH值感測器。
若小於7.0之pH值經偵檢，則添加較佳呈石灰乳形式的鹼液至該廢水。本添加係藉鹼液配料裝置6而進行，直到達到7.5之pH值為止。
為了進行該生物淨化程序，經由硝酸鹽配料裝置5而添加硝酸鹽至容器1內之廢水中。該硝酸鹽可在容器1內誘發去氮作用，因此該廢水之有機組份經結合並濾出。較佳添加呈硝酸形式之硝酸鹽，其具有100毫克/升之莫耳濃度c或 6.5之pH值。
在一攪拌程序內，係不時徹底混合該硝酸鹽及廢水以獲得一廢水/硝酸鹽混合物。根據本發明該裝置較佳包含一充氣裝置7。同樣不時進行使用汽提空氣的充氣。若該廢水經大程度地有機性污染，則充氣特別有利。在，例如在5分鐘淨化期內進行該充氣，費時約5秒。由於該充氣，所以經由除氣器8而驅除，例如CO2或N2。
本發明之測定裝置可進行該廢水/硝酸鹽混合物的pH值之測定。若該pH值大於7.0，則添加硝酸。
而且，提供該廢水/硝酸鹽混合物之氧化-還原電位的測定法，藉此提供測定裝置4的設備，其係為氧化-還原電位測定裝置。若該pH值下降，且若該氧化-還原電位小於0mV，則留意正進行的厭氧程序及酸化作用。其係藉鹼液配料裝置6而添加額外石灰乳至該廢水/硝酸鹽混合物，直到達到7.5之pH值為止以進行抑制。一旦達到本初pH值，可藉硝酸鹽配料裝置5而添加呈硝酸溶液形式之硝酸鹽以持續該生物淨化。就該莫耳濃度及pH值而言，在本情況下，係選擇與該初硝酸鹽添加的參數相同的參數。就經少程度污染的廢水而言，本實例證明根據本發明該方法已經可實現使用100毫克/升之一次的硝酸鹽劑量之淨化目標。
一旦該pH值不再改變且該氧化-還原電位大於0mV，則可假定該廢水之生物淨化結束。在本情況下，停止攪拌器3，繼而停止沈降期，該沈降期為該廢水之機械淨化的一部份。在約30分鐘內，淤泥會沈降在該容器之底部的沈降腔內。
隨後，進行該傾析程序，其包括排放該澄清水。據此，將一澄清水出口管9(藉該沈降程序而澄清的該澄清水可經由其而排放)擺放在第二填充位準(NiV B)的液位處，其較佳位於60%下。因此，該反應器體積的交換比為約30%。經14分鐘澄清水排放期後，淤泥床10殘留在該容器1內。
該澄清水排放後，結束該淨化循環，因此可藉以“新”廢水填充該容器1而開始一新的淨化循環。約每第15至20次淨化循環後，必需經由一淤泥出口管11而泵吸出過量淤泥。
1‧‧‧容器
2‧‧‧入口管
3‧‧‧攪拌器
4‧‧‧測定裝置
5‧‧‧硝酸鹽配料裝置
6‧‧‧鹼液配料裝置
7‧‧‧充氣裝置
8‧‧‧除氣器
9‧‧‧澄清水出口管
10‧‧‧淤泥床
11‧‧‧淤泥出口管
Niv A‧‧‧第一填充位準
Niv B‧‧‧第二填充位準
第1圖闡明一進行用於淨化廢水的本發明方法之裝置。
1‧‧‧容器
2‧‧‧入口管
3‧‧‧攪拌器
4‧‧‧測定裝置
5‧‧‧硝酸鹽配料裝置
6‧‧‧鹼液配料裝置
7‧‧‧充氣裝置
8‧‧‧除氣器
9‧‧‧澄清水出口管
10‧‧‧淤泥床
11‧‧‧淤泥出口管
Niv A‧‧‧第一填充位準
Niv B‧‧‧第二填充位準

Claims (15)

  1. 一種藉添加一硝酸鹽源而淨化廢水，尤其經有機性污染的廢水的方法，其特徵在以下步驟：a)將該廢水填入一容器內，直到達到該反應器之第一填充位準(Niv A)為止，該填充位準(Niv A)係位於80-90%下、較佳位於95%下，b)混合該廢水，c)測定該廢水的pH值，其中，若該廢水的pH值<7.0，則添加鹼液至該廢水，直到達到7.5之pH值為止，d)添加硝酸鹽至該廢水，e)攪拌該廢水/硝酸鹽混合物，f)藉測定該廢水/硝酸鹽混合物之至少一參數而控制額外硝酸鹽及/或額外鹼液的添加，g)停止該攪拌，h)傾析，其包括排放位於第二填充位準(NivB)的澄清水，該填充位準(NivB)係位於50-70%下、較佳位於60%下。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其特徵在該硝酸鹽係呈硝酸或硝酸鹽的形式添加。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其特徵在不時攪拌該廢水/硝酸鹽混合物。
  4. 如申請專利範圍第1、2或3項之方法，其特徵在添加呈石灰乳形式的鹼液。
  5. 如上述申請專利範圍中之一項的方法，其特徵在額外硝 酸鹽及/或額外鹼液的添加係根據該廢水/硝酸鹽混合物的pH值之測定而進行。
  6. 如申請專利範圍第5項之方法，其特徵在若該pH值>7.0，則添加額外硝酸鹽至該廢水/硝酸鹽混合物。
  7. 如上述申請專利範圍中之一項的方法，其特徵在額外硝酸鹽及/或額外鹼液的添加係根據該廢水/硝酸鹽混合物內之該硝酸鹽濃度的測定而進行。
  8. 如上述申請專利範圍中之一項的方法，其特徵在額外硝酸鹽及/或額外鹼液的添加係根據該廢水/硝酸鹽混合物之氧化-還原電位的測定而進行。
  9. 如申請專利範圍第8項之方法，其特徵在就該廢水/硝酸鹽混合物之一負性且降低的氧化-還原電位而言，係添加額外鹼液，直到達到7.5之pH值為止。
  10. 如上述申請專利範圍中之一項的方法，其特徵在若該pH值不再改變且該氧化-還原電位>0mV，則停止該攪拌。
  11. 如申請專利範圍第10項之方法，其特徵在該pH值係介於6.5與7.0之間。
  12. 如上述申請專利範圍中之一項的方法，其特徵在該廢水/硝酸鹽混合物係經汽提空氣充氣。
  13. 一種用於進行一如申請專利範圍第1至12項中之一項的方法之裝置，其特徵在該裝置包含一具有一沈降腔在底部之容器、以及一攪拌器、且另外包含一pH值測定裝置、及一用於添加硝酸鹽的配料裝置。
  14. 如申請專利範圍第13項之裝置，其特徵在該裝置包含一 硝酸鹽濃度測定裝置及/或一氧化-還原電位測定裝置。
  15. 如申請專利範圍第13或14項之方法，其特徵在該裝置包含一充氣裝置。
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