TW201307216A - 具有環狀排列微生物載體之廢水處理方法與裝置 - Google Patents

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Abstract

一種廢水處理方法與裝置，是於一反應槽中設置多數環狀排列之載體供微生物附著生長，反應槽中可分成一上反應區、一通道區以及一下反應區，通道區是被這些載體所圍繞，而且連通上、下反應區，微生物包含有自營性脫硝菌，而可產生Anammox反應將廢水中之NH4+以及NO2-轉換成氮氣，從而達到去除水中總氮之目的；由於載體能夠避免過多微生物隨著放流水排出反應槽，而將微生物儘可能地保留於反應槽內部，故此一廢水處理方法與裝置具較佳之處理效率。

Description

具有環狀排列微生物載體之廢水處理方法與裝置
本發明係與含氮廢水處理技術有關，特別是指一種提供載體供微生物附著生長之厭氧氨氧化方法與裝置。
厭氧氨氧化法(Anaerobic Ammonium Oxidation,簡稱Anammox)已應用於含氮廢水之處理上。
如美國US 2008/0245730號專利所揭露者，該Anammox方法是在於厭氧之環境中，透過自營性脫硝菌之作用，NH4 +作為電子提供者，NO2 -作為電子接受者，來反應產生氮氣，從而達到去除水中總氮之目的，除此之外，當水中之NH4 +過量而NO2 -不足時，部分NH4 +亦可先行氧化成為NO2 -再進行上述反應。
然而，上述自營性脫硝菌之生長速度相當緩慢，加上部分自營性脫硝菌會隨著放流水流出反應槽，因此該自營性脫硝菌之族群數目經常不足，而導致處理效率之低落。
鑑於上述缺失，本發明之一目的在於提供一種廢水處理方法與裝置，其內部具有載體供微生物附著，而可將微生物盡量保留於反應槽內部者。
為達前揭目的，本發明之具有環狀排列微生物載體之廢水處理裝置是包含有一反應槽、多數載體以及一攪拌件，該反應槽之內部盛水，該等載體是環狀排列地設置於該反應槽之內部，該攪伴件是設置於該反應槽之內部底側，其中，該反應槽內部形成一上反應區、一通道區以及一下反應區，該上反應區是位於該等載體之頂側，該下反應區是位於該等載體之底側，該通道區是被該等載體所環繞，且連通該上反應區以及該下反應區，該通道區之寬度均小於該上反應區以及該下反應區之寬度；其中，多種微生物是附著於該等微生物載體之表面，以及懸浮於該反應槽之水中，該等微生物包含硝化菌、厭氧氨氧化菌以及自營性脫硝菌。
於本發明之一較佳實施例中，該反應槽通道區之寬度是隨著接近該上反應區而遞減，該攪拌件是設置於該反應槽之下反應區，該等載體是接觸該反應槽之內側壁面，此外，該等載體表面具有多數凹槽；此一廢水處理裝置可更包含有多數曝氣盤設置於該反應槽之底側。
本發明之具有環狀排列微生物載體之廢水處理方法，是包含以下步驟：
a.　提供一反應槽、多數載體以及一攪拌件，該等載體是環狀排列地設置於該反應槽中，該反應槽之內部形成一上反應區、一通道區以及一下反應區，該上反應區是位於該等載體之頂側，該下反應區是位於該等載體之底側，該通道區是被該等載體所環繞，且連通該上反應區以及該下反應區，該通道區之寬度均小於該上反應區以及該下反應區之寬度，該攪伴件是設置於該反應槽之中，該反應槽之通道區以及下反應區盛水，水中具有多種微生物，該多種微生物包含硝化菌、厭氧氨氧化菌以及自營性脫硝菌；
b.　將一待處理之廢水導入該反應槽，淹沒該等載體，並使上反應區也裝有廢水；
c.　利用該攪拌件攪動該反應槽之水，產生循環水流；
d.　停止攪動水並靜置，使水中之懸浮固體沉澱；以及
e.　將該上反應區之水排出。
其中，該反應槽通道區之寬度是隨著接近該上反應區而遞減，於步驟c進行時，可同時將氧氣導入反應槽之水中。
為了詳細說明本發明之構造及特點所在，茲舉以下二較佳實施例並配合圖式說明如後，其中：第一圖係本發明第一較佳實施例之示意圖(一)；第二圖係本發明第一較佳實施例載體之正視圖；第三圖係本發明第一較佳實施例之示意圖(二)；第四圖係本發明第一較佳實施例之示意圖(三)；第五圖係本發明第一較佳實施例之污染物濃度變化及處理效率圖；第六圖係本發明第二較佳實施例之示意圖。
請參閱第一圖，本發明第一較佳實施例所提供之具有環狀排列微生物載體之廢水處理裝置10，是為一序列批次式反應器(Sequencing Batch Reactor,SBR)，包含有一反應槽20、多數載體30、一攪伴件40以及多數曝氣盤50。
該反應槽20之內部盛水，該等載體30是呈球狀，且表面形成有多數凹槽(如第二圖)，該等載體30是環狀排列地設置於該反應槽20之水中，且接觸該反應槽20之內側壁面，該攪伴件40是設置於該反應槽20之底側，該等曝氣盤50是設置於該反應槽20之底側，並與一供氣管路52連接，而可將氧氣或空氣導入該反應槽20之水中；其中，該反應槽20內部形成一上反應區22、一通道區24以及一下反應區26，該上反應區22是位於該等載體30之頂側，該下反應區26是位於該等載體30之底側，該通道區24是被該等載體30所環繞，且連通該上反應區22以及該下反應區26，該通道區24之寬度W1是隨著接近該上反應區22而遞減，而且各處之寬度W1都小於該上反應區22之寬度W2，也小於該下反應區26之寬度W3；而該攪拌件40則是位於該下反應區26中。
此外，該反應槽20內部具有用以處理含氮廢水之環境微生物，該等微生物是附著於該等載體30之表面，或是懸浮於該反應槽20之水中，該等微生物至少包含硝化菌(nitrifying bacteria)以及厭氧氨氧化菌(Anammox bacteria)，該厭氧氨氧化菌為一種自營性脫硝菌(autotrophic denitrifying bacteria)。
於實際設置時，設計者可利用鐵絲串接該等載體30，或是利用網狀物包覆該等載體30，以便將該等載體30維持於定位。
本發明一較佳實施例所提供之具有環狀排列微生物載體之廢水處理方法，是包含以下步驟：
a.　如第三圖所示，提供一反應槽20、多數載體30以及一攪拌件40，該等載體30是環狀排列地設置於該反應槽20中，該反應槽20之內部形成一上反應區22、一通道區24以及一下反應區26，該上反應區22是位於該等載體30之頂側，該下反應區26是位於該等載體30之底側，該通道區24是被該等載體30所環繞，且連通該上反應區22以及該下反應區26，該通道區24之寬度W1是隨著接近該上反應區22而遞減，該通道區24各處之寬度W1均小於該上反應區22以及該下反應區26之寬度W2,W3，該攪伴件40是設置於該反應槽20之中，此外，該反應槽20之通道區24以及下反應區26盛水，水並淹沒該等載體30，水中並具有多種微生物，包含硝化菌以及厭氧氨氧化菌；
b.　將一待處理之含氮廢水導入該反應槽20，使上反應區22裝有廢水(如第一圖)，該含氮廢水中含有銨離子(NH4 +)、亞硝酸根離子(NO2 -)、硝酸根離子(NO3 -)以及一些有機物質；
c.　如第四圖，利用該攪拌件40攪動該反應槽20之水，使水依序通過該下反應區26、該等載體30之間的間隙、該上反應區22以及該通道區24，而且循環流動，使水中之微生物與污染物充分混合，同時利用曝氣盤50將氧氣或是空氣導入該反應槽20之水中；此時，於硝化菌之作用下，NH4 +可經由硝化反應而氧化成NO2 -，而於自營性脫硝菌之作用下，NH4 +作為電子提供者，而NO2 -作為電子接受者，兩者經由Anammox反應而產生氮氣；上述之反應可一併於該上反應區22、該下反應區26以及該等載體30之表面進行，而將水中之總氮轉換為氮氣，而達到淨化之目的；
d.　停止攪動水並靜置，使水中之懸浮固體(suspended solids,簡稱SS)沉澱，並使該反應槽20的水逐漸地澄清；
e.　將該上反應區22的水排出(如第三圖)，此時，微生物仍然附著於該等載體20之表面，或是懸浮於該反應槽20剩餘之水中。
而於步驟e進行後，操作者可再依序重覆步驟b、c、d及e，而再次進行含氮廢水之淨化；以一日進行一次步驟b至步驟e之完整週期為例，步驟b加上步驟c約需23小時以上，而步驟d則約需20分鐘；請再參閱第五圖，圖中顯示本發明進流廢水以及放流水之相關污染物濃度以及處理效率，於每日進行一次步驟b至步驟e之完整週期、水力停留時間為6天之情況下，隨著微生物之逐漸馴養完成，操作者可逐步提高進流廢水之濃度，當進流廢水之總氮濃度為800~900mg-N/L時，本發明之總氮去除效率可高達80%。
此外，當反應槽20中之微生物已馴養成熟，或是廢水中之污染物濃度不高時，操作者其實也可以降低該廢水處理裝置10之水力停留時間，例如，每日進行四次完整週期，每週期約進行6小時，以便提高此一廢水處理裝置之處理量，如此一情況下，步驟b加上步驟c約需進行5.5小時，而步驟d則同樣進行20分鐘。
該通道區24之寬度W1是隨著接近該上反應區22而遞減，亦即，於接近該上反應區22處排列了較多之載體30，而在接近該下反應區26處則排列了稍少之載體30，此一排列方式一方面可容許較多之載體30設置於該反應槽20中，一方面也可使水流與載體30充分地接觸，有助於整體去除效率之提昇。
於本實施例之中，該反應槽20微生物主要是以硝化菌以及厭氧氨氧化菌為主，但是當槽內水中具有足夠之NO3 -以及有機碳源時，由於培養環境適當，因此廢水中自然存在之異營性脫硝菌(heterotrophic denitrifying bacteria)會逐漸繁殖，並與前述之硝化菌以及自營性脫硝菌一同附著生長於該等擔體30上，或是以懸浮之方式生長於反應槽20之水中，於該等異營性脫硝菌之作用下，水中NO3 -可藉由異營性脫硝反應消耗有機碳源並被轉換成氮氣；而除了自然繁殖之外，使用者也可主動將異營性脫硝菌移植至該反應槽20中。
請再參閱第六圖，本發明第二較較佳實施例所提供之廢水處理方法與裝置70，與前述實施例所提供者大致相同，其不同點僅於，其反應槽72通道區74之寬度為定值，此一結構也同樣能夠達到功效。
以上所述，僅為本發明之較佳實施例的詳細說明與圖示，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆包含於本發明的範疇中，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在本案之專利範圍。
10．．．廢水處理裝置
20．．．反應槽
22．．．上反應區
24．．．通道區
26．．．下反應區
30．．．載體
32．．．凹槽
40．．．攪拌件
50．．．曝氣盤
52．．．供氣管路
W1,W2,W3．．．寬度
70．．．廢水處理裝置
72．．．反應槽
74．．．載體
第一圖係本發明第一較佳實施例之示意圖(一)；
第二圖係本發明第一較佳實施例載體之正視圖；
第三圖係本發明第一較佳實施例之示意圖(二)；
第四圖係本發明第一較佳實施例之示意圖(三)；
第五圖係本發明第一較佳實施例之污染物濃度變化及處理效率圖；
第六圖係本發明第二較佳實施例之示意圖。
10．．．廢水處理裝置
20．．．反應槽
22．．．上反應區
24．．．通道區
26．．．下反應區
30．．．載體
40．．．攪拌件
50．．．曝氣盤
52．．．供氣管路
W1,W2,W3．．．寬度

Claims (9)

  1. 一種具有環狀排列微生物載體之廢水處理裝置，係包含：一反應槽，內部盛水；多數載體，是環狀排列地設置於該反應槽之內部；以及一攪伴件，是設置於該反應槽之內部底側；其中，該反應槽內部形成一上反應區、一通道區以及一下反應區，該上反應區是位於該等載體之頂側，該下反應區是位於該等載體之底側，該通道區是被該等載體所環繞，且連通該上反應區以及該下反應區，該通道區之寬度均小於該上反應區以及該下反應區之寬度；其中，多種微生物是附著於該等微生物載體之表面，以及懸浮於該反應槽之水中，該等微生物包含硝化菌以及厭氧氨氧化菌。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之具有環狀排列微生物載體之廢水處理裝置，其中，該反應槽通道區之寬度是隨著接近該上反應區而遞減。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之具有環狀排列微生物載體之廢水處理裝置，其中，該攪拌件是設置於該反應槽之下反應區。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之具有環狀排列微生物載體之廢水處理裝置，其中，該等載體是接觸該反應槽之內側壁面。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之具有環狀排列微生物載體之廢水處理裝置，其中，該等載體表面具有多數凹槽。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之具有環狀排列微生物載體之廢水處理裝置，是更包含有多數曝氣盤設置於該反應槽之底側。
  7. 一種具有環狀排列微生物載體之廢水處理方法，是包含以下步驟：a.　提供一反應槽、多數載體以及一攪拌件，該等載體是環狀排列地設置於該反應槽中，該反應槽之內部形成一上反應區、一通道區以及一下反應區，該上反應區是位於該等載體之頂側，該下反應區是位於該等載體之底側，該通道區是被該等載體所環繞，且連通該上反應區以及該下反應區，該通道區之寬度均小於該上反應區以及該下反應區之寬度，該攪伴件是設置於該反應槽之中，該反應槽之通道區以及下反應槽盛水，水中具有多種微生物，該多種微生物包含硝化菌、厭氧氨氧化菌以及自營性脫硝菌；b.　將一待處理之廢水導入該反應槽，淹沒該等載體，並使上反應區也裝有廢水；c.　利用該攪拌件攪動該反應槽之水，產生循環水流；d.　停止攪動水並靜置，使水中之懸浮固體沉澱；以及e.　將該上反應區之水排出。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之具有環狀排列微生物載體之廢水處理方法，其中，該反應槽通道區之寬度是隨著接近該上反應區而遞減。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之具有環狀排列微生物載體之廢水處理方法，其中，於步驟c進行時，同時將氧氣導入反應槽之水中。
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