TW201936497A - 好氧生物處理裝置及其運轉方法 - Google Patents
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Abstract
本發明的好氧生物處理裝置1包括：反應槽（槽體）2；透水板3，水平設置於上述反應槽2的下部；大徑粒子層4，形成於上述透水板3的上側；小徑粒子層5，形成於上述大徑粒子層4的上側；氧溶解膜模組6，配置於上述小徑粒子層5的上側；接收室7，形成於上述透水板3的下側；原水散佈管8，向上述接收室7內供給原水；以及以於接收室7內進行散氣的方式設置的散氣管9等。將流化床F的活性碳的平均粒徑設為0.2～1.2 mm，將LV設為30 m/hr以下。
Description
本發明是有關於一種有機性排水的好氧生物處理裝置及其運轉方法。
由於好氧生物處理方法廉價，故而多作為有機性廢水的處理法使用。本方法中，需要向被處理水中溶解氧，通常是利用散氣管進行曝氣。
利用散氣管進行曝氣時溶解效率低，為5～20%左右。此外，需要以散氣管的設置水深處受到的水壓以上的壓力進行曝氣，由於以高壓對大量空氣進行送風，故而鼓風機的電力費用高。通常，好氧生物處理中的電力費用的三分之二以上被用於氧溶解。
使用中空纖維膜的膜曝氣生物膜反應器（MABR）能夠不產生氣泡地進行氧溶解。於MABR中，以低於因水深受到的水壓的壓力將空氣通氣即可，故而鼓風機的必需壓力低，且氧的溶解效率高。
[專利文獻1]日本專利特開2006-87310號公報
本發明的目的在於提供一種流化床載體上的生物附著量多且能夠長期間維持高的生物處理效率的好氧生物處理裝置及其運轉方法。
本發明的好氧生物處理裝置包括：反應槽；流化床載體，填充於上述反應槽內，且平均粒徑為0.2～1.2 mm；氧溶解膜模組，以通氣方向為上下方向的方式設置於上述反應槽內；含氧氣體供給部，向上述氧溶解膜模組供給含氧氣體；及通水部，使原水於上述反應槽上向流通水。
本發明的一實施方式中，流化床載體為活性碳。
本發明的一實施方式中，溶解膜為非多孔質的中空纖維膜。
本發明的好氧生物處理裝置的運轉方法中，使原水以線性速度（Linear Velocity, LV）7～30 m/hr上向流通水。
[發明效果]
[發明效果]
本發明中，由於減小流化床載體的平均粒徑使其為1.2 mm以下，故而流化床載體的比表面積大。因此，生物膜面積大，能夠增加處理可能負荷量。此外，由於將流化床載體的平均粒徑設為0.2 mm以上，故而流化床載體對氧溶解膜的洗淨效果高，能防止氧溶解膜表面上的生物的附著繁殖。
以下，參照圖式更詳細地說明本發明。
圖1是實施方式的好氧生物處理裝置1的縱截面圖。上述好氧生物處理裝置1包括：反應槽（槽體）2；透水板3，其為水平設置於上述反應槽2的下部的沖孔板等多孔板、或在平板上均等設置多個分散噴嘴的平板；大徑粒子層4，形成於上述透水板3的上側；小徑粒子層5，形成於上述大徑粒子層4的上側；流化床F，藉由粉粒狀活性碳等生物附著流化床載體而形成於小徑粒子層5的上側；氧溶解膜模組6，至少一部分配置於流化床F內；接收室7，形成於上述透水板3的下側；原水散佈管8，向上述接收室7內供給原水；以及洗淨填充層時供給反洗用氣體等的散氣管9等。於反應槽2的上部，設置有用於使處理水流出的溝槽（trough）10及流出口11。溝槽10沿著槽內壁形成環狀流路。作為流化床載體較佳為平均粒徑0.2～1.2 mm、特別是0.3～0.6 mm的活性碳。載體的粒徑是使用JIS篩網測定的值。
圖1中，藉由向反應槽填充流化床載體，利用載體流動產生的剪力抑制生物膜向氧溶解膜的表面的附著，使得大部分生物膜附著至流化床載體，此時氧溶解膜僅用於氧供給的目的。由於載體的平均粒徑為0.2 mm以上，故而藉由流動的載體對氧溶解膜表面賦予的剪力變大，從而防止生物的附著繁殖。此外，藉由將載體的平均粒徑設為1.2 mm以下，載體的比表面積變大，附著的生物膜量變多，從而進行充分的生物處理。
圖1中，構成為使用非多孔質（無孔）的氧溶解膜作為氧溶解膜，自槽外通過配管將含氧氣體向氧溶解膜的一次側通氣，排氣則是通過配管向槽外排出。因此，使含氧氣體以低壓向氧溶解膜通氣，使氧作為氧分子通過氧溶解膜的構成原子之間（溶解於膜），並作為氧分子與被處理水接觸。使氧直接溶解於水，故而不產生氣泡。上述方法使用利用濃度梯度實現分子擴散的機制，無需如習知般需要利用散氣管等進行散氣。
此外，若使用疏水性素材作為氧溶解膜的素材則膜中難以浸水，故而較佳。但即便是疏水性的膜亦無法避免微量水蒸氣的浸入。
圖2（a）、圖2（b）表示氧溶解膜模組6的一個例子。上述氧溶解膜模組6使用非多孔質的中空纖維膜22作為氧溶解膜。本實施方式中，中空纖維膜22於上下方向排列，各中空纖維膜22的上端與上部集管20相連，下端與下部集管21相連。中空纖維膜22的內部分別與上部集管20及下部集管21內連通。各上部集管20、下部集管21為中空管狀。另，於使用平膜或螺旋式膜的情形時，理想的是亦以通氣方向為上下方向的方式排列。
如圖2（b）所示，將包括一對上部集管20、下部集管21及中空纖維膜22的單元平行地排列多個。如圖2（a）所示，較佳為各上部集管20的上部透過配管連結於上部歧管23，各下部集管21的的下部透過配管連結於下部歧管24。向氧溶解膜模組6的上部供給含氧氣體，自氧溶解膜模組6的下部排出。空氣等含氧氣體自上部集管20通過中空纖維膜22流向下部集管21，在此期間氧透過中空纖維膜22而溶解於反應槽2內的水。
各上部集管20、下部集管21及各上部歧管23、下部歧管24亦可設為具有流水梯度。氧溶解膜模組6亦可上下配置多段。
為了向該氧溶解膜模組6供給空氣，設置有鼓風機26及空氣供給用供氣配管27，藉此構成含氧氣體供給部。該供氣配管27連接於上部歧管23。於下部歧管24連接有排氣用中繼配管28。中繼配管28連接有排出配管29。排出配管29以具有傾斜朝下（包括鉛垂朝下）的方式設置，且延伸設置至反應槽2外。圖1中排出配管29被引出至反應槽2的側方，但亦可以自反應槽2的底部向下方引出。
如圖1所示，未溶解於氧溶解膜的含氧氣體的剩餘部通過排出配管29向槽外排氣。配管29的末端配置為位於較氧溶解膜模組6的下端（模組6為多個時為各模組下端中最下位的下端）低的位置。因此，於排氣包含凝結水的情形時，凝結水流出至排出配管29的下方的儲槽（tank）32。儲槽32內的水亦可藉由泵33及配管34而向反應槽2送水。
於上述構成中，排出配管29構成為一起進行排氣的槽外排出以及凝結水的槽外排出，但並不限定於此。於槽內或槽外，排出配管29上亦可連接將排氣向槽外排出的排氣配管30。於該情形時，凝結水通過排出配管29被排出。排氣配管30的末端亦可配置於較氧溶解膜模組的下端高的位置。為了使凝結水無法積存，較佳為排氣配管30不具有傾斜朝下而僅具有傾斜朝上或鉛垂朝上。亦可構成為，於排出配管29的較與排氣配管30的分支點更下游側設置閥（省略圖示），藉由打開閥而凝結水流出至儲槽32。
閥可為自動閥、亦可為手動閥。用於排出凝結水的閥的開放可為連續式亦可為間歇式。於間歇式的情形時，通常運轉中，藉由1天一次～30天一次（多的話1天一次數秒、少的話1月一次數十秒）、較佳為1天一次～15天一次將閥打開而進行排水。
流化床載體的填充量較佳為反應槽的容積的30～70%左右、特別是40～60%左右。該填充量越多則生物量越多而活性越高，但若過多則有載體流出的擔憂。因此，較佳為以流化床展開20～50%左右的LV例如7～30 m/hr、特別是8～15 m/hr左右通水。若展開率低於20%則有堵塞、短路的擔憂。若展開率高於50%則有載體流出的擔憂，且泵動力成本變高。
通常的生物活性碳中，活性碳流化床的展開率為10～20%左右，但於該情形時，活性碳的流動狀態不均勻而上下左右地流動。其結果，同時設置的膜因活性碳而摩擦、削減而被消耗。為了防止上述情況，本發明中，因活性碳等的流化床載體需要充分地流動，展開率理想的是20%以上、例如20～50%左右。
另，若使平均粒徑0.6 mm的活性碳以LV15 m/hr流動，則成為展開率20～30%的流動狀態。若使平均粒徑0.3 mm的活性碳以LV8～10 m/hr流動，則展開率為20～30%。
本發明中，作為流化床載體，於同樣的條件下亦能使用活性碳以外的凝膠狀物質、多孔質材、非多孔質材等。例如，亦能使用聚乙烯醇凝膠、聚丙烯醯胺凝膠、聚胺基甲酸酯發泡體、海藻酸鈣凝膠、沸石、塑膠等。但，若使用活性碳作為載體，藉由活性碳的吸附作用與生物分解作用的相互作用，而能進行廣範圍的污染物質的除去。另，活性碳並無特別限定，可為椰殼碳、煤、木炭等。形狀較佳為球狀碳，但亦可為通常的粒狀碳或破碎碳。
活性碳等載體的平均粒徑較佳為0.2～1.2 mm、特別是0.3～0.6 mm左右。若平均粒徑大則可設為高LV，於使處理水的一部分在反應槽循環的情形時，因循環量增加而可實現高負荷。然而，由於比表面積變小，故而生物量變少。若平均粒徑小則能以低LV流動，故而泵動力廉價。且由於比表面積大，故而附著生物量增加。
最佳粒徑根據廢水的濃度而決定，若為總有機碳量（TOC）：50 mg/L則最佳粒徑較佳為0.2～0.4 mm左右。
以此方式構成的好氧生物處理裝置1中，原水通過原水散佈管8被導入接收室7，使透水板3及大徑粒子層4、小徑粒子層5上向流通水而過濾懸浮固體（Suspended Solids, SS），繼而於附著生物膜的粉粒狀活性碳的流化床F，以一過式（one-through type）上向流通水而進行生物反應，並自上部澄清區域通過溝槽10及流出口11而作為處理水取出。
自供氣配管27供給的空氣等含氧氣體於氧溶解膜模組6下向流通氣後，自氧溶解模組6的下端位置通過下部集管21、下部歧管24流出，排出空氣自排出配管29（或設置排氣配管30時自排氣配管30）向大氣中排出。凝結水通過排出配管29向儲槽32流出。但，空氣等含氧氣體亦可於氧溶解膜模組6中以上向流通氣。
另，於使用中空纖維膜作為氧溶解膜時，由於通氣部的截面積小故而容易阻礙通氣而影響大，因此可將上述凝結水的除去機構更適當地用於氧溶解膜為中空纖維膜的好氧生物處理裝置。
本發明中，藉由於活性碳等的生物載體流化床設置非多孔性的氧溶解膜，供給氧量變多，故而作為對象的原水的有機性排水濃度並無上限。
此外，由於使平均粒徑0.2～1.2 mm的生物載體在藉由LV7～30 m/hr的上向流流動而形成的流化床中運轉，故而不會被劇烈攪亂。因此，能夠穩定地維持大量的生物，故而能提高負荷。
此外，本發明由於使用氧溶解膜，故而與預曝氣、直接曝氣相比，氧的溶解動力小。本發明中，將流化床載體的平均粒徑設為0.2～1.2 mm，故而氧溶解膜的表面被載體刮擦而防止生物的附著繁殖，從而有效率地自氧溶解膜向被處理水中溶解氧。藉此，實現自氧溶解膜的氧供給量、與附著於流化床載體的生物膜的有機物分解速度的平衡，進行穩定的生物處理。
依據上述說明，根據本發明能夠高負荷且穩定地處理低濃度至高濃度的有機性排水。
＜含氧氣體＞
含氧氣體為空氣、富氧空氣、純氧等含氧的氣體即可。理想的是通氣的氣體通過過濾器而預先除去微細粒子。
含氧氣體為空氣、富氧空氣、純氧等含氧的氣體即可。理想的是通氣的氣體通過過濾器而預先除去微細粒子。
通氣量理想的是生物反應所需氧量的當量至兩倍左右。若通氣量少則因氧不足而處理水中殘留生化需氧量（BOD）或氨，若通氣量多則除了通氣量不必要地變多以外壓力損失亦變高，故而有損經濟性。
通氣壓力理想的是較規定通氣量所產生的中空纖維的壓力損失略高的程度。
＜鼓風機＞
鼓風機的噴出風壓為水深產生的水壓以下即足夠。但，必須為配管等的壓損以上。通常，配管阻力為1 kPa～2 kPa左右。
鼓風機的噴出風壓為水深產生的水壓以下即足夠。但，必須為配管等的壓損以上。通常，配管阻力為1 kPa～2 kPa左右。
於水深為5 m的情形時，通常使用輸出最大0.55 MPa左右的通用鼓風機，5 m以上的水深時使用高壓鼓風機。
本發明中，即便水深為5 m以上亦能使用壓力為0.5 MPa以下的通用鼓風機，較佳使用壓力為0.1 MPa以下的低壓鼓風機。
含氧氣體的供給壓的條件為高於中空纖維膜的壓力損失、以及膜不會被水壓壓壞。與水壓相比平膜、螺旋式膜的膜壓損可忽略，故而為極低的壓力（5 kPa左右以上）且水深壓力以下，理想的是20 kPa以下。
於中空纖維膜的情形時，壓力損失根據內徑及長度而變化。通氣的空氣量是每平方米膜為50～200 mL/天，故而若膜長度變成兩倍則空氣量變成兩倍，但即使膜徑變成兩倍，空氣量亦僅為兩倍。因此，膜的壓力損失與膜長度成正比，與直徑成反比。
壓力損失的值於內徑50 μm、長度2 m的中空纖維中為3 kPa～20 kPa左右。
＜原水的前處理及生物處理水的後處理＞
本發明中，作為原水例示了半導體、液晶製造步驟排水、食品工廠排水、汽車製造排水、機械化工排水、化學石油工廠排水等，但並不限定於此。於原水中的SS濃度高的情形時，較佳為進行前處理將SS除去後，再供給至生物處理裝置。
本發明中，作為原水例示了半導體、液晶製造步驟排水、食品工廠排水、汽車製造排水、機械化工排水、化學石油工廠排水等，但並不限定於此。於原水中的SS濃度高的情形時，較佳為進行前處理將SS除去後，再供給至生物處理裝置。
本發明中，亦可進而處理來自生物處理裝置的生物處理水。作為此種處理，例示用於將處理水中的SS或生物污泥除去的凝聚沉澱處理等。
使用特定的實施方式對本發明進行了詳細說明，但所屬技術領域中具有通常知識者應明瞭可不脫離本發明的意圖及範圍而進行各種變更。
本案基於2018年2月20日提交申請的日本專利申請2018-028199，且上述申請的全文藉由引用而併入本文。
本案基於2018年2月20日提交申請的日本專利申請2018-028199，且上述申請的全文藉由引用而併入本文。
1‧‧‧好氧生物處理裝置
2‧‧‧反應槽
3‧‧‧透水板
4‧‧‧大徑粒子層
5‧‧‧小徑粒子層
6‧‧‧氧溶解膜模組
7‧‧‧接收室
8‧‧‧原水散佈管
9‧‧‧散氣管
10‧‧‧溝槽
11‧‧‧流出口
20‧‧‧上部集管
21‧‧‧下部集管
22‧‧‧中空纖維膜
23‧‧‧上部歧管
24‧‧‧下部歧管
26‧‧‧鼓風機
27‧‧‧供氣配管
28‧‧‧中繼配管
29‧‧‧排出配管
30‧‧‧排氣配管
32‧‧‧儲槽
33‧‧‧泵
34‧‧‧配管
F‧‧‧流化床
圖1是實施方式的生物處理裝置的縱截面圖。
圖2（a）是氧溶解膜單元的側視圖，圖2（b）是氧溶解膜單元的立體圖。
Claims (4)
- 一種好氧生物處理裝置，包括： 反應槽； 流化床載體，填充於上述反應槽內，平均粒徑為0.2～0.6 mm； 氧溶解膜模組，以通氣方向為上下方向的方式設置於上述反應槽內； 含氧氣體供給部，向上述氧溶解膜模組供給含氧氣體；以及 通水部，使原水於上述反應槽上向流通水。
- 如申請專利範圍第1項所述的好氧生物處理裝置，其中上述流化床載體為活性碳。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述的好氧生物處理裝置，其中上述氧溶解膜為中空纖維膜。
- 一種好氧生物處理裝置的運轉方法，是如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的好氧生物處理裝置的運轉方法，使原水以線性速度7～30 m/hr上向流通水。
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