TW202039378A - 接觸曝氣與生物膜反應器合併系統及其使用方法 - Google Patents

接觸曝氣與生物膜反應器合併系統及其使用方法 Download PDF

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Abstract

一種接觸曝氣與生物膜反應器合併系統，其包含一生物接觸過濾裝置以及一生物膜過濾裝置，該生物接觸過濾裝置具有一第一過濾槽及一生物接觸濾材，該第一過濾槽具有一第一進水口、一第一進氣孔、一第一出水口及一第一處理空間，且該生物接觸濾材設置於該第一處理空間中；該生物膜過濾裝置具有一第二過濾槽及一生物薄膜濾材，該第二過濾槽具有一第二進水口、一第二進氣孔、一第二出水口及一第二處理空間，且該生物薄膜濾材設置於該第二處理空間中；該生物接觸過濾裝置的第一出水口與該生物膜過濾裝置的第二進水口連通；該第一進氣孔以及該第二進氣孔與一鼓風機相連接；其中，該生物接觸濾材的孔洞大小係介於1公分至2公分之間，且該生物薄膜濾材的孔洞大小係介於0.1微米至0.2微米之間。

Description

接觸曝氣與生物膜反應器合併系統及其使用方法
本發明係關於一種淨化系統，尤指一種接觸曝氣與生物膜反應器合併系統及其使用方法。
按照不同的污染源，人類活動產生的污水可區分為生活污水、工業污水、農業污水等，上述污水中因含有碳水化合物、蛋白質、油脂、木質素等有機物質，而被稱為有機污水。
有機污水中含有的這些物質多以懸浮或溶解的狀態存在於污水中，而水中的菌類、微生物等生物能透過生物化學作用將該等有機物質分解，由於在其分解的過程中需要消耗氧氣，因此也被稱為耗氧污染物。這種污染物會造成水中的溶解氧氣逐漸減少，影響魚類與其他水生生物的生長。等到水中所溶解的氧氣完全耗盡後，有機物會轉而以無氧(厭氧)的方式繼續被分解，進而產生硫化氫、氨和硫醇等物質，不僅產生難聞氣味，亦改變水中的組成成份，使整體水質惡化。
傳統上，有機污水係以活性污泥法進行淨化處理，具體而言，向污水中連續通入空氣，經過一段時間後，致使水中的微生物、細菌等生物逐漸繁殖，最後產生由細菌、原生動物、微生物以及膠羽(含有黏著性有機物)所組成的活性污泥，其具有吸附以及將有機物分解的能力。然而，傳統的活性污泥程序容易受到污泥沉降性的影響以及具有污泥容易流失的缺點，除此之外，隨著廢水中組成成份的多樣化，對於放流水是否影響環境以及人體健康逐漸受到重視，面對這樣的問題，活性污泥處理程序已出現瓶頸且亟需升級。
基於上述理由，將薄膜與活性污泥處理程序結合而成的薄膜生物反應裝置(membrane bioreactor, MBR)隨後被發展出來，藉由將薄膜置於活性污泥系統中作為分離污泥和水的介質，因為薄膜的孔洞細微，不但污泥無法通過，微生物、細菌等生物也被阻攔，更重要的是，在污水中固體雜質與液體的分離不再需要仰賴活性污泥的沉降性，整體操作更可靠，且透過薄膜額外的過濾，流放水的品質更加良好，讓回收以及再利用的價值提高。
然而，薄膜生物反應裝置的薄膜容易堵塞、積垢成為其應用受阻的主要問題。由於薄膜孔洞細微，在淨化污水的過程中，固體雜質、活性污泥不可避免地會被薄膜阻攔，造成堵塞，而需再以反沖洗的程序清洗薄膜，才能繼續進行淨化處理，故MBR系統僅適用於污水水質條件為：化學需氧量(Chemical Oxygen Demand, COD)在500 mg/L以下、生物需氧量(Biochemical Oxygen Demand, BOD)在250 mg/L以下、懸浮固體(Suspend Solids, SS)在250 mg/L以下。隨著長時間使用後，薄膜堵塞、積垢的情形會更加嚴重，不僅會影響淨化污水的能力，也加速薄膜濾材的消耗，導致需要頻繁的更換薄膜濾材，除了成本高昂外，也要花費相當的時間，大大限制了MBR的適用性與應用性。
有鑑於上述現有技術存在的問題，本發明之目的在於提供一種接觸曝氣與生物膜反應器合併系統，其不僅能提升淨化能力，且同時延長生物薄膜濾材的使用壽命以及降低淨化過程中生物薄膜濾材的更換頻率。
為達成前述目的，本發明提供一種接觸曝氣與生物膜反應器合併系統，其包含一生物接觸過濾裝置以及一生物膜過濾裝置，該生物接觸過濾裝置具有一第一過濾槽及一生物接觸濾材，該第一過濾槽具有一第一進水口、一第一進氣孔、一第一出水口及一第一處理空間，且該生物接觸濾材設置於該第一處理空間中；該生物膜過濾裝置具有一第二過濾槽及一生物薄膜濾材，該第二過濾槽具有一第二進水口、一第二進氣孔、一第二出水口及一第二處理空間，且該生物薄膜濾材設置於該第二處理空間中；該生物接觸過濾裝置的第一出水口與該生物膜過濾裝置的第二進水口連通；該第一進氣孔以及該第二進氣孔與一鼓風機相連接；其中，該生物接觸濾材的孔洞大小係介於1公分至2公分之間，且該生物薄膜濾材的孔洞大小係介於0.1微米至0.2微米之間。
較佳的，該生物薄膜濾材的表面較該生物接觸濾材的表面粗糙。
較佳的，該生物接觸濾材的材質係聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride, PVC)。
較佳的，該生物薄膜濾材的材質係聚乙烯(Polyethylene, PE)。
較佳的，該接觸曝氣與生物膜反應器合併系統還包含一調節池，該調節池與該生物接觸過濾裝置的第一進水口連通。
較佳的，該接觸曝氣與生物膜反應器合併系統還包含一放流池，該放流池與該生物膜過濾裝置的第二出水口連通。
一種有機污水淨化方法，其包含以下步驟：步驟(a)：提供本發明之接觸曝氣與生物膜反應器合併系統；步驟(b)：將有機污水導入該接觸曝氣與生物膜反應器合併系統的生物接觸過濾裝置，得到一處理水；以及步驟(c)：將該處理水導入接觸曝氣與生物膜反應器合併系統的生物膜過濾裝置，得到一淨化水。
較佳的，該生物接觸過濾裝置中的有機污水的懸浮固體濃度為6000至8000 mg/L。
較佳的，該生物膜過濾裝置中的處理水的懸浮固體的含量為8000至10000 mg/L。
較佳的，該生物接觸過濾裝置中的有機污水的曝氣容積指數為60 mL/g至70 mL/g，導入該第二過濾裝置的處理水的曝氣容積指數為50 mL/g至60 mL/g。
在說明說書中，由「小數值至大數值」表示的範圍，如果沒有特別指明，則表示其範圍為大於或等於該小數值至小於或等於該大數值。例如：1公分至2公分，即表示其範圍為「大於或等於1公分至小於或等於2公分」。
綜上所述，本發明之接觸曝氣與生物膜反應器合併系統藉由有機污水流經生物薄膜濾材之前，先通過一生物接觸過濾裝置，以利於將有機污水中較大體積的雜質以及較高濃度的有機物在該過濾裝置先行排除，降低生物薄膜濾材堵塞、耗損的風險，進而提升使用壽命，並減少頻繁更換濾材的時間以及成本，進而提升本發明之接觸曝氣與生物膜反應器合併系統的使用效益及可適用的範圍。
以下具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝者可經由本說明書之內容輕易地了解本發明所能達成之優點與功效，並且於不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更，以施行或應用本發明之內容。
請參閱圖1所示，於本發明第一實施例中，接觸曝氣與生物膜反應器合併系統1包括生物接觸過濾裝置10、生物膜過濾裝置20以及鼓風機30。
所述生物接觸過濾裝置10為接觸曝氣裝置，生物接觸過濾裝置10具有一第一過濾槽11及一生物接觸濾材12，第一過濾槽11具有第一進水口111、第一出水口112、第一處理空間113及第一進氣孔114，所述第一進水口111、第一出水口112、第一進氣孔114皆和第一處理空間113連通，且生物接觸濾材12設置於第一過濾槽11的第一處理空間113中。生物接觸過濾裝置10的生物接觸濾材12上的孔洞121為1公分至2公分，其材質為PVC。
所述生物膜過濾裝置20為薄膜生物反應裝置，所述生物膜過濾裝置20與生物接觸過濾裝置10相連接，生物膜過濾裝置20具有一第二過濾槽21及一生物薄膜濾材22，第二過濾槽21具有第二進水口211、第二出水口212、第二處理空間213及第二進氣孔214，所述第二進水口211、第二出水口212、第二進氣孔214皆和第二處理空間213連通，且生物薄膜濾材22設置於第二過濾槽21的第二處理空間213中。生物膜過濾裝置20的生物薄膜濾材22的孔洞221為0.1微米至0.2微米，其材質為PE，且所述生物薄膜濾材22的表面較生物接觸濾材12的表面更為粗糙，以供微生物更易於附著於生物薄膜濾材22的表面生長。
該鼓風機30連接前述第一進氣孔114及第二進氣孔214，藉此將氣體透過第一進氣孔114以及第二進氣孔214分別通入第一處理空間113及第二處理空間213中，以提供連續曝氣的功能。
請參閱圖2所示，於本發明第二實施例中，接觸曝氣與生物膜反應器合併系統1除了包括如第一實施例中所述的生物接觸過濾裝置10、生物膜過濾裝置20以及鼓風機30之外，更包括調節池40、放流池50以及泵浦60。
所述調節池40與生物接觸過濾裝置10的第一進水口111連通；即，調節池40設置於生物接觸過濾裝置10之前，藉此透過泵浦60令有機污水A送入生物接觸過濾裝置10之前，預先於調節池40對待處理的污水進行所需之前處理。
所述放流池50與生物膜過濾裝置20的第二出水口213連通；即，放流池50設置於生物膜過濾裝置20之後，藉此透過泵浦60將通過生物接觸過濾裝置10及生物膜過濾裝置20處理的淨化水A´收集於放流池50中。
以下，將配合參閱圖2之接觸曝氣與生物膜反應器合併系統，說明本發明有機污水淨化方法的實施方式。
首先，將有機污水A導入第二實施例的接觸曝氣與生物膜反應器合併系統1的調節池40中，以使有機污水A的水質以及水量調整均勻。
接著，將有機污水A從調節池40藉由泵浦60排出，並透過第一進水口11導入生物接觸過濾裝置10中，藉此利用生物接觸濾材12阻攔有機污水A中較大雜質，並使有機污水A在第一處理空間113中進行接觸曝氣，使有機污水A的活性污泥初步分解其有機物後，將其經降解處理的處理水透過第一出水口112排出。
經生物接觸過濾裝置10處理的處理水再透過第二進水口211導入生物膜過濾裝置20中，藉此利用生物薄膜濾材22阻攔處理水中的微細固體雜質，並使處理水中的微生物可易於附著於生物薄膜濾材22上，同時，處理水中的活性污泥亦持續分解其有機物，最後將淨化水A´藉由泵浦60透過第二出水口212排放至放流池50中。
在上述進行有機污水淨化的過程中，生物接觸過濾裝置中的有機污水的懸浮固體濃度(MLSS)為6000至8000 mg/L；生物膜過濾裝置中的處理水的懸浮固體濃度為8000至10000 mg/L；曝氣容積指數(SVI)：50 mL/g至70 mL/g；食微比(F/M ratio)：0.2至0.4 公斤 生物需氧量/公斤 活性污泥每日；污泥齡(STR)：10天。
污水淨化效果評估
評估時，分別量測導入生物接觸過濾裝置的有機污水和由生物膜過濾裝置導出的淨化水中的COD、BOD以及SS含量，結果如下表1中所示。 表1：本發明之有機污水淨化系統的淨化效果評估
  COD (mg/L) BOD (mg/L) SS (mg/L)
有機污水 1200~1500 600~750 300~500
淨化水 20~50 10~20 10~20
去除率 (%) 96.67~98.33 97.33~98.33 96~96.67
由上表結果可知，有機污水透過本發明之接觸曝氣與生物膜反應器合併系統進行淨化處理後，不論是COD、BOD或是SS的含量皆大幅度的降低，三者指標物質具有96%以上的去除率，顯示在淨化水中的有機物、微生物以及懸浮固體已經非常少量，由此可證實，本發明之有機污水淨化系統確實具有相當優異的淨化能力，據此，本發明之接觸曝氣與生物膜反應器合併系統適用的污水水質條件提升為：COD在1500 mg/L以下、BOD在750 mg/L以下、SS在500 mg/L以下。此外，相較於以往的薄膜生物反應裝置，本發明之有機污水淨化系統的使用壽命可延長一倍以上。
綜合上述，本發明之接觸曝氣與生物膜反應器合併系統結合生物接觸過濾裝置以及生物膜過濾裝置，使得有機污水在生物接觸過濾裝置中先進行初步過濾以及生物降解後再進入到生物膜過濾裝置中進行二次過濾以及生物降解，進而降低生物薄膜濾材堵塞、耗損的風險，故能提升其使用壽命，並減少頻繁更換濾材的時間以及成本，同時也具有優異的淨化能力，進而能提升本發明之有機污水淨化系統可應用的範圍與價值。
1:接觸曝氣與生物膜反應器合併系統 10:生物接觸過濾裝置11:第一過濾槽 12:生物接觸濾材111:第一進水口 112:第一出水口113:第一處理空間 114:第一進氣孔121:孔洞 20:生物膜過濾裝置21:第二過濾槽 22:生物薄膜濾材211:第二進水口 212:第二出水口213:第二處理空間 214:第二進氣孔221:孔洞 30:鼓風機40:調節池 50:放流池60:泵浦 A:有機污水A´:淨化水
圖1係第一實施例的接觸曝氣與生物膜反應器合併系統的示意圖。 圖2係第二實施例的接觸曝氣與生物膜反應器合併系統的示意圖。
無
1:接觸曝氣與生物膜反應器合併系統
10:生物接觸過濾裝置
11:第一過濾槽
12:生物接觸濾材
111:第一進水口
112:第一出水口
113:第一處理空間
114:第一進氣孔
121:孔洞
20:生物膜過濾裝置
21:第二過濾槽
22:生物薄膜濾材
211:第二進水口
212:第二出水口
213:第二處理空間
214:第二進氣孔
221:孔洞
30:鼓風機
A:有機污水
A′:淨化水

Claims (10)

  1. 一種接觸曝氣與生物膜反應器合併系統，其包含一生物接觸過濾裝置以及一生物膜過濾裝置，該生物接觸過濾裝置具有一第一過濾槽及一生物接觸濾材，該第一過濾槽具有一第一進水口、一第一進氣孔、一第一出水口及一第一處理空間，且該生物接觸濾材設置於該第一處理空間中；該生物膜過濾裝置具有一第二過濾槽及一生物薄膜濾材，該第二過濾槽具有一第二進水口、一第二進氣孔、一第二出水口及一第二處理空間，且該生物薄膜濾材設置於該第二處理空間中；該生物接觸過濾裝置的第一出水口與該生物膜過濾裝置的第二進水口連通；該第一進氣孔以及該第二進氣孔與一鼓風機相連接；其中，該生物接觸濾材的孔洞大小係介於1公分至2公分之間，且該生物薄膜濾材的孔洞大小係介於0.1微米至0.2微米之間。
  2. 如請求項1所述之接觸曝氣與生物膜反應器合併系統，其中，該生物薄膜濾材的表面較該生物接觸濾材的表面粗糙。
  3. 如請求項1所述之接觸曝氣與生物膜反應器合併系統，其中，該生物接觸濾材的材質係聚氯乙烯。
  4. 如請求項1所述之接觸曝氣與生物膜反應器合併系統，其中，該生物薄膜濾材的材質係聚乙烯。
  5. 如請求項1至4中任一項所述之接觸曝氣與生物膜反應器合併系統，其中，接觸曝氣與生物膜反應器合併系統還包含一調節池，該調節池與該生物接觸過濾裝置的第一進水口連通。
  6. 如請求項1至4中任一項所述之接觸曝氣與生物膜反應器合併系統，其中，接觸曝氣與生物膜反應器合併系統還包含一放流池，該放流池與該生物膜過濾裝置的第二出水口連通。
  7. 一種有機污水淨化方法，其包含以下步驟： 步驟(a)：提供如請求項1至6中任一項所述之接觸曝氣與生物膜反應器合併系統； 步驟(b)：將有機污水導入該接觸曝氣與生物膜反應器合併系統的生物接觸過濾裝置，得到一處理水；以及 步驟(c)：將該處理水導入該接觸曝氣與生物膜反應器合併系統的生物膜過濾裝置，得到一淨化水。
  8. 如請求項7所述之有機污水淨化方法，其中，該生物接觸過濾裝置中的有機污水的懸浮固體濃度為6000至8000 mg/L。
  9. 如請求項7所述之有機污水淨化方法，其中，該生物膜過濾裝置中的處理水的懸浮固體的濃度為8000至10000 mg/L。
  10. 如請求項7所述之有機污水淨化方法，其中，該生物接觸過濾裝置中的有機污水的曝氣容積指數為60 mL/g至70 mL/g，該生物膜過濾裝置中的處理水的曝氣容積指數為50 mL/g至60 mL/g。
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