TW550241B - Method for controlling amount of hydrogen donor in denitrification reactor and apparatus therefor - Google Patents

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 550241 Α7 Β7 五、發明說明（1) 本發明係關於一種對脫氮反應槽之氫供給體添加量之 控制方法。脫氮反應槽係指利用廢水（污水）中之有機碳源 及由外部供給之氫供給體（即有機碳源）而使污水中之硝酸 性氮或亞硝酸性氮進行氮反應，將其遷原成為氮氣所用之 反應槽。此種脫氮反應槽在生物化學脫氮工程中，通常與 硝化反應槽及/或曝氣槽連用。 Μ往，在如上逑之生物化學脫氮工程中，通常從硝化 反應槽或曝氣槽流入（循環流入）脫氮反應槽之含有硝酸性 氮之廢水係有必要將甲醇等氫供給體（有機碳源）添加（供 給）於脫氮反應槽，借肋股室菌（微生物）將其遷原至氮氣。 此時，在脫氮反應槽中發生之主要反應為： 6Ν〇3** 十 5CH30H"> 3Ν2 个 + 5C〇2 个 + 7Η20 + 60Η- 副反應為： 6N〇2_ + 3CH3〇H-> 3Ν2 个 + 3C02 个 + 3Η20 + 60Η- 根據上示反應式，甲醇之添加量以理論上之化學當量 而言對硝酸性氮化合物1質量份添加甲醇約1.9倍。 但，因廢水中之有機碳源（氫供給體）濃度之變動，即 原水之C/N(碳/氮）比會變動，故通常需要將相當過量（過 剰量）之甲醇定量供給。 但，甲醇之過剩供給不但是資源之浪費，同時勢需加 大後續工程之再曝氣槽的容量。 為此一般採用例如於脫氮反應槽測定氧化遷原電位（ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) - I I I I I I I- ^ · I Γ I I ---I . 550241 A7 B7 五、發明說明（2 ) ORP)之ORP電極方式直接測定硝酸離子之離子電極方式 測定甲醇量之過量或不足，K實行甲醇供給量之控制。 前者之已知文獻有日本特開平6-238293，7-328698, 8 - 2 4 88 3 及 8 - 2 9 9 98 7 號等公報。 然而，由於皆為電極方式，故不但需要防止電極污染 之對策K及維護管理，同時為了實行適切之控制，在前者 之場合需要有對應於廢水種類之資料，或在後者之場合不 僅需要測定硝酸離子，且需要測定亞硝酸離子。 本發明有鑑於上逑習知之問題，提供一種不使用電極 且可容易的控制甲醇等氫供給體之供給量（添加量）之控制 方法。 本發明之脫氮反應槽之氫供給體量控制方法可藉由下 逑構成解決上逑習知技術之問題。 即在備有脫氮反應槽之生物化學脫氮工程中，利用流 入之污水中之有機碳源及從外部供給之氫供給體（有機碳 源），將廢水中之硝酸性氮或亞硝酸性氮在脫氮反應槽中 .遷原成為氮氣之氫供給體添加量的控制方法，其特徵包括 :藉由氣液分離，從脫氮反應槽採取之試料水中分離採取 氣體成份後，檢測該氣體成份中所含之氫供給體量，進而 根據該檢測值控制添加於該脫氮反應槽之甲醇量。 由於本發明係根據試料水氣化之氣體成份中之甲醇等 氫供給體量之測定值非電極方式的控制，因此不需要防止 電極污染之對策，也不需要為了直接測定甲醇量等氫供給 體量而準備對應於供給至脫氮反應槽之廢水種類（尤其硝 本紙張尺度適用中1國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 --丨丨」訂丨l·------ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 550241 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（3) 酸性氮化合物之種類）之資料。 上述之氣液分離可依氣液分離膜方式實行，但通常用 曝氣方式。曝氣方式比氣液分離膜方式所需裝置簡單而便 宜。 依曝氣方式實行氣液分雛採取氣體成份時，最好是將 試料水加熱至3G〜5〇υ,較佳為35〜45υ,並保持20〜30 分鐘，如此甲醇等氫供給體量之檢測值可安定。 通常Κ甲醇作為氫供給體，因甲醇比起其他之乙醇、 醋酸等氫供給體便宜，且較易氣液分離（氣化）。 為了對上逑各構成之脫氮反應槽實行氫供給體量之控 制方法，使用備有Κ下構成之脫氮反應槽用氫供給體添加 控制裝置： 用Μ使污水中之氮化合物在好氣性（需氣的）條件下硝 化處理之硝化反應槽·，附設於備有脫氮反應槽之生物化學 脫氮工程之氫供給體添加控制裝置，將廢水中之硝酸性氮 或亞硝酸性氮在該脫氮反應槽中還原成為氮氣；其特徵包 .括： -用Κ從脫氮反應槽採取試料水之試料水採取裝置； -用Κ從該採取裝置採取之試料水分離氣體成份之氣 液分離裝置； -用Μ檢測從該氣液分離裝置分離之氣體成份中之氫 供給體量之氫供給體量檢測装置；及 -用Μ將來自氫供給體檢測裝置之檢測信號輸入至氫 供給體供給裝置之供給量操作部之比例控制裝置（回饋控 -6- 本紙張尺度適同中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 • ·1 1 1· n n n nw 訂丨^------- 550241 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（4 ) 制裝置）。 上述構成中，氣液分離裝置為曝氣方式。此曝氣方式 之氣液分離裝置備有可控制溫度之加熱器。 爰依實施例，配合附圖，說明本發明之最佳之實施態 樣於下： 適用本發明之生物化學脫氮法之流程（處理流程）如第 1 圖所示。 廢水（污水）係經由調整槽（12)流入第一脫氮反應槽 (14)。此第一脫氮反應槽（14)係與曝氣槽（16)連通，使在 曝氣槽（16)曝氣（氧化）而發生之硝酸性化合物（硝化液）循 環實行一次脫氮。此硝化液之循環乃在於利用作為氬供給 體之原水之B 0 D。 又，曝氣槽（16)附設有供污液沉澱之沉降槽（20)。沉 降槽（20)發生之污泥之一部份作為回送污泥循環至曝氣槽 (16)。同時最終沉降槽（30)發生之污泥之一部份則作為回 送污泥循環至硝化槽（24)。 另外，沉降槽（2 0 )之排水則流入硝化槽（2 4 )後，經由 第二脫氮反應槽（26)、再曝氣槽（28)及最终沉降槽（3 (T)放 流至下水道。 至於，從第一、第二脫氮反應槽（14、26)、硝化槽（ 24)及再曝氣槽（28)發生之氣體成份（A)則皆被導入脫臭 反應槽（32)中。 次根據第2圖所示方塊流程圖說明附設於上述第二脫 氮反應槽（2 6 )之本實施形態之氫供給添加控制装置（甲醇 本紙張尺·变適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 550241 A7 B7 五、發明說明（5 ) 添加劑控制裝置）之一實施例。上述甲醇添加控制裝置僅 附設於第二脫氮反應槽（26)。第一脫氣反應槽（14)，由於 如上逑，BOD過剩狀態，故不必添加甲醇等氫供給體。 本實施形態備有： (1) 從脫氫反應槽（26)採取試料水之採取泵（試料水 採取裝置）（34); (2) 從採取泵（34)採取之試料水分離氣體成份之氣化 槽（氣化器之氣液分離裝置）（36); (3) 檢測氣化槽（36)分離之氣體成份中之甲醇（氫供 給體）量之甲醇氣體檢測器（氫供給體量檢測裝置）（38); 及 (4) 將甲醇氣體檢測器（38)之檢測信號輸入甲醇泵（ 氫供給體供給裝置）（40)之供給量操作部之PID控制部（比 例控制裝置）（42)。 更具體的說，本實施形態之重要構成之氣化槽（36)備 有散氣管（散氣裝置之氣曝裝置）（44)及溫度感測器（46)。 在此，氣曝裝置使用空氣擴散式氣曝装置之一之散氣管（可 送入壓縮空氣之多孔管），但亦可使用散氣板或使水從空 中落下作為氣曝裝置。 氣化槽（36)之容量為例如50〜lOOOmL,較可取為100 〜500mL。氣化槽（36)之容量太小時，甲醇撿測量易發生 偏差，反之太大時由於須增加採取量，徒增麻煩。 另外，在連接氣化槽（36)與採取泵（34)之配管（48)上 配設加熱器（50)以供對採取水加熱。流入氣化槽（36)之採 本紙張尺度適闬中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 ----;訂-J— 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 550241 A7 ___ B7 五、發明說明（6 ) 取水則從該氣化槽（3 6 )經由回流配管（5 1 )循環送至脫氮反 應器（2 6 )。 採取泵（34)採用易於定量供給之管泵，其吐出量，Μ 上述大小之氣化槽（36)時，可為40〜lOQniL·/分，較可取為 10 0 oiL/分。吐出量太大時難獲得安定.之氣化率，反之太小 時無法獲得充分之氣化量。 又，加熱採取水所用之上逑加熱器（50)亦可配設於氣 化槽（36)內。加熱器（5G)之形態並無特別限制，通常電阻 加熱較易控制，故較可取。配設於氣化槽（36)內時，當然 要使用覆套型加熱器（sheathed heater)。 在氣化槽（36)中曝氣，或視需要加熱昇溫而氣體化之 氣體成份係通過裝置過濾器之氣體流量計（52)流入甲醇氣 體撿測器（38)。流入上逑甲醇氣體檢測器（38)之氣體隨後 流入散氣管（氣曝裝置）（44)，然後再度流入氣.體檢測器 (38)中，K利確保甲醇檢測量之安定性。 上述之甲醇氣體檢測器（38)為一種可測定氣體成份中 之甲醇量者，可使用内裝有吸引泵之燃燒方式之檢測量， 例如New Cosmos電氣公司製之可燃性氣體檢測警報器BHM -1型（其檢測部為吸引式PE-2CC型）。 爰依第2圖說明上述甲醇添加控制裝置（即氫供給體 添加控制裝置）之使用態樣於下： 首先，起動採取泵（34)，同時起動散氣管（44)之散氣 泵（空氣壓縮機）（54)。此時之曝氣量，若是氣化槽之容量 為如上所逑之大小且空氣擴散式時，餘宜為5GG〜20flGfflL/ -9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -i I L I I s «L- I I ri . I I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂：

550241 Α7 Β7 五、發明說明（7 ) 分，更可取為lOOOmL/分。曝氣量太小時，甲醇之氣化量 不足，反之若曝氣量太大，則氣體成份中之甲醇比率易變 動，兩者均難安定的測出甲醇量。 此時，當然需使脫氮反應槽（26)之攪拌器（55)、供給 廢水 '源水於脫氮反應槽（26)之廢水泵（56)K及供給甲醇（ 氫供給體）用之甲醇泵（4〇)均處於蓮轉狀態。 另外，需使加熱器（5G)接通（on)，使可藉來自氣化槽 (36)內之溫度感應器（46)之信號控制加熱器（50)之加熱輸 出0 在此狀態，從脫氮反應槽（26)經由採取泵（34)，對氣 化槽（36)連續的供給試料水，使所定量之試料水循環於氣 化槽（36)。氣化槽之容量為1〇()0^時，循環量設為l〇〇mL/ 分，同時藉控制加熱器（50)使氣化槽（36)之試料水溫保持 於20〜50¾，最好在35〜45¾範圍保持溫度（土·0·2υ)。試 料水溫過低時，甲醇之氣化量不夠，反之過高時氣體成份 中之甲醇比率易變動，兩者均無法安定的檢測甲醇量。另 外，由採取泵（34)採取試料水供給氣化槽（36)時，可採用 批次式，但採用循環式較能安定的檢測甲醇量。 使試料水循環2Q〜30分後，操作甲醇氣體檢測器（38) ，採取氣體成份後，檢測採取氣體成份中之甲醇（氫供給體 )量，將該檢測值（甲醇量）之信號輸入PID控制部（比例控 制部）（42),進而將出自該控制部之信號輸入甲醇泵（40) 之吐出量操作部。 上述氣體成份之採取，依本實施形態係循環採取，其 — 10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ill----訂--^---I I--線.· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 550241 A7 B7 五、發明說明（8 ) 採取量乃依氣體檢測器（38)而不一，例如使用上逑之「可 燃性氣體」檢測警報器BHM-1型時為lOGOmL/分。 依上述即可適切的控制送入脫氮反應槽（26)之甲醇量 。结果能確實防止甲醇之過量添加，不必為了因應過量添 加加大再曝氣槽（28)之能力（容量），结果可使再曝氣槽小 型化。 又，上述形態之甲醇量控制方法已確認具有充份之實 用性。爰就其說明於下： 於下示之第2圖中，使用之脫氮反應槽（26)為lGGOmL ;氣化槽（36)為lOGOmL;氣化槽曝氣量為lOOflmL/分；甲醇 檢測器（38〉為前逑之「可燃性氣體檢測警報器BHM-1型J 。將加熱器（50)投入氣化槽（36)中，而散氣泵（54)則用內 藏於甲醇氣體檢測器（38)者。另外，於氣化槽（36)設置離 子電極及0RP電極以供分別測定引入其中之廢水中之硝酸 性氮（N03-N)及化學需氧量（C0D)。 (1)氣化溫度與氣化甲醇量之關係 於氣化槽（36)(與脫氮反應槽（26)無連接）中引入1〇〇 d 之甲醇（溶液濃度8000iag/L),在20〜50t)之範圍以每 之各溫度將其保持並使其氣化循環（流量lOOOmL /分），同時 在0〜30分之範圍測定每5分之氣化甲醇量。结果由第3 圖所示得知，氣化甲醇量在氣化溫度30〜45mL時圼安定， 氣化溫度在15分K上，較可取是在20〜30分之範圍呈安定。 根據上述測定結果，將氣化溫度及氣化甲醇量（溫度 安定期之平均值）之關係示於第4圖。由圖可知氣化溫度 -1 1- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ---I----訂--J-------線 »· 550241 A7 B7 _ 五、發明說明（9 ) 與氣化甲醇之相關關係為R2 (相關係數）=〇· 993，是相當的 高0 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) (2)硝化*脫氮連續程序的效果確認 於前段設置硝化反應槽，24小時連鑕的引入硝酸銨溶 液，藉微生物（硝化菌）實行自動PH調蝥使氨態氮成PH7.8 而硝化（nitrification)後，在脫氮反應槽使用頭化之微 生物（脫氮菌）實行脫氮反應。 隨後用管泵取出脫氮反應槽内之液體，Μ加熱器藉PID 控制於一定溫度，再用氣化裝置氣化剩餘之甲醇，並Κ甲 醇氣體檢測器測定該氣體。從所得之檢測值，藉PID控制 實行甲醇泵之控制，Μ自動添加甲醇。檢測值之控制使用 下表1所示之控制設定值（0.1)。同時一天測定一次硝化 反應槽及脫氮反應槽内之NHd H03-N及C0D之濃度（mg /L卜 另作為實驗，改變硫酸銨溶液之濃度，調查硝化反應 槽中之由微生物反應生成（硝化）之硝酸離子及添加甲醇量 之變化及脫氮量。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 改變流入硝化反應槽之硫酸銨溶液之濃度（240 η g / L、3 7 0 N Η 4 - N in g / L、4 8 0 N Η 4 H is g / L )结果，在表 1 所示條件下獲得如表2及第5圔所示之硝化反應槽硝酸性 氮（H〇3-N)、脫氮反應槽硝酸性氮（N〇3-N)及C0D之各隨 時間（經時）引起之變化情形。 - 12 - 本紙張尺度適闬中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 550241 表1 實驗條件 硝化反應槽容積 2 L 脫氮反應槽容積 1 L 脫氮反應槽試料採取量 20mL/分 氣化溫度 3510 (藉PID控制） 曝氣量 1000 1L/分 控制設定值 0 . 1 初期污泥濃度（硝化反應 槽，脫氮反應槽） 6000 ig/L 硫酸銨溶液之濃度變化 240〜480 ag/L 試料溶液添加量 2 L/日 表2 硝化·脫氮連續試驗结果 原水 硝化反應槽 脫氮反應槽 脫氮量 ffig/日 甲醇 mg/日 投入量 L/曰 NH4-N ig/L NH4-N ffig/L NHs-N fflg/L ΝΗλ-Ν fflg/L NH3 - N fflg/L COD iag/L 7月2曰 2.16 130.0 22.0 115.0 24.0 ： 17.3 7月3曰 2.18 240.0 52.0 148.5 26.0 28.8 42.8 235 7月4曰 2.16 240.0 64.0 146.3 6.0 2.5 55.6 285 904 7月5曰 1.94 370.0 84.0 157· 5 16.0 2.0 11.2 291 731 7月6曰 1.94 370.0 140.0 185.0 31.0 15.8 18.2 316 880 7月9曰 2.02 370.0 0.0 338.8 30.0 0.0 14.0 512 7月10曰 2.02 370.0 5.0 278.8 8.0 11.2 8.6 611 2138 7月12曰 2.02 480.0 120.0 280.0 31.0 11·5 18.0 541 7月14曰 2.02 480.0 7.0 395.0 9.5 12.5 15.0 658 7月16曰 2.02 480.0 6.0 362· 5 6.0 31.0 5.0 604 7月17曰 2.02 480.0 36.0 385.0 0.0 22.0 54.0 700 3160 7月18曰 2.02 460.0 4.0 385.0 0.0 31.0 23.2 723 2390 7月19曰 2.02 460.0 4.0 340.0 0.0 11.0 9.0 688 2248 平均 2.04 379.23 41.85 270.57 14.42 15.12 22.88 514 1779 550241 A7 B7 五、發明說明（11 ) 由上述结果可知，硝酸性氣在脫氮反應槽被安定的處 理，且作為甲醇之剩餘濃度之指標之COD之測值亦得保持 於平均22 ·88η^Λ之低濃度。 圖式之簡單說明 第1圖為適用本發明之廢水處理設備之流程圖； 第2圖為本發明之一實施形態之甲醇量添加控制方法 之滚程圖； 第3圖為表示甲醇氣化溫度與氣化量安定時間之關係 的線圖； 第4圖為表示甲醇氣化溫度與氣化甲醇量之關係之線 圖； 第5圖為表示硝化·脫氮連缜試驗之硝化反應槽及脫 氮反應槽内之Ν02-Ν及脫氮反應槽內之COD的各濃度的經 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ---------訂 — lrl----·. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 時變化線圖。 符號說明 12… • •調 整 槽 14 · · • •第 —* 脫 氮 反 應 槽 16 .. .•曝 氣 槽 20 .. • •沉 降 槽 24 .. • •硝 化 槽 26 .. • •第 二 脫 氮 反 應 槽 28… • •再 曝 氣 槽 30… •，最 終 沉 降 槽 32 .. • •脫 臭 反 應槽 34 · · • •採 取 泵 36 .. • •氣 化 槽 38 . · •.氣 體 檢 測 器 40… • •甲 醇 泵 42 .. • · PID 控 制 部 44 .. • •散 氣 管 46 . · • •溫 度 感 測 器 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 550241 A7 B7 五、發明說明（I2) 48——配管 5 0... .加熱器 5 1——回流配管 5 2... .氣體流量計 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ----訂--- -------線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -15- 本紙張尺度適闱中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐）

Claims (1)

1. 550241

   A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1. 一種脫氮反應槽之氫供給體添加量的控制方法， 其係在備有脫氮反應槽之生物化學脫氮工程中，利用廢水 (污水）中之有機碳源及從外部供給之氫供給體（有機碳源） ，將廢水中之硝酸性氮或亞硝酸性氮，在脫氮反應槽還原 成為氮氣之氫供體添加量哎控制方法，其特徵包括： 藉由氣液分離，從脫_反應槽採取之試料水中分雛採 取氣體成份後，檢測該氣體成份中所含之氫供給體量，進 而根據該檢測值控制添加於該脫氮反應槽之氫供給體之量 2. 如申請專利範圍第1項之氫供給體添加量的控制 方法，其中試料水中分離氣體成份之氣液分離係藉由曝氣 方式實行者。 3. 如申請專利範圍第2項之氫供給體添加量的控制 方法，其中該藉氣流分離採取氣體成份係在前述試料水被 加熱30〜50¾之狀態下實行者。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 制熱 控加 的被- 量水 加料 添試 體該 給在 供係 氫份 之成 項取 3 採 第將。 圍離者 範分行 利液實 專氣下 請藉態 申該狀 如中之 其 P . 5 4 ， 4 法 ~ , 5 方 3 30 給 供 氫 之 項 〇 項醇 4 甲 或為 3 體 、 給 2 t、 、 供 h氫 第該 圍中 範其 利 ， 專法 請方 申制 如控 的 5量 加 添 本紙張义度適圬中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公t ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

   550241 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 β · —種脫氮反應槽用氫供給體添加控制裝置，其係 s備有脫氮反應槽之生物化學脫氮工程中，利用廢水（污） #中之有機碳源及從外部供給之氫供給體（有機碳源），將 廢水中之硝酸性氮或亞硝酸性氮，在脫氮反應槽遷原成為 氮氣之方法中，對該脫氮反應槽添加氫供給體之氫供給體 添加量的控制裝置；其特徵包括： -用以從脫氮反應槽採取試料水之試料水採取裝置； -用κ從該採取裝置採取之試料水分離氣體成份之氣 液分離装置； -用Κ檢測從該氣液分離裝置分離之氣體成份中之氫 供給體量之氫供給體量檢湧I裝置；及 ~用Κ將來自氫供給體檢測裝置之檢測信號輸入至氫 供給體供給裝置之供給量操作部之比例控制裝置（回饋控 制裝置）。 ?. 如申請專利範圍第6項之脫氮反應槽用氫供給體 添加量的控制裝置，其中該氣液分離裝置為曝氣方式。 8. 如申請專利範圍第7項之脫氮反應槽用氫供給體 添加躉的控制裝置，其中該氣液分離裝置係備有溫度控制 可能之加熱器。 9. 如申請專利範圍第6、7或8項之脫氮反應槽用 氮供給體添加量的控制裝置，其中該氫供給體為甲醇。 - 17- 國家標準"(CNS)A4 規格(210 X 297 公f ' 一 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂- 經濟部智慧財產扃員v.\消賣合作社印製