TWI298711B - - Google Patents

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1298711 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種生物污泥水解的微細處理單元及生 物污泥水解之處理方法，尤其有關一種微細處理單元中、 結合增壓單元，與反應器（或微液化器）所構成的生物污 泥水解的技術。 【先前技術】 傳統上，有機廢水經過生物處理系統以達到淨化水質 效果，及同時產生許多廢棄生物污泥。這些廢棄生物污泥 利用喜氣或厭氣污泥消化方式，以穩定污泥性質及改善污 泥脫水性，進而達到污泥減量效果，但是生物污泥進行污 泥消化時，由於污泥均爲固形物，藉由生物消化過程將固 形物轉換成生物可利用水溶液，需要相當長時間。故在喜 氣或厭氣污泥消化之前，利用物理或化學水解方式使固形 物加速水解，以有效縮短整個污泥水解與分解時間。以往 許多物理水解方式如硏磨或高熱及高壓等，雖然可以達到 污泥水解效果，但操作高溫及高壓系統的技術層次高，而 有導致操作成本高等問題，另外，如第1圖所示，習知之 加鹼水解處理化學方式，係將污泥先進入生物處理池，再 進入沈澱池予以沈澱，經由加鹼水解處理，可以回收至生 物處理池進行重新處理或經由脫水，乾燥處理步驟而獲得 者。但其需添加化學藥品至廢棄生物污泥中以達到污泥水 解的效果，但同時會增加藥品費用的成本及水解污泥中不 -5- 1298711 (2) 純物如鹽類等增加，造成廢水處理場操作上的困擾及使化 學污染物增加等的反效果，造成環境上之二次公害，在應 用上經常受到限制，且有無法進行有機堆肥（organic fertilization)之問題存在。 【發明內容】

因此，有鑑於上述習知裝置或設備所導致之成本上的 提高及環境上可能產生之問題，本發明的主要目的在提供 一種純粹物理方法，可以提高污泥水解效果的生物污泥減 量之微細處理單元及生物污泥處理方法。 [解決問題之手段]

本發明係提供一種生物污泥水解設備之微細處理單 元，其係由，使生物污泥經沈澱槽予以濃縮成爲濃縮污泥 之進料單元2 ;使下述之反應器3b (或微液化器3c)維 持於加壓狀態之增壓單元P ;使濃縮污泥發生共振效應， 而使顆粒成90度相互對撞，達到破碎效果，同時使污泥 顆粒可以達到更小粒徑更窄分佈之反應器3b或微液化器 3 c，如此所構成者。 在本發明申請專利範圍第1項之微細處理單元，其 中，該反應器或微液化器爲一種可以提供高達50,000 psi 之增壓系統，將流體以往復式活塞或高壓幫浦產生接近音 速之速度，一次或反覆多次（one pass or multiple passes) 通過孔隙爲10至200微米之 反應器，藉以產生射 -6 - 1298711 (3) 流、對撞。 在本發明如申請專利範圍第1或2項之微細處理單 元’其中該反應器或微液化器爲Y型單槽或多槽反應 器。 在本發明申請專利範圍第1或2項之微細處理單元， 其中該反應器或微液化器爲Z型單槽或多槽反應器。 在本發明申請專利範圍第2項之微細處理單元，其 中，該孔隙係由陶瓷及燒結鑽石所構成 本發明係提供一種生物污泥水解處理方法，其係使生 物污泥進入進料單元2，藉由增壓單元P提供之接近音速 之高速射流，並藉由超音波之氣穴效應（cavitation effect )，使生物污泥可以在反應器 3b或微液化器 (Generator or chamber) 3c 內發生共振效應（resonance effect)，而使顆粒呈90度相互對撞，衝擊（impact)或 高速強剪斷（剪斷力（Shear ):誘發差動式速度 (differential velocity )而導致流體之變形）分散，達到 破碎、分散效果，同時使顆粒可以達到更小之粒徑及更窄 分佈，可有效提高污泥水解率及達到污泥減量效果。由於 採用物理方式進行污泥水解，故不會增加水解污泥中不純 物如鹽類增加，造成後續處理與處置之困擾。 在本發明申請專利範圍第6項之方法，其中該反應器 爲Y型單槽或多槽反應器。 在本發明申請專利範圍第6項之方法，其中該反應器 爲Z型單槽或多槽反應器。 -7- (4) 1298711 在本發明申請專利範圍第6項之方法，其中，該孔隙 係由陶瓷及燒結鑽石所構成 【實施方式】 關於本發明之微液化器（micro fluidizer或chamber) 3c，係在該微液化器之前端具有孔隙H(參照第3圖）者， 此爲與本發明反應器最大之區別。該孔隙係由陶瓷及燒結 鑽石所構成。 依本發明的一較佳具體實施例所完成的生物污泥減量 方法則配合第2圖及第4圖說明如下。預先經沈澱池沈澱 之濃縮污泥藉由進料單元送入微細處理單元3中，經增壓 幫浦P (第4圖）提供壓力高至10,000〜50,00 Op si之高 速射流，藉由超音波之氣穴效應（cavitation effect)，在 高壓，高速射流下使生物污泥可以在反應器3b內發生音 波之氣穴效應 （cavitation effect)、共振效應 (resonance effect)，而使顆粒呈90度相互對撞或高速 強力剪斷分散，達到破碎、分散效果，同時使顆粒可以達 到更小之粒徑及更窄分佈，因而有效提高污泥水解率及達 到污泥減量效果。由於採用物理方式進行污泥水解，故不 會增加水解污泥中不純物如鹽類增加，造成後續處理與處 置之困擾。第2圖之虛線部分爲本發明在以微細處理單元 處理後之後續裝置設備流程，其屬於習知之部分。 請參照第3圖，第3圖爲微液化器3 c之一構造原理 圖，該微液化器3c爲一種可以提供高達50,000 psi’最 1298711 (5) 大流體速度20 Om/s之增壓單元，將流體藉由圖中之往復 式活塞（plunger)或增壓單元P產生接近音速之速度 (最大流速 200m/s )，一次或反覆多次（one pass multiple pass)通過孔隙Η 爲10至200微米之十字型反 應器。

請參照第4圖，關於本案微細處理單元之作用原理’ 係將濃縮污泥注入入口容器（inlet reservoir)(進料單元 2)， 藉由增壓單元 （intensifier Pump ) 加壓至 10,000〜50,00 Op si，並通過反應器3b，予以強力擊碎、分 散，使生物細胞破碎並快速水解，以達到污泥減量效果

由第4圖可知，其粒子在通過反應器時呈90度方向 對撞，另外，請參照第5圖，在反應器3 b或微液化器 3 c之 Y-型腔室中被加壓加速之射流，則經過高壓入口 (P1，P1) (high pressure inlet)，在進入高能量衝擊區 域6a時，呈90度對撞，並由低壓出口 P2流出，而可產 生乳化，密封，分散，去附聚，單元斷裂之作用 反應器3b及微液化器3c均爲內部形狀固定（無移動 部分），爲由上述之耐磨耗材料所成，可容易定量標示 (seal eup )，並易於衛生處理，且可就地淸潔（Clean-in-place ) 者. 如第5圖，係微液化器3 c或反應器3 b之Y型單槽 圖，各高壓生物污泥以高壓流入P1，經高剪斷區域5 a (high shear zone )，而匯集於高能量衝擊區6a ( high energy impact zone)，並流經低壓出口 Ρ2· -9- 1298711 (6) 如第6圖’係反應器3b或微液化器3c之Y型多槽 圖，在高壓污泥射流進入各高壓入口 Ρ 1後，經複數個高 與斷區域5 b ’而到達咼能量衝擊區6 b，並流經低壓出口 P2 如第7圖，係微液化器3c或反應器3b之Z型單向單 槽圖，Ρ 1經高壓流入，通過單數高剪斷區域5 c，而到達 高衝擊區域6 c，再流出低壓出口 ρ 2. 第8圖係微液化器3c或反應器3b之單向Z型多槽 圖，污泥射流經高壓入口 P 1，單向經複數個高剪斷區域 5 d，流經高衝擊區域6 d，並由低壓出口 ρ 2流出. 本發明所採用之廢棄生物污泥，其來自化纖廠活性污 泥系統的廢棄污泥，其污泥性質如表1中所示，其中平均 總污泥濃度（SS)爲7060 mg/L，可揮發污泥濃度（VSS)爲 60 90 mg/L，其 VSS/SS 比値爲 0.86。 本發明中微細處理單元反應器3b或微液化器3c之操 作條件爲： (1 )壓力：1 05000 〜50,000 psi (2 )通過次數：一次或多次 (3 )溫度：常溫下 表 1人纖業廢棄生1 丨勿污泥基本性質* pH CODs Mg/L CODt mg/L SS mg/L VSS mg/L VSS/SS 導電度 μ s / c m 7.1 1 7 0 9440 7060 6090 0.82 2050 -10 - 1298711 (7) *CODs爲溶解性COD ; CODt爲總COD ; TKN爲總凱 氏氮 表2示出本發明與加鹼水解處理化纖業廢棄污泥之結 果。分析方法之code係依照pH: NIEA W424.51A，導電 度：NIEA W203.5 1 B，COD : NIEA W517.50B，SS : NIEA W2 1 0.5 6 A·。使用本發明處理後，對於導電度與處理前原 污泥比較並沒有明顯變化，而加驗水解污泥會使導電度從 2 0 5 0 μ s / c m增加至1 5，1 3 0 μ s / c m。在污泥顆粒粒徑大小方 面，原污泥、本發明及加鹼水解分別爲3 9 4 1、1 4 6 7及 2 8 1 8 nm (以D 5 0表示），本發明可以有效將污泥顆粒粒 徑變小，達到污泥污泥微細化效果。與加鹼比較時，可以 有效提高污泥水解率從20%提高至32% (以VSS減少率 表示），可以大幅提升後續水解污泥分解或減量之效果。 表2.污泥水解處理效果之歸納 項目 原污泥 本專利 加鹼水解 PH 7.1 6.78 6.78 導電度 (ps/cm) 205 0 2040 15130 TSS(mg/L) 7063 5 875 6615 VSS(mg/L) 6093 4148 4893 D 5 0(nm) 3 94 1 1467 28 18 V s s減少率 (%) 3 1 .9 19.7 -11 - 1298711 (8) CODt: total chemical oxygen demand，,總化學需氧量 CODs: soluble chemical oxygen demand，溶解性化學 需氧量 T S S : t o t a 1 s u s p e n d e d s ο 1 i d s，總懸浮固體物 VSS : volatile suspended solids，揮發性浮固體物 將原污泥、加鹼水解及本發明產生水解污泥進行比攝 氧率（specific oxygen uptake rate, SOUR)比較，實驗結 果如第9圖中所示，以1，000 mg/L污泥濃度（以COD濃 度表示）爲例，原污泥、加鹼水解污泥及本發明水解污泥 之比攝氧率分別爲27、145及198 mg02/g VSS.hr ，經本 發明設備處理後水解污泥由於污泥顆粒粒徑變小及污泥水 解率提高，故可以增加喜氣微生物比攝氧率，加速水解污 泥分解速度及達到污泥減量效果。 【圖式簡單說明】 第1圖爲習知加鹼水解設備處理操作圖 第2圖爲本發明污泥水解設備之操作圖（虛線括號係 關於習知後續反應圖） 第3圖爲本發明微液化器之作用原理圖 第4圖爲本發明微細處理單元之反應過程略圖 第5圖爲微液化器（Microfluidizer)或反應器之Y型 單槽圖 第6圖爲微液化器或反應器之Y型多槽圖 第7圖爲微液化器或反應器之單向Z型單槽圖 -12- (9) 1298711 第8圖爲微液化器或反應器之單向Z型多槽圖 第9圖爲本發明與習知加鹼水解之各種不同水解污泥 比攝氧率變化圖。

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Claims (1)

12987Η

十、申請專利範圍 ?1年^^月曰修(更)正本 第93 1 3 1 1 69號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國97年3月13日修正 1 · 一種生物污泥水解設備之微細處理單元，其係由， 使生物污泥經沈澱槽予以濃縮成爲濃縮污泥之進料單元 2;使下述之反應器3b維持於加壓狀態之增壓單元Ρ; 使濃縮污泥發生共振效應，而使顆粒成90度相互對撞， 達到破碎效果，同時使污泥顆粒可以達到粒徑50〜2000nm 的更窄分佈之反應器3b，如此所構成者。 2 · —種生物污泥水解設備之微細處理單元，其係由， 使生物污泥經沈澱槽予以濃縮成爲濃縮污泥之進料單元 2 ;使下述之微液化器3 c維持於加壓狀態之增壓單元P ; 使濃縮污泥發生共振效應，而使顆粒成90度相互對撞， 達到破碎效果，同時使污泥顆粒可以達到粒徑 5 0〜 2 000nm的更窄分佈之微液化器3c，如此所構成者。 3 ·如申請專利範圍第1或2項之微細處理單元，其中 該反應器或微液化器爲一種可以提供高達50，000 psi之 增壓系統，將流體以往復式活塞或高壓幫浦產生接近音速 之速度，一次或反覆多次（〇 n e p a s s 〇 r m u 11 i p 1 e p a s s e s)通 過孔隙爲10至200微米之反應器，藉以產生射流、對 撞。 4.如申請專利範圍第1或2項之微細處理單元，其中 該反應器或微液化器爲Y型單槽或多槽反應器 1298711 5.如申請專利範圍第1或2項之微細處理單元，其中 該反應器或微液化器爲Z型單槽或多槽反應器。 6 ·如申請專利範圍第3項之微細處理單元，其中， 該孔隙係由陶瓷及燒結鑽石所構成。 7· —種生物污泥水解處理方法，其係使生物污泥進 入進料單元2，藉由增壓單元P提供之接近音速之高速射 流，並藉由超音波之氣穴效應（cavitation effect)，在常 溫，使生物污泥可以連續在反應器3b內發生共振效應 (resonance effect)，而使顆粒呈90度相互對撞，衝擊 (impact )或高速強剪斷（剪斷力（Shear ):誘發差動 式速度（differential velocity)而導致流體之變形）分 散，達到破碎、分散效果，同時使顆粒可以達到粒徑50 〜2000nm及更窄分佈，可有效提高污泥水解率及達到污 泥減量效果。 8 . —種生物污泥水解處理方法，其係使生物污泥進 入進料單元2，藉由增壓單元P提供之接近音速之高速射 流，並藉由超音波之氣穴效應（cavitation effect)，在常 溫，使生物污泥可以連續在微液化器（Generator or chamber) 3c 內發生共振效應（resonance effect)，而使 顆粒呈 90度相互對撞，衝擊（impact )或高速強剪斷 (剪斷力（Shear ):誘發差動式速度（differential velocity )而導致流體之變形）分散，達到破碎、分散效 果，同時使顆粒可以達到粒徑50〜2000nm及更窄分佈， 可有效提高污泥水解率及達到污泥減量效果。 -2- 1298711 9.如申請專利範圍第7或8項之方法，其中該反應器 爲Y型單槽或多槽反應器。 1 〇.如申請專利範圍第7或8項之方法，其中該反應 器爲Z型單槽或多槽反應器。 11.如申請專利範圍第7或8項之方法，其中該孔隙 係由陶瓷及燒結鑽石所構成。

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