TWI306842B - Organic pollutant treatment device and the method thereof - Google Patents

Description

1306842 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種有機污染物處理裝置及處理方 法。 【先前技#?】 半導體等工業之快速發展，也因而伴隨著產生了許多 事業廢棄物及各類有機廢水，所產生的各類有機廢水若未 能妥善處理，可能直接或間接地污染國内的環境生態。例 如一家半導體公司每日排放的含有機污染物廢水量約2 0 0 11頓，成份以異丙醇（isopropyl alcohol; IPΑ)為主，目前高濃 度有機廢水採用薄膜分離回收，對於中、低濃度廢水則多 採用物理或化學處理，如FENTON、化學混凝、臭氧及電 凝等等，其處理成本高、處理效果不佳且不具生態親和性， 容易產生空氣污染或廢棄物的二次污染問題。 JP2001-205274揭示一種含有異丙醇廢水之處理方法 及裝置，使用加熱、氧化、真空脫氣及純化四步驟，分解 含異丙醇的廢水。然而，經處理的廢水其中仍有30重量％ 的異丙醇及60重量％的丙酮，對於環境的傷害仍然極大。 異丙醇(IPA)為生物可分解之化合物，但因其易揮發且 需生物轉化時間很長，若IPA藉生物轉化至丙酮（Acetone) 一般需約20多小時左右，若達到完全轉化則需約160小 時。但採用一般生物淨化處理程序，如活性污泥、生物膜 等，因時間空間及供氧方式，並不易達到生物淨化；且因 0296-A21231TWF(N2)；348；iessica 130,6842 供氧產生一些揮發性、半揮發 解時產生之代謝污染物，如有分 (VOC)、半揮發性有機化合物 、σ物 氣污染問題。因此，開發—高生態j:之==空 用以解決有機污染物廢水及廢氣之問題有其重=技術， 【發明内容】 有鑑於此，本發明之目的在 裝置，包括-第一反庫掸種有機廢水處理 弟反應礼，έ有微氧微生物，用士 機廢水成為-第-處理水及一第—處化有 應槽，含有好氧微生物，用以轉化該第::理二反 化碳、水或有機酸及一第二處理氣體。 成為一虱 本發明另提供一種有機廢氣處理， 除揮發性有機化合物微生物 :3有去 成為二氧化碳及/或水。认應槽’用以轉化有機廢氣 本發明更提供—種有機污染物處理裝置， 斤 反應槽，含有微夤料&私I m 匕括弟一 處理水及-第—處理替1轉化有機廢水成為—第-物，用以轉化該第—處理槽，=氧微生 一第二處理氣體；及—第三反靡水或有機酸及 化合物微生物，轉化;第=理==性有機 成為二氧化碳及/或水。 孔虹及弟一處理氣體 本發明另提供—種分解有機廢 有機廢水；使該有機廢水經微氧微生物分解二= 0296-A21231 TWF(N2)；348；jessica 130,6842 物；以及使該中間產物經好氧微生物分解為二氧化碳、水 或有機酸。 . 本發明另提供一種分解有機廢氣之方法，包括：提供 一有機廢氣；以及使該有機廢氣經去除揮發性有機化合物 微生物分解為二氧化碳及/或水。 本發明更提供一種分解有機污染物之方法，包括提供 一含有廢水及廢氣之有機污染物；使該有機污染物之廢水 經微氧微生物分解為一中間產物；及使該中間產物經好氧 微生物分解為二氧化碳、水或有機酸；以及使該有機污染 物之廢氣經去除揮發性有機化合物微生物分解為二氧化碳 及/或水。 本發明之一具體實施態樣，係對含有異丙醇及/或丙酮 之廢水及/或廢氣採用生物技術進行生物轉化機制 (Bioconvert)，結合反應槽設計操控，解決異丙醇有機廢水 及廢氣的環保問題。 本發明之一具體實施態樣，篩選高負荷的異丙醇、丙 酮特殊分解微生物，以固定式生物活性碳（Bio-Activated Carbon ; BAC)為載體，使微生物負載其上，採用槽聯結方 式，第一反應槽包括載有微氧微生物之生物活性碳載體， 藉由控制第一反應槽内的供氧量（溶氧值（DO)約 0.05-0.4mg/L)，使該微氧微生物分解異丙醇，轉化為丙酮 及少量的有機酸；處理的廢水進入第二反應槽，第二反應 槽包括載有好氧微生物之生物活性碳載體，藉由控制第二 反應槽内的供氧量（溶氧值(DO)約l-4mg/L)，使該好氧微生 0296-A21231 TWF(N2)；348；jessica 1306842 物分解丙酮，轉化為無毒的二氧化碳、水或有機酸。 由於處理大量異丙醇及丙酮時，產生大量的有機揮發 氣體。因此，本發明之有機污染物處理裝置可進一步裝設 . 一第三反應槽，進行有機廢氣的分解。該第三反應槽包括 載有去除揮發性有機化合物之微生物的生物濾、床(biofilter) (例如拉西環及泡棉），可將第一反應槽及第二反應槽揮發 的異丙醇及丙酮氣體，進行尾氣的小分子揮發性有機化合 物的生物分解，轉化為生態友善的二氧化碳或水。 • 本發明之一具體實施態樣，利用在固定式生物活性碳 載體上，植入適當量經篩選勒丨養之微生物，藉由特定的氧 氣量，使微生物在活性碳上進行生物分解作用。 如第la圖所示，本發明之一具體實施態樣採用三槽聯 結方式，第一反應槽R1進行微氧微生物轉化反應，第一 _ 反應槽R1的頂部溶氧值大約為0.05-0.4mg/L左右。 第二反應槽R2聯結於第一反應槽R1，用以進行好氧 微生物轉化反應，第二反應槽R2的頂部溶氧值大約介於 ® 1 -4 mg/L 之間。 聯結於第二反應槽R2的第三反應槽R3係藉由生物濾 床(biofiIter)進行有機尾氣小分子揮發性有機化合物氣態之 生物轉化反應。根據本發明之實施態樣，可同時解決異丙 醇、丙酮的有機廢水及廢氣問題，建立有機廢水再生的高 潛力整合型生物轉化系統。 在此實施態樣中，整個系統因應有機污染物異丙醇及 丙酮為半揮發性有機污染物，但在生物淨化上採好氧路徑 0296-A21231TWF(N2)；348：jessica 8 130,6842 代謝轉化速度較快，故在第一反應槽R1固定式生物活性 碳反應槽中採微氧的調控，使特殊的好氧微生物進行生物 轉化’但不因曝氣導致污染物揮發造成二次污染以及污染 物揮發減緩微生物的生長，而降低生物降解功能。 第二反應槽第一反應槽R1中的揮發性污染物已反應 成有機酸，此時溶氧的提升加強於後階段生物淨化。 為讓本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文 特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。 【實施方式】 有機污染物處理系統 如第1 a圖所示，利用泵102抽取含有約COD濃度為 lOOOppm異丙醇(IPA)的有機廢水經由第一液體輸送管131 送入第一反應槽R1，進入第一反應槽R1之前，由一營養 基調整桶104，加入至少一種微量元素於此有機廢水，上 述微量元素例如 NH4C1、K2HP04、KH2P〇4、CuCl2、FeS04、 ZnS04、MnCl2、H3B04、CoCl2、NiCl2、Na2Mo04。也可 以視需要自添加酸或鹼於上述有機廢水，以回饋控制方式 維持第一反應槽R1之pH值在6.5〜8.5。 並且，供氣元件AIR1提供氧氣於第一反應槽R1 ’使 其溶氧量維持在約0.2 mg/L左右，以進行半揮發性有機廢 水生物分解。上述生物分解例如是藉由設置填充量50〜70% 的4x8網目（mesh)的椰子殼顆粒活性；ε炭或者生物性活性礙 上的微氧微生物，將大部份的異丙醇分解為丙酮 0296-A21231TWF(N2)；348；jessica 1306842 (acetone)。再者，最好加入酸或驗於原有機廢水之中，以 維持第一處理水的pH值為6.5〜8.5之間。 經由第二液體輸送管133將經過第一反應槽R1轉化 的第一處理水送入第二反應槽R2内。 供氣元件AIR2提供氧氣於第二反應槽R2之中，並維 持溶氧值(DO)在約2 mg/L以上，以進行第一處理水的生物 分解。上述生物分解例如是藉由設置填充量50〜70 vol%的 4x8網目（m esh)的椰子殼顆粒活性碳或者生物性活性碳上 I 的好氧微生物，將含有丙酮（acetone)的第一處理水分解為 液態的水或有機酸以及氣態的第二處理氣體。接著，利用 第三液體輸送管135將經過第二反應槽R2處理過的液態 水或有機酸排出。 供氣元件AIR1及AIR2係根據第一反應槽R1及第二 反應槽R2槽之中的系統負荷分別進行反應槽出口溶氧之 調節，例如於第二反應槽R2供應較高的溶氧，如此有助 於節省曝氣能源。 > 接下來，請參照第lb圖，其為本發明之另一實施例的 有機廢水處理裝置之示意圖。此有機廢水處理裝置包括第 一反應槽IU、第二應槽R2、第三反應槽（圖未顯示）、營養 基調整桶104、微生物調整桶106、供氣元件AIR1、供氣 元件AIR2。除此之外，為了維持微生物的有效生物轉化反 應，第一反應槽R1之中設有氣昇式曝氣載體反洗系統10, 此系統10包括空氣供應管l〇f、中心轴管l〇a、斜角擋板 l〇b、擴大管10c、生物載體擾流裝置10d、以及垂直擋板 0296-A21231TWF(N2);348:iessica 1306842 10e。藉由反洗用供氣元件AIR3，用來經由空氣供應管10f 提供反洗用空氣於中心軸管10a直到包含擴大管10c的載 體擾流裝置1(Μ，藉此可帶動活性碳等生物載體於反應槽 R1的頂部，藉由生物載體、處理水與生物膜三者的比重不 同，上述生物載體由上述載體擾流裝置10d内部直接掉入 反應槽R1之中而達到生物載體反洗的目的。上述斜角擋 板l〇b是用來於生物載體落下時得以更平均地分散之；垂 直擋板l〇e可防止生物載體經由第二液體輸送管133流 出。另一方面，微生物膜及水由載體擾流裝置1 〇d溢流， 而經由第二液體輸送管133送至微生物調整桶106。 微生物調整桶106包括第一處理水入口 106b、微生物 膜排出口 106a，用來排出多餘的生物性污泥、第一處理水 出口 106d，用來將第一處理水經由泵202抽取至第二反應 槽R2。 值得注意的是，微生物調整桶106更包括一氣體排出 口 106c，可將含有少量揮發性有機物的氣體送至第三反應 槽（圖未顯示）。 第二反應槽R2之中也設有包含氣昇式曝氣載體反洗 系統20，此系統20包括空氣供應管20f、中心軸管20a、 斜角擋板20b、擴大管20c、生物載體擾流裝置20d、以及 垂直擋板20e。藉由反洗用供氣元件AIR4，用來經由空氣 供應管20f提供反洗用空氣於中心軸管20a直到包含擴大 管20c的載體擾流裝置20d，藉此可帶動活性碳等生物載 體於反應槽R2的頂部，藉由生物載體、處理水與生物膜 η 0296-A21231TWF(N2)；348；jessica 1306842 三者的比重不同，上述生物載體由上述載體擾流裝置20d 内部直接掉入反應槽R2之中而達到生物載體反洗的目 的。上述斜角擋板20b是用來於生物載體落下時得以更平 均地分散之；垂直擋板20e可防止生物載體經由第二液體 輸送管13 3流出。另一方面，微生物膜及水經由載體擾流 裝置20d溢流入第三液體輸送管135進行排放。 此處值得注意的是，供氣元件AIR3及AIR4可根據生 物載體的大小及比重，提供反洗用的氣體於反應槽R1、 R2，而將此生物載體由底部以氣昇方式連同及水與生物膜 昇至頂部，以達到生物載體和生物膜反洗分離之效果。另 外，第一反應槽Rl、R2的底部分別包括一生物污泥排出 口 5、6。 廢氣處理系統 如第la圖所示，由第一反應槽R1及第二反應槽R2 反應過程中原存的揮發性有機化合物或生物分解所產生的 廢氣，經氣體輸送管141、143收集後輸入第三反應槽R3。 第三反應槽R3内具有一生物遽床，在拉西環(Raschig Ring) 及泡棉載體上載有去除揮發性有機化合物的微生物，可將 異丙醇及/或丙酮等廢氣分解形成二氧化碳及水由氣體輸 送管145排出。 檢測化學需氧量（COD)值及揮發性有機化合物（VOC) 數值 檢測儀器： pH : SUNTEX TS-2 pH 計； 0296-A21231TWF(N2)；348：jessica 1306842 溶氧值（DO) (mg/L) : YSI 5100 ; VOC(ppm) ： Mini RAE 2000 ； COD(mg/L)：標準方法 508C. (Closed Reflux . Colorimetric Method)； 導電度（// s/cm): WTW LF320導電計微電腦導電度測 定儀； TDS(mg/L) : WTW LF320導電計微電腦導電度測定 儀； 馨 NH4+(mg/L):墨克測試套組（Merck test kit 14752，

Indophenol blue Method)； P043'(mg/L) ·墨克測試套組(Merck test kit 14848， Phosphormolybdenum blue Method) ° 檢測方法： •採用最佳化的生化反應微量元素控制，進流含有約 COD1000 ppm的有機廢水，於第一反應槽R1及第二反應 槽R2分別反應時間12小時，廢水總反應時間24小時， 籲第三反應槽R3的尾氣有機廢氣反應時間60秒，進行半揮 發性有機污染物三階段生物分解，採樣分析系統各階段 COD及VOC變化（第2、3、4圖）’進行整體系統分析評估。 結果 如第2圖所示，本發明之有機污染物處理系統在經過 200天運轉’從第80天進入穩定期，系統進流負荷c〇D 值範圍為615〜1440 mg/L，平均進流負荷為1028 mg/L ; 第一反應槽R1槽的出流水COD值為161〜692 mg/L，平 0296-A21231TWF(N2)；348；jessica 1306842 ，均出流水COD濃度為380 mg/L，生物COD轉化效率63% (第3圖）；第二反應槽R2槽的出流水COD值為3〜98 mg/L ’平均出流水COD濃度為35 mg/L ;整個有機污染 • 物處理系統的COD生物轉化效率在92〜100%之間（平均為 _ 97%)(第3圖），經系統處理後出流水的異丙醇(IPA)及丙酮 均小於1 mg/L。 如第4圖所示’有機污染物處理系統在經過2〇〇天運 轉，從第一反應槽R1及第二反應槽R2尾氣進氣揮發性有 Φ 機化合物(VOC)範圍從5〜19 mg/L，平均值為11 mg/L，經 過第二反應槽R3生物轉化後排氣的v〇c< 1 ppm，而無法 測得’平均出整個尾氣生物轉化率約99 9%。 本發明之有機污染物處理裝置，可個別或同時處理含 有異丙醇及/或丙酮之廢水或廢氣，每嘲有機污染物廢水、 廢氣處理成本約台幣2.5元，其COD去除效率在92〜100% 之間，生物轉化去除效率穩定達到以上，而且導電度 的增加低於約20%以下，整個有機廢氣生物轉化率為 • 99.9%。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非甩以 限定本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍内，當可作更動與潤飾，因此本發明之保護範圍 當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 0296-A21231TWF(N2)；348；jessica 14 I3Q6842 【圖式簡單說明】 第la圖為本發明實施例之一的有機廢水處理裝置之 示意圖。 第lb圖為本發明之另一實施例的有機廢水處理裝置 之示意圖。 第2圖為進流的廢水、第一反應槽及第二反應槽中化 學需氧量（COD)值的變化。 第3圖為第一反應槽内化學需氧量（COD)去除率與總 化學需氧量（COD)去除率之變化。 第4圖為第一反應槽、第二反應槽及第三反應槽内廢 氣揮發性有機化合物(VOC)濃度的變化。 【主要元件符號說明】 102、202〜泵 141、143、145〜氣體輸送管 104〜營養基調整桶 106〜微生物調整桶 106a〜微生物膜排出口 106b〜第一處理水入口 106c〜氣體排出口 106d〜第一處理水出口 5、6〜生物污泥排出口 112〜微生物控制閥

Rl、R2、R3〜第一、二、三反應槽 0296-A21 231 TWF(N2)；348；jessica 15 1306842 114〜微生物控制閥 13；1、133、135〜第一、二、三液體輸送管 AIR1、AIR2〜供氣元件AIR3、AIR4〜反洗用供氣元件 10、20〜氣昇式曝氣載體反洗系統 10a、20a〜中心軸管 10b、20b〜斜角擋板 10c、20c〜擴大管 10d、20d〜生物載體擾流裝置 10e、20e〜垂直擋板 10f、20f〜空氣供應管

0296-A21231TWF{N2)；348；jessica 16

Claims (1)

1. 修正日期：97.7.2 13 〇61拟467。2號申請專利細修正本 十、申請專利範圍： 1. 一種有機廢水處理裝置，包括. 有微====卜一，且含 第-處理氣體；魏有_水成為-第-處理水及- 應槽了第-液體輸送管’用以輸送該有機廢水至該第一反 輪送管’用以輪送第一處理水；以及 弟m其溶氧值維持於 氧微生物，用以轉傾第―處 gL且3有好 機酸及-第二處理氣體 成為一乳化碳、水或有 於一固定式生物活性碳載=乳起物及好氧微生物係載 2.如申請專利範圍第 更包括-營養基調整桶。逑之有機廢水處理裝置’ 1中今;圍第2項所述之有機廢水處理裝置， NBC^tn _存並經由該第一液體輸送管提供 Η B0 ! Γ Γ ' KH2P〇4 ^ CUCl2' FeS〇4 ^ ZnS〇^' ^Cl2 . 3 : 2、Νΐα2、Ν&2Μ〇〇4於該第一反應槽。 P勺l專利㈣第1項所述之有機廢水處理裝置’ 更匕括一微生物調整桶。 利乾15第4項所叙有機廢水處理裝置， ” ^微生物調整桶’可提供過量微生物排除之用。 f Μ專㈣^第1項所叙有機廢水處理裝置， ^個的供氣^，提供該第—反應槽及/或該第 17 1306842 二反應槽内的氧氣量。 7·如申請專·㈣〗項所 其中該有機廢水包括含有異丙醇或2機廢水處理裳置， &如申請專利範圍第二=廢水。 更包括-第三反應槽，用以轉切第=廢水處理裝置， 理氣體成為二氧化破及/或水。 及第二處 且中有機麻處理裝置， 、4—反應槽包括去除揮發性有機化合物的微 直專·㈣9項所述之有機廢水處理裝置°， =該去除揮發性«化合物的微生_棉 勺杯I1·!0申請專利圍第1項所述之有機廢水處理裝置，更 已括氣升式曝氣載體反洗系統。 12.—種分解有機廢水之方法，包括： 提供一有機廢水； 使該有機廢水經微氧微生物分解為一中間產物，並中 該微氧微生物生長於溶氧值約G.G5_G.4mg/L的環境^及 使該中間產物經好氧微生物分解為二氧化碳、水或有 ，黾，其中該好氧微生物生長於溶氧值約】几的環 楗，且该好氧微生物及微氧微生物係載於一固定式生物活 性碳載體。 / 、I3.如申請專利範圍第12項所述之分解有機廢水之方 法，更包括提供該微氧微生物及/或該好氧微生物包括 簡4C1、K2HP04、KH2P04、CuCi2、FeS〇4、Zns〇4、MnCl2、 18 1306842 3 C〇a2、NiCWNa2M〇04 的營養素。 法，其二申Si咖η項所述之分解有機廢水之方 ::有機廢水的酸驗值維持在阳值6.5〜"。 法，其中兮12項所述之分解有機廢水之方 揮的有機有異丙醇、丙8同或其它具揮發半 法，1其中請=第12項所述之分解有機廢水之方 Τ 中間產物包括丙酮。 法，圍第12項所述之分解有機廢水之方 物進=有機廢水經由去除揮發性有機化合物微生 法，範圍帛17項所述之分解有機廢水之方 泡棉亥去除揮發性有機化合物微生物係載於拉西環或 法，㈣17項所述之分解有機廢水之方 Μ廢W括異_、丙_其它具揮發半揮氣體。 19