TWI313187B - System for the treatment of organic containing waste water - Google Patents

Description

1313187 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種含有機污染物之廢水處理系統，係結合厭氧與好氧 微生物於薄膜生物處理系統中’利用微生物除去水中有機污染物，並降低 系統之初設成本。 【先前技術】 薄膜生物處理系統是近幾年廢水處理技術最熱門的技術之_。薄膜生 物處理系統主要是以薄膜為分離介質，先使廢水與微生物接觸進行分解反 應後，以真空壓力差為驅動力促使廢水通過薄膜，進行固液分離，通過薄 膜之滲透液即為處理水，而污泥或其他固體物則被截留在薄膜分離槽中， 並於適當時機藉排泥方法排出反應系統。薄膜表面之以反沖洗或化學清洗 除去沉積於表面的污物，以延長薄膜壽命。 薄膜過渡為薄膜生物處理技術重點之一，一般而言，微過遽可分為端 點過遽（dead-end flltration)與橫流過渡（c祕 點過雜似傳統的_式韻，懸浮液流動方向與薄膜表面垂直，固體物 被截留在薄膜表面而形成遽餅層，_厚度隨懸浮液過遽量增加而增加， 而滲透液流量職賴厚度增加而減少，薄職面賴必驗賴週期性反 沖洗以移I對於橫流猶’懸浮液流動方向與薄膜表面平行，懸浮液在 薄膜表面之橫流速率，產生剪力作_齡麟之職，魏餅之累積效 應與清除效應達解衡’賴厚度即固定4於橫流過獅財—速率分 量平行於«絲，因此薄縣蚊鶴❹魏紐動，触達到類似 效果。賴生物歧技術為避免積垢現象之產生，以產生最大渗透通量， 1313187 常採用橫流過濾的方式進行固液分離。 移除薄膜表面上的積垢(fouling)或結垢(scaling)以延長薄膜使用壽命及 降低能量耗損，是薄膜生物處理系統是否經濟可行的主要考量因素。積垢 是指在薄膜表面有ϋ體物如污泥、微細膠體雛、有機物等因吸附或沉澱 在薄膜上’造成_的渗雜力增加的，引起無的原因包含物理化 學和生物機制《度極化現象；結垢是指金屬或重金屬_質，在薄媒表 面形成氫氧化金屬、碳酸金屬、鱗酸金解結晶物，例如厭氧反應過程中 會使水中碳酸鹽濃度增高，若水中含有Ca、Mg、Fe或其他重金屬，則容 易在薄膜表面行成魏金屬結垢導致薄酿塞。_無或結垢嚴重時， 會造成處理通量的大量減低，因此需要在操作過程巾，定期進行去除積垢 的動作。 薄膜生物處理系統與傳紐性污泥廢水程序相比，具有佔地面積少、 2污泥可完域留、减操作維護料、污泥停料間可相當長以利特 殊或難分解㈣物的去除’縣統不該澱單元，可大轉毅間並截留 難分解之高分子物質，增域理效率，適合W、型規轉殊污染物處理。 近幾年來由於薄難造技術進步，薄膜壽命延長，_生物處理 系統已從實驗室研究規模發展至超過聊▲的實廠應用規模。狹而， 麵段薄触物處理系社要崎⑽齡物處㈣、統社，由於薄膜成 本高，致使好氧薄膜生物處理系統初設成本居高不下，本發_狀厭氧 與好氧微生祕薄财倾㈣、財來駭前述_。 〇 1313187 【發明内容】 有鑑於習知薄膜生物處理系統之缺失，本發明係關於—種有機污染廢 水處理系統，包含： 一厭氧反應槽，係藉由厭氧生物處理方法除去廢水中的有機污染 物； 、 一好氧反應槽，設置於前述厭氧反應槽之後，係藉由好氧生物處 理法除去前述厭氧反應槽出流水之殘餘有機污染物； 一薄臈分離槽，設置於前述好氧反應槽之後，係可分離好氧反應 槽出流水的固相及液相。 前述厭氧反應槽與好氧反應槽於初始植種時，係同時植入厭氧污泥， 前述好氧反應槽和薄膜分離槽係可進—步包含將微生物迴流至厭氧反應槽 中的裝置’轉舰氧反應射微钱讀量^前述魏反觸中係包含 厭氧微生物《氧微生物，健_時包含曱賴與餘菌。前述好氧反 應槽中餘含兼氧微生物。前述之厭氧反賴包含將污泥廢棄至厭氧反應 槽外的裝置。 刖述之厭氧反麟與好氧反觸於初雜種時，可分雌人厭氧污泥 與好氧Μ ’丨述薄齡離槽射進—步包含職生物迴流至好氧反應槽 中的4置’别述好氧反麟及薄齡軸射進-步包含將多餘之好氧廢 棄污泥排至魏反應槽巾進行厭氧消化錄置，前述之厭氧反應槽包含污 化廢棄至魏反應槽外裝置。前述好氧反應槽與細分離槽之好氧廢棄污 泥係可進-步先經-驗污泥水解裝置再排域氧反應槽。 1313187 前述好氧反應槽係可進一步藉由曝氣脫除二氧化碳作用，提高水中之 pH值，使水中之金屬離子形成碳酸金屬結晶顆粒’並藉生物膠凝作用將此 碳酸金屬結晶雜，嵌人好氧微生物的膠财，喊少金躲晶物在薄膜 分離槽之薄膜上形成結垢之傾向。 前述含有機污染物之廢水處理系統係可進—步在厭氧反應槽前設置好 氧預處理裝置，除核水巾的有毒有機物質崎低此有毒錢物質對厭氧 微生物之抑制作用。 前述之厭氧反應槽與好氧反應槽係可進—步包含具有脫氮、除鱗之微 生物。 前述薄膜分離槽之薄膜係可進-步包含贼體沖洗薄膜之裝置，其中 氣體包含生物產氣(bi〇gas)或空氣。薄膜分離槽之薄膜以生物產氣進行沖 洗’與好氧反應槽相較’可降低水中pH值〇 2_1〇單位，以防止結垢產生； 或者以空氣或空氣配合無機酸（例如：Ηα)進行沖洗，也能達到與使用生 物產氣沖洗的同樣效果。 前述薄臈分離槽之薄膜係可連續以生物產氣或空氣進行沖洗，以去除 薄膜上之積垢。 本發明之另-目_提供—讎去廢斜有機污祕的處理方法，包 含下列步驟： ⑷將讨機污祕之廢水導人魏反應槽巾，使職反應槽中的 厭氧微生物分解廢水中的有機污染物； (b)將來自步驟⑷之厭氧反應槽出流水進一步導入好氧反應槽 1313187 中，使好氧反應槽中的好氧微生物除去廢水中殘餘有機物^ 由氣提作用脫除二氧化碳，提高水令之PH值，使金屬離子形成;^ 酸金屬顆粒，藉由好氧微生物之生物膠凝作用捕捉廢水中的金屬灭 結晶物； ⑹將來自步驟(b)之好氧反應槽出流水導人細分離獅，分離水 _的固態物質，獲得除去有機污染物之放流水。 7 前述除去廢水中有機污染物的處理方法，係可進一步在步驟⑷之· 加廢水預處理步驟，除去廢水中的有毒有機污染物（如_與_物^ 等），以降低厭氧槽之毒性抑制作用。 刚述除去廢水中有機污染物的處理方法，係可進—步在步驟⑻之厭氧 槽進行脫氮或除麟之程序。前述除去廢水巾有機污染物的處理方法， 係可進v在步驟⑻之前增加在驗污泥水解裝置進行好氧廢棄污泥驗水解 之步驟’赠水解好氧廢棄污泥，增加好氧誠污水之轉程度，增加污 泥厭氧消化能力。 月』述除去廢水中有機污染物的處理方法，係可進—步以生物產氣沖洗 賴刀離槽之相’或氣直接或配合無麟沖洗細，以防止結垢產 生。 刚述除去廢水巾有機污純的處理方法，係可進—步將好氧反應槽與 4膜刀離槽中的微生物趣流至厭氧反應射，以減少微生物之流失，同時 維持厭氡反應槽巾微编之數量。 厭氧處理技*具有體積鱗高，及*需設置供氧系統 ，可同時降低初 1313187 設成本，並節省動力成本’並且產生之污泥遠低於好氧祕的優點，本發 明即結合厭氧與好氧系統的優點來處理廢水令的有機污染物，並整合於薄 膜分離祕中，以提高賴分離祕鱗並降低成本，以利_生物處理 系統進一步推廣以解決處理都市污水、工業廢水等問題。 【實施方式】 第-圖係為本發明之含有機污染物之廢水處理系統1〇，該系統包含： 一厭氧反應槽1，係藉由厭氧生物處理方法除去廢水中的有機污染物；—鲁 好氧反應槽2 ’係設置於前述厭氧反應槽i之後，係藉由好氣生物處理法 除去前述厭氧反應槽1出流水中之殘餘有機污染物；一薄膜分離槽3，係 設置於前述好氧反觸2之後，分_紐應截流水_相及_。 前述含有機污染物之廢水處理系統10之一實施態樣，係在前述厭氧反 應槽1與好氧反應槽2初始植種時’同時植入厭氧污泥，其中厭氧反應槽 1中係包含厭乳微生物或兼乳微生物，較佳係同時包含曱烧菌與兼氧菌； 好氧反應槽2巾係包兼氧微生物，。在此—實絲樣中，系統中的好氧反 # 應槽2和薄膜分離槽3係可進一步包含將微生物迴流至厭氧反應槽i中的 裝置，以維持厭氧反應槽1中維生物之數量。 前述含有機污染物之廢水處理系統10之另一實施態樣，係於初始植種 時’在前述魏反賴1與好氧反應槽2分雌人厭氧污泥與好氧污泥， 其中前述薄膜分離槽3並可包含將微生物迴流至好氧反應槽2中的裝置， 别述好氧反紐2及薄膜分離# 3亦可包含好餘之好氧廢棄污泥排至厭 氧反應槽1巾進行厭氧>肖化的裝置，其巾前述之好氧廢棄污泥係可進一步 11 1313187 先經一驗污泥水解裝置5再排至厭氧反應槽1。前述之厭氧反應槽1包含 污泥廢棄至厭氧反應槽1外裝置。 本發明之有機污染廢水處理系統10，其中厭氧反應槽1及好氧反應槽 2係可進一步包含具有脫氮、除磷功能之微生物，並可視情況於厭氧反應 槽1前進一步設置好氧預處理裝置4，除去廢水有毒有機物質。薄膜分離 槽3則可進—步包含以氣體沖洗細之裝置。 —氧化碳為厭氧生物代謝之主要副產物，會導致系統中碳酸鹽濃度增 问’右水中含有Ca、Mg、Fe或其他重金屬，容易在薄膜表面形成碳酸金 屬結垢(scaling)導致薄膜阻塞。本發明之厭氧反應槽1出流水進入好氧反應 槽2後’好氧微生物可去除殘餘有機污染物，並且因曝氣後之氣提作用可 將水中之pH值提升1_2單位，使原溶於厭氣反應槽1出流水之金屬離子， 在同pH值下於好氧系統中形成碳酸金屬結晶物；該碳酸金屬結晶物並藉 由於好氧微生物之生物膠凝作用(bi〇fl〇cculati〇n)，而嵌入好氧微生物之膠 羽中，降低金屬結晶物於薄膜分離槽3之薄膜上形成結垢的可能性。當好 氧反應槽2出流水進人細分離槽3時，可以生物產氣進行沖洗，使用生 物產氣進行沖洗可降低水中pH值0 2] 〇單位，能進一步防止高pH值系 統中碳酸金屬結垢誠生；此外，若有需要，亦可以空氣進行沖洗，並配 合無機酸（例如HC1)以調降薄膜分離槽3之pH值，亦可直接以空氣進行 沖洗’達到防止結垢產生之目的。 第二圖係為本發明之除去廢水中有機污染物的處理方法流程圖，包含 下列步驟：⑻首先’將含有機污染物之廢水導人厭氧反應射，使厭氧反 12 1313187 應槽中的厭氧微生物分解廢水巾的有機污雜，以產生w與二氧化碳； ⑼接著’將來自步驟⑻之厭氧反應槽出流水進—步導人好氧反應槽令，使 魏微生物除去廢水中殘餘有機污騎，並經由氣提作舰除二氧化碳， 亚提南水中之pH值’使金屬離子形成碳酸金屬顆粒，藉由好氧微生物之 生物膠凝_觀廢水巾的销結晶物；_後，絲自步鄉)之好氧反 應槽出流水導人賴分離槽中，分離水中的_物質，獲得除去有機污染 物之放流水。 μ

前述除去廢水中有機污染物的處理方法，係可進一步在步驟⑻之和 反應槽同日_餘奴辦，射進―步在蝴a)之騎加触 處理步驟，以除去廢水中的有毒有機污染物（如嶋與_物質等）。^ 述除去廢水付機污雜的處理方法，係可進—步在步驟(a)之前增加㈣ 廢棄污碰轉辦，崎轉好氧㈣狀，增域氧絲污水之水角 程度，增加污泥魏軌能力。並可進—步將好氧反觸輯膜分離槽: 的微生物减至魏反應射，降域本。魏理方法，村包含以^

產氣沖洗細分離槽之薄膜，或以空氣直接或配合無機酸沖洗薄二，糾 薄膜分離槽的pH值，以防止結垢產生。 以下實施例係用於進-步了解本發明之優點，並非用於限讳 本發明之申請專利範圍。 實施例 本實施例之系統係如第-_示之包含厭氧反應槽i、好氧反應槽2及 薄膜分離槽3之系統。本實施例採用厭氧槽、魏槽與薄膜分離槽贿組 13 1313187 合而成，其有效體積為54公升；好氧槽有效體積為 谓芍16公升，薄膜分離槽 有效體積為6公升。本實施例採用食品廢UASB槽中之厭_顆才:彳，，、、 以果汁機打碎後當成_污泥’並同時狀厭氧槽與好氧射，在好氧槽 中具分解有機物功能之微生物’可歸類為兼氧菌，所用之薄膜為一沉式式 超遽膜（ultmmtration，UF)，以生物產氣（bi0_gas)進行曝氣。本系統配置 三台管式栗’分_於抽送原水、好氧槽及_分離_流污泥與薄膜出 流水，本系統之迴流比設定為3。 本實施例採用葡萄糖與醋酸納為人工基質進行試驗。系統採連續操 作，同時偵測厭氧槽中之pH與ORP值，並偵測好氧槽之D〇、pH與〇处 值0 . 經兩個月初步功能測試，厭氧反應槽進流水之c〇D值介於 12,000〜18,000 mg/L之間，進流量為8.6 L/day，結果如第三圖所示。第三 圖係為厭氧反應槽進流水、厭氧反應槽出流水及薄膜分離槽出流水之化學 需氧罝(COD)》辰度與操作曰期關係圖。厭氧出流水c〇D濃度介於ι，〇〇〇 〜2，100tng/L之間’薄臈分離槽出流水，即薄膜透過液（permeate)之c〇D 濃度則介於50 ~70 mg/L之間，此一結果顯示本發明之含有機污染物之廢水 處理系統運轉功能良好，廢水中的有機污染物能被系統中的厭氧生物與好 氧生物分解，並且在經過兩個月的廢水處理後，系統對有機污染物的處理 能力並未下降。 為確認微生物在厭氧反應槽與妤氧反應槽所處之環境條件，針對厭氧 反應槽出流水之pH值與〇Rp(〇xidati〇n reduction potential，氧化還原電 14 1313187 位），好氧槽槽中之pH值、DO (溶氧量）與〇RP，薄膜分離槽之pH值進 行例行性監測，其結果係如第四、五、六圖所示。第四圖係為厭氧反應槽 之pH值與ORP值監測結果，第五圖係為好氧反應槽pH值' 0Rp與D〇 值監測結果，第六圖係為厭氧反應槽、好氧反應槽與薄膜分離槽tpH值之 . 比較。與由第四圖顯示厭氧槽反應之pH穩定維持在7.3〜7.6之間，〇处則 維持在-220〜-320 mV之間，雖然ORP值略有變動，但仍屬絕對厭氧環境。 第五圖顯示好氧反應槽中DO控制在2〜4mg/L之間，故可滿足好氧代謝所 需；第五圖顯示好氧反應槽之pH值上升至8.6〜8.9，這是因為厭氣槽出流 _ 水中含有高濃度之碳酸根，在曝氣過程中因氣提作用，使pH值升高，升高 的pH值提升系統中金屬離子形成結晶之驅動力。第五圖亦顯示好氧反應槽 中ORP之變化非常大，雖然水中DO達2〜4mg/L，但ORP值則介於_1〇〜_12〇 . mV之間，顯示曝氣槽中仍有旺盛之還原反應在進行，表示在兩個月的操作 . 期之後，系統仍具有分解有機污染物的能力。第六圖亦顯示厭氧反應槽中 之pH值較好氧反應槽中之pH值低丨_2單位，好氧反應槽中之pH則較薄 膜分離槽中之pH值高0.1-1.5單位。 鲁 本發明之含有機物之廢水處理系統在厭氧槽中去除有機物之微生物為 甲烷菌與兼氧菌，在好氧槽去除有機物之微生物為兼氧菌，因此好氡槽之 U生物可迴流回厭氧槽；並且在好氧反應槽中，於除去有機物同時提高水 中pH值’藉由微生物之生物膠凝作用將金屬結晶顆粒嵌入微生物膠羽中， 降低其在薄膜表面結垢之傾向’並以生物產氣或空氣配合無機酸，降低薄 膜分離槽中pH值，或直接以空氣沖洗薄膜，進一步減少結垢，達到延長 15 1313187 薄膜壽命的目的。 J313187 【圖式簡單說明】 第-圖係為本發明之含麵污雜之廢水處理系統示意圖。 第二圖係為本㈣之除讀水巾有機污雜的處理紐流程圖。 第三圖係為魏反應槽進流水、厭氧反應概流水及細分_出流水之 化干而氧靈(COD)濃度與操作天數關係圖。 ^四圖係為厭氧反應槽之pH值與氧化還原電位值_與操作日期關係 圆。 好氧反應槽PH值、氧化_位_、溶氧量_與操作曰 =、圖係為厭氧反應槽、好氧反應槽與薄膜分離槽中pH值與操作日期關係 【主要元件符號對照說明】 10…含有機污染物之廢水處理系統 L--厭氧反應槽 2·—好氧反應槽 3…薄骐分離槽 4 一好氧預處理裝置 5…鹼污泥水解裝置

Claims (1)

1. I315T87 拾、申請私範圍

   r ι·-種含有機污祕之廢水處理系統，包含： 厭氧反應槽’係藉由厭氧微生物處理方法除去廢水中的有 機㈣物；及-好氧反應槽，設置於前述厭氧反應槽之後，係藉由好氧 /是生物處理法除去則述厭氧反應槽出流錢餘有機污染物丨其特徵在 於.則述廢水處理系統進一步包含一薄膜分離槽，設置於前述好氧反應 槽之後’分離好氧反應槽出流水的固相及液相；及一驗污泥水解裝置， 设置於前賴氧反應·，增祕氧林之水縣度，增加污驗 φ 氧消化能力；其中前述厭氧反應槽係包含甲院菌及兼氧菌，且前述好氧 反應槽和薄膜分離槽進一步包含使微生物迴流至厭氧槽中之裝置， 其中前述好氧反賴翻曝紐之氣提伽脫除二氧化碳以提昇水 中之pH值1〜2單位，並藉由前述好氧微生物之生物膠凝作用，捕捉廢水 中的金屬結晶物，降低金屬結晶物於前述薄膜分離槽之薄膜上形成結 垢；及前述之薄膜分離槽係進一步藉由生物產氣(bi〇gas)或空氣沖洗薄 膜，以降低水中pH值0.2〜1.0單位，進一步防止結垢產生。 0 2. 如申請專利範圍第1項所述之含有機污染物之廢水處理系統，其中前述 厭氧反應槽與好氧反應槽於初始植種，係同時植入厭氧污泥。 3. 如申請專利範圍第1項所述之含有機污染物之廢水處理系統，其中前述 厭氧反應槽與好氧反應槽於初始植種時，係分別植入厭氧污泥與好氧污 泥。 4.如申請專利範圍第1項所述之含有機污染物之廢水處理系統，其中前述 厭氧反應槽中係進一步包含兼氧微生物。 18 1313187 5.如申請專利範圍第丨項所述之含 九 有機巧'乐物之廢水處理系統，其中前述 好乳反應槽令係進一步包含兼氧微生物。 6·如申請專利範圍第丨項所述之含 3有機巧染物之廢水處理系統，係進一步 在厭氧反應槽前設置預處理裝置， 直除去有毋有機物質，以降低厭氧槽之 毒性抑制。 申月專她®第1項職之含有機污染物之廢水處理祕，其中前述 之厭氧反觸與練反觸係進—步包含餘、輯之功能。 8.如申轉纖M1項所述之含麵污染物之廢轉㈣統，其巾細· 則述空氣沖洗薄膜時係進一步加入無機酸以調整水中阳值。 9·種除去廢水中有機污染物的處理方法包含下列步驟： (a)將含有機污染物之廢水導入厭氧反應槽中，使厭氧反應槽中 的厭氧微生物分解廢水中的有機污染物，其令前述厭氧微生物包含甲 烷菌及兼氧菌； (b)將來自步驟(a)之厭氧反應槽出流水進一步導入好氧反應槽 中，使好氧反應槽之好氧微生物除去廢水中殘餘有機污染物，並經由 氧k作用脫除—氧化竣，提高水中之pH值，使水中之金屬形成碳酸金 屬顆粒’並藉由好氧微生物之生物膠凝作用捕捉廢水中的金屬結晶 物；及 (c)將來自步驟(b)之好氧反應槽出流水導入薄膜分離槽中，分離 水中的固態物質，獲得除去有機污染物之放流水； 其中前述步驟(a)之前進一步增加鹼污泥水解步驟提高廢棄污泥之 19 1313187 水解程度’增加厭氡污泥消化功能，且前竣奸氧反應槽與前述薄膜分離 槽中的微生物係進一步迴流至前述厭氧反應槽中， 、其中前述步驟⑹之薄膜分離槽進-歩以生物產氣(bio㈣或空氣. 沖洗薄膜’叫低水中讲值仏⑶單位，進一步防止結垢產生。 申請專概圍第9猶述之除去廢切錢污錄的處财法，其中 前述除去廢水中有機污染物的處理方法，係進一步在步驟(a)之前增加 廢水預處理步驟’除去廢水中有毒有機物質。 u·如申請專利範圍第9項所述之除去廢水中有機污染物的處理方法，其巾着 七述以空氣沖洗薄膜時，係進一步加入無機酸以調整水中pH值。

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