TWI359794B - - Google Patents

Description

100年11月09日修正替換頁 、發明說明： ' 【發明所屬之技術領域】 本發明係與含氮廢水處理技術有關，特別是指一種可 於同一反應槽内同時進行硝化、自營性脫硝、異營性脫硝 及化學需氧量去除之廢水處理方法。 【先前技術】 家庭廢水、畜牧業及養殖業廢水、垃圾掩埋場滲出水 以及工業廢水之中，都含有大量之有機氮及氨氤；而目前 用以處理含氮廢水之方法中，以生物硝化脫硝法在業界最 被廣泛使用，也較為經濟實惠。 傳統之生物硝化脫硝反應如第一圖所示，首先微生物

會先將有機氮氨化（Ammonification)，水解成NH4+或NH (視pH而定），接著將氨氮（NH4+_n)轉化成亞硝酸鹽氮 (NO/_N) ’再由亞硝酸鹽氮繼續氧化成硝酸鹽氮 (NO/-N) ’這些步驟為硝化階段，此一階段必須消耗大量 的能源將氧氣融人水财’以便提供電子接受者給氨氮及 亞硝酸賴；後續脫侧由缺氧性異營脫韻湘有機碳 源之代謝，同時將ΝΑ·還原為N〇2·’再連續還原為ΝΑ 及N2逸散至大氣中’但—般含氮廢水之有機碳源通常不 足，故而操作者往往需由外界額外添加碳源，以提供脫硝 菌，反應動力，此—生物硝化脫硝法除了需耗費能源及添 力反原❿導致操作成本昂貴之外，異營菌進行脫石肖時戶斤 產生之大量污泥亦耗費了大量之污泥處理成本，再加上硝 1359794 _^年11月09日修正替換頁 倾段及脫雜段躲水帽紐之. 需針對好氧硝化及厭氧脫硝分別建置兩套不同的系統 分不符經濟效益。 » 除了上述之傳統方法外，另—種厭氧氨氮離子氧化法- (Anaerobic Ammonium Oxidation, ANAMMOX)亦逐漸發展- 成熟，如美國第5,〇78,884號專利所揭露者，該方法係於 厭氧之環境下，藉由自營朗菌之作用，直接以顧4+為電· 子提供者，以斷作域子接受者，並反應產錢氣而達 到去除水射·之目的，除此之外，#水體+之邮+響 過量而N〇2·不足時，部分NiV亦可先行氧化成為Ν〇α 進行上述反應；然而，由於ΝΗ，之氧化需於好氧之環境下 進行，故此一厭氧氨氮離子氧化法亦需建置兩個以系 統，分別供ΝΗ4+氧化成Ν02- ’以及ΝΗ4、Ν〇2-生成氮氣 所需，或是將此二反應所需之微生物附著於不同之介= 上；如此一來，除了導致建置成本之高昂之外，亦提昇了 操作維護之複雜度，再者，此一厭氧氨氮離子氧化法2無擊 法連帶地去除水體中之化學需氧量。 ”' 【發明内容】 鑑於上述缺失，本發明之一目的在於接极 、 杈供—種可同時 進行異營性脫硝、自營性脫硝以及化學需氧量去t 處理方法及其裝置，係可於單一反應槽中進行硝二 營性脫硝者。 本發明之另一目 的在於提供-種可同日㈣行異營性脫 4 1359794 ^°〇年11月09日修正替換頁 硝、自營性脫硝以及化學需氧量去 裝置，係可—併去除水體中之化學需氧量者方法及其 為達前揭目的’本發明之同時' 學需氧量去除之廢水處理方法’係可於單合: 由微生物之作用’同時且混合均句地進行硝化二； 性脫狀應、異營性脫歧應及化學需氧量之去除.其中，

生，肖化菌、自營性脫確菌以及異營性脫琐 &，其中’ W叙錢反應係_化_之作訂，將氨氮 轉化成亞硝酸社，前述之自營性脫軌應係㈣營性脫 石肖菌之作用下’以魏作為電子提供者，以亞雜鹽氮作 為電子射者，產线氣及猶践，前私異營性脫石肖 反應係於異營性脫韻之作用下，消耗俩贱及化學需

氧量；該自營朗菌於我國食品工業發展研朗之寄存編 號為BCRC980011 ;上述之微生物可懸浮地生長於哕反應 槽中，反應槽内部可被導入氧氣，使得溶氧濃度；^ 0.1〜0.5 mg/L 之間。 本發明之同時自營異營性脫硝結合化學需氧量去除之 廢水處理裝置，係包含一反應槽用以容納一待處理之廢 水，以及微生物混合均勻地生長於該反應槽内部，該微生 物包含有硝化菌、自營性脫硝菌以及異營性脫硝菌，其中， 該自營性脫硝菌於我國食品工業發展研究所之寄存編號為 BCRC980011 ;其中’上述之微生物係懸浮地生長於該反 應槽中；該同時自營異營性脫硝結合化學需氧量去除之廢 水處理裝置可更包含有一曝氣盤設於該反應槽之中，一曝 1359794 100年11月09日修正替換頁 氣馬達與-亥曝氣盤連接，以及一沉激池與該反應槽連接； 其中’該反應槽内部之溶氧濃度係介於(U〜0.5 mg/L之間。 【實施方式】 /發明所提供讀水處理方法及裝置，至少需藉由硝 化囷、自營脫硝菌以及異營脫硝菌之作用才能發揮功效， 其中’硝化菌及異營脫韻均可由市面上構得，至於自營 脫石肖菌則係由發明人自行培養；發明人係採用活性污泥作 為植種ϋ以污水處理廠實廠之連續混合式反應器 (C〇ntin_ Stirred 丁ank⑸鄭，CSTR)作為培養環境來 k^營脫硝’g ’於培養之過程中，該反應器係被加入含 有尚漠度氨氮的廢水，並導入空氣使得溶氧上升，該反應 斋内部原本即存在的确’化菌能以溶氧作為電子接受者進行 硝化反應，而將氨氮轉化成為亞硝酸鹽，該空氣之導入除 了提供給硝化作用外，亦可提供完全混合動力水體中之 溶氧濃度建議維持在ai_0.5 mg/L之間，不宜過高，以 0.2-0.3 mg/L較佳；由於導入的空氣量並不高，水中溶氧亦 不會明顯上升’氨氮在硝化的過程令因溶氧不足而進行部 刀确化到亞硝酸鹽即停止，不會繼翻化至確酸鹽，故水 體中具有充足之氨氮及亞硝酸鹽，十分適合自營性脫石肖菌 利用氨氮結合亞石純鹽直接進行脫端反應而進行生長。經 過=-4個月後，自營性脫硝菌即可剩養完成；培養完成之 自詧脫硝菌經鑑定為❹⑼对以以似"，其在我國食 品工業發展研究所之寄存編號為BCRC98〇〇u，寄存曰期 1359794 I 100年11曰修正替換頁 為民國98年1月21日’此―自營性脫硝菌可於厭氧 &中’以魏作為電子提供者’以亞硝酸鹽氮作為電子接 . 文者，並反應產生氮氣及硝酸鹽氮。 *培養完叙自營性脫㈣㈣可配㈣化_及異營性脫 ·· 硝菌’於同一反應槽中進行含氮廢水之淨化；該含氮廢水 +之氨氮於舰菌之作用下，配合氧氣之供應，將進行硝 化反應而被氧化成亞硝酸鹽氮；該自營性脫硝反應係於自 響 Ϋ，脫韻之作用下’以氨A作為電子提供者，以亞硝酸 魏作為電子接受者，並反應產生氮氣及俩鹽氮；該里 f性脫槪應係於異營性脫韻之作用下，雜《肖酸鹽氮 及化子茜氧里’反應產生氮氣；該等反應係同時地且於反 應槽中混合均勻地進行，經由上述反應，該含氣廢水令之 氨氮及化學需氣量均可被有效地去除，而達到淨化之目的。 —其令’該確化菌、自營性脫硝菌及異營性脫硝菌係懸 鲁彳地且混合㈣地於該反觸之巾生長；除了連續混合式 反應器之外，上述之反應亦可於連續批次式反應器 (Sequencing Batch Reactor，SBR)之中進行。 系統中低於0.5mg/L之溶氧對於硝化菌進行硝化反應 雖然精嫌不足，但因為系統中具有足量之氨氮，加上亞琐 酸鹽氮將藉由自營性脫石肖反應而迅速消耗，導致靖化反應 之產物亞硝酸鹽氮始終維持較低濃度，故系統中之硝化反 應仍能以一特定之速度持續進行。 為了詳細說明本發明之構造及特點所在，茲舉以下三 較佳實施例說明如後，但並不代表本發明僅偈限於該等實 7 100年11月09日修正替換頁 施例之内容。 實施例1 : 請參閱第二圖，本發明所提供之同時自營異營性脫確 結合化學需氧量去除之廢水處理裝置（10)，係為一連續混 合式反應器（Continuous Stirred Tank Reactor，CSTR)，並包 含有一反應槽(12)、微生物、多數曝氣盤(14)、一曝氣馬達 (16)以及一沉澱池（18)。 該微生物包含有以適當比例混合之硝化菌、自營性脫 硝菌以及異營性脫硝菌，並懸浮且混合均勻地生長於該反 應槽（12)之中，該曝氣盤(14)係設於該反應槽（12)之内部底 側，該曝氣馬達(16)係與該曝氣盤（14)連接，而可將空氣輸 送至反應槽（12)之液面下以增加溶氧，該沉澱池(18)係與該 反應槽(12)連接；該曝氣盤(14)及曝氣馬達(16)除了可提供 適量氧氣供硝化反應所需之外，亦可提供完全混合動力， 使反應混合均勻地進行。 •待處理之含氮廢水係直接導入該反應槽（12)，並於反 應後流入沉澱池(18)進行懸浮微粒之沉澱，其中，沉澱池(i 8) 之上澄液則可排收至外界，而部分之污泥則經由一管路(2〇) 迴流至該反應槽（12);該廢水處理裝置（1〇)整體之水力停留 時間（Hydraulic Retention Time，HRT)為 24 小時，污泥停 留時間（Sludgeretentiontime，SRT)為18天，水中之溶氧 濃度為0.2-0.3mg/L’至於進流水中之污染物濃度、出流水 之污染物濃度以及污染物之去除效率分別如第三圖及第四 1359794 100年11月09日修正替換頁 圖所不，:^三騎示’進流水之氨氮濃度係介於刪-謂 吨揽之間，經過該廢水處理裝置處理後，出流水氨氣 濃度介於44-208 mg-N/L之間’氨氤去除率高達78鄕； 第四圖顯*進流水之化學需氧量為618_83丨3 mg/L，出流水 之化學需氧量為2〇8_435 mg/L，去除效率為如娜表 示該廢水處理裝置可_去除水中魏及化學需氧量。 實施例2 : 同樣採用連續混合式反應器，其HRT為24小時，srt 為18天，水中之溶氧濃度介於〇 2 〇 3mg/L之間其進流 水及出流水之各項污染物濃度如下：

NH4+ (mg-N/L) N〇2'(mg-N/L) N03'(mg-N/L) COD (mg/L^i Total N (mg-Ν/ΤΛ 850 0 3 656 "85? 293* 75 66 437 43? 出流水 此系統之總氮去除率為49.2%，經過計算，其中2〇/。 之總氮係利用自營脫硝菌之作用而轉化為氮氣回到大氣 中，另外5.0%是藉由異營性脫硝菌之作用而回到大氣，由 於廢水中之總氮主要是藉由自營脫硝菌之作用而被去除， 相較於習知全數藉由異營脫硝菌之作用而去除者而言，除 可大大減少污泥產$以降低後績污泥處理成本外，亦可有 效降低有機碳源之需求量；至於化學需氧量（Chemiea丨

Oxygen demand，COD)之去除率則為 33.4%，其中 30.0% 9 100年11月09曰修正替換頁 係被異營性脫硝菌所消耗，另外3.4%係被其他種類之異營 菌所消耗。 實施例3 : 採用連續混合式反應器，其HRT為24hr，SRT為18 天，水中之溶氧濃度介於0.2-0.3 mg/L之間，其進流水及 出流水之各項污染物濃度如下： 進流水 出流水 NH»+ (mg-N/L) 600 168 N02*(mg-N/L) 0 21 Ν03· (mg-N/L) 3 47 COD (mg/L) 761 435 Total N (mg-N/L) 603 236 此系統之總氮去除率為60.9%，經過計算，其中54.7% 之總氮係利用自營脫硝菌之作用而轉化為氮氣回到大氣 中’另外6.2%是藉由異營性脫硝菌之作用而回到大氣； c〇D之去除率為42.9%，其中19.70/。是被異營性脫硝菌所 消乾’另外23.2%是被其他種類之異營菌所消耗。 由於本發明可於單一反應槽中，同時進行硝化、自營 性脫硝及異營性脫硝反應，因此可有效地去除含氮廢水中 之氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮以及化學需氧量；再者， 由於硝化菌、自營性脫硝菌以及異營性脫硝菌是以懸浮且 叱合均勻之方式於反應槽之中生長，因此無需建置兩個以 上之反應槽，或是提供兩個以上之介質供其附著生長，因 此可有效地降低建置成本’且操作維護上亦更為簡便；再 者’由於廢水中之總ll大多是利用自營脫㈣之作用而被 1359794 100年11月09日修正替換頁 去除，更可大大降低污泥產量及有機碳源之需求量。 【圖式簡單說明】 « 第一圖係傳統生物硝化脫硝反應之示意圖； :第二圖係本發明一較佳實施例之裝置示意圖； :第三圖係本發明一較佳實施例氨氮濃度變化及去除百 分比； Ιί 第四圖係本發明一較佳實施例COD濃度變彳匕及去除 百分比。 【主要元件符號說明】 10廢水處理裝置 12反應槽 14曝氣盤 16曝氣馬達 18沉澱池 20管路

Claims (1)

1359794 七、申請專利範圍 100年11月09日修正替換頁 I 一種同時自營異營性脫硝結合化學需氧量去除之 廢水處理方法，係包含： 於單一反應槽内，藉由微生物之作用，同時且混合地 進行硝化反應、自營性脫硝反應、異營性脫硝反應及化學 需氧量之去除； 其中’前述之微生物包含硝化菌、自營性脫硝菌以及 異營性脫硝菌； 其中，前述之硝化反應係於硝化菌之作用下，將氨氮 轉化成亞硝酸鹽氮，前述之自營性脫硝反應係於自營性脫 硝菌之作用下，以氨氮作為電子提供者，以亞硝酸鹽氮作 為電子接受者，產生氮氣及硝酸鹽氮，前述之異營性脫硝 反應係於異營性脫硝菌之作用下，消耗硝酸鹽氮及化學需 氧量。 2.如申請專利範圍第1項所述之同時自營異營性脫硝 結合化學需氧量去除之廢水處理方法，其中，該自營性脫聲 硝菌於我國食品工業發展研究所之寄存編號為 BCRC980011。 3. 如申請專利範圍第1項所述之同時自營異營性脫石肖 結合化學f氧量去除之廢錢理方法，其巾，該微生物係 懸浮地生長於該反應槽中。 4. 如申請專利範圍第1項所述之同時自營異營性脫硝 結合化學需氧量去除之廢錢理方法，其巾，該反應槽係 被導入氧氣以供硝化反應所需。 12 1359794 100年11月09日修正替換頁 1 一 5. 如申請專利範圍第1項所述之同時自營異營性脫硝 九r合化學需氧量去除之廢水處理方法，其中，該反應槽内 部之溶氧濃度係介於0.1〜0.5 mg/L之間。 6. 如申凊專利範圍第1項所述之同時自營異營性脫硝 結合化學需氧量去除之廢水處理方法其中該蛸化反應、 自營性脫硝反應、異營性脫硝反應及化學需氧量之去除係 混合均勻地於該反應槽中進行。 «I 7. —種同時自營異營性脫硝結合化學需氧量去除之 廢水處理裝置，係包含： 反應槽，係用以容納一待處理之廢水； a U生物，絲合地生長於該反應槽㈣，包含有确化 菌、自營性脫硝’菌以及異營性脫確菌； ’、中，自營性脫硝反應係於該自營性脫硝菌之作用 下在亥反應槽内。卩發生，該自營性脫$肖反應是以氨氣作

域子提供者，以亞雜魏料電子接受者，產生氣氣 及硝酸鹽氮。 8·如中請專利範圍第7項所述之同時自營異營性脫石肖 、，^化學需乳量去除之麼水處理I置，其中，該自營性脫 石肖鹵於我國食品工業称尸 BCRC980011 〇 業^展研究所之寄存編號為 二二^範圍第7項所述之同時自營異營性脫蝴 ::二Γ磨水處理震置，係更包含有-曝氣 盤a又於S玄反應槽之中，以 1Λ ^ 及—曝氣馬達與該曝氣盤連接。 ’ 利乾圍第7項所述之同時自營異營性脫 月⑽日修正替換頁 沉 硝結合化學需氧量去除之廢水處理裝薏，係更包含有 澱池與該反應槽連接。 3 η.如申請專利範園第7項所述^時自營異營性脫 硝結合化學需氧量去除之廢水處理裝置，其中，該反應槽 内部之溶氧濃度係介於〇丨〜〇.5 mg/L之間。 … 12_如申請專利範圍第7項所述之同時自營異營性脫硝 結合化學需氧量去除之廢水處理裝置，其中，該微生物係 懸浮地生長於該反應槽中。 士 13·如申明專利範圍第7項所述之同時自營異營性脫石肖 〜化學需氧董去除之廢水處理裝置，其中，該微生物係 混合均勻地生長於該反應槽中。 1359794 100年11月09曰修正替換頁 四、指定代表圖： (一) 本案指定代表圖為：第（二）圖。 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明： 10廢水處理裝置 12反應槽 14曝氣盤 16曝氣馬達 18沉澱池 20管路 五、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化拳式：