TWI457293B - Method and processing device for organic drainage - Google Patents

Description

有機性排水之處理方法及處理裝置

本發明係關於藉由活性污泥法，將有機性排水進行生物處理之有機性排水之處理方法及處理裝置，尤其藉由活性污泥法，將有機性排水進行生物處理時，改善污泥的沈澱性、濃縮性、過濾性，有效率地得到良好水質之處理水之方法及裝置。

作為有機性排水之處理方法，已知生物處理。生物處理法中，利用稱為活性污泥之微生物群聚之活性污泥法係可以適用於各種性狀之含有機物之水，因可得到良好水質之處理水，廣泛地使用。

藉由活性污泥法進行處理之生物處理槽內，保持著導入處理槽之有機性排水與保持於槽內之活性污泥(微生物)之混合液(活性污泥混合液)。因此，為得到經生物處理槽處理的澄清處理水，必須將此活性污泥混合液，進行固液分離。

作為活性污泥混合液之固液分離手段，雖有沈澱池、膜分離裝置、浮上分離裝置等，其中的膜分離裝置與其他固液分離裝置相比，固形物之分離能力高，若使用膜分離裝置，可得到澄清的處理水。

如此地將生物處理水進行固液分離時，為改善所得處理水之水質或處理效率，傳統上進行如下手段。

i)於沈澱池將生物處理水進行固液分離時，為提升處理水的透視度，再設置過濾器。或是，使生物處理槽之MLSS濃度最適合化。或加大沈澱池。

ii)為改善污泥的沈澱性、濃縮性，採用二段活性污泥法。或是添加高比重之凝聚劑等(鐵鹽、鈣等)。或添加高分子凝聚劑。

iii)將來自生物處理槽之活性污泥混合液，進行膜分離之膜分離活性污泥法中，為防止膜阻塞、提升流動(透過流量)，進行膜的藥品洗淨、處理水之間隔取出、膜的逆洗淨、生物處理槽之MLSS濃度之最適合化、生物處理槽之污泥滯留時間(SRT)之最適合化等。

例如，專利文獻1揭示添加凝聚劑於膜浸漬型生物處理槽，使磷凝聚，防止磷溶出於生物處理水，同時防止於後段的逆滲透膜分離裝置黏液附著的方法。

另外，本申請人揭示先於生物處理槽，將有機性排水進行生物處理，將活性污泥混合液進行膜分離之膜分離活性污泥法中，為防止分離膜阻塞，添加鐵鹽於生物處理槽，同時調整生物處理槽之pH成5~6.5之方法(專利文獻2)。

專利文獻1：特開2008-86849號公報

專利文獻2：特開2008-200639號公報

如專利文獻2記載，添加鐵鹽於生物處理槽，同時調整生物處理槽之pH成為5~6.5，可形成極堅固且大的絮狀物，改善污泥的沈澱性、濃縮性、過濾性，亦提高處理 水的透視度。尤其，於膜分離活性污泥法若使用此方法時，可達到維持高的膜透量(flux)之優異效果。

然而，若直接添加鐵鹽於生物處理槽時，依狀況會有時處理水會有茶褐色混濁現象。依本發者等檢討的結果，得知此現象係因被添加於生物處理槽的鐵鹽於生物處理槽中，變成氧化鐵或碳酸鐵，不能使用於形成絮狀物(flock)，因為成微粒子滲漏於處理水中。

本發明係以提供解決此問題，藉由添加鐵鹽，結果可改善生物處理槽內的活性污泥混合液中的污泥之沈澱性、濃縮性、過濾性，有效率地得到良好水質之處理水之有機性排水之處理方法及處理裝置為目的。

本發明者等為解決上述課題，努力檢討的結果，發現進行生物處理之前，於氫氧化鐵之最適合pH附近，預先混合有機性排水與鐵鹽，可防止起因於氧化鐵、碳酸鐵所產生之處理水的混濁。

本發明係基於如此發現所達成者。

第1型態係於添加鐵鹽於有機性排水，進行生物處理之方法，其特徵係含有添加鐵鹽於有機性排水，進行混合之混合步驟，及將來自混合步驟之混合水與活性污泥混合 ，進行生物處理之生物處理步驟。

第2型態係於第1型態中，前述混合步驟之pH為4.5~6.5，前述生物處理步驟之pH為5~6.5為特徵。

第3型態係於第1或第2型態中，於前述混合步驟，添加鐵鹽以使前述生物處理步驟之前述活性污泥中之含鐵量成為10~45重量%為特徵。

第4型態係於第1至第3型態中任一項，具有將前述生物處理步驟之活性污泥混合液進行膜分離處理之膜分離步驟為特徵。

第5型態係添加鐵鹽於有機性排水之生物處理裝置中，含有添加鐵鹽於有機性排水，進行混合之混合槽、及將來自混合槽之混合水與活性污泥進行混合，進行生物處理之生物處理槽為特徵。

第6型態係於第5型態中，前述混合槽之pH為4.5~6.5，前述生物處理槽之pH為5~6.5為特徵。

第7型態係於第5或第6型態中，添加鐵鹽於前述混合槽，以使前述生物處理槽之前述活性污泥中之含鐵量成為10~45重量%為特徵。

第8型態係於第5至第7型態中任一項，其中具有將前述生物處理槽之活性污泥混合液進行膜分離處理之膜分離手段為特徵。

依據本發明，藉由進行生物處理之前，於氫氧化鐵(Ferric hydroxide)之最適合pH附近，預先混合有機性排水與鐵鹽，將可使添加的鐵鹽與氫氧化鐵有效地作用。藉 此可於生物處理槽內形成極堅固且大的絮狀物，有效地改善污泥的沈澱性、濃縮性、過濾性，減低鐵分流出於處理水中。

將活性污泥混合液於沈澱池進行固液分離之沈澱型生物處理係可降低處理水的SS，提高透視度。

將活性污泥混合液進行膜分離之膜分離活性污泥法係可防止膜阻塞，提高膜流動，維持長期安定的膜流動。

用以實施發明之最佳型態

以下係參照圖式，詳細地說明本發明之有機性排水之處理方法及處理裝置之實施型態。

圖1、2係表示本發明之有機性排水之處理裝置之實施型態之系統圖。圖1、2中，達成相同功能之零件，標示相同符號。

本發明係導入由有機性排水而成之原水於生物處理槽2，藉由活性污泥進行生物處理時，於鐵鹽混合槽1，添加鐵鹽於原水，進行混合，將所得之混合水，於生物處理槽2進行生物處理。

本發明中作為處理對象之有機性排水，可列舉將地下水、河川水、湖沼(含水壩湖)水等之自然水、自來水、或排水，進行處理所得之回收水，本發明係將此等水作為原水進行處理，所得處理水用於純水製造時，可以適合使用。

此等水係原本BOD濃度低，為0.1~100mg/L程度， 使用此等水作為純水製造之用水時，藉由假單胞菌屬(Pseudomonas)等之稱為貧營養細菌之微生物為主體，進行生物處理後，以超濾(UF)膜、或孔徑為0.2μm以下程度的膜進行固液分離。處理純水製造用水所使用的膜，因為孔徑小，所以容易發生阻塞。尤其，於自然水中含容易阻塞膜之腐植酸或尿素，不溶性懸浮物(SS)濃度亦高。依據本發明，因為得到高的防止阻塞(fouling)效果，因此於原水中可含有超過1mg/L的高濃度腐植酸或尿素中之一種或兩種，另外，亦可含0.1~30mg/L程度範圍之SS。

藉由使生物處理槽中MLSS濃度為2,000~50,000mg/L，尤其5,000~20,000mg/L之高濃度，可提高生物處理效率。

在此，MLSS中有機物量之比率，具體上活性污泥有機性浮游物質MLVSS(Mixed Liquor Volatile Suspended Solids)/MLSS比為0.1~0.8程度，於0.2~0.6之範圍尤佳。生物處理槽所導入之含有機物之水的有機物濃度極低時(例如可進行生物分解之有機物之Assimirable organic carbon，以下為「AOC」，濃度未滿100ng/L程度)，生物處理槽內活性污泥增殖變少，MLVSS/MLSS比有時亦超出上述範圍。此時可於生物處理槽，添加微量有機物，或混合有機物濃度高之其他含有機物之水即可。

另外，生物處理槽內，亦可使載體浮游。作為如此浮游性載體，可列舉海棉、凝膠等。生理處理槽之BOD負 荷係與通常的活性污泥法相同即可，例如0.5~5.0kg-BOD/天，以0.5~2.0kg-BOD/天程度尤佳，即使更低負荷，以鐵鹽的效果，污泥不分散，產生充分強度之大的絮化物，進行良好的處理。

本發明中，於如此生物處理槽中，將原水先進行生物處理，首先將原水送入鐵鹽混合槽1，藉由與pH計1B連動之pH調整劑添加手段1C，因應需要，添加pH調整劑，調整成pH4.5~6.5，於此pH條件下添加鐵鹽，攪拌混合。

作為鐵鹽，並無特別限制，可使用氯化鐵、氯化亞鐵、聚合硫酸鐵、硫酸鐵等之鐵鹽。此等係可使用單獨1種，亦可併用2種以上。鐵鹽係以該水溶液添加為宜。作為用以添加鐵鹽水溶液於混合槽1之手段，可使用各種藥注唧筒。

鐵鹽的添加量係生物處理槽2內之活性污泥MLSS中的含鐵量(Fe含量)成為10~45重量%，以10~35重量%的量尤佳。鐵鹽的添加量過少時，不能得到充分的添加效果，過多時，活性污泥量增加，同時絮化物強度降低。

另外，鐵鹽添加量的控制係以分析活性污泥MLSS中的Fe含量進行為宜，但簡便上亦可由原水的BOD控制，例如每原水BOD1mg/L中鐵鹽之Fe換算添加量，以約0.03~0.3mg/L程度為宜。一邊添加此添加量範圍的鐵鹽，一邊分析污泥MLSS中的Fe含量，進行鐵鹽添加量的微調整為宜。

添加鐵鹽於原水的脫碳酸處理水之鐵鹽混合槽1之pH未達4.5，產生氫氧化鐵之極微細粒子，污泥沈澱性惡化，若超過6.5時，再次溶解空氣中之二氧化碳氣體，產生碳酸鐵，同時腐植酸等凝聚變差。因此，於鐵鹽混合槽1之pH為4.5~6.5，以4.5~5.5尤佳。

於傳統的活性污泥法中，添加鐵鹽於生物處理槽係以防止膨化、除去磷等目的，為一般所進行。然而，此時，鐵鹽的添加量僅止於除去磷用的極微量添加，或可防止膨化程度之添加。另外，不進行控制pH、或進行控制pH時，為除去磷或硝化，pH6.5以上為通例。

本發明中如後所述，生物處理槽之pH係以5~6.5為宜，以5.5~6.0尤佳，進而，除了滿足此條件以外，於另外設置的混合槽1，添加鐵鹽於原水，此槽之pH係以4.5~6.5為宜。

藉由如此操作，生物處理水的SS經常為5mg/L以下，通常為2mg/L以下，透視度達到3m以上。另外，將生物處理水，使用於進行膜分離之膜分離活性污泥法時，將可提升膜流通自通常的0.5m/天至1m/天程度。

於此鐵鹽混合槽1中，為充分地混合原水與鐵鹽，以3~20分鐘程度之滯留時間攪拌混合為宜。

鐵鹽混合槽1中添加混合鐵鹽的水係接著送往生物處理槽2，進行生物處理。

此生物處理槽2藉由連動於pH計2B之pH調整劑添加手段2C，因應需要，添加pH調整劑，以pH5~6.5為 宜，以5.5~6.0尤佳，藉由散氣管2A之曝氣下，進行生物處理。

另外，於鐵鹽混合槽1及生物處理槽2中，因應需要所添加的pH調整劑，可使用鹽酸等之酸或鹼，為防止水垢產生，在鹼方面，比起消石灰，以使用苛性鈉等之鈉系鹼為宜。

將生物處理水藉由分離膜進行固液分離時，作為分離膜，可為MF(精密過濾)膜、UF(超濾)膜、NF(奈米過濾)膜等中任一種。膜的形態可為平膜、管狀膜、中空絲等中任一種。作為膜的材質，可舉例如PVDF(聚偏二氟乙烯)、PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)等，但不侷限於此。分離膜係可如圖1所示，浸漬配置於生物處理槽2內，亦可如圖2所示，設置為不同於生物處理槽2之另一個加壓型膜分離裝置。但是，浸漬膜係以絮狀物(flock)不易被破壞為宜。

於圖1之生物處理槽，將來自鐵鹽混合槽1之混合水，導入生物處理槽2，與活性污泥混合，同時於生物處理槽2內的底部所設置之散氣管2A之曝氣下，進行生物處理。

此生物處理槽2係自該添加手段2C添加酸或鹼等之pH調整劑，使pH計2B偵測出的pH成規定範圍，經生物處理的水係透過分離膜3，作為處理水取出。另外，圖1中以唧筒4取出透過水，但亦可藉由重力取出透過水。

生物處理槽2內之剩餘污泥係由取出管2D所取出。 另外，亦可將部份取出的污泥，藉由臭氧等進行可溶解化處理後，送返生物處理槽2。

圖1中，浸漬配置分離膜3於生物處理槽2內，如圖2所示，將生物處理槽2內之生物處理水，藉由唧筒5，供給於加壓型膜分離裝置6，取出透過水為處理水，亦可將部份(或全部)濃縮水送返生物處理槽2。

作為膜分離裝置6使用之膜的種類，可列舉MF膜或UF膜等，膜組件形式係除了中空絲膜、平膜以外，可列舉螺旋膜等，但不侷限於此等。

圖2時亦可導入膜分離裝置6之部份濃縮水於污泥可溶解化槽，藉由臭氧等進行可溶解化後，送返生物處理槽2。

另外，如前所述，因為絮狀物不易被破壞，所以比起如圖2之加壓型膜分離裝置6，以使用圖1所示之浸漬型分離膜3為宜。

依據本發明，如圖1、2之將生物處理水，藉由直接膜分離，進行固液分離之有機性排水的生物處理方法中，尤其藉由浸漬於生物處理槽內之浸漬膜組件，將生物處理水進行膜分離之有機性排水的生物處理方法中，可防止膜阻塞，有效地防止膜流動降低，並且得到良好水質的處理水。

但是，本發明中，生物處理水的固液分離係使用分離膜以外，亦可使用沈澱槽、旋流器等，使用沈澱槽時，除了改善沈澱槽中污泥的沈澱性、濃縮水，同時可減低分離 水(處理水)的SS、提升透視度。

於使用任一種固液分離手段時，與液體部份所分離之固形物(分離污泥)係因應需要，以部份為返送污泥，送返生物處理槽，污泥於生物處理槽之滯留時間為2~50天程度，以5~20天程度取出污泥尤佳。或是，使用浸漬型分離膜時，以於如此污泥滯留時間，取出污泥為宜。取出的污泥係可以剩餘污泥排出，亦可以臭氧反應槽或消化槽等之減容化手段進行減容化。

實施例

以下係說明關於實施例及比較例。

就方便說明上，首先列舉比較例。

[比較例1]

以圖1所示裝置進行原水處理。但是，不使用鐵鹽混合槽，將原水直接導入生物處理槽。生物處理槽的容量係0.2m³ ，於內部浸漬浸漬膜。作為浸漬膜，使用4m² 大小的中空絲型，孔徑為0.1μm的MF膜(三菱Rayon股份有限公司製)。

添加磷酸一鉀於BOD濃度為4.2mg/L，SS濃度為3mg/L的河川水，成為磷濃度為0.3mg/L之有機性水，以3m³ /天的流量，供給於生物處理槽。藉由設置於連接浸漬膜之處理水管中途之真空唧筒進行減壓，自處理水管取 出處理水(膜透過水)。

此比較例1中，自實驗開始起1天發生膜阻塞，不能取出處理水。此時處理水之TOC濃度為1.2mg/L，槽內之活性污泥混合液之性狀係如下所述。

<生物處理槽內之活性污泥混合液>

含鐵比率：MLSS之4.7重量%(以鐵而言)

MLSS濃度：500mg/L

MLVSS濃度：220mg/L

pH：7.1

[比較例2]

放空比較例1中不能取出處理水之生物處理槽，於生物處理槽中，添加活性污泥，使MLSS濃度成為100mg/L，此混合液中，以鐵換算添加量為1,000mg/L之比率，添加氯化鐵為鐵鹽。另外，連動於生物處理槽內之pH計，添加氫氧化鈉進行pH調整，維持pH5.8。接著，將比較例1中作為處理對象之原水，添加氯化鐵成5.0重量%的水溶液，以鐵換算添加量為5mg/L，以1.2m³ /天之流量，供給於生物處理槽，自導水開始3天後，浸漬膜之差壓上升變小。

此時處理水之TOC濃度為145ng/L，生物處理槽內之活性污泥混合液之性狀係如下所述。

<生物處理槽內之活性污泥混合液>

含鐵比率：MLSS之35重量%(以鐵而言)

MLSS濃度：1870mg/L

MLVSS濃度：140mg/L

pH：5.8

然而，繼續運轉時，浸漬膜之差壓上升，藥品洗淨需要2週時間。取出混合液，確認沈澱性時，靜置30分鐘後之上澄液成茶褐色混濁，測定SS時，為22mg/L。

[實施例1]

於比較例2，除了將原水導入生物處理槽前段的鐵鹽混合槽(容量為10L)而非生物處理槽，同時添加氯化鐵水溶液於此鐵鹽混合槽，將有機性排水與氯化鐵攪拌5分鐘，進行混合後，供給於生物處理槽以外，以相同的條件進行處理。此鐵鹽混合槽之pH為6.5。

該結果係浸漬型分離膜之差壓幾乎不上升，可安定地連轉2個月。2個月後之差壓上升為30kPa。

接著，自動調整鐵的添加量，使鐵鹽混合槽之pH成為5.0。該結果係後續的2個月浸漬膜之差壓幾乎不上升。

此時處理水之TOC濃度為120ng/L，生物處理槽內之活性污泥混合液之性狀係如下所述。

<生物處理槽內之活性污泥混合液>

含鐵比率：MLSS之31重量%(以鐵而言)

MLSS濃度：3,900mg/L

MLVSS濃度：1,570mg/L

pH：5.8

接著，自生物處理槽取出浸漬膜，取而代之，設置直徑為30cm，高度為50cm之圓形沈澱池，導入來自生物處理槽之生物處理液於此沈澱池，進行固液分離，取出分離水作為處理水。另外，設置送返污泥路線，送返分離污泥於生物處理槽。污泥送返率為100%。

該結果係處理水SS於2個月的運轉期間中，經常澄清，為5mg/L以下。

使用特定型態詳細地說明本發明，但相關業者應明瞭可進行各種改變而不脫離本發明的意旨及範圍。

另外，本申請書係基於2008年7月28日所申請之日本專利申請(特願2008-193623)，引用該全體而使用。

1‧‧‧鐵鹽混合槽

1B‧‧‧pH計

1C‧‧‧添加手段

2‧‧‧生物處理槽

2A‧‧‧散氣管

2B‧‧‧pH計

2C‧‧‧添加手段

2D‧‧‧取出管

3‧‧‧分離膜

4‧‧‧唧筒

5‧‧‧唧筒

6‧‧‧膜分離裝置

[圖1]表示本發明之有機性排水之處理裝置之實施型態之系統圖。

[圖2]表示本發明之有機性排水之處理裝置之其他實施型態之系統圖。

1‧‧‧鐵鹽混合槽

1B‧‧‧pH計

1C‧‧‧添加手段

2‧‧‧生物處理槽

2A‧‧‧散氣管

2B‧‧‧pH計

2C‧‧‧添加手段

2D‧‧‧取出管

3‧‧‧分離膜

4‧‧‧唧筒

Claims (8)

1. 一種有機性排水之處理方法，其係添加鐵鹽於有機性排水，以生物處理步驟進行生物處理之方法，其特徵係含有：在以該生物處理步驟進行生物處理之前，添加鐵鹽於有機性排水，進行混合之混合步驟；及將來自混合步驟之混合水與活性污泥混合，進行生物處理之該生物處理步驟之有機性排水之處理方法，其中前述混合步驟之pH為4.5~6.5，前述生物處理步驟之pH為5~6.5，於前述混合步驟中，添加鐵鹽以使前述生物處理步驟中之前述活性污泥中之含鐵量成為10~45重量%。
2. 如申請專利範圍第1項之有機性排水之處理方法，其中前述混合步驟之pH為4.5~5.5，前述生物處理步驟之pH為5.5~6.0。
3. 如申請專利範圍第1或2項之有機性排水之處理方法，其中鐵鹽係選自氯化鐵、氯化亞鐵、聚合硫酸鐵、及硫酸鐵所成群之至少一種。
4. 如申請專利範圍第1或2項之有機性排水之處理方法，其中具有將前述生物處理步驟之活性污泥混合液進行膜分離處理之膜分離步驟。
5. 如申請專利範圍第4項之有機性排水之處理方法，其中膜分離之分離膜係選自精密過濾膜、超濾膜、及奈米過濾膜所成群之一種。
6. 一種有機性排水之處理裝置，其係添加鐵鹽於有機 性排水，以生物處理槽進行生物處理之裝置，其特徵係含有：在以該生物處理槽進行生物處理之前，添加鐵鹽於該有機性排水，進行混合之混合槽；及將來自混合槽之混合水與活性污泥進行混合，進行生物處理之該生物處理槽的有機性排水之處理裝置，其中前述混合槽之pH為4.5~6.5，前述生物處理槽之pH為5~6.5，前述混合槽中，添加鐵鹽以使前述生物處理槽中之前述活性污泥中之含鐵量成為10~45重量%。
7. 如申請專利範圍第6項之有機性排水之處理裝置，其中前述混合槽之pH為4.5~5.5，前述生物處槽之pH為5.5~6.0。
8. 如申請專利範圍第6或7項之有機性排水之處理裝置，其係具有將前述生物處理槽之活性污泥混合液進行膜分離處理之膜分離手段。