TWI522322B - 廢水處理方法 - Google Patents

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Description

廢水處理方法
本發明係有關一種廢水處理方法，尤指一種含氨氮廢水之厭氧氨氧化處理方法。
高氨氮低有機物濃度之氨氮廢水，通常存在於高科技產業，如半導體製造業或LED製造業等。由於其製程中，主要係利用氨氣或氨水，產生之高濃度氨氮廢水則排入廢水處理廠進行處理。就目前傳統硝化/脫氮程序現況，同時硝化之效率較低，設備佔地面積較大，因此不易達到法規管制之放流水標準。
傳統氨氮生物處理方式為硝化-脫硝法，必須經過一連串之生物反應，包含氨氮氧化菌(ammonia oxidation bacteria,AOB)將氨氮氧化成亞硝酸氮；後接續由亞硝酸氮氧化菌(nitrite oxidation bacteria,NOB)將亞硝酸氮氧化成硝酸氮；最後則由脫氮菌將亞硝酸氮還原成氮氣處理完成。惟，該處理方式之整體操作較為耗能，且運作成本較高。
另一種氨氮處理方式為厭氧氨氧化程序(anammox process)，該微生物於厭氧狀態下利用自然界存在的二氧化碳(CO2)作為碳源，直接將氨氮作為電子供給者，亞硝酸鹽氮作為電子接受者，進行三價電子傳送反應生成氮氣的過程，不必如傳統的除氮程序需要額外耗費多餘的成本以及能量，不需提供大量氧氣將氨氮轉化成硝酸氮，亦不 需提供有機碳源進行脫硝反應。該厭氧氨氧化之生化反應為：NH4 ++1.32NO2 -+0.066HCO3 -+0.13H+→1.02N2+0.26NO3 -+0.066CH2O0.5N0.15+2.03H2O
惟，上述生化反應在厭氧氨氧化裝置進行後，通常需額外設置一脫氮裝置，降低硝酸氮之濃度，確保處理水可以符合總氮或硝酸氮之法規標準。由於脫氮裝置需要額外添加有機物作為脫氮碳源，因此無法透過單一沉澱裝置作固液分離與回收污泥，由於污泥需經馴養，若無法有效回收污泥則降低廢水處理的效率並提高成本。
本揭露提供一種廢水處理方法，係包括：將含氨氮廢水與亞硝酸氮導入一內部具有彼此連通之厭氧氨氧化區及脫氮區之生物反應器(biological rector)中，該厭氧氨氧化區及脫氮區係藉由分離結構隔開，且該厭氧氨氧化區中具有自營生物，該脫氮區中具有異營生物，其中，該含氨氮廢水與亞硝酸氮係被導入該厭氧氨氧化區進行反應，以產生氮氣與硝酸氮；以及使該經反應的含氨氮廢水自該厭氧氨氧化區進入該脫氮區，並使該硝酸氮進入該脫氮區以進行脫氮反應。
以下藉由特定的具體實施例說明實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點及功效。
請參閱第1圖，係說明廢水處理方法之示意圖。
本揭露提供之廢水處理方法係於一內部具有彼此連通之厭氧氨氧化區10及脫氮區12之生物反應器1中進行，該單一生物反應器1中之厭氧氨氧化區10及脫氮區12係藉由分離結構14隔開。該廢水處理方法包括將含氨氮廢水W與亞硝酸氮導入該厭氧氨氧化區10進行反應，以產生氮氣與硝酸氮；以及使該經反應的含氨氮廢水W’自該厭氧氨氧化區10進入該脫氮區12，並使該硝酸氮進入該脫氮區12以進行脫氮反應。
於一具體實施例中，該含氨氮廢水與亞硝酸氮之莫耳比係為等比例，或如1：1.32。
另一方面，因經厭氧氨氧化之生化反應後，殘存之硝酸氮為總氮之1/8左右，在生物反應器中，該脫氮區12之體積可小於該厭氧氨氧化區10之體積。
在進行廢水處理時，該厭氧氨氧化區中具有自營生物，例如厭氧氨氧化微生物，該脫氮區中具有異營生物，例如，脫氮菌等。於一具體實施例中，該自營生物係存在於非顆粒化污泥或厭氧顆粒化污泥。此外，並先進行污泥馴養至可進行廢水處理的程度。由於該馴養的方法為本領域具有通常知識者所知悉者，故不於本文中贅述。
於含氨氮廢水W導入該厭氧氨氧化區10後，係以8至18m/hr的流速使該經反應的含氨氮廢水W’自該厭氧氨氧化區10進入該脫氮區12。通常來說，可以進流廢水泵搭配回流水泵之總水量達到預設之流速值。
於一具體實施例中，該自營生物係存在於非顆粒化污泥，且該非顆粒化污泥包括複數活性碳顆粒。該非顆粒化污泥中包括複數活性碳顆粒，可作為自營生物之載體，避免該自營生物的重量過輕被帶至該脫氮區12。
於一具體實施例中，該複數活性碳顆粒之粒徑介於15至25mesh。
於一具體實施例中，當該自營生物係存在於非顆粒化污泥，係控制以13至18m/hr的流速使該經反應的含氨氮廢水W’自該厭氧氨氧化區10進入該脫氮區12。
於另一具體實施例中，該自營生物係存在於厭氧顆粒化污泥，且係以8至12m/hr的流速使該經反應的含氨氮廢水自該厭氧氨氧化區進入該脫氮區。
於又一具體實施例中，該異營生物，例如脫氮微生物係存在於非顆粒化污泥及/或顆粒化污泥中。
此外，本揭露之廢水處理方法中，復包括於該脫氮區12添加碳源。例如，利用一管路15將甲醇或異丙醇加入該脫氮區12，以作為脫氮微生物所需之碳源。
請參閱第2圖，係說明廢水處理方法之另一具體實施例。
如第2圖所示，該生物反應器係一豎設之塔槽或管柱，該生物反應器2中，亦由分離結構14隔開該厭氧氨氧化區10及脫氮區12。是以，在本實施例中，該厭氧氨氧化區10係位於該脫氮區12下方。
此外，該脫氮區12之體積小於該厭氧氨氧化區10之 體積。例如，該脫氮區12之體積與該厭氧氨氧化區10之體積比為1：8至1：10。
又於非限制性之實施例中，該生物反應器2復具有另一分離結構14’，使該脫氮區12位於該二分離結構14,14’之間。
於具體實施例中，該分離結構14,14’包括：固定於該生物反應器2內壁之板體140，係具有複數貫穿之孔洞1401；複數阻氣管141，各該阻氣管141係對應連接該孔洞1401；以及複數阻檔件142，係對應設於該阻氣管141下方，且令該阻氣管141與該阻檔件142間具有間隙d。 於該分離結構14,14’之具體實施上，該阻檔件142係可固定於板體140或該生物反應器2內壁，並可由細長的金屬件或塑料連接件作固定(未圖示)。
請參閱第3圖，係以立體圖說明所示之板體140及阻氣管141，各該阻氣管141係對應連接該孔洞1401而設於該板體140底面。
於第2圖之非限制性實施例中，該生物反應器2復具有傾斜板16，使該脫氮區12位於該分離結構14與傾斜板16之間，其中，該傾斜板16可阻檔固體，例如脫氮汙泥，而液體則可通過該傾斜板16。
此外，於一實施例中，該自營生物係存在於厭氧汙泥中，是以，該生物反應器中之該脫氮區12底部，亦即該分離結構14上方具有第一回流管路18，並可透過泵P之輸送，俾將上升至該脫氮區12之厭氧汙泥回流至該厭氧氨氧 化區10。
又，該異營生物係存在於脫氮汙泥中，是以，該脫氮區12頂部具有第二回流管路19，並可透過泵P之輸送，俾將上升至該另一分離結構14’上之脫氮汙泥回流至該脫氮區12。另一方面，用作碳源之甲醇或異丙醇亦可透過第二回流管路19加入該脫氮區12，以作為脫氮微生物所需之碳源。
實施例
利用一包含厭氧氨氧化區(體積為40 L)及位於該氧氨氧化反應區上方之脫氮區(體積為5 L)之生物反應器進行廢水處理測試，其中，厭氧氨氧化區中植入厭氧氨氧化微生物(如Candidatus Kuenenia stuttgartiensis；Candidatus Anammoxoglobus propionicus；Candidatus Jettenia asiatica；Candidatus Brocadia fulgida；Candidatus Brocadia anammoxidans等菌屬)，其係馴養於厭氧顆粒化污泥；而脫氮區植入脫氮微生物，其係馴養於非顆粒化污泥或厭氧顆粒化污泥。並以8 m/hr的流速使該經反應的含氨氮廢水自該厭氧氨氧化區進入該脫氮區，其中，待處理之含氨氮廢水的氨氮濃度與亞硝酸氮濃度為240 mg/L以及260 mg/L。生物反應器之平均處理量為60 mL/min，換算成總氮負荷為約1 kg N/m3-d。此廢水經過本發明之生物反應器之進出流水各項污染物濃度指標如第4圖所示，其中，每週分析一次數據，得到6組結果。
如第4圖所示之結果，即使進流水之氨氮與亞硝酸氮濃度高達260 mg/L及300 mg/L，反應器出流水之氨氮與亞硝酸氮濃度分別降低至30 mg/L以下，目標污染物之去除率可達90%以上。又，此反應理論上應產生約56 mg/L之硝酸氮，但由本揭露之方法，反應器出流水之硝酸氮僅約2 mg/L。
上述實施例係用以例示性說明本揭露之原理及其功效，而非用於限制本揭露。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本揭露之精神及範疇下，對上述實施例進行修改。因此本揭露之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。
1,2‧‧‧生物反應器
10‧‧‧厭氧氨氧化區
12‧‧‧脫氮區
14,14’‧‧‧分離結構
140‧‧‧板體
1401‧‧‧孔洞
141‧‧‧阻氣管
142‧‧‧阻檔件
15‧‧‧管路
16‧‧‧傾斜板
18‧‧‧第一回流管路
19‧‧‧第二回流管路
W‧‧‧含氨氮廢水
W’‧‧‧經反應的含氨氮廢水
d‧‧‧間隙
P‧‧‧泵
第1圖係本揭露廢水處理方法之示意圖；以及第2圖係說明本揭露一具體實施例之廢水處理方法；第3圖係顯示該分離結構之板體及阻氣管之立體圖；以及第4圖係顯示經本揭露廢水處理方法處理後之汙染物濃度。
1‧‧‧生物反應器
10‧‧‧厭氧氨氧化區
12‧‧‧脫氮區
14‧‧‧分離結構
15‧‧‧管路
W‧‧‧含氨氮廢水
W’‧‧‧經反應的含氨氮廢水

Claims (18)

  1. 一種廢水處理方法，係包括：將含氨氮廢水與亞硝酸氮導入一內部具有彼此連通之厭氧氨氧化區及脫氮區之生物反應器(biological rector)中，該厭氧氨氧化區及脫氮區係藉由分離結構隔開，且該厭氧氨氧化區中具有自營生物，該脫氮區中具有異營生物，其中，該含氨氮廢水與亞硝酸氮係被導入該厭氧氨氧化區進行反應，以產生氮氣與硝酸氮；以及使該經反應的含氨氮廢水自該厭氧氨氧化區進入該脫氮區，並使該硝酸氮進入該脫氮區以進行脫氮反應。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之廢水處理方法，其中，係以8至18m/hr的流速使該經反應的含氨氮廢水自該厭氧氨氧化區進入該脫氮區。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之廢水處理方法，其中，該厭氧氨氧化區係位於該脫氮區下方。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之廢水處理方法，其中，該脫氮區之體積小於該厭氧氨氧化區之體積。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之廢水處理方法，其中，該脫氮區之體積與該厭氧氨氧化區之體積比為1：8至1：10。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之廢水處理方法，其中，該自營生物係存在於非顆粒化污泥或厭氧顆粒化污 泥。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之廢水處理方法，其中，該自營生物係存在於非顆粒化污泥，且該非顆粒化污泥包括複數活性碳顆粒。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之廢水處理方法，其中，該複數活性碳顆粒之粒徑介於15至25mesh。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之廢水處理方法，其中，係以13至18m/hr的流速使該經反應的含氨氮廢水自該厭氧氨氧化區進入該脫氮區。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之廢水處理方法，其中，該自營生物係存在於厭氧顆粒化污泥，且係以8至12m/hr的流速使該經反應的含氨氮廢水自該厭氧氨氧化區進入該脫氮區。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之廢水處理方法，其中，該異營生物係存在於非顆粒化污泥或厭氧顆粒化污泥。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之廢水處理方法，其中，該分離結構包括：固定於該生物反應器內壁之板體，係具有複數貫穿之孔洞；複數阻氣管，各該阻氣管係對應連接該孔洞；以及複數阻檔件，係對應設於該阻氣管下方，且令該阻氣管與該阻檔件間具有間隙。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之廢水處理方法，其中，該生物反應器復具有另一分離結構，使該脫氮區位於該二分離結構之間。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之廢水處理方法，其中，該生物反應器復具有傾斜板，使該脫氮區位於該分離結構與傾斜板之間。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之廢水處理方法，復包括於該脫氮區添加碳源。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之廢水處理方法，其中，該自營生物係存在於厭氧汙泥中，且該脫氮區底部具有第一回流管路，俾將上升至該脫氮區之厭氧汙泥回流至該厭氧氨氧化區。
  17. 如申請專利範圍第13項所述之廢水處理方法，其中，該異營生物係存在於脫氮汙泥中，該脫氮區頂部具有第二回流管路，俾將上升至該另一分離結構上之脫氮汙泥回流至該脫氮區。
  18. 如申請專利範圍第1項所述之廢水處理方法，其中，該含氨氮廢水與亞硝酸氮係為等比例。
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