TWI527767B - 提升廢水處理效率之方法及廢水處理系統 - Google Patents

提升廢水處理效率之方法及廢水處理系統 Download PDF

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Description

提升廢水處理效率之方法及廢水處理系統
本揭露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及系統。
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、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，現階段仍有需要提升厭氧氨氧化微生物之活性，以提升氮氣的產氣速率。
本揭露提供一種廢水處理系統，包括：廢水處理槽，係容置並處理含氨氮廢水，並容置有具式(I)所示材質之複數鐵擔體顆粒於其中；Fe2O3-Fe(OH)3 (I)
pH控制器，係用以添加藥劑至該廢水處理槽中，俾控制該廢水處理槽之含氨氮廢水之pH值；鐵擔體添加器，係用以添加該鐵擔體顆粒至該廢水處理槽中。
本揭露復提供一種提升廢水處理效率之方法，包括於廢水處理槽中，使具式(I)所示材質之複數鐵擔體顆粒及厭氧氨氧化微生物處理含氨氮廢水。
1‧‧‧廢水處理系統
10‧‧‧廢水處理槽
10a‧‧‧配水區
10b‧‧‧生物反應區
10c‧‧‧澄清區
101‧‧‧鐵擔體顆粒
102‧‧‧板體
103‧‧‧回流管路
104‧‧‧進流水
105‧‧‧出流水
12‧‧‧pH控制器
14‧‧‧鐵擔體添加器
第1圖係顯示本揭露之廢水處理系統之示意圖；第2圖係顯示厭氧氨氧化廢水處理方法之產氣結果；以及第3圖係顯示厭氧氨氧化廢水處理方法之比活性測試結果。
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揭露之其他優點及功效。
如第1圖所示，本揭露提供一種廢水處理系統1，包括：廢水處理槽10，係容置並處理含氨氮廢水，該廢水處理槽10中係容置有具式(I)所示材質之複數鐵擔體顆粒101；Fe2O3-Fe(OH)3 (I)
pH控制器12，係用以添加藥劑至該廢水處理槽10中，俾控制該廢水處理槽10之含氨氮廢水之pH值；鐵擔體添加器14，係用以添加該鐵擔體顆粒101至該廢水處理槽10中。
又該複數鐵擔體顆粒本身可為式(I)所示材質，或含有其他成分，例如，活性碳等碳材。
於一具體實施例中，該廢水處理槽10中具有上下間隔的板體102，使該廢水處理槽10由下而上分為配水區10a、生物反應區10b及澄清區10c，且該複數鐵擔體顆粒101係置於該生物反應區10b中。該配水區10a係使進流水104之水流分配均勻後進入該生物反應區10b，該生物反應區10b中具有複數鐵擔體顆粒101，俾與厭氧氨氧化微生物進行反應和進行代謝作用。至於澄清區10c，其係固氣液分離之區域，以排出澄清之出流水105。
此外，該廢水處理槽10復可具有回流管路103以連接該澄清區10c和生物反應區10b。例如，pH控制器12添加之藥劑和鐵擔體添加器14添加之鐵擔體顆粒101係經該回流管路103進入該生物反應區10b。於更具體之實施例中，如圖所示，該回流管路103可連接該pH控制器12和鐵擔體添加器14；或者該pH控制器12 和鐵擔體添加器14所分別添加之藥劑和鐵擔體顆粒以可流入該回流管路103的形式進入該生物反應區10b。此外，回流管路103可延伸進入廢水處理槽10內之生物反應區10b。
另一方面，本揭露之該鐵擔體顆粒之粒徑範圍係1至3mm，據以有效將厭氧氨氧化微生物攔截於生物反應區內，避免流速剪力大而流失厭氧氨氧化微生物，故而可提升整體厭氧氨氧化之效率。此外，該鐵擔體顆粒之比表面積係80至100m2/g，其較大之比表面積以及因鐵擔體顆粒具有疏水之特性，更有利鐵擔體顆粒內的亞鐵與同為疏水性之厭氧氨氧化微生物進行反應，提升厭氧氨氧化微生物之活性。進而至少部分該複數鐵擔體顆粒之表面係為厭氧氨氧化微生物包覆。
具體而言，各該鐵擔體顆粒具有晶核及包覆該晶核之式(I)所示材質。
於具體實施例中，pH控制器12添加之藥劑係酸或鹼。通常，酸可為硫酸或鹽酸，鹼可為氫氧化鈉等金屬氫氧化物或其他無機鹼。該廢水處理槽中之含氨氮廢水之pH值係藉由pH控制器12維持在7.5至8.5之間。
而該廢水處理槽中之亞鐵離子濃度係由鐵擔體添加器維持在10至100mg/L。
本揭露復提供一種提升廢水處理效率之方法，包括於廢水處理槽中，使具式(I)所示材質之複數鐵擔體顆粒及厭氧氨氧化微生物處理含氨氮廢水：Fe2O3-Fe(OH)3 (I)。
其他關於厭氧氨氧化之廢水處理程序，復可包括先進行馴養 之步驟，以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。
又，該生物反應區中之厭氧氨氧化微生物係自營生物，該澄清區中可具有異營生物，例如，脫氮菌等。
另外，除了將含氨氮廢水導入該廢水處理槽外，亦可將亞硝酸氮導入廢水處理槽中，以進行廢水處理。
以下即透過實施例說明本揭露提升廢水處理效率之方法及功效。
製備例 鐵擔體顆粒之製備
鐵擔體顆粒之製備係利用流體化床設備進行，該流體化床設備包括流體化床反應槽主體、兩台進料幫浦與回流幫浦組成。接著，先分別以進料幫浦進流氫氧化鈉(NaOH)水溶液與氫氧化鐵(Fe(OH)2)水溶液，以陶瓷材為晶核，以固定上升流速進行擔體顆粒製備。
測試例 廢水處理之氮氣產氣速率測試
以200mL之水體進行測試，該水體係模擬廢水之氨氮與亞硝酸鹽濃度皆約為70mg/L，溫度控制在37℃。本測試主要利用厭氧氨氧化菌搭配添加本揭露鐵擔體顆粒、Fe(OH)3鐵粉或未添加鐵顆粒之厭氧氨氧化菌進行測試。
各該測試係於150mL模擬廢水中加入50mL厭氧氨氧化污泥，該厭氧氨氧化微生物污泥濃度係2500至3000mg/L，其中，有添加本揭露鐵擔體或鐵粉之測試例中，其添加量皆為25g，測試結果如下。
廢水處理槽中添加本揭露之鐵擔體顆粒，其鐵溶出速率每天 為0.157mg-鐵離子/kg-擔體，其比表面積係92.72至93.60m2/g。此外，如第2圖所示，就產氣量而言，添加本揭露之鐵擔體確實可以加速厭氧氨氧化微生物產氣速率，一直到第25小時，其產氣量約為未添加擔體之厭氧氨氧化廢水處理方法以及單純添加Fe(OH)3鐵粉之厭氧氨氧化廢水處理方法的4倍之多。
厭氧氨氧化比活性(specific anammox activity)之部分，如第3圖所示，單純添加Fe(OH)3至廢水處理槽，可得約327.8g N2-N/g VSS-d的產氣速率；添加本揭露之鐵擔體顆粒，產氣速率為857.1g N2-N/g VSS-d；未添加鐵粉與鐵擔體，產氣速率則為217.3g N2-N/g VSS-d。添加本揭露之鐵擔體的厭氧氨氧化廢水處理方法亦相較於單純添加Fe(OH)3鐵粉之產氣量達2.6倍以上；此外，本鐵擔體的厭氧氨氧化處理法相較於未添加鐵粉與鐵擔體之產氣量高達3.9倍以上，確實大幅提升廢水處理效率。
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‧‧‧廢水處理系統
10‧‧‧廢水處理槽
10a‧‧‧配水區
10b‧‧‧生物反應區
10c‧‧‧澄清區
101‧‧‧鐵擔體顆粒
102‧‧‧板體
103‧‧‧回流管路
104‧‧‧進流水
105‧‧‧出流水
12‧‧‧pH控制器
14‧‧‧鐵擔體添加器

Claims (20)

  1. 一種廢水處理系統，包括：廢水處理槽，係容置並處理含氨氮廢水，並容置有具式(I)所示材質之複數鐵擔體顆粒於其中；Fe2O3-Fe(OH)3 (I)pH控制器，係用以添加藥劑至該廢水處理槽中，俾控制該廢水處理槽之含氨氮廢水之pH值；以及鐵擔體添加器，係用以添加該鐵擔體顆粒至該廢水處理槽中。
  2. 如申請專利範圍第1項之廢水處理系統，其中該廢水處理槽由下而上分為配水區、生物反應區及澄清區，且該複數鐵擔體顆粒係置於該生物反應區中。
  3. 如申請專利範圍第2項之廢水處理系統，其中該廢水處理槽復具有回流管路以連接該澄清區和生物反應區。
  4. 如申請專利範圍第2項之廢水處理系統，其中該被添加之藥劑和被添加之鐵擔體顆粒係經該回流管路進入該生物反應區。
  5. 如申請專利範圍第1項之廢水處理系統，其中該鐵擔體顆粒之粒徑範圍係1至3mm。
  6. 如申請專利範圍第1項之廢水處理系統，其中該鐵擔體顆粒之比表面積係80至100m2/g。
  7. 如申請專利範圍第1項之廢水處理系統，其中至少部分該複數鐵擔體顆粒之表面係為厭氧氨氧化微生物包覆。
  8. 如申請專利範圍第1項之廢水處理系統，其中各該鐵擔體顆粒具有晶核及包覆該晶核之式(I)所示材質。
  9. 如申請專利範圍第1項之廢水處理系統，其中該廢水處理槽中之含氨氮廢水之pH值係7.5至8.5之間。
  10. 如申請專利範圍第1項之廢水處理系統，其中該廢水處理槽中之亞鐵離子濃度係10至100mg/L。
  11. 如申請專利範圍第1項之廢水處理系統，其中該藥劑係酸或鹼。
  12. 一種提升廢水處理效率之方法，包括於廢水處理槽中，使具式(I)所示材質之複數鐵擔體顆粒及厭氧氨氧化微生物處理含氨氮廢水，Fe2O3-Fe(OH)3 (I)。
  13. 如申請專利範圍第12項之提升廢水處理效率之方法，其中該廢水處理槽由下而上分為配水區、生物反應區及澄清區，且該複數鐵擔體顆粒係置於該生物反應區中。
  14. 如申請專利範圍第13項之提升廢水處理效率之方法，其中該廢水處理槽復具有回流管路，以連接該澄清區和生物反應區。
  15. 如申請專利範圍第12項之提升廢水處理效率之方法，其中該鐵擔體顆粒之粒徑範圍係1至3mm。
  16. 如申請專利範圍第12項之提升廢水處理效率之方法，其中該鐵擔體顆粒之比表面積係80至100m2/g。
  17. 如申請專利範圍第12項之提升廢水處理效率之方法，其中至少部分該複數鐵擔體顆粒之表面係為該厭氧氨氧化微生物包覆。
  18. 如申請專利範圍第12項之提升廢水處理效率之方法，其中各該鐵擔體顆粒具有晶核及包覆該晶核之式(I)所示材質。
  19. 如申請專利範圍第12項之提升廢水處理效率之方法，其中該廢水處理槽中之含氨氮廢水之pH值係7.5至8.5之間。
  20. 如申請專利範圍第12項之提升廢水處理效率之方法，其中該廢水處理槽中之亞鐵離子濃度係10至100mg/L。
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