TWI647183B

TWI647183B - 生物污泥減量與回流再利用方法

Info

Publication number: TWI647183B
Application number: TW106131903A
Authority: TW
Inventors: 林怡利; 陳錫添; 王學兼; 陳弘全
Original assignee: 國立高雄科技大學
Priority date: 2017-09-18
Filing date: 2017-09-18
Publication date: 2019-01-11
Also published as: TW201914970A

Abstract

本發明係有關於一種生物污泥減量與回流再利用方法，為指運用於廢污水處理過程所產生的生物污泥，而所述生物污泥中添加適量氧化劑，並搭配採用超音波進行細胞裂解，以經由震波破碎污泥，使其生物污泥內部所富含之營養源釋出，作為微生物所需養份，並將其上澄營養液回流餵養；藉此，達到生物污泥減量與回流再利用的功效。

Description

生物污泥減量與回流再利用方法

本發明係有關於一種生物污泥減量與回流再利用方法，尤指一種有機廢水處理過程中所產生之生物污泥，利用細胞裂解特性能減少污泥量並回流餵養的技術為其應用發明者。

按，生物性有機污泥被視為是微生物的組合，是廢污水處理過程中的產物，也是整個水處理中，需花費最多處理成本的地方。微生物將廢污水中有機質當成食物並吃掉，在其條件合適下，吃下愈多有機質，其微生物增加量愈多。為保持系統的穩定性，只好將過量污泥移出，即為生物有機污泥。

隨著工業及科技的發展、發達以及人口的增長，在我們創造著可帶來便利之物時，當下便產生不少廢棄物，而這些廢棄物量正如我們科技般爆炸般地增加。廢棄物中以污泥最為大宗，其中美國和歐洲的污泥年產量分別約7百萬噸和1千萬噸污泥，在亞洲，就中國大陸在2015年其污泥產出量便如全歐洲般，高達1千萬噸污泥。總體而言，近十年來全球污泥產量持續增加，預計，2017年全球將產出約8千3百萬噸乾污泥。若將全世界城市人口在一年間產出的廢水進行採集處理，那麼產出的乾污泥量是新加坡國土面積乘以10毫米的泥厚度。

以台灣而言，根據環保署統計98~104年國內事業廢棄物總量統計，可發現隨著科技發展這5年來事業廢棄物約增加20%，而其中104年國內事業廢棄物總量已高達近2,000萬公噸，污泥佔其30%~50%。而目前大宗的廢棄物處理方法--焚化以及衛生掩埋，產生不少後續問題，包括空氣污染、水污染、土壤污染等，又由於國內公民營掩埋場剩餘掩埋容量將陸續達飽和，而新設掩埋場又因土地資源有限，環境保護意識升高之故，掩埋場用地取得不易故設置困難，也使污水處理廠內污泥暫存量逐漸增加。

再加上清運費用逐年升高，由2004年的每噸2,300元持續增加到目前每噸清運費用超過7,000元，成長幅度超過200%，估算我國一年花費於污泥的清運費用至少要210億元。因此污泥減量及資源化是合理且必要，亦有極高經濟上的效益。

今，發明人秉持多年該相關行業之豐富設計開發及實際製作經驗，針對現有之結構再予以研究改良，提供一種生物污泥減量與回流再利用方法，利用廢水處理上的成本來源最大宗便是為污泥處置，能從源頭地將污泥減量便能顯著降低其處理所需資金，以期達到更佳實用價值性之目的者。

本發明之主要目的在於提供一種生物污泥減量與回流再利用方法，尤其是指一種有機廢水處理過程中所產生之生物污泥，利用細胞裂解特性能減少污泥量並回流餵養的技術為其目的。

本發明生物污泥減量與回流再利用方法之使用方法主要目的與功效，係由以下具體技術手段所達成：

為指運用於廢污水處理過程所產生的生物污泥，而所述生物污泥中添加適量氧化劑，並搭配採用超音波進行細胞裂解，以經由震波破碎污泥，使其生物污泥內部所富含之營養源釋出，作為微生物所需養份，並將其上澄營養液回流餵養；藉此，達到生物污泥減量與回流再利用的功效。

本發明生物污泥減量與回流再利用方法之使用方法的較佳實施例，其中所述氧化劑為採用雙氧水者。

本發明生物污泥減量與回流再利用方法的較佳實施例，其中所述氧化劑濃度範圍為0.2%～20%者。

本發明生物污泥減量與回流再利用方法的較佳實施例，其中所述污泥減量單元中的生物污泥進一步添加催化劑，所述催化劑用以提升氧化效果。

本發明生物污泥減量與回流再利用方法的較佳實施例，其中所述催化劑可進一步採用乙烯二胺四乙酸－鐵錯合物(EDTA-Fe)，能有效提升氧化效果。

藉由以上所述，本發明系統之組成與使用實施說明可知，本發明與現有結構相較之下，具有下列優點：

1.本發明生物污泥減量與回流再利用方法，藉由減少污泥量，使其廠商可節省污泥清運費，且後續污泥沉降效果變好，其含水率會更低，即實際節省沉降及清運成本會更低。

2.本發明生物污泥減量與回流再利用方法，於業者方面可節省污泥清運費，而於環境方面能減少污泥後續所需掩埋或焚燒的量，減輕環境的負擔。

3.本發明生物污泥減量與回流再利用方法，除了能達到污泥減量的功效之外，其破碎污泥內含之豐富營養源釋出，上澄液可導回生物處理槽做為微生物生長所需的營養鹽，以利於其中菌相生長並減少餵養成本。

4.本發明生物污泥減量與回流再利用方法，利用添加氧化劑而讓細胞表面受傷，於後續用超音波時可降低使用強度與時間，達到破碎減量的效果。

為令本發明所運用之技術內容、發明目的及其達成之功效有更完整且清楚的揭露，茲於下詳細說明之，並請一併參閱所揭之圖式及圖號：

首先，本發明實際運用技術與手段，請參閱第一～二圖所示，為本發明生物污泥減量與回流再利用方法之流程與架構示意圖，其中：

主要於廢污水處理過程中經生物處理槽（１）反應後產生沉澱的生物污泥，所述生物污泥經分流導入一污泥減量單元（２）中，於所述污泥減量單元（２）中添加適量氧化劑，並同時施加超音波（３）震盪於所述生物污泥，經由震波破碎生物污泥使其細胞裂解，讓生物污泥內部所富含之營養源及水分釋出而為上澄營養液（２１），所述上澄營養液（２１）作為微生物所需養份並將其導回生物處理槽（１）進行餵養者。

當於實際實施時，請參閱第一～二圖所示，其廢污水處理過程主要讓工廠廢水進流至上游端處理程序（１０），再導入生物處理槽（１）進行有機物去除，而經生物處理槽（１）處理後之上澄液可導流至下游端處理程序（２０），於符合標準後再其放流；而所述上游端處理程序（１０）如粗篩、調勻…等處理程序，而所述下游端處理程序（２０）包含沉澱、浮除…等處理程序，然而所述上、下游端處理程序（１０）、（２０）係可依據所處理之廢污水物質而做調整。

然而，可知生物性有機污泥被視為是微生物的組合，是廢污水處理過程中的產物，也是整個水處理中，需花費最多處理成本的地方。微生物將廢污水中有機質當成食物並吃掉，在其條件合適下，吃下愈多有機質，其微生物增加量愈多。為保持系統的穩定性，只好將過量污泥移出，即為生物有機污泥[或稱生物污泥]。因此，當生物處理槽反應後產生沉澱的生物污泥，將該生物污泥經由管路分流導入該污泥減量單元（２）中，再於該污泥減量單元（２）內添加適量氧化劑，而氧化劑進一步採用雙氧水，且其氧化劑濃度範圍保持在0.2%～20%之間；同時，於污泥減量單元（２）中利用超音波（３）破碎機進行超音波震盪，於震盪後能破碎生物污泥並使其細胞裂解。然而，所添加的氧化劑主要是為了讓細胞表面受傷，進而於後續用超音波時，可降低使用強度與時間，達到破碎減量的效果。

當細胞裂解後，讓生物污泥內部所富含之營養源及水分釋出，而生物污泥中含量最高的就是水分，於水分與營養源釋出之後，使其體積(SV ₃₀)大幅減少，而釋出之營養源及水分作為上澄營養液（２１），所述上澄營養液（２１）之蛋白質濃度增加，可作為微生物所需養份，並將其導回生物處理槽（１）進行餵養者。以下列舉實驗數據，輔佐說明如下：

表1：為採一食品業廢污水之生物污泥比對進行減量前後之數據 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 原生物污泥 </td><td> 減量後生物污泥 </td></tr><tr><td> 含水率 </td><td> 99.54% </td><td> 含水率 </td><td> 98.76% </td></tr><tr><td> 總固體(TS) </td><td> 0.46% </td><td> 總固體(TS) </td><td> 1.24% </td></tr><tr><td> 揮發性固體(VS) </td><td> 58.52% </td><td> 揮發性固體(VS) </td><td> 46.84% </td></tr><tr><td> 灰分 </td><td> 41.48% </td><td> 灰分 </td><td> 53.16% </td></tr><tr><td><b>SV<sub>30</sub></b></td><td><b>60%</b></td><td><b>SV<sub>30</sub></b></td><td><b>11%</b></td></tr><tr><td> pH </td><td> 7±0.1 </td><td> pH </td><td> 7±0.1 </td></tr><tr><td><b>蛋白質濃度</b></td><td><b>20mg/L</b></td><td><b>蛋白質濃度</b></td><td><b>52mg/L</b></td></tr></TBODY></TABLE>

SV ₃₀為污泥沉降指標，定義為：1000ml污泥在30min內沉降後體積，而由上述表1可知，於破碎反應後之生物污泥沉降性增加，於沉降適當時間後體積(SV ₃₀)由60%減少至11%，確實大幅減少污泥，而其水分中的蛋白質濃度由20mg/L提高至52mg/L，證實污泥破碎後確實可釋出營養鹽。

表2：將超音波破碎強度控制在78(W)[中等破碎強度]，而使用不同氧化劑濃度與破碎時間的減重效果 (質量削減率/體積削減率) <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 氧化劑濃度 (%) 破碎時間(Sec) </td><td> 0 </td><td> 濃度0.1% </td><td> 濃度0.2% </td><td> 濃度0.4% </td><td> 濃度0.8% </td></tr><tr><td> 0 </td><td> 14.13%/0.00% </td><td> 16.06%/10% </td><td> 19.09%20.00% </td><td> 20.73%/40.00% </td><td> 23.48%/46.67% </td></tr><tr><td> 3(sec) </td><td> 23.88%/3.33% </td><td> 24059%/26.67% </td><td> 26.02%33.33% </td><td> 31.91%/46.67% </td><td> 40.14%/50.00% </td></tr><tr><td> 6(sec) </td><td> 24.49%/6.67% </td><td> 25.20%30.00% </td><td> 28.89%/36.67% </td><td> 32.11%/53.33% </td><td> 47.36%/60.00% </td></tr><tr><td> 9(sec) </td><td> 25.10%/13.33 </td><td> 26.83%/30.00% </td><td> 29.47%/36.67% </td><td> 33.54%/53.33% </td><td> 48.27%/60.00% </td></tr><tr><td> 12(sec) </td><td> 26.12%/20.00% </td><td> 27.64%/30.00% </td><td> 30.59%/36.67% </td><td> 35.37%/53.33% </td><td> 50.41%/60.00% </td></tr></TBODY></TABLE>

由以上數據可知，使用濃度0.8%的氧化劑搭配中等破碎強度即可達到5成污泥減量效果(總質量削減)。請再配合第一圖所示，於污泥減量單元（２）進行減量處理後之殘留污泥，可導出殘泥再利用，如：製成肥料、燒結成環保磚或活性碳粉粒…等等，達到資源再利用的功效。

另外，請參閱第三圖所示，為採用不同業界之生物污泥進行污泥減量的示意圖，於污泥中添加氧化劑(H ₂O ₂)[適當的濃度範圍為0.2%-20%]，搭配超音波破碎機破碎，靜置待反應並沉澱約4至8小時。而由圖中可知，運用於各業界如食品、漿紙、工業、紡織等，均能有效降低污泥體積；進一步也反應出添加氧化劑劑量、超音波強度，需隨不同污泥種類作調整，以能找出最佳的污泥破碎減量組合配方。

另外，因氧化劑最主要的功能是讓細胞表面受傷，為了提升氧化效果，係可再額外增加催化劑的使用，而催化劑可進一步採用乙烯二胺四乙酸－鐵錯合物(EDTA-Fe)，能有效提升氧化效果。

然而前述之實施例或圖式並非限定本發明之產品結構或使用方式，任何所屬技術領域中具有通常知識者之適當變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之專利範疇。

綜上所述，本發明實施例確能達到所預期之使用功效，又其所揭露之具體構造，不僅未曾見諸於同類產品中，亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求，爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

本發明

（１）‧‧‧生物處理槽

（２）‧‧‧污泥減量單元

（２１）‧‧‧上澄營養液

（３）‧‧‧超音波

（１０）‧‧‧上游端處理程序

（２０）‧‧‧下游端處理程序

第一圖：本發明之流程示意圖

第二圖：本發明之架構示意圖

第三圖：本發明專利條件下採用不同業界之生物污泥可達最高污泥減量成果示意圖

Claims

一種生物污泥減量與回流再利用方法，主要於廢污水處理過程中經生物處理槽反應後產生沉澱的生物污泥，所述生物污泥經分流導入一污泥減量單元中，於所述污泥減量單元中添加適量氧化劑，並同時施加超音波震盪於所述生物污泥，經由震波破碎生物污泥使其細胞裂解，讓生物污泥內部所富含之營養源及水分釋出為上澄營養液，所述上澄營養液作為微生物所需養份並將其導回生物處理槽進行餵養者。
如申請專利範圍第1項所述之生物污泥減量與回流再利用方法，其中於所述污泥減量單元中的生物污泥進一步添加催化劑，所述催化劑用以提升氧化效果。
如申請專利範圍第1或2項所述之生物污泥減量與回流再利用方法，其中所述氧化劑為採用雙氧水者。
如申請專利範圍第1或2項所述之生物污泥減量與回流再利用方法，其中所述氧化劑濃度範圍為0.2%～20%者。
如申請專利範圍第2項所述之生物污泥減量與回流再利用方法，其中所述催化劑進一步採用乙烯二胺四乙酸－鐵錯合物(EDTA-Fe)者。
如申請專利範圍第3項所述之生物污泥減量與回流再利用方法，其中所述氧化劑濃度範圍為0.2%～20%者。