TWI727864B

TWI727864B - 生物脫氮設備的管理系統及其管理方法

Info

Publication number: TWI727864B
Application number: TW109124992A
Authority: TW
Inventors: 劉婉如
Original assignee: 中國鋼鐵股份有限公司
Priority date: 2020-07-23
Filing date: 2020-07-23
Publication date: 2021-05-11
Also published as: TW202204270A

Abstract

本發明提供一種生物脫氮設備的管理系統及其管理方法，包含提供生物脫氮設備與管理系統，利用管理系統對生物脫氮設備進行取樣步驟及測量步驟，以及根據測量步驟之結果進行多個處理。上述取樣步驟包含自生物脫氮設備獲得汙泥樣本及水樣，且測量步驟包含測量汙泥樣本之腺苷三磷酸含量、水樣的總氰含量、總酚含量、硫氰含量、亞硝酸氮含量及鹼度。上述處理包含進行表面曝氣處理及提供硫酸亞鐵、無機鹽、維生素及/或提供碳酸鈉。藉由監測生物脫氮設備的腺苷三磷酸含量及水質，可即時進行處理以管理水質，從而維持生物脫氮效率。

Description

生物脫氮設備的管理系統及其管理方法

本發明係有關於一種管理系統，特別是有關於一種生物脫氮設備的管理系統及其方法。

人類活動產生的廢水中，含氮廢物是常見的汙染物。含氮廢物如不加以處理，不僅會破壞生態環境，還會威脅人體健康。因此排放廢水前，需進行脫氮以移除廢水中的含氮廢物。脫氮方法眾多，但考量到效率、成本及二次汙染等因素，生物脫氮是最普遍的脫氮手段。

生物脫氮是利用微生物的代謝作用進行脫氮，因此脫氮效率取決於微生物的生物活性，即微生物進行代謝的速率。在適合而穩定的廢水中，微生物的生物活性高，因此脫氮效率較佳，可移除90%之含氮廢物。然而，當水質發生改變時，例如廢水的汙染物含量增加或酸鹼值改變時，微生物可能無法適應突然的變化，從而導致生物活性下降。生物活性下降後，脫氮效率通常在1至2天後也會下降。脫氮效率一旦下降，往往需要數周甚至數個月，才能恢復到原先的脫氮效率。因此，亟需一種快速測量生物活性方法，以即時反映生物脫氮設備的狀況。

習知測量生物活性的方法包含測量比攝氧速率 (Specific oxygen uptake rate；SOUR)、測量核酸含量及/或測量電子傳遞體系活性。上述SOUR係測量每單位重量的揮發性懸浮固體(Volatile suspended solids；VSS)每單位時間之耗氧速率，因此SOUR無法測量厭氧作用(如：脫硝細菌)之速率。核酸含量係透過即時聚合酶連鎖反應(Real-time polymerase chain reaction；RT-PCR)，藉由引子偵測特定菌種之基因片段存在與否，進行定量。然而，RT-PCR不僅耗時費力，所偵測到的菌種還受到引子之限制，而有所遺漏。此外，目前少有研究探討水質及生物活性的對應關係，因此即使監測到生物活性下降，也需要耗費時間找出生物活性下降的可能原因及對應方法，而無法即時對症下藥，導致脫氮效率下降而難以挽救。

有鑑於此，實有必要提供一種生物脫氮設備的管理方法，包含快速偵測所有菌種之生物活性的方法，以及異常狀態的即時處理方法。

因此，本發明之一態樣是提供一種生物脫氮設備的管理方法，藉由測量脫硝池及/或硝化池的活性汙泥之ATP含量及水質，即時在生物脫氮設備出現異常時，針對水質之異常進行處理，從而維持生物脫氮設備之脫氮效率。

此外，本發明之一態樣是提供一種生物脫氮設備的管理系統，其具有複數個取樣單元、分析單元、汙泥監測單元及水質監測單元，可即時測量活性汙泥的生物活性及水質，以在生物脫氮設備發生異常時改善水質，從而維持生物脫氮設備之脫氮效率。

根據本發明之上述態樣，提供一種生物脫氮設備的管理方法，可包含提供生物脫氮設備、提供管理系統、進行取樣步驟及進行測量步驟。

上述生物脫氮設備可包含脫硝池及硝化池，其中脫硝池之一側設置入水口，以導入第一廢水，且脫硝池容置上述第一廢水及第一活性汙泥，以由第一廢水獲得第二廢水。上述硝化池與脫硝池相連通，其中硝化池容置第二活性汙泥，以由第二廢水獲得第三廢水，且硝化池之一側設置出水口，以導出第三廢水。

上述管理系統包含多個取樣單元、分析單元、汙泥監測單元及水質監測單元。上述多個取樣單元與生物脫氮設備連接，分析單元連通取樣單元且訊號連接汙泥監測單元及水質監測單元，且汙泥監測單元訊號連接水質監測單元。

上述取樣步驟可例如利用上述多個取樣單元分別自脫硝池及硝化池獲得第一汙泥樣本及第二汙泥樣本，並分別自入水口、脫硝池及硝化池獲得第一水樣、第二水樣及第三水樣。

上述測量步驟可例如利用分析單元進行，且測量步驟包含測量第一汙泥樣本的腺苷三磷酸 (adenosine triphosphate；ATP)含量及第二汙泥樣本的ATP含量，以分別獲得第一汙泥數據、第二汙泥數據，並測量第一水樣的總氰含量、硫氰含量及總酚含量，以獲得第一水質數據，測量第二水樣的硫氰含量，以獲得第二水質數據，以及測量第三水樣的亞硝酸氮含量及鹼度，以獲得第三水質數據。

接著，利用上述汙泥監測單元接收並判讀第一汙泥數據及第二汙泥數據，其中當第一汙泥數據低於第一閾值時，上述汙泥監測單元產生並傳送第一警示訊號至水質監測單元；而當第二汙泥數據低於第二閾值時，汙泥監測單元產生並傳送第二警示訊號至水質監測單元。

當接收到第一警示訊號時，水質監測單元判讀第一水質數據及該第二水質數據，其中當第一水質數據的總氰含量超出第一範圍時，水質監測單元進行第一處理，或者當第一水質數據的硫氰含量超出第二範圍、總酚含量超出第三範圍或第二水質數據的硫氰含量超出第四範圍時，水質監測單元進行第二處理。

當接收到第二警示訊號時，水質監測單元判讀第二水質數據，其中當第三水質數據中的亞硝酸氮含量超出第五範圍時，水質監測單元進行第二處理，而當第三水質數據的鹼度超出第六範圍時，水質監測單元進行第三處理。

在本發明的一實施例中，第一閾值可例如2000 μg/L。

在本發明的另一實施例中，第二閾值可例如3000 μg/L。

在本發明的又一實施例中，第一範圍可例如小於10 mg/L，第二範圍可例如小於800 mg/L，第三範圍可例如小於900 mg/L，第四範圍可例如小於40 mg/L，第五範圍可例如大於10 mg/L，且第六範圍可例如大於600 mg/L。

在本發明的再一實施例中，第一處理可例如在脫硝池加入硫酸亞鐵，第二處理可例如選自於由表面曝氣步驟、無機鹽加入步驟、維生素B加入步驟及上述任意組合所組成之一族群，該第二處理是進行於該脫硝池在脫硝池進行表面曝氣處理並加入無機鹽及維生素B，且第三處理可例如在硝化池中加入碳酸鈉。

根據本發明之另一態樣，提供一種生物脫氮設備的管理系統。上述生物脫氮設備可包含彼此相連通之脫硝池以及硝化池，其中脫硝池之一側設置入水口，以導入第一廢水，脫硝池之頂部設置曝氣裝置，且脫硝池容置第一活性汙泥，以由第一廢水獲得第二廢水。上述硝化池容置第二活性汙泥，以由第二廢水獲得第三廢水，且硝化池之一側設置出水口，以導出第三廢水。

上述管理系統可包含多個取樣單元、分析單元、汙泥監測單元及水質監測單元。上述多個取樣單元可例如配置以分別自脫硝池及硝化池獲得第一汙泥樣本及第二汙泥樣本，並分別自入水口、脫硝池及硝化池獲得第一水樣、第二水樣及第三水樣。

上述分析單元連通上述多個取樣單元，且分析單元可例如配置以測量第一汙泥樣本之ATP含量，以獲得第一汙泥數據，測量第二汙泥樣本之ATP含量，以獲得第二汙泥數據，測量第一水樣的總氰含量、硫氰含量及總酚含量，以獲得第一水質數據，測量第二水樣的硫氰含量，以獲得第二水質數據，及測量第三水樣的亞硝酸氮含量及鹼度，以獲得第三水質數據。

上述汙泥監測單元訊號連接分析單元，其中汙泥監測單元可例如配置以接收並判讀第一汙泥數據及第二汙泥數據。當第一汙泥數據低於第一閾值時，汙泥監測單元產生並傳送第一警示訊號；而當第二汙泥數據低於第二閾值時，汙泥監測單元產生並傳送第二警示訊號。

上述水質監測單元訊號連接分析單元及汙泥監測單元，其中水質監測單元係配置以接收第一水質數據、第二水質數據、第三水質數據、第一警示訊號及第二警示訊號。當接收到第一警示訊號時，水質監測單元判讀第一水質數據及第二水質數據，其中當第一水質數據的總氰含量超出一第一範圍時，水質監測單元進行第一處理，而當第一水質數據的硫氰含量超出第二範圍、總酚含量超出第三範圍或第二水質數據的硫氰含量超出一第四範圍時，水質監測單元進行第二處理。

當接收到第二警示訊號時，水質監測單元判讀第三水質數據，其中當第三水質數據中的亞硝酸氮含量超出第五範圍時，水質監測單元進行第二處理，而當第三水質數據的鹼度超出第六範圍時，水質監測單元進行第三處理。

在本發明的一實施例中，第一閾值可例如2000 μg/L。

在本發明的另一實施例中，第二閾值可例如3000 μg/L。

在本發明的再一實施例中，第一處理可例如在脫硝池加入硫酸亞鐵，第二處理可例如選自於由一表面曝氣步驟、一無機鹽加入步驟、一維生素B加入步驟及上述任意組合所組成之族群，該第二處理是進行於脫硝池，且第三處理是在硝化池中加入碳酸鈉。

應用本發明之生物脫氮設備的管理系統及其方法，可藉由測量生物脫氮設備中的ATP含量及水質，評估活性汙泥的生物活性，從而在脫氮效率下降前進行預警與處理，進而減少維護生物脫氮設備所需的費用及時間。

承上所述，本發明提供一種生物脫氮設備的管理系統及其方法，其藉由測量活性汙泥之腺苷三磷酸 (adenosine triphosphate；ATP)含量來監測活性汙泥的生物活性，並在活性汙泥之ATP含量下降時，根據廢水的水質變化改善水質，從而減少維持脫氮效率所需的經費與時間。

所述生物脫氮設備利用活性汙泥來移除廢水中含氮廢物。所述廢水可為任一種含有汙染物的水體，可例如家庭廢水、畜牧業廢水及/或工業廢水。在一實施例中，所述廢水是煉焦廢水。相較於其他廢水，煉焦廢水的成分複雜，且含有大量的含氮廢物、多環芳香族、雜酚類、氰化物、硫氰化物及油脂等汙染物，因此煉焦廢水的處理相對複雜且不易。

所述活性汙泥是微生物群集與載體的集合，其中微生物群集可包含細菌、真菌、藻類及原生生物等微生物，且載體可例如供微生物附著的顆粒。

所述生物活性是指生物進行代謝的速率。一般而言，當生物在適合而穩定的環境中，生物可產生足量的ATP來儲存及傳遞能量，藉以進行代謝作用。反之，當環境出現異常時，例如：溫度、酸鹼度、營養物含量及/或汙染物含量出現變化時，微生物因無法立即適應變化，因而無法產生足夠的ATP，從而無法維持正常的代謝作用之進行，甚至可能導致微生物的死亡。因此，ATP含量可做為生物活性的指標，從而預測如脫氮反應之代謝效率。

活性汙泥可例如利用待處理的廢進行水培養，藉以馴化出具有代謝汙染物能力的微生物，例如：利用硫氰酸、含氮廢物或其他汙染物含量高的煉焦廢水，可培養出具有分解硫氰酸能力的硫桿菌(Thiobacillus)，以及具有代謝含氮廢物能力的硝化細菌及脫硝細菌，其中含氮廢物可包含但不限於氨氮(NH ₃及/或NH ₄ ⁺)、硝酸氮(NO ^3-)及/或亞硝酸氮(NO ^2-)。

硝化細菌及脫硝細菌的氧氣偏好及受質不同，因此生物脫氮設備通常區分為硝化池及脫硝池，以分別提供硝化細菌及脫硝細菌合適的生長環境，從而提高脫氮效率。詳細而言，硝化池提供充氧的環境，且硝化池中的活性汙泥包含氨氧化菌(ammonium oxidation；AOB)及亞硝酸氧化菌(nitrite oxidizing bacteria；NOB)等硝化細菌，以進行耗氧的硝化作用，從而將氨氮氧化為亞硝酸氮及硝酸氮。另一方面，脫硝池提供缺氧的環境，且脫硝池中的活性汙泥包含脫硝細菌，以進行厭氧的脫硝作用，從而將硝酸氮及亞硝酸氮還原成氮氣。

硝化池及脫硝池在處理廢水的順序上並無限制，可為硝化池在先而脫硝池在後的傳統型系統，又或是脫硝池在先而硝化池在後的循環型系統。由於煉焦廢水之化學需氧量(Chemical oxygen demand，COD)較高，因此通常使用循環型系統處理煉焦廢水。

在一實施例中，脫硝池之一側設置入水口，以導入第一廢水。在一實施例中，第一廢水為煉焦廢水。脫硝池中，脫硝細菌將第一廢水中的硝酸氮及/或亞硝酸氮還原成氮氣，從而獲得第二廢水。接著，第二廢水流入與脫硝池相連通的硝化池。硝化池中，硝化細菌將第二廢水中的氨氮氧化成硝酸氮及/或亞硝酸氮，從而獲得第三廢水。此外，硝化池之一側設置出水口，以導出第三廢水。在一實施例中，硝化池之另一側更設置有通道將第三廢水導回脫硝池中，以利用脫硝池中的脫硝細菌將第三廢水中的硝酸氮及/或亞硝酸氮還原成氮氣。

在一實施例中，生物脫氮設備可更進一步包含曝氣池，以提升水中溶氧量，其中曝氣池可例如設置於脫硝池與硝化池之間。在一實施例中，脫硝池包含曝氣裝置，且當曝氣裝置開啟後，脫硝池之表面接觸空氣，因此可提升脫硝池之溶氧量，從而促進活性汙泥裡其他細菌(如：硫桿菌)耗氧分解廢水中的汙染物(如：硫氰等)。

請參閱圖1，其為本發明之一實施例之生物脫氮設備的管理系統100之示意圖。如圖1所示，上述管理系統100包含多個取樣單元101、分析單元103、汙泥監測單元105及水質監測單元107，其中取樣單元101與分析單元103相連通，分析單元103訊號連接汙泥監測單元105及水質監測單元107，且汙泥監測單元105訊號連接水質監測單元107。

請同時參閱圖1與圖2，其中圖2是根據本發明之一實施例中生物脫氮設備的管理方法200之示意圖。如步驟201所示，利用上述多個取樣單元101在生物脫氮設備10進行取樣步驟，以獲得汙泥樣本11及水樣13。詳細而言，汙泥樣本11包含第一汙泥樣本及第二汙泥樣本，且第一汙泥樣本及第二汙泥樣本分別來自脫硝池及硝化池。水樣13包含第一水樣、第二水樣及第三水樣，且第一水樣、第二水樣及第三水樣是分別來自入水口、脫硝池及硝化池。

接著，利用分析單元103進行測量步驟，如步驟203所示，以測量上述第一汙泥樣本、第二汙泥樣本、第一水樣、第二水樣及第三水樣，從而獲得第一汙泥數據、第二汙泥數據、第一水質數據、第二水質數據及第三水質數據。第一汙泥數據及第二汙泥數據可分別包含但不限於第一汙泥樣本及第二汙泥樣本之ATP含量，第一水質數據可包含但不限於第一水樣之總氰含量、硫氰含量及總酚含量，第二水質數據可包含但不限於第二水樣之硫氰含量，且第三水質數據可包含但不限於第三水樣之亞硝酸氮含量及鹼度。在一實施例中，第一水質數據是由第一水樣之總氰含量、硫氰含量及總酚含量所組成，第二水質數據是第二水樣之硫氰含量，且第三水質數據是由第三水樣之亞硝酸氮含量及鹼度所組成。

ATP含量之測量方法不拘，可例如螢光素酶檢測法(Luciferase assay)，其利用螢光素酶消耗ATP來催化螢光素(Luciferin)氧化並產生冷光之特性來測量ATP含量。上述的催化過程中，ATP與冷光的轉換幾乎不產生廢熱，因此冷光之強度可精準反映ATP含量。在一實施例中，測量ATP含量前，可先對第一汙泥樣本及第二汙泥樣本進行前處理，其中前處理可包含利用界面活性劑及離子交換樹脂來移除有機物質及鹽類等汙染物，以減少上述汙染物對測量ATP含量之干擾。

測量總氰含量、總酚含量、硫氰含量及亞硝酸氮含量之具體方法不拘，可例如利用試劑使氰、硫氰及酚產生顏色或螢光，再藉由測量螢光強度及/或透光值推算含量。在一實施例中，總氰含量之測量方法可例如行政院環境保護署環境檢驗所提供的「水中總氰化物與弱酸可解離氰化物檢測方法－流動注入分析比色法 (NIEA W441.51C)」。在一實施例中，總酚含量之測量方法可例如行政院環境保護署環境檢驗所提供的「水中總酚檢測方法－分光光度計法 (NIEA W 521.52A)」。在一實施例中，硫氰含量可例如利用鐵離子進行測量。鐵離子與硫氰可形成紅色硫氰化鐵離子([Fe(SCN)] ²⁺)，因此可進行比色法，以定量硫氰含量。在一實施例中，亞硝酸氮含量之測量方法可例如行政院環境保護署環境檢驗所提供的「水中亞硝酸鹽氮檢測方法－比色法(NIEA W418.54C)」。

鹼度的測量方法不限，可例如以習知的方法進行。在一實施例中，鹼度的測量方法可例如行政院環境保護署環境檢驗所提供的「水中鹼度檢測方法－滴定法(NIEA W449.00B)」。

測量步驟進行的頻率不拘。在一實施例中，ATP含量之測量可例如一天一次。在一實施例中，第一水樣、第二水樣及第三水樣之測量可例如1小時至1.5小時測量一次。

上述分析單元103可包含測量冷光及/或吸光值等儀器，例如冷光儀、流動分析儀、分光光譜儀及滴定測量儀等。

上述汙泥監測單元105可包含但不限於第一分析模組、第一儲存模組及警示模組，其中第一分析模組訊號連接第一儲存模組及警示模組。上述第一儲存模組是配置以儲存第一閾值及第二閾值。上述第一分析模組是配置以接收第一汙泥數據及第二汙泥數據，並判別第一汙泥數據及/或第二汙泥數據是否不大於第一閾值及/或第二閾值如步驟205所示。當第一汙泥數據大於第一閾值及/或第二汙泥數據大於第二閾值時，表示活性汙泥的狀態正常，汙泥監測單元105執行步驟201。當第一汙泥數據不大於第一閾值及/或第二汙泥數據不大於第二閾值時，表示活性汙泥之狀態異常，因此警示模組發出第一警示訊號及/或第二警示訊號至水質監測單元107，如步驟207所示。第一閾值及第二閾值的具體數值可視脫硝池及硝化池的菌種及/或廢水種類而定。在一實施例中，當第一廢水為煉焦廢水時，第一閾值可例如2000 μg/L，且在一實施例中，第二閾值可例如3000 μg/L。經實際測量，如果脫硝池之ATP含量小於2000 μg/L及/或硝化池之ATP含量小於3000 μg/L時，脫氮效率會在約2天後驟降。

在一實施例中，第一儲存模組更進一步包含前次的第一汙泥數據及前次的第二汙泥數據。如果此次第一汙泥數據(第二汙泥數據)比前次第一汙泥數據(第二汙泥數據)小，且差值不小於前次第一汙泥數據(第二汙泥數據)之20%，則表示活性汙泥之狀態異常，汙泥監視系統也可據此發出第一警示訊號(第二警示訊號)。

上述水質監測單元107是配置以依據第一警示訊號及/或第二警示訊號判讀第一水質數據、第二水質數據及/或第三水質數據。水質監測單元107可包含但不限於第二分析模組、第二儲存模組及處理模組，其中第二分析模組與第二儲存模組及處理模組訊號連接。上述第二儲存模組係配置以儲存第一範圍、第二範圍、第三範圍、第四範圍、第五範圍及第六範圍，而上述第二分析模組是配置以判讀第一水質數據、第二水質數據及第三水質數據，從而將第一水質數據的總氰含量、第一水質數據的硫氰含量、第一水質數據的總酚含量、第二水質數據的硫氰含量、第三水質數據的亞硝酸氮含量、及第三水質數據的鹼度分別與第一範圍、第二範圍、第三範圍、第四範圍、第五範圍及第六範圍進行比對，藉以找出造成活性汙泥之狀態異常的原因。水質監測單元107可包含但不限於藥物投放模組及/或表曝控制模組，以針對上述原因對生物脫氮設備10進行處理以改善水質，從而恢復活性汙泥之活性。

詳細而言，請參閱圖1、圖3A至圖4C，其中圖3A至圖3C是繪示根據本發明之一實施例之生物脫氮設備的管理方法300的部分流程圖的前段(圖3A)及後段(圖3B、圖3C)，且圖4A至圖4C是繪示根據本發明之一實施例之生物脫氮設備的管理方法400的部分流程圖的前段(圖4A)及後段(圖4B、圖4C)。

在步驟301中，取樣單元101進行取樣，以從入水口獲得第一水樣，並從脫硝池獲得第一汙泥樣本及第二水樣。接著，分析單元103測量第一汙泥樣本之ATP含量，以獲得第一汙泥數據，測量第一水樣之總氰含量、第一硫氰含量及總酚含量，以獲得第一水質數據，以及測量第二水樣之第二硫氰含量，以獲得第二水質數據，如步驟303所示，其中第一汙泥數據是傳送至汙泥監測單元105，第一水質數據及第二水質數據是傳送至水質監測單元107。

接續地，如步驟305所示，汙泥監測單元105讀取第一汙泥數據，並判斷第一汙泥數據是否不大於第一閾值。如果第一汙泥數據大於第一閾值，表示活性汙泥之狀態正常，因此進行步驟301。如果第一汙泥數據是不大於第一閾值，則表示活性汙泥之狀態異常，因此汙泥監測單元105發出第一警示訊號，如步驟307所示。

在接收到第一警示訊號後，水質監測單元107判讀第一水質數據中的總氰含量(如步驟311a所示)、第一硫氰含量、總酚含量及第二水質數據中的第二硫氰含量(如步驟315a所示)，並分別判斷總氰含量、第一硫氰含量、總酚含量及第二硫氰含量是否超過第一範圍、第二範圍、第三範圍及第四範圍，如步驟313a及步驟317a所示。在一實施例中，第一範圍是小於10 mg/L，第二範圍是小於800 mg/L，第三範圍是小於900 mg/L且第三範圍是小於40 mg/L。

經實驗證實，導致脫硝池之活性汙泥之狀態異常的原因包含脫硝池的總氰含量過高及/或下述三種狀況至少一成立：第一硫氰含量過高、總酚含量過高及硝化池的第二硫氰含量過高。因此，如果脫硝池的總氰含量在第一範圍內，表示硫氰含量、總酚含量及第二硫氰含量之至少一者過高，則水質監測單元107執行步驟321a(第二處理)。第二處理包含以藥物投放模組於脫硝池中投入無機鹽及維生素B，以提供微生物生長及代謝所需的輔因子，其中無機鹽可例如硝酸鹽類、亞硝酸鹽類、磷酸鹽類或矽酸鹽類。投放的次數可為每天一次，使脫硝池中的無機鹽濃度達0.05 mg/m ³至0.10 mg/m ³，且維生素B濃度達0.1 mg/ m ³至1.0 mg/m ³，直至脫硝池之ATP含量提升。此外，第二處理可更包含藉由表曝控制模組開啟脫硝池的曝氣裝置，以增加脫硝池的溶氧量，從而促進微生物分解硫氰及/或酚類化合物，直至脫硝池之ATP含量提升。

如果總氰含量不在第一範圍內，則水質監測單元107執行步驟315a，以分別將第一硫氰含量、總酚含量及第二硫氰含量與第二範圍、第三範圍及第四範圍進行比對，如果第一硫氰含量、總酚含量及第二硫氰含量分別在第二範圍、第三範圍及第四範圍內，則表示第一活性汙泥之狀態異常只是因為總氰含量過高所致，因此水質監測單元107執行步驟323a(第一處理)。第一處理可例如藉由藥物投放模組在脫硝池中投入硫酸亞鐵，以形成不溶於水的硫氰酸亞鐵(普魯士藍)，其中亞鐵與氰的莫耳比值可例如1至3。在一實施例中，亞鐵與氰的莫耳比值為2。

如果總氰含量不在第一範圍內，且下述三種狀況之至少一者成立：硫氰含量不在第二範圍、總酚含量不在第三範圍及第二硫氰含量不在第四範圍內，則水質監測單元107執行步驟325a，即同時進行第一處理及第二處理。

圖式不限制總氰含量、硫氰含量及總酚含量判讀的順序。在一實施例中，如圖3C所示，水質監測單元107判讀第一硫氰含量、總酚含量及第二硫氰含量是否分別在第二範圍、第三範圍及第四範圍內，如步驟313b所示。如果第一硫氰含量、總酚含量及第二硫氰含量分別同時落在第二範圍、第三範圍及第四範圍內，表示第一活性汙泥之狀態異常是由於總氰含量過高所致，因此水質監測單元107執行步驟321b(第一處理)；反之，水質監測單元107執行步驟315b，以讀取總氰含量，並判斷總氰含量是否在第一範圍內(如步驟317b所示)。如果總氰含量在第一範圍內，則水質監測單元107執行步驟323b(第二處理)，否則水質監測單元107執行步驟325b(第一處理及第二處理)。

在圖4A之步驟401中，取樣單元101從硝化池取樣，以獲得第二汙泥樣本及第三水樣。接著，分析單元103進行測量步驟，以由第二汙泥樣本之ATP含量及第二水樣分別獲得第二汙泥數據及第三水質數據，其中第三水質數據包含亞硝酸氮含量及鹼度，如步驟403所示。第二汙泥數據是傳送至汙泥監測單元105，且第三水質數據是傳送至水質監測單元107。

接著，如步驟405所示，汙泥監測單元105讀取第二汙泥數據，並判別第二汙泥數據是否不大於第二閾值。如果第二汙泥數據大於第二閾值，表示活性汙泥之狀態正常，因此進行步驟401。如果第二汙泥數據是大於第二閾值，則為表示活性汙泥之狀態異常，因此汙泥監測單元105發出第二警示訊號，如步驟407所示。

在本實施例中，由於導入硝化池中的第二廢水是經脫硝池處理過的廢水，因此脫硝池的水質可間接影響硝化池的活性汙泥，從而反映在硝化池的亞硝酸氮含量上。因此，如果硝化池的亞硝酸氮含量過低，可進行上述第二處理，以提供脫硝池無機鹽及維生素B，或是開啟脫硝池的曝氣裝置，以促進脫硝池中的脫硝細菌以外的其他微生物進行耗氧代謝，以移除其他汙染物。另外，如果硝化池的鹼度過低也會影響硝化池的活性汙泥之狀態，因此在硝化池的鹼度過低時，需進行第三處理，可例如在硝化池中加入適量的碳酸鈉，以提高硝化池之鹼度至600 mg/L以上。

請參閱圖4B。在接收到第二警示訊號後，水質監測單元107判讀第三水質數據中的亞硝酸氮含量(如步驟411a所示)及鹼度(如步驟415a所示)，並分別判別亞硝酸氮含量及鹼度是否在第五範圍及第六範圍之內，如步驟413a及步驟417a所示。在一實施例中，第五範圍是大於10 mg/L，且第六範圍是大於600 mg/L。

導致硝化池之活性汙泥之狀態異常的原因可例如硝化池的亞硝酸氮含量過低及/或鹼度過低。因此，如果亞硝酸氮含量在第五範圍內，則表示硝化池的異常狀態是由於鹼度過低所致，因此水質監測單元107進行第三處理。如果亞硝酸氮含量不在第五範圍內，水質監測單元107進一步判讀鹼度是否在第六範圍內。如果鹼度在第六範圍內，則水質監測單元107執行步驟423a(第二處理)，否則水質監測單元107執行步驟425a (第二處理與第三處理)。

圖式限制不限制亞硝酸氮含量及鹼度的判讀順序。如圖4C所示，水質監測單元107執行步驟411b以讀取鹼度，並判斷鹼度是否第六範圍內(如步驟413b所示)。如果鹼度在第六範圍內，水質監測單元107執行步驟421b(第二處理)；如果鹼度不在第六範圍內，則水質監測單元執行步驟415b，以判斷亞硝酸氮含量是否在第五範圍內(如步驟417b)。如果亞硝酸氮含量是在第五範圍內，則水質監測單元107執行步驟423b(第三處理)，否則水質監測單元107執行步驟425b(第二處理與第三處理)。

以下利用數個實施例以說明本發明之應用，然其並非用以限定本發明，本發明技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。

表1說明生物脫氮設備的ATP含量及生物脫氮設備的氨氮脫除率的關係，其中示例1至8是脫硝池及硝化池的ATP含量與生物脫氮設備的氨氮脫除率之間的關係。首先，分別在不同時間點(t _n)於脫硝池及硝化池中取得汙泥樣本，並進行前處理，以移除樣本中的氨氮、酚類、醇類及鹽類等可干擾ATP含量之測量的物質，其中前處理包含利用界面活性劑進行破菌及100倍至200倍稀釋，以獲得破菌樣本。接著，將破菌樣本注入離子交換樹脂，以獲得檢測樣本。接下來，在檢測樣本中加入Luminase，使檢測樣本產生冷光後，利用冷光儀測量冷光的相對強度，再以上述冷光的相對強度計算出ATP含量。上述ATP含量之測量方法快速，可在數分鐘內完成。

經48小時後(t _n+48)，於入水口及出水口分別取得入水口樣本及出水口樣本，並利用行政院環境保護署環境檢驗所提供的「水中氨氮檢測方法－靛酚比色法 (NIEA W448.51B)」測量入水口樣本及出水口樣本中的氨氮。入水口樣本之氨氮含量減去出水口樣本的氨氮含量，再除以入水口樣本之氨氮含量，即可獲得氨氮脫除率。

如表1所示，示例1至示例5的脫硝池之ATP含量皆大於2000 μg/L，且硝化池之ATP含量皆大於3000 μg/L，而示例6至8的脫硝池之ATP含量皆小於2000 μg/L，且硝化池之ATP含量皆小於3000 μg/L。經48小時後，示例1至5的氨氮脫除率皆在90%以上，但示例6至示例8的氨氮脫除率較低(62%以下)，示例7至示例8的氨氮脫除率甚至在20%以下。上述結果顯示，在脫硝池及/或硝化池之ATP含量過低時，如果水質沒有及時獲得改善，氨氮脫除率會驟降，且不佳的氨氮脫除率(低於90%)經數個月也無法改善(未顯示於表1中)。 [表1]

實施例1中，脫硝池的ATP含量只有1024 μg/L，小於2000 μg/L，且此時入水口的總氰含量為25 mg/L。進行第一處理，即在脫硝池中加入硫酸亞鐵，其中亞鐵和總氰的莫耳比為2:1。兩天後，脫硝池之ATP含量提升至2016 μg/L。再兩天後，氨氮脫除率可回到90%以上。

實施例2中，脫硝池的ATP含量只有1556 μg/L，且此時脫硝池的硫氰含量為988 mg/L。進行第二處理，即每天在脫硝池中加入無機鹽及維生素B，使每1立方公尺的脫硝池分別含有222 mg之無機鹽及110 mg之維生素B，並進行表面曝氣達24小時/天。持續進行第二處理1天，直到脫硝池之ATP含量提升至2244 μg/L。再1天後，氨氮脫除率可回到90%以上。

實施例3中，脫硝池的ATP含量只有1443 μg/L，且此時脫硝池的總酚含量為1232 mg/L。進行如實施例2之第二處理達2天後，脫硝池之ATP含量提升至2000 μg/L以上，此時停止進行第二處理。再2天後，氨氮脫除率可回到90%以上。

實施例4中，脫硝池的ATP含量只有1557 μg/L，且此時脫硝池的硫氰含量為878 mg/L。進行如實施例2之第二處理達1天後，脫硝池之ATP含量提升至2000 μg/L以上，此時停止進行第二處理。再1天後，氨氮脫除率可回到90%以上。

實施例4中，硝化池的ATP含量只有1878 μg/L，且此時硝化池的總酚含量為63 mg/L。進行如實施例2之第二處理達1天後，硝化池之ATP含量提升至3000 μg/L以上，此時停止進行第二處理。再1天後，氨氮脫除率可回到90%以上。

實施例5中，硝化池的ATP含量只有2013 μg/L，且此時硝化池的鹼度為314 mg/L。進行第三處理，即在硝化池中加入碳酸鈉，使硝化池之鹼度提升至600 mg/L。進行第三處理1天後，脫硝池之ATP含量提升至3000 μg/L以上，且再1天後，氨氮脫除率可回到90%以上。

由上述實施例可知，本發明利用本發明之生物脫氮設備的管理系統及其方法，可在生物脫氮設備出現異常時，及時進行預警與處理，從而能以較少的成本及時間維持生物脫氮設備之脫氮效率。

雖然本發明已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10:生物脫氮設備 11:汙泥樣本 13:水樣 100:生物脫氮設備的管理系統 101:取樣單元 103:分析單元 105:汙泥監測單元 107:水質監測單元 200,300,400:生物脫氮設備的管理方法 201,203,205,207,209,301,303,305,307,311a,311b,313a,313b,315a,315b,317a,317b,321a,321b,323a,323a,325a,325b,401,403,405,407,411a,411b,413a,413b,415a,415b,417a,417b,421a,421b,423a,423a,425a,425b:步驟

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下： [圖1] 係繪示根據本發明之一實施例之生物脫氮設備的管理系統之示意圖。 [圖2] 係繪示根據本發明之一實施例之生物脫氮設備的管理方法的流程圖。 [圖3A]至[圖3C]係繪示根據本發明之一實施例之生物脫氮設備的管理方法的部分流程圖的前段(圖3A)及後段(圖3B、圖3C)。 [圖4A]至[圖4C]係繪示根據本發明之一實施例之生物脫氮設備的管理方法的部分流程圖的前段(圖4A)及後段(圖4B、圖4C)。

200:生物脫氮設備的管理方法

201,203,205,207,209:步驟

Claims

一種生物脫氮設備的管理方法，包含：提供該生物脫氮設備，包含一脫硝池，其中該脫硝池之一側設置一入水口，以導入一第一廢水，且該脫硝池容置該第一廢水及一第一活性汙泥，以由該第一廢水獲得一第二廢水；以及一硝化池，與該脫硝池相連通，其中該硝化池容置一第二活性汙泥，以由該第二廢水獲得一第三廢水，且該硝化池之一側設置一出水口，以導出該第三廢水；提供一管理系統，包含：複數個取樣單元，連接該生物脫氮設備；一分析單元，連通該些取樣單元；一汙泥監測單元，訊號連接該分析單元；以及一水質監測單元，訊號連接該分析單元及該汙泥監測單元；利用該些取樣單元進行一取樣步驟，以分別自該脫硝池及該硝化池獲得一第一汙泥樣本及一第二汙泥樣本，並分別自該入水口、該脫硝池及該硝化池獲得一第一水樣、一第二水樣及一第三水樣；利用該些分析單元進行一測量步驟，包含：測量該第一汙泥樣本及該第二汙泥樣本的腺苷三磷酸 (adenosine triphosphate，ATP)含量，以分別獲得一第一汙泥數據及一第二汙泥數據；測量該第一水樣的總氰含量、硫氰含量及總酚含量，以獲得一第一水質數據；測量該第二水樣的硫氰含量，以獲得一第二水質數據；測量該第三水樣的亞硝酸氮含量及鹼度，以獲得一第三水質數據；利用該汙泥監測單元接收並判讀該第一汙泥數據及該第二汙泥數據，其中：當該第一汙泥數據低於一第一閾值時，該汙泥監測單元產生並傳送一第一警示訊號至該水質監測單元；及/或當該第二汙泥數據低於一第二閾值時，該汙泥監測單元產生並傳送一第二警示訊號至該水質監測單元；當接收到該第一警示訊號時，該水質監測單元判讀該第一水質數據及該第二水質數據，其中：當該第一水質數據的總氰含量超出一第一範圍時，該水質監測單元進行一第一處理；或者當該第一水質數據的硫氰含量超出一第二範圍、總酚含量超出一第三範圍或該第二水質數據的硫氰含量超出一第四範圍時，該水質監測單元進行一第二處理；且當接收到該第二警示訊號時，該水質監測單元判讀該第三水質數據，其中：當該第三水質數據中的亞硝酸氮含量超出一第五範圍時，該水質監測單元進行該第二處理；及/或當該第三水質數據的鹼度超出一第六範圍時，該水質監測單元進行一第三處理。
如請求項1所述之生物脫氮設備的管理方法，其中該第一閾值是2000 μg/L。
如請求項1所述之生物脫氮設備的管理方法，其中該第二閾值是3000 μg/L。
如請求項1所述之生物脫氮設備的管理方法，其中該第一範圍是小於10 mg/L，該第二範圍是小於800 mg/L，該第三範圍是小於900 mg/L，該第四範圍是小於40 mg/L，該第五範圍是大於10 mg/L，且該第六範圍是大於600 mg/L。
如請求項1所述之生物脫氮設備的管理方法，其中該第一處理是在該脫硝池加入硫酸亞鐵，該第二處理是選自於由一表面曝氣步驟、一無機鹽加入步驟、一維生素B加入步驟及上述任意組合所組成之一族群，該第二處理是進行於該脫硝池，且該第三處理是在該硝化池中加入碳酸鈉。
一種生物脫氮設備的管理系統，其中該生物脫氮設備包含彼此相連通之一脫硝池以及一硝化池，該脫硝池之一側設置一入水口，以導入一第一廢水，該脫硝池之頂部設置一曝氣裝置，該脫硝池容置一第一活性汙泥，以由該第一廢水獲得一第二廢水，該硝化池容置一第二活性汙泥，以由該第二廢水獲得一第三廢水，該硝化池之一側設置一出水口，以導出該第三廢水，且該管理系統包含：複數個取樣單元，配置以分別自該脫硝池及該硝化池獲得一第一汙泥樣本及一第二汙泥樣本，並分別自該入水口、該脫硝池及該硝化池獲得一第一水樣、一第二水樣及一第三水樣；一分析單元，連通該些取樣單元，其中該分析單元係配置以測量該第一汙泥樣本之ATP含量，以獲得一第一汙泥數據，測量該第二汙泥樣本之ATP含量，以獲得一第二汙泥數據，測量該第一水樣的總氰含量、硫氰含量及總酚含量，以獲得一第一水質數據，測量該第二水樣的硫氰含量，以獲得一第二水質數據，及測量該第三水樣的亞硝酸氮含量及鹼度，以獲得一第三水質數據；一汙泥監測單元，訊號連接該分析單元，其中該汙泥監測單元係配置以接收並判讀該第一汙泥數據及該第二汙泥數據，其中：當該第一汙泥數據低於一第一閾值時，該汙泥監測單元產生並傳送一第一警示訊號；及/或當該第二汙泥數據低於一第二閾值時，該汙泥監測單元產生並傳送一第二警示訊號；以及一水質監測單元，訊號連接該分析單元及該汙泥監測單元，其中該水質監測單元係配置以接收該第一水質數據、該第二水質數據、該第三水質數據、該第一警示訊號及該第二警示訊號，且當接收到該第一警示訊號時，該水質監測單元判讀該第一水質數據及該第二水質數據，且當該第一水質數據的總氰含量超出一第一範圍時，該水質監測單元進行一第一處理，而當該第一水質數據的硫氰含量超出一第二範圍、總酚含量超出一第三範圍或該第二水質數據的硫氰含量超出一第四範圍時，該水質監測單元進行一第二處理；且當接收到該第二警示訊號時，該水質監測單元判讀該第三水質數據，且當該第三水質數據中的亞硝酸氮含量超出一第五範圍時，該水質監測單元進行該第二處理，而當該第三水質數據的鹼度超出一第六範圍時，該水質監測單元進行一第三處理。
如請求項6所述之生物脫氮設備的管理系統，其中該第一閾值是2000 μg/L。
如請求項6所述之生物脫氮設備的管理系統，其中該第二閾值是3000 μg/L。
如請求項6所述之生物脫氮設備的管理系統，其中該第一範圍是小於10 mg/L，該第二範圍是小於800 mg/L，該第三範圍是小於900 mg/L，該第四範圍是小於40 mg/L，該第五範圍是大於10 mg/L，且該第六範圍是大於600 mg/L。
如請求項6所述之生物脫氮設備的管理系統，其中該第一處理是在該脫硝池加入硫酸亞鐵，該第二處理是選自於由一表面曝氣步驟、一無機鹽加入步驟、一維生素B加入步驟及上述任意組合所組成之一族群，該第二處理是進行於該脫硝池，且該第三處理是在該硝化池中加入碳酸鈉。