TWI755381B - 有機性排水之生物處理方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種方法，在有機性排水的兩段生物處理之中，降低槽容積，謀求排水處理設備全體的小容量、小型化，並且有效率地進行生物處理。本發明為一種生物處理裝置，其係具備供給有機性排水作為原水，進行水量調整同時以貫流式進行好氣性生物處理之原水調整兼第1生物處理槽11；及進行第1生物處理水的好氣的生物處理之第2生物處理槽12。原水調整兼第1生物處理槽11，是以在原水流入時的瞬時HRT為2~8小時且水位為滿水時的40%以上的方式運轉。藉由使原水調整槽具有第1生物處理槽的機能，可省略第1生物處理槽，以謀求排水處理設備全體的容積削減。

Description

有機性排水之生物處理方法
本發明關於一種有機排水之生物處理方法，可利用於生活排水、陰溝水、食品工廠或製漿廠等的廣濃度範圍的有機性排水的處理。本發明尤其是關於一種有機性排水之生物處理方法，使用了第1生物處理槽及導入來自該第1生物處理槽的第1生物處理水的第2生物處理槽。
以高負荷量有效率地處理有機性排水的方法，已知有一種在第1生物處理槽中藉由細菌來處理有機性排水，使排水所含的有機物氧化分解，轉換為非凝集性細菌的菌體，然後使產生的分散菌在第2生物處理槽中被固著性原生動物捕食除去的處理方法(例如專利文獻1)。
此方法實際上如以下的方式進行。
由工廠等排出的有機性排水的水量或水質隨著時間帶或季節而變動的情形很多，因此如圖6所示般，在第1生物處理槽2的前段設置原水調整槽1，使有機性排水貯留在原水調整槽1(例如HRT5~8小時左右)，將在原水調整槽1內調整水質至一定範圍的有機性排水依序供給至第1 生物處理槽2及第2生物處理槽3，而進行生物處理。使第2生物處理槽3的處理水在沉澱槽4固液分離。如圖6般，在第1生物處理槽2中，是以貫流式來進行生物處理。第1生物處理槽2的處理水(第1生物處理水)會在第2生物處理槽3進行處理。第2生物處理槽3的處理水(第2生物處理水)會在沉澱槽4固液分離，分離水被當作處理水送出系統外。沉澱槽4的分離污泥會循環至第2生物處理槽3。
在這種兩段生物處理中，在第1生物處理槽2之中，以貫流式藉由分散狀態的細菌(分散菌)來處理大部分有機物，優先產生分散菌，在後段的第2生物處理槽2，使該分散菌被微小動物捕食，以謀求污泥的減量。但是此情況下，分散菌槽的第1生物處理槽2，是以浮遊狀態來維持細菌，因此需要某程度的滯留時間。依照排水的性狀，必要的滯留時間變長，分散菌槽(第1生物處理槽2)會大型化。
對於此問題，專利文獻2提出了一種方法，藉由將第1生物處理槽內液或第1生物處理水的一部分回送原水槽，以部分分散菌化的方式來使用原水槽，以使作為分散菌槽的第1生物處理槽小型化。
專利文獻1：日本特開2013-141640號公報
專利文獻2：日本特開2015-199049號公報
藉由專利文獻2的方法可謀求第1生物處理 槽的小型化，然而近年來由於對裝置小容量、小型化的要求，而需要進一步的小型化。
本發明目的為提供一種在使用了第1生物處理槽與導入來自第1生物處理槽的第1生物處理水的第2生物處理槽的有機性排水兩段生物處理之中，降低槽體容積，謀求排水處理設備全體的小容量、小型化，並且有效率地進行生物處理的方法。
本發明人認為，藉由使原水調整槽具有第1生物處理槽的機能，可省略第1生物處理槽，而削減排水處理設備全體的容積。然後，針對此原水調整兼第1生物處理槽所需要的條件進一步檢討的結果，如以下所述般，完成了本發明。
[1]一種有機性排水之生物處理方法，其係在設置成兩段串聯的第1生物處理槽及第2生物處理槽之該第1生物處理槽導入有機性排水作為原水，將在該第1生物處理槽進行好氣性生物處理所得到的第1生物處理水導入第2生物處理槽，在該第2生物處理槽內進行好氣性生物處理並將第2生物處理水排出之有機性排水之生物處理方法，其特徵為：將該第1生物處理槽定為調整所導入的原水的水量同時以貫流式進行好氣性生物處理之原水調整兼第1生物處理槽，將該原水調整兼第1生物處理槽在原水流入時的瞬時HRT定為2~8小時，且將該原水調整兼 第1生物處理槽的水位定為滿水時的40%以上。
[2]如[1]之有機性排水之生物處理方法，其中將該原水調整兼第1生物處理槽的平均HRT定為10小時以上，該平均HRT包含原水未流入前述原水調整兼第1生物處理槽的時間。
[3]如[1]或[2]之有機性排水之生物處理方法，其中將有機物分解所必要的營養源添加至前述原水調整兼第1生物處理槽，將該原水調整兼第1生物處理槽內液的pH調整為6.5~8.5。
[4]如[1]至[3]中任一者之有機性排水之生物處理方法，其中在前述原水調整兼第1生物處理槽之中，進行將導入槽內的有機性排水所含的有機物轉換為分散菌的處理，在前述第2生物處理槽之中，進行使微小動物捕食來自該第1生物處理槽之含有分散菌的第1生物處理水中的分散菌之處理，得到減少分散菌與殘留有機物的第2生物處理水。
[5]如[1]至[4]中任一者之有機性排水之生物處理方法，其中在前述原水調整兼第1生物處理槽的槽底部配置高度為該槽最大水深的40%以下的固定床擔體。
依據本發明，在有機性排水的兩段生物處理之中，可降低槽容積，謀求排水處理設備全體的小容量、小型化，並且有效率地進行生物處理。
11‧‧‧原水調整兼第1生物處理槽
11A‧‧‧流動床擔體
11B‧‧‧擔體分離篩網
12‧‧‧第2生物處理槽
12A‧‧‧流動床擔體
13‧‧‧沉澱槽
L1‧‧‧滿水線
L2‧‧‧控制線
P‧‧‧幫浦
B1、B2‧‧‧散氣管
圖1表示進行本發明之有機性排水之生物處理方法的裝置的實施形態的一例的系統圖。
圖2表示進行本發明之有機性排水之生物處理方法的裝置的實施形態的其他例子的系統圖。
圖3表示進行本發明之有機性排水之生物處理方法的裝置的實施形態的另一個例子的系統圖。
圖4表示原水調整兼第1生物處理槽的實施形態的一例的系統圖。
圖5表示實施例1中的原水調整兼第1生物處理槽內的水量(L)與第1生物處理水的CODCr(mg/L)的逐時變化的圖形。
圖6表示以往的兩段生物處理程序的系統圖。
以下詳細說明本發明之實施形態。
在本發明中，藉由使以往的排水處理設備之中被視為必要的原水調整槽具有第1生物處理槽的機能，可省略第1生物處理槽，而削減了排水處理設備全體的容積。
如前述般，由工廠等排出的原水，依照時間帶或季節，水量會大幅變動。因此，例如在排水量少時， 若將原水調整兼第1生物處理槽貯水近於枯竭般的水量供應至第2生物處理槽，則原水調整兼第1生物處理槽內的分散菌個體數會變得過少，有機物分解的效率會降低。所以，為了將分散菌保持在槽內，原水調整兼第1生物處理槽的水位設計成滿水時的40%以上。
與通常的原水調整槽不同地，必須確保在原水調整兼第1生物處理槽內充分進行有機物分解所必要的反應時間。因此，將原水流入時的瞬時HRT設定為2~8小時，包含原水未流入的時間的平均HRT(以下會有簡稱為「平均HRT」的情形)宜設定在10小時以上。
原水流入時的瞬時HRT是指原水流入原水調整兼第1生物處理槽時的瞬間的HRT(水理學的滯留時間)。例如若將原水流入時流入原水調整兼第1生物處理槽的原水的最大流量定為Qmax(m3/hr)，原水流入時某瞬間的原水調整兼第1生物處理槽內的水量定為V1(m3)，則瞬時HRT是以V1/Qmax(hr)來計算。若將原水調整兼第1生物處理槽的容量(原水調整兼第1生物處理槽滿水時的水量)定為Vmax(m3)，原水調整兼第1生物處理槽的最低水位時的水量定為Vmin(m3)，則瞬時HRT會在Vmin/Qmax~Vmax/Qmax(hr)變動。
平均HRT可如以下方式計算。例如裝置的運轉時的平均HRT，若將流入原水調整兼第1生物處理槽的原水每天的平均流量定為Qmax(m3/d)，原水調整兼第1生物處理槽的最大水量定為Vmax(m3)，則平均HRT是以 Vmax/Qmax×24(hr)來計算。
生物處理槽截面積為一定，不受深度影響，因此在本發明中是以水位(深度)控制來規定容量控制。
以下參考圖式，具體說明本發明之有機性排水之生物處理方法。
圖1~3表示進行本發明之有機性排水之生物處理方法的裝置的實施形態的一例的系統圖。圖4表示本發明所關連的原水調整兼第1生物處理槽之實施形態的一例的系統圖。在圖1~4之中，發揮相同機能的構件採用了相同的符號。圖中，P為幫浦、B1、B2為散氣管。L1表示後述滿水線，L2表示後述控制線。
本發明所關連的原水調整兼第1生物處理槽，是兼具第1生物處理槽與原水調整槽的作用的槽體，因此在原水調整兼第1生物處理槽的前段不需要相當於原水調整槽的槽體。由工廠等排出的有機性排水，不需經過原水調整兼第1生物處理槽以外的原水調整槽，可直接導入原水調整兼第1生物處理槽。但是，在處理多種排水混合的總合排水的情況，可對各排水每設置貯槽。此情況下也不會經過總合排水的原水調整槽，而直接被導入原水調整兼第1生物處理槽。另外，來自原水調整兼第1生物處理槽的第1生物處理水會直接被導入第2生物處理槽。
[將原水調整兼第1生物處理槽設定為批次式，第2生物處理槽設定為連續式的生物處理]
圖1表示將原水調整兼第1生物處理槽設定為批次式生物處理槽，第2生物處理槽設定為連續式生物處理槽的情況的一例的系統圖。
原水的有機性排水會被導入原水調整兼第1生物處理槽11，在水量調整的同時，藉由曝氣進行生物氧化處理，有機性排水中所含有的有機成分(溶解性BOD)的70%以上，希望是75~90%，會被細菌氧化分解。
在原水調整兼第1生物處理槽11的流通是以貫流式來進行，將原水流入時的瞬時HRT定為2~8小時，且水位定為滿水時的40%以上，亦即，將水位變動設計成相對於滿水時的水位100%為40~100%。藉此，可使最低限度的種菌留在槽內，而能夠對水量會變動的原水進行處理。
此處，「設計」是指根據流入原水調整兼第1生物處理槽的原水的最大流量與每天的平均流量來決定原水調整兼第1生物處理槽的最大水量與最小水量，以設計原水調整兼第1生物處理槽。
原水調整兼第1生物處理槽11在原水流入時的瞬時HRT會隨著原水調整兼第1生物處理槽11的水位而變動。若瞬時HRT未達2小時，則無法充分進行有機物分解。若瞬時HRT超過8小時，則會產生絲狀細菌。原水調整兼第1生物處理槽11在原水流入時的瞬時HRT宜設計成2~6小時。
若原水調整兼第1生物處理槽11的水位未達 滿水時的40%，則槽內的分散菌保有數變得過少，有機物分解效率降低。因此，以原水調整兼第1生物處理槽11的水位維持在滿水時的40%以上，宜為50~100%的方式進行設計。
以下會有將原水調整兼第1生物處理槽滿水時的水位(100%)稱為「滿水線」，將相對於滿水線，水位為40%的線稱為「限制線」的情形。
原水調整兼第1生物處理槽11中的BOD容積負荷宜定為1kg/m3/d以上，例如1~10kg/m3/d。原水調整兼第1生物處理槽11流通時的瞬時最大BOD容積負荷宜為10kg/m3/d以下，例如2~20kg/m3/d，平均HRT宜設計成10小時以上，尤其是10~24小時。若BOD容積負荷低於上述下限，則處理效率降低。若平均HRT低於上述下限，則無法充分處理有機性排水中的有機物。若平均HRT過長，則處理效率降低，因此宜定為上述上限以下。
在原水調整兼第1生物處理槽11中亦可添加擔體，增加污泥保持量，以應付負荷變動。擔體可為流動床擔體、固定床擔體的任一者。
流動床擔體的形狀可為任意，如球狀、顆粒狀、中空筒狀、線狀、板狀、立方體狀、長方體狀等，大小亦為任意，如0.1~10mm左右的粒徑。擔體的材料亦為任意，如天然材料、無機材料、高分子材料等，使用膠體狀物質亦可。
在原水調整兼第1生物處理槽11設置流動床擔體的情況，為了防止擔體的流出，必須在槽內設置篩網。圖4表示在原水調整兼第1生物處理槽11中添加流動床擔體11A，設置擔體分離篩網11B的情況的原水調整兼第1生物處理槽11。在原水調整兼第1生物處理槽11中添加流動床擔體的情況，擔體的填充率希望定為1~10%。
固定床擔體，是將擔體的至少一部分固定於原水調整兼第1生物處理槽11的底、側面、上部的任一者，並設計成會搖動。其形狀可為任意，如線狀、板狀、條狀等。擔體的材料亦為任意，如天然材料、無機材料、高分子材料等，使用膠體狀物質亦可。
在原水調整兼第1生物處理槽設置固定床擔體的情況，若固定床的高度高，則在原水調整兼第1生物處理槽的水位低時，固定床會由水面露出，因此高度宜定為原水調整兼第1生物處理槽最大水深的40%以下，例如20~40%。原水調整兼第1生物處理槽的固定床擔體的填充率宜定為0.1~2%。
在設置任何擔體的情況，若填充率低，則無法充分得到設置擔體所產生的菌體保持能力的提升效果，若填充率高，則通氣性或散氣會受到阻礙。
在原水調整兼第1生物處理槽11中，為了促進反應，宜直接添加營養劑。營養劑是指N、P、S、Ca、Mg、K、Zn、Cu、胺基酸、維生素等，微生物增殖所必要 的無機物、有機物、礦物質、微量金屬等，並且在對象原水中不足的物質。
原水調整兼第1生物處理槽11的槽內液體的pH宜調整成6.5~8.5。尤其在含有油分的排水的情況，為了防止油分的固化，pH希望定為7.5~8.5。
在原水調整兼第1生物處理槽11的流入水或原水調整兼第1生物處理槽11內，亦可適當地設置營養劑添加手段，或添加酸或鹼的pH調整手段。
來自原水調整兼第1生物處理槽11的第1生物處理水會被導入第2生物處理槽12，藉由曝氣來進行殘存有機成分的氧化分解、分散菌的自行分解以及利用微小動物捕食來進行的剩餘污泥減量化。在第2生物處理槽12中，為了利用增殖速度比細菌還慢的微小動物的作用與細菌的自行分解，必須採用使微小動物與細菌留在系統內的運轉條件及處理裝置。藉由在第2生物處理槽12添加流動床擔體或固定床擔體，可提高微小動物的槽內保持量。
添加至第2生物處理槽12的流動床擔體的形狀可為任意，如球狀、顆粒狀、中空筒狀、線狀、板狀、立方體狀、長方體狀等，大小亦為任意，如0.1~10mm左右的粒徑。擔體的材料可為任意，如天然材料、無機材料、高分子材料等，使用膠體狀物質亦可。
固定床擔體，是將擔體的至少一部分固定在第2生物處理槽12的底、側面、上部的任一者。其形狀 為任意，如線狀、板狀、條狀等，材料為任意，如天然材料、無機材料、高分子材料等，使用膠體狀物質亦可。
第2生物處理槽12中的流動床擔體的填充率宜定為5~50%，尤其是10~40%。第2生物處理槽12中的固定床擔體的填充率宜定為0.1~30%，尤其是0.5~10%。若任一擔體的填充率低，則無法使微小動物數量增加，若填充率過高，則流通性或散氣會受到阻礙。在第2生物處理槽12中設置流動床擔體的情況的例子表示於後述圖2。
藉由在第2生物處理槽12的後段設置沉澱槽13等的固液分離裝置，使來自第2生物處理槽12的第2生物處理水固液分離，並將分離水取出以作為處理水，分離污泥作為回送污泥回送至第2生物處理槽12，可維持住污泥。此固液分離可為沉澱池、膜分離、上向流分離的任一者。第2生物處理槽12亦可採用批次式運轉，以簡化固液分離。亦可採用在第2生物處理槽中添加擔體的貫流式，然後設置凝集固液分離裝置，得到澄清的處理水。
圖1表示以浮遊式或固定床式來運轉第2生物處理槽12的情況的系統圖。將在第2生物處理槽12中填充流動床擔體12A並以未圖示的分離篩網將擔體維持在槽內的系統圖表示於圖2。在圖2的例子中，不將沉澱槽13中分離出的剩餘污泥回送第2生物處理槽12，第2生物處理槽12也能夠與原水調整兼第1生物處理槽11同樣地以貫流式來運轉。
[將原水調整兼第1生物處理槽及第2生物處理槽設定為批次式的生物處理]
圖3表示不僅是原水調整兼第1生物處理槽11，第2生物處理槽12也設定為批次式運轉，而省略沉澱槽13的情況的系統圖。
此情況下，在第2生物處理槽12中設置固定床擔體可維持微小動物的個體數，故為適合。此情況下，必須在低於第2生物處理槽12的最低水位的位置設置固定床擔體。
[實施例]
以下針對實施例、比較例及參考例作說明。
[實施例1]
在容量為10L的原水調整兼第1生物處理槽11(無擔體)中，以食品類排水(CODCr=2100mg/L、BOD=1200mg/L、SS=0mg/L)作為原水，藉由圖1的裝置進行處理。原水是以在水調整兼第1生物處理槽11中以6小時、32mL/min(=瞬時的最大流量)流通，然後停止流通6小時的方式進行每6小時原水流通與停止流通重覆的運轉(1天的處理水量23L/d)。
來自原水調整兼第1生物處理槽11的第1生物處理水，是以3小時之中有2.25小時以22mL/min輸送 至第2生物處理槽12(容量10L，無擔體)的間歇輸送方式導入第2生物處理槽12。
原水調整兼第1生物處理槽11在最高水位(滿水時：10L)時的瞬時HRT為5.2小時，並且最低水位(滿水時的40%：4L)時的瞬時HRT為2.1小時，平均HRT為10.4小時。原水調整兼第1生物處理槽11的BOD容積負荷為2.76kg/m3/d，瞬間最大BOD容積負荷會在5.5~13.8kg/m3/d的範圍變動。
pH調整成7。在原水調整兼第1生物處理槽11中添加尿素、磷酸作為營養源(N、P源)。
將此時的原水調整兼第1生物處理槽內的水量(L)與第1生物處理水的CODCr(mg/L)的逐時變化表示於圖5。
由圖5明顯地可知，原水調整兼第1生物處理槽內的水量會在滿水時的100%~40%之間變動，第1生物處理水的CODCr除去率也會在50~84%(CODCr約1000~330mg/L)變動，然而平均除去率為75%，可將有機物有效率地轉換為分散菌。
第2生物處理水的SS為30mg/L以下，並且與由第2生物處理槽抽出的剩餘污泥部分合計的污泥轉換率為0.1kg-SS/kg-CODCr。
[比較例1]
將原水調整兼第1生物處理槽的最低水位定為滿水 時的20%，除此之外，進行與實施例1同樣的運轉。其結果，水位最低時的瞬時HRT為1.02小時，在此期間，分散菌會由原水調整兼第1生物處理槽流出，CODCr除去率為10~54%，平均為30%。在原水調整兼第1生物處理槽中產生了分散菌，然而第2生物處理槽中的CODCr流入增加，在圖1的裝置中，因為絲狀細菌造成的膨脹，在沉澱池發生污泥溢流。另外，污泥轉換率為0.24kg-SS/kg-CODCr。
[實施例2]
將原水調整兼第1生物處理槽的最低水位定為滿水時的50%，流通時的原水流量定為37mL/min(1天的處理水量26.6L/d)，除此之外，進行與實施例1同樣的運轉。其結果，瞬時HRT為2.25~4.5小時，而平均HRT為9小時，在此期間，分散菌被安定地維持，CODCr除去率會在37~70%變動，平均為57%，可得到良好的處理水質。另外，第2生物處理槽中的CODCr流入增加，然而與實施例1相比，污泥產生量增加停在30%左右。
[實施例3、比較例2]
將原水調整兼第1生物處理槽的槽容積與水量變動，以及隨之發生的瞬時HRT的變動定為如表1般，除此之外，以與實施例1同樣的條件進行運轉。
將其結果與實施例1及比較例1的結果同時揭示於表 1。
[實施例4]
將作為固定床擔體且長度10cm×寬度6.5cm×厚度0.8cm的板狀軟質聚胺甲酸乙酯發泡體製擔體(1枚)，以板面方向成為鉛直方向的方式，將擔體的上部及下部固定在第2生物處理槽內，除此之外，進行與實施例1同樣的運轉。其結果，平均CODCr除去率為90%，污泥轉換率為0.08kg-SS/kg-CODCr。
Figure 106108368-A0202-12-0017-1
由表1可知，依據本發明，在有機性排水的兩段生物處理之中，藉由使原水調整槽具有第1生物處理槽的機能，可省略第1生物處理槽，謀求排水處理設備全體的容積削減，謀求排水處理設備全體的小容量、小型化，並且有效率地可進行生物處理。
使用特定態樣詳細說明了本發明，然而對於業界人士來說，明顯可知在不脫離本發明的意圖與範圍之 下可加上各種變更。
本申請是基於2016年9月23日所申請的日本特許出願2016-185517，其全體因為引用而被援用於此。
11‧‧‧原水調整兼第1生物處理槽
12‧‧‧第2生物處理槽
13‧‧‧沉澱槽
L1‧‧‧滿水線
L2‧‧‧控制線
P‧‧‧幫浦
B1、B2‧‧‧散氣管

Claims (5)

  1. 一種有機性排水之生物處理方法，其係在設置成兩段串聯的第1生物處理槽及第2生物處理槽之該第1生物處理槽導入有機性排水作為原水，將在該第1生物處理槽進行好氣性生物處理所得到的第1生物處理水導入第2生物處理槽，在該第2生物處理槽內進行好氣性生物處理並將第2生物處理水排出之有機性排水之生物處理方法，其特徵為：將該第1生物處理槽定為調整所導入的原水的水量同時以貫流式進行好氣性生物處理之原水調整兼第1生物處理槽，將以下所定義之該原水調整兼第1生物處理槽在原水流入時的瞬時HRT定為2~8小時，且將該原水調整兼第1生物處理槽的水位定為滿水時的40%以上；原水流入時的瞬時HRT：原水流入原水調整兼第1生物處理槽時的瞬間的HRT(hydraulic retention time(水理學滯留時間))，若將原水流入時之流入原水調整兼第1生物處理槽的原水的最大流量定為Qmax(m3/hr)，原水流入時某瞬間的原水調整兼第1生物處理槽內的水量定為V1(m3)，則瞬時HRT是以V1/Qmax(hr)來計算。
  2. 如申請專利範圍第1項之有機性排水之生物處理方 法，其中將該原水調整兼第1生物處理槽的平均HRT定為10小時以上，該平均HRT包含原水未流入前述原水調整兼第1生物處理槽的時間。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之有機性排水之生物處理方法，其中將有機物分解所必要的營養源添加至前述原水調整兼第1生物處理槽，將該原水調整兼第1生物處理槽內液的pH調整為6.5~8.5。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之有機性排水之生物處理方法，其中在前述原水調整兼第1生物處理槽之中進行將導入槽內的有機性排水所含的有機物轉換為分散菌的處理，在前述第2生物處理槽之中進行使微小動物捕食來自該第1生物處理槽之含有分散菌的第1生物處理水中的分散菌之處理，得到減少分散菌與殘留有機物的第2生物處理水。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之有機性排水之生物處理方法，其中在前述原水調整兼第1生物處理槽的槽底部配置高度為該槽最大水深的40%以下的固定床擔體。
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