专利名称：废水厌氧生物处理系统及方法
技术领域：
本发明是关于一种含有机污染物的废水厌氧生物处理技术，尤其有关一种结合厌氧微生物处理技术与溶解空气浮除技术的废水厌氧生物处理系统及方法。
背景技术：
厌氧生物处理方法是近年含有机污染物废水处理的最热门的技术之一，而厌氧污泥床为该方法最常使用的厌氧生物反应槽，但因厌氧微生物的增殖能力低，因此厌氧污泥床反应槽的关键技术在于如何有效截留大量的厌氧微生物累积于反应槽，使厌氧污泥床反应槽的功能达最佳化。目前商业应用的厌氧污泥床反应槽例如有BiothaneUASB及BIOPAQUASB反应槽。UASB为Upflow anaerobic sludge bed的简写，意为向上流动厌氧污泥床。本案申请人于台湾新型专利第156653号亦揭示一种UASB反应槽。UASB反应槽关键技术在于其中固气液三相分离器的设计。
先前三相分离器的设计技术，受限于既有厌氧污泥床反应槽的尺寸与微生物的特性(如微生物的粒径、密度等)，因此在水力负荷上有非常高的局限性，典型的单位面积(正投影面积)的水力负荷一般在15～30m3/m2-天。所以当废水的有机污染物浓度低时，厌氧污泥床反应槽的单位体积效率即受到水力条件的限制，无法发挥应有的功能。
溶解空气浮除(Dissolved air flotation，简称DAF)的废水处理技术常应用于食品厂的废水处理，其中高压溶解的空气与废水在DAF槽内混合，并形成无数细小气泡沾附在废水中的固体粒子(例如清洗肉类所产生的脂肪及蛋白质粒子)，于是可在DAF槽的顶部刮除浮在废水水面上的气浮固体粒子，及在DAF槽的底部或中部排出处理过的水。DAF槽在商业市场上可购得，亦可见于专利文献，例如美国专利第5382358，5538631，5863441，6174434及6599418号。美国专利第6599418号揭示一种结合DAF及重力沉降机构的废水处理设备，其中废水先被导入该设备的下方的重力沉降舱，于其中较重的固体粒子会先行沉降，接着含较轻的固体粒子的水通过一联通流道再流入该设备的上方的DAF舱进行一般的DAF处理，其中一空气溶解装置是安装在该联通流道。此美国专利第6599418号前案的内容经由参考方式被并入本案。
从事本项技艺人士一般认为厌氧微生物应避免接触空气，以防止其有机污染物的分解能力降低。因此，至目前为止，没有任何先前技艺揭示或建议以DAF废水处理技术来解决厌氧微生物处理技术的水力负荷限制问题。
发明内容
本案发明人首先提出一种结合厌氧微生物处理技术及DAF废水处理技术的废水厌氧生物处理系统及方法。本案发明人发现厌氧微生物在DAF槽的短暂与空气接触并不会显著的降低其对有机污染物的分解能力。
由于本发明以DAF废水处理技术取代已用UASB反应槽的固气液三相分离器，不仅解决UASB反应槽水力负荷低的问题，也降低废水厌氧生物处理系统的初设成本。
依本发明内容所完成的一种有机污染废水处理系统，包含一厌氧污泥床反应槽，其具有一槽体，及设于该槽体的一第一进水口及一第一出水口，该槽体适用于承装一厌氧污泥床及接收一由该第一进水口流入的含有机污染物的废水，该废水于该槽体内停留一段时间后从该第一出水口流出，于该停留时间该废水中的有机污染物的至少一部份为该厌氧污泥床污泥床的厌氧微生物所分解；及一溶解空气浮除槽(简称DAF槽)，其具有一槽体，设于该槽体的一第二进水口及一第二出水口，一混合装置，及一气浮污泥移除装置，其中该第二进水口连接该第一出水口，该混合装置用于将一高压气体与来自该第一出水口的出流水混合及将混合后的高压流释放至该DAF槽槽体内，该气浮污泥移除装置用于将该DAF槽槽体内的气浮污泥移出该DAF槽槽体，及第二出水口用于自该DAF槽槽体内排出一处理过的水。
较佳的，前述溶解空气浮除槽是可进一步包含一加药装置或一将气浮污泥送回该厌氧污泥床反应槽或一废弃污泥贮存槽的输送装置。
较佳的，该第二出水口位于该DAF槽槽体的底部或中部。
于本发明的有机污染废水处理系统中，溶解于该高压流中的气体因DAF槽槽体内的压力下降，形成无数细小气泡沾附在废水中的污泥粒子，于是在该DAF槽的顶部形成浮在废水水面上的气浮污泥。
于该厌氧污泥床反应槽中借助厌氧生物处理方法除去废水中的至少一部份有机污染物，达到废水净化的功能，当净化后的废水流出该厌氧污泥床反应槽时，会挟带一些厌氧微生物污泥流出反应槽外。该DAF槽，设置于该厌氧污泥床反应槽下游，是由高压溶解气体与废水混合并在DAF槽内释放，被溶解的空气或任何其它合适气体因压力释放形成无数细小气泡沾附在废水中的固体粒子(例如微生物污泥粒子)，于是可在DAF槽的顶部刮除浮在废水水面上的气浮污泥，及在DAF槽的底部或中部排出处理过的水。该DAF槽所移除的气浮污泥(厌氧微生物)，可以再循环至该厌氧污泥床反应槽，以提高厌氧污泥床反应槽内微生物的浓度。
已用的厌氧污泥床处理技术对高浓度废水具有高体积效率的优点，但当废水中有机物浓度降低时，因受限于水力条件，使厌氧污泥床处理技术无法发挥应有的效率，本发明即结合厌氧微生物处理技术与溶解空气浮除处理技术，以克服已用厌氧污泥床处理技术的水力限制问题，以利于进一步推广厌氧污泥床处理技术于解决处理都市污水、低浓度有机工业废水等问题。
实施方式本发明亦提供一种废水厌氧生物处理方法，包含下列步骤a)将含有机污染物的废水与一含有厌氧微生物的厌氧污泥床接触，于是该废水中的至少一部份有机污染物为该厌氧微生物所分解，而得到一部份净化水；b)将来自步骤a)的部份净化水与一高压溶解气体(例如高压空气)混合，并将所获得的混合物释放于一容器内，以在该容器内形成具有多数个细小气泡的气液固混合物，于是这些细小气泡沾附在气液固混合物中的污泥粒子，而在该容器内形成位在液体表面上的气浮污泥；c)将该气浮污泥从该容器移除，及在该气浮污泥下方排出处理过的水。
较佳的，本发明方法进一步包含将从步骤c)移除的气浮污泥的一部份或全部再循环用作为步骤a)的厌氧污泥床的一部份来源。
较佳的，本发明方法进一步包含将从步骤c)移除的气浮污泥的一部份或全部输送至一废弃污泥贮槽。
较佳的，本发明方法进一步包含将混凝剂加入于步骤b)中的部份净化水与高压溶解气体的混合物。
本发明的一较佳具体实施例配合图式说明如下。如图1及2所示，本发明的有机污染废水处理系统，包含一厌氧污泥床反应槽10，其具有一槽体11，及设于该槽体底部的一第一进水口12及一第一出水口13，该槽体内含有厌氧污泥床及由该第一进水口流入的含有机污染物的废水，该废水于该槽体内停留一段时间后从该第一出水口13流出，于该停留时间该废水中的有机污染物的至少一部份为该厌氧污泥床污泥床的厌氧微生物所分解；及一溶解空气浮除槽20(简称DAF槽)，其具有一槽体21，设于该槽体的一第二进水口22及一第二出水口23，一混合装置24，及一气浮污泥移除装置25，其中该第二进水口22连接该第一出水口13。
该混合装置24包含一加压泵241，加压罐242及空压机243。该加压泵241将由该槽体21流出的一部份出流水送至该加压罐242内与来自该空压机243的高压空气混合，于是产生一高空气含量的水，并由该加压罐242流出与由该厌氧污泥床反应槽10的第一出水口13流出的出流水合并，经过一分配器26进入该DAF槽的槽体21内。溶解于水中的高压空气由于槽体21内的水压较低，在从该合并流从分配器26流出时开始形成无数细小气泡。这些细小气泡沾附在水中的污泥粒子，于是在该槽体21内形成位在液体表面上的气浮污泥。该气浮污泥移除装置25收集该DAF槽槽体21内的气浮污泥并移出该DAF槽槽体21，于是获得一浓缩污泥27。由该槽体21流出的另一部份出流水作为一处理过的水由该第二出水口23排出。
通过一输送装置28可将该浓缩污泥27再循环送回该厌氧污泥床反应槽10及/或废弃污泥贮槽。
以下实施例是用于进一步了解本发明的优点，并非用于限制本发明的申请专利范围。
图1显示依本发明一较佳具体实施例的有机污染废水处理方法的示意流程图。
图2显示图1中的DAF槽20的示意剖面图。
图3显示本发明实施例1的废水厌氧生物处理方法的结果，其中横轴为操作时间(小时)及纵轴为DAF槽的进流水(圆点)及出流水(方形点)的悬浮固体物(SS)浓度。
图4显示以浮除槽加压罐的压力分别为1、2、3及4kg/cm2所收集的浓缩污泥与原始污泥的最大产甲烷活性(Qmax)的结果。
附图标记10..厌氧污泥床反应槽11，21..槽体12，22..进水口 13，23..出水口20..溶解空气浮除槽(DAF槽)24..混合装置25..气浮污泥移除装置26..分配器 27..浓缩污泥28..输送装置241..加压泵242..加压罐 243..空压机具体实施方式
实施例1本实施例的系统是如图1所示的包含厌氧污泥床反应槽及DAF槽的系统。于食品厂进行测试，该厌氧污泥床处理槽是利用实厂的UASB反应槽，UASB本身配置一组三相分离器，其水力负荷为16m3/m2-day，UASB反应槽体积为390m3，处理水量为1000m3/day。该DAF槽是如图2所示者，包含一个直径1.2公尺的槽体。本实施例是从该UASB反应槽的三相分离器下方，以泵抽取120L/min水量进行DAF槽的分离试验。实验过程未加入化学药剂，该DAF槽的水力负荷为150m3/m2-天，加压罐的压力为4.5kg/cm2，回流水量为50L/min。结果如图3所示，从图3可看出该DAF槽进流水的悬浮固体物(SS)浓度介于350～800mg/L之间，而其出流水则稳定维持在100～200mg/L之间。
以下实施例2以厌氧微生物的最大产甲烷活性(Qmax)来评估从DAF槽移除的厌氧微生物的厌氧活性。
实施例2实验以批次方式进行，包括将厌氧污泥置于一DAF槽内，使用不同的加压罐压力(加压罐压力越大，释出的氧气量越多)进行浮除一固定时间(10分钟)。将从DAF槽液面收集的浮除浓缩污泥，透过相同的厌氧微生物活性测定程序，来测定厌氧微生物的最大产甲烷活性(Qmax)，并与原始污泥(未经浮除)的活性比较。
最大产甲烷活性(Qmax)的测定程序说明如下。将微生物装入一个三角瓶加入定量的醋酸钠当有机物，以氮气吹出三角瓶中的空气，再以内含一气体导管的橡胶塞塞紧。气体导管接至一个有刻度内含液碱的倒置玻璃容器。装置妥善的三角瓶至于水浴温控35℃的左右摆动震荡器。当醋酸钠被厌氧甲烷菌分解时，会产生CO2与CH4两种气体，经由气体导管导引至倒置的玻璃容器中，以排水集气方式收集于此倒置玻璃容器中。CO2气体被碱液吸收，因此倒置玻璃容器所收集的气体即为CH4，实验时间为24小时，累计的CH4量可由刻度得知，实验结束后，量测每组实验的微生物量，即可算出每组实验的Qmax，其单位为mL CH4/g-VSS-天。本实验中以未经浮除的原始污泥为空白对照组)结果如图4所示，原始污泥的Qmax为187mL CH4/g-VSS-天(VSS代表挥发性悬浮固体物—即微生物量)；在浮除槽加压罐的压力为1、2、3及4kg/cm2所收集的浮除浓缩污泥，其Qmax值介于185～202mL CH4/g-VSS-天。在考虑实验误差后，以浮除槽加压罐的压力为1、2、3及4kg/cm2所收集的浓缩污泥其Qmax与原始污泥的Qmax相当，并未有厌氧活性降低的情形发生。
权利要求
1.一种有机污染废水处理系统，包含一厌氧污泥床反应槽，其具有一槽体，及设于该槽体的一第一进水口及一第一出水口，该槽体适用于承装一厌氧污泥床及接收一由该第一进水口流入的含有机污染物的废水，该废水于该槽体内停留一段时间后从该第一出水口流出，于该停留时间该废水中的有机污染物的至少一部份为该厌氧污泥床污泥床的厌氧微生物所分解；及一溶解空气浮除槽，简称DAF槽，其具有一槽体，设于该槽体的一第二进水口及一第二出水口，一混合装置，及一气浮污泥移除装置，其中该第二进水口连接该第一出水口，该混合装置用于将一高压气体与来自该第一出水口的出流水混合及将混合后的高压流释放至该DAF槽槽体内，该气浮污泥移除装置用于将该DAF槽槽体内的气浮污泥移出该DAF槽槽体，及第二出水口用于自该DAF槽槽体内排出一处理过的水。
2.如权利要求1所述的有机污染废水处理系统，其进一步包含一将气浮污泥送回该厌氧污泥床反应槽或一废弃污泥贮存槽的输送装置。
3.如权利要求1所述的有机污染废水处理系统，其中该第二出水口位于该DAF槽槽体的底部或中部。
4.如权利要求1所述的有机污染废水处理系统，其中溶解于该高压流中的气体因DAF槽槽体内的压力下降，形成无数细小气泡沾附在废水中的污泥粒子，于是在该DAF槽的顶部形成浮在废水水面上的气浮污泥。
5.如权利要求1所述的有机污染废水处理系统，其中该溶解空气浮除槽进一步包含一加药装置。
6.一种废水厌氧生物处理方法，包含下列步骤a)将含有机污染物的废水与一含有厌氧微生物的厌氧污泥床接触，于是该废水中的至少一部份有机污染物为该厌氧微生物所分解，而得到一部份净化水；b)将来自步骤a)的部份净化水与一高压溶解气体混合，并将所获得的混合物释放于一容器内，以在该容器内形成具有多数个细小气泡的气液固混合物，于是这些细小气泡沾附在气液固混合物中的污泥粒子，而在该容器内形成位在液体表面上的气浮污泥；c)将该气浮污泥从该容器移除，及在该气浮污泥下方排出处理过的水。
7.如权利要求6所述的方法，其进一步包含将从步骤c)移除的气浮污泥的一部份或全部再循环用作为步骤a)的厌氧污泥床的一部份来源。
8.如权利要求6所述的方法，其进一步包含将从步骤c)移除的气浮污泥的一部份或全部输送至一废弃污泥贮槽。
9.如权利要求6所述的方法，其进一步包含将混凝剂加入于步骤b)中的部份净化水与高压溶解气体的混合物。
全文摘要
本发明是关于一种含有机污染物的废水厌氧生物处理系统，包含一厌氧污泥床反应槽，及一溶解空气浮除槽，其中该厌氧污泥床反应槽是用厌氧微生物于反应槽中去除废水中的有机污染物，及该溶解空气浮除槽是用于对来自该厌氧污泥床反应槽的出流水中的固体物进行固液两相分离，以回收流出该厌氧污泥床反应槽的厌氧微生物并送回该厌氧污泥床反应槽中，以提升厌氧污泥床反应槽的水力负荷。
文档编号C02F1/52GK1796306SQ20041010149
公开日2006年7月5日 申请日期2004年12月21日 优先权日2004年12月21日
发明者游惠宋, 周珊珊, 连水城, 吴鸿荣, 林信荣 申请人:财团法人工业技术研究院