TWI449675B - 氨氮廢水的處理系統及方法 - Google Patents

Description

氨氮廢水的處理系統及方法

本發明係有關於環境工程，且特別有關於一種氨氮廢水的處理系統。

氨氮處理不管是都市污水或工業廢水皆為相當重要的課題。都市污水中氮多以氨氮與有機氮形式存在，無論是好氧或厭氧生物處理，有機氮容易被代謝轉化為氨氮。傳統的生物脫氮程序，即是利用微生物在好氧條件下，將氨氮氧化成硝酸態氮，再於厭氧條件下，將硝酸態氮還原成氮氣逸散出水體，達到污水脫氮的目的。

傳統氨氮生物處理方式必須經過一連串之生物反應，包含硝化菌，如氨氮氧化菌(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；最後則由脫氮菌接手將硝酸氮還原成氮氣處理完成。

第1圖顯示一傳統的廢水理系統10。傳統的處理主要包含厭氧槽12、無氧槽14、硝化反應槽16與固液分離槽18。但當廢水W中的碳/氮比過高、或水中有機氮濃度過高時，硝化反應槽16槽會生長大量之異營菌，而抑制自營菌(硝化菌)的生長，進而降低硝化作用的進行。為了提高氨氮廢水的處理效率，業界亟需一種新穎的氨氮廢水處理系統及方法。

本發明係提供一種氨氮廢水的處理系統，包括一第一槽，其包括脫氮菌，用以進行脫氮反應；一第二槽，設置於第一槽之後，其包括好氧異營菌以及曝氣裝置，且第二槽的水力停留時間(HRT)小於6小時，用以減少第二槽出流水中的有機物質；一第三槽，設置於第二槽之後，其包括硝化菌與生物擔體，用以處理第二槽之出流水，藉由擔體之作用累積生長速度較慢之硝化菌數目提高硝化效率，用以處理第二槽之出流水，以及一固液分離槽，設置於第三槽之後，用以分離第三槽出流水之固相及液相。

本發明另提供一種氨氮廢水的處理方法，包括將一氨氮廢水導入一第一槽中，其中第一槽包括脫氮菌，用以進行脫氮作用；將第一槽之出流水導入一第二槽中，其中第二槽包括好氧異營菌以及曝氣裝置，且第二槽的水力停留時間(HRT)小於6小時，用以減少第二槽出流水中之有機物質；使第二槽之出流水導入一第三槽中，其中第三槽包括硝化菌與生物擔體，使第二槽之出流水中的氨氮氧化為亞硝酸氮及硝酸氮，同時將第三槽之混合液回留至第一槽利用脫氮菌去除硝酸氮，以及將第三槽之出流水導入一固液分離槽，以分離出流水的固相及液相。

為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖示，作詳細說明如下：

如第2圖所示，在自然界中，銨離子(NH₄ ^＋ )會被氨氮氧化菌(ammonia oxidation bacteria)轉化為亞硝酸根離子(NO₂ ^－ )，然後被亞硝酸氮氧化細菌(nitrite oxidation bacteria)轉化為硝酸根離子(NO₃ ^－ )，此轉化的過程可稱為做硝化作用。此外，在低氧環境下，亞硝酸氮可經由脫氮微生物轉化為氮氣釋放至大氣中。

本發明係提供一種氨氮廢水的處理系統，其利用控制硝化反應槽中的碳/氮比，以促進硝化菌的生長，進而促進硝化作用。

第3圖為本發明氨氮廢水的處理系統之一實施例，應注意的是，為了清楚描述本發明之特徵，第3圖僅為本發明實施例之簡單圖示，在實際應用時，此技藝人士可依不同的需求增加或修改本發明之結構。

參照第3圖，本發明之氨氮廢水處理系統30包括脫氮反應槽32、好氧選種槽34、硝化反應槽36以及固液分離槽38。氨氮廢水W與硝化反應槽36之回流混合液首先導入脫氮反應槽32中，因此進流水含有氨氮、硝酸氮與COD。脫氮菌利用COD所提供之碳源將硝酸氮轉化成氮氣去除，而氨氮則無反應。接著，脫氮反應槽32之出流水導入好氧選種槽34，主要進入本反應單元為氨氮與殘餘之有機物，好氧選種槽34主要為懸浮態之異營菌，由於停留時間較短因此可將有機物有效攝入細胞中將有機物濃度降低。殘餘之氨氮與異營菌混合液則進入硝化反應槽36，本 反應槽中包含懸浮態之異營菌與接觸於擔體上之硝化菌，硝化菌可於較低之C/N比下，有效將氨氮氧化成硝酸氮，後回流至脫氮槽去除。最後進入固液分離槽38，而硝化反應槽36及固液分離槽38的出流水或污泥可再迴流至脫氮反應槽32中。

本發明之氨氮廢水特別指含有有機氮之廢水，如氫氧化四甲銨(TMAH)及/或乙醇胺(MEA)。

本發明之脫氮反應槽32中包括各種脫氮微生物，如表一所示。脫氮微生物可將硝酸氮轉化為氮氣。如有需要，可額外添加碳源COD至脫氮反應槽32中。

本發明之好氧選種槽34包括好氧異營菌、硝化菌及曝氣裝置342。好氧異營菌可有效地降低廢水中的有機物質。硝化菌，例如，氨氮氧化菌(AOB)及亞硝酸氮氧化細菌(NOB)，可將氨氮轉化為硝酸氮。好氧選種槽34之水力停留時間(HRT)小於6小時，較佳為4至6小時。應注意的是，好氧選種槽34出流水的碳/氮比必須小於5，較佳為1至2。曝氣裝置342可將空氣A打入好氧選種槽34中以提供溶氧。好氧選種槽34之溶氧可為約2.0，較佳為1.0至2.0。

本發明之硝化反應槽36包括曝氣裝置362及生物擔體364。曝氣裝置362可將空氣A打入硝化反應槽36中以提供溶氧。硝化反應槽36之溶氧可為約2.0，較佳為1.0至2.0。生物擔體364可擔負硝化菌(氨氮氧化菌、亞硝酸氮氧化菌)。生物擔體364可有效增加硝化菌微生物之濃度。生物擔體可為任何擔體，例如，PU泡棉、不織布等。應注意的是，硝化反應槽36中廢水的碳/氮比必須在5以下，較佳為1至2，以促進硝化菌的生長。

本發明之固液分離槽38可用於分離硝化反應槽36出流水之固相及液相，以達到高品質的處理水質。在一實施例中，固液分離槽38可為一沉澱池。在另一實施列中，固液分離槽38可包括一薄膜，例如，中空纖維膜、板式膜等，用以分離固相及液相。

在本發明之處理系統30中，脫氮反應槽32出流水中 的有機物質在進入好氧選種槽34後，可被好氧選種槽34中的好氧微生物大量攝取，且部份氨氮可被硝化菌轉換為成硝酸氮，進而降低好氧選種槽34出流水的碳/氮(C/N)比。在此一低C/N比下，硝化反應槽36中的硝化菌可以不受異營菌之影響而快速累積，以提昇硝化效果，同時達到較高之氨氮去除率，去除率可達約80%。

在本發明另一實施例中，可在脫氣反應槽32之前設置一厭氧處理槽。

在本發明另一實施樣態中，本發明另提供一種氨氮廢水的處理方法，如第4圖所示。

參照步驟S401，將一氨氮廢水導入脫氮反應槽(第一槽)中，脫氮反應槽中包括脫氮菌，用以進行脫氮作用。

參照步驟S403，將脫氮反應槽之出流水導入好氧選種槽(第二槽)中，其中該第二槽包括好氧異營菌以及曝氣裝置，且好氧槽的水力停留時間(HRT)小於6小時，較佳為4至6小時。經第二槽處理之後，可減少廢水中的有機物質，使好氧槽出流水中的碳/氮比小於5，較佳為1至2。

參照步驟S405，將好氧選種槽之出流水導入硝化反應槽(第三槽)中，其中硝化反應槽中包括硝化菌，使好氧槽之出流水中的氨氮氧化為亞硝酸氮及硝酸氮。為了使硝化反應槽中的硝化菌可以不受異營菌之影響而快速累積，硝化反應槽中廢水的碳/氮比必須小於5，較佳為1至2。

參照步驟S407，將硝化反應槽之出流水導入固液分離槽，以分離出流水的固相及液相。

在一實施例中，硝化反應槽及固液分離槽之出流水(或污泥)可回流至脫氮反應槽中，進行脫氮反應。

在另一實施例中，氨氮廢水在導入脫氮反應槽之前可經一厭氧處理。

本發明之處理方法可有效地去除廢水中的氨氮，去除率大於80%。

【實施例】 1.以本發明之系統處理氨氮廢水

本實施例所使用之氨氮廢水處理系統如第3圖所示，包括8 L的脫氮反應槽32、好氧選種槽34及硝化反應槽36。脫氮反應槽32中包括脫氮菌。好氧槽34中包括好氧異營菌。硝化反應槽36中包括硝化菌。好氧選種槽34包括一曝氣裝置，且水力停留時間為小於6小時。

在本實施例中，廢水之氨氮濃度為80 mg/L，有機碳濃度為1000 mg/L(或1500－2000 mg/L)，廢水經幫浦依序導入脫氮反應槽32、好氧選種槽34及硝化反應槽36，流量為8 mL/min，整體停留時間為2天。

第5圖分別顯示氨氮、亞硝酸氮以及硝酸氮之流入及流出濃度。參照第5圖，氨氮之流入濃度為平均約90 mg/L。經處理後，氨氮的平均流出濃度為小於1 mg/L，而硝酸氮的平均流出濃度為約5－10 mg/L(亞硝酸氮濃度皆低於偵測極限)。由此結果顯示，本發明之氨氮廢水處理系統可有效地去除氨氮，去除率為約80%。

第6圖顯示脫氮反應槽32、好氧選種槽34及硝化反應槽36出流水的有機碳濃度。參照第6圖，有機碳的進流濃度為1500－2000 mg/L，經反應後，脫氮反應槽32出流水的有機碳濃度為100－200 mg/L，好氧槽34及硝化反應槽36出流水的有機碳濃度為30 mg/L。由此結果顯示，好氧槽34可有效地降低廢水中的有機碳濃度。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，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‧‧‧傳統的廢水理系統

12‧‧‧厭氧槽

14‧‧‧無氧槽

16‧‧‧硝化反應槽

18‧‧‧固液分離槽

30‧‧‧本發明之氨氮廢水處理系統

32‧‧‧脫氮反應槽

34‧‧‧好氧選種槽

342‧‧‧曝氣裝置

36‧‧‧硝化反應槽

362‧‧‧曝氣裝置

364‧‧‧生物擔體

38‧‧‧固液分離槽

S401－S407‧‧‧氨氮廢水的處理步驟

W‧‧‧廢水

A‧‧‧空氣

E‧‧‧出流液

COD‧‧‧碳源

第1圖顯示傳統A/O廢水處理系統。

第2圖顯示自然界中的氮循環。

第3圖顯示本發明一實施例之氨氮廢水的處理系統。

第4圖顯示本發明氨氮廢水的處理方法。

第5圖顯示經本發明之氨氮廢水處理系統處理後，廢水中氨氮、亞硝酸氮以及硝酸氮之流入及流出濃度。

第6圖顯示脫氮反應槽、好氧槽及硝化反應槽出流水的有機碳濃度。

30‧‧‧本發明之氨氮廢水處理系統

32‧‧‧脫氮反應槽

34‧‧‧好氧選種槽

342‧‧‧曝氣裝置

36‧‧‧硝化反應槽

362‧‧‧曝氣裝置

364‧‧‧生物擔體

38‧‧‧固液分離槽

W‧‧‧廢水

A‧‧‧空氣

E‧‧‧出流液

COD‧‧‧碳源

Claims (20)

1. 一種氨氮廢水的處理系統，包括：一第一槽，其包括脫氮菌，用以進行脫氮反應；一第二槽，設置於該第一槽之後，其包括好氧異營菌以及曝氣裝置，且該第二槽的水力停留時間(HRT)小於6小時，用以減少該第二槽出流水中的有機物質；一第三槽，設置於該第二槽之後，其包括硝化菌，用以處理該第二槽之出流水，以及一固液分離槽，設置於該第三槽之後，用以分離該第三槽出流水之固相及液相。
2. 如申請專利範圍第1項所述之氨氮廢水的處理系統，其中該第二槽中的水力停留時間(HRT)為約4至6小時。
3. 如申請專利範圍第1項所述之氨氮廢水的處理系統，其中該第二槽中的溶氧量為約1.0至2.0。
4. 如申請專利範圍第1項所述之氨氮廢水的處理系統，其中該第三槽更包括複數個擔體，用以負載硝化菌。
5. 如申請專利範圍第4項所述之氨氮廢水的處理系統，其中該擔體包括PU泡棉、或不織布擔體。
6. 如申請專利範圍第1項所述之氨氮廢水的處理系統，其中該第三槽中廢水的碳/氮(C/N)為5以下。
7. 如申請專利範圍第1項所述之氨氮廢水的處理系統，其中該第三槽中廢水的碳/氮(C/N)為約1至2。
8. 如申請專利範圍第1項所述之氨氮廢水的處理系 統，其中該氨氮廢水包括有機氮。
9. 如申請專利範圍第8項所述之氨氮廢水的處理系統，其中該有機氮包括氫氧化四甲銨(TMAH)及/或乙醇胺(MEA)。
10. 如申請專利範圍第1項所述之氨氮廢水的處理系統，其中該第三槽及固液分離槽之出流水或污泥回流至該第一槽中。
11. 如申請專利範圍第1項所述之氨氮廢水的處理系統，更包括一厭氧槽設置於該第一槽之前。
12. 一種氨氮廢水的處理方法，包括將一氨氮廢水導入一第一槽中，其中該第一槽包括脫氮菌，用以進行脫氮作用；將該第一槽之出流水導入一第二槽中，其中該第二槽包括好氧異營菌以及曝氣裝置，且該第二槽的水力停留時間(HRT)小於6小時，用以減少該第二槽出流水中之有機物質；使該第二槽之出流水導入一第三槽中，其中該第三槽包括硝化菌，使該第二槽之出流水中的氨氮氧化為亞硝酸氮及硝酸氮，以及將該第三槽之出流水導入一固液分離槽，以分離出流水的固相及液相。
13. 如申請專利範圍第12項所述之氨氮廢水的處理方法，其中該第二槽中的水力停留時間(HRT)為約4至6小時。
14. 如申請專利範圍第12項所述之氨氮廢水的處理方法，其中該二槽中廢水的溶氧量為約1.0至2.0。
15. 如申請專利範圍第12項所述之氨氮廢水的處理方法，其中該第三槽中廢水的碳/氮(C/N)比為5以下。
16. 如申請專利範圍第12項所述之氨氮廢水的處理方法，其中該第三槽中廢水的碳/氮(C/N)比為約1至2。
17. 如申請專利範圍第12項所述之氨氮廢水的處理方法，其中該氨氮廢水包括氫氧化四甲銨(TMAH)或乙醇胺(MEA)。
18. 如申請專利範圍第12項所述之氨氮廢水的處理方法，其中該氨氮廢水在導入該脫氮反應槽之前經一厭氧處理。
19. 如申請專利範圍第12項所述之氨氮廢水的處理方法，更包括添加一碳源至該第一槽中。
20. 如申請專利範圍第12項所述之氨氮廢水的處理方法，其中該第三槽及/或固液分離槽之出流水或污泥回流至該第一槽中。