專利名稱：批次式薄膜生物處理裝置及其方法
批次式薄膜生物處理裝置及其方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種批次式薄膜生物處理裝置(Sequencing Batch Membrane Bioreactor Dealing Device)及其方法，特別是涉及一種將薄膜模塊獨立設置 于批次式生物反應槽外部，使其可連續(xù)排水，以達到將薄膜完全利用的批 次式薄膜生物處理裝置及其方法。
背景技術：
參閱圖1所顯示的現有技術的批次式薄膜生物處理裝置10，其包括廢 水儲存槽101、緩沖槽102以及至少一個批次式薄膜反應槽103。分別描述
<廢水儲存槽101〉
廢水儲存槽101用于收集及儲存廢水。
<緩沖槽102〉
緩沖槽102用于接收廢水儲存槽101的廢水，并于緩沖槽102中調整 廢水的pH值。 一般來說，微生物的生長環(huán)境為中性(pH值約6-8),由于 工廠廢水的制程不同，因此所排出的廢水pH值有時偏酸有時偏堿，若未經 過調整將不利微生物生長而導致處理效果降低。因此，pH值調整的目的在 于維持微生物生長時正確的pH值環(huán)境，以提高廢水處理效果。 〈批次式薄膜反應槽103 >
將緩沖槽102的廢水以批次方式引入批次式薄膜反應槽103,以進行進 料、攪拌、曝氣、排水等四個階段，其各階段的反應過程如下所述
(1) 進料階段
將含有機物(org)、氨氮(NH3)、磷酸根離子(P(V-)的廢水，經由緩沖槽 102引入批次式薄膜反應槽103中。
(2) 攪拌階段
在攪拌階段中，在有機物的提供下，由于生物代謝作用導致氧化還原 電位減低，而將廢水中的硝酸根離子(N03-)利用脫氮菌進行脫硝作用，產生氮氣0^)而去除。
此階段廢水所產生的反應式如下
硝酸根離子(N(V)+有機物(org)脫氤菌，氮氣(N2) (3)曝氣階段
在曝氣階段中，主要是利用硝化菌將廢水中的氨氮(NH3)利用曝氣時所 提供的氧氣(02)氧化成硝酸根離子(N(V)，并利用異養(yǎng)菌(heterotrophic bacteria)將廢水中于攪拌階段中未使用完的有機物(org)去除，且同時利用蓄 磷菌以除去廢水中的磷酸根離子(po -)。
此階段廢水所產生的反應式如下
有機物(org) +氧氣(02)異養(yǎng)菌，二氧化碳(C02) +水(1120)
氨氮(NH3)十氧氣(02)硝化茼 一硝酸根離子(N(V) (4)排水階段
排水階段與曝氣階段必須同時間進行，在進行排水階段時，需通過批 次式生物反應槽101的曝氣管105所產生的曝氣狀態(tài)，配合設置于批次式 薄膜反應槽103中的薄膜模塊104,將完成氧化及脫硝反應且含有標準值以 下的硝酸根離子(NOO的廢水，進行固液分離后，排出批次式生物反應槽 101,以完成整個批次式薄膜反應槽103的操作流程。
現有的批次式薄膜生物處理裝置10系將薄膜模塊104設置于批次式薄 膜反應槽103中，在現有技術中各階段的操作時間都必須受到控制，且薄 膜模塊104僅用于配合曝氣時的排水階段，其余階段則皆無法排水，因此 薄膜模塊104的操作時間較短并受限制，使其不能完全發(fā)揮薄膜的使用率， 造成薄膜的浪費與成本的增加。

發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種批次式薄膜生物處理裝置，其包括廢水儲 存槽、至少一個批次式生物反應槽以及薄膜反應槽。廢水儲存槽可收集及
拌及曝氣，以去除廢水中的氨氮、磷酸根離子與有機物。薄膜反應槽設置 于批次式生物反應槽的外部，接收批次式生物反應槽的廢水，以進行固液 分離后排放廢水。其中，還包括酸化反應槽，可接收廢水儲存槽的廢水，以將廢水中的 難分解有機物酸化成較易分解的有機酸后，再引入批次式生物反應槽。 其中，酸化槽還包括攪拌器，可對廢水進行攪拌。 其中，批次式生物反應槽還包括脫氮菌，可去除廢水中的氨氮。 其中，批次式生物反應槽還包括異養(yǎng)菌，可去除廢水中的有機物。 其中，批次式生物反應槽還包括硝化菌，可去除廢水中的氨氮。 其中，批次式生物反應槽還包括蓄磷菌，可去除廢水中的磷酸根離子。 其中，薄膜反應槽還包括薄膜模塊，可對廢水進行固液分離。 其中，薄膜反應槽還包括曝氣管，可將空氣引入廢水中進行曝氣。
另外，本發(fā)明提供一種批次式薄膜生物處理方法包括以下步驟(l)將 廢水由廢水儲存槽引入酸化反應槽，以將有機物酸化成較易分解的有機酸；
以去除該廢水中的氨氮、磷酸根離子與有機物；(3)將完成曝氣的廢水引入
薄膜反應槽，以進行固液分離后排放廢水。
其中，酸化槽還包括攪拌器，可對該廢水進行攪拌。 其中，批次式生物反應槽還包括脫氮菌，可去除廢水中的氨氮。 其中，批次式生物反應槽還包括異養(yǎng)菌，可去除廢水中的有機物。 其中，批次式生物反應槽還包括硝化菌，可去除廢水中的氨氮。 其中，批次式生物反應槽還包括蓄磷菌，可去除廢水中的磷酸根離子。 其中，薄膜反應槽還包括薄膜模塊，可對廢水進行固液分離。 其中，薄膜反應槽還包括曝氣管，可將空氣引入廢水中進行曝氣。 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實
施例并配合附圖作詳細說明。


圖1為現有技術的批次式薄膜生物處理裝置的示意圖。 圖2系依據本發(fā)明的批次式薄膜生物處理裝置第一實施例的示意圖。 圖3為依據本發(fā)明的批次式薄膜生物處理裝置的第實二施例的示意圖。 圖4為依據本發(fā)明的批次式薄膜生物處理裝置在各階段的總有機碳的 濃度變化情形。
圖5為依據本發(fā)明的批次式薄膜生物處理裝置在各階段的氨氮的濃度變化情形。
圖6為依據本發(fā)明的批次式薄膜生物處理裝置在各階段的硝酸根離子 的濃度變化情形。
主要附圖標記說明
10 現有技術的批次式薄膜生物處理
裝置
101 廢水儲存槽
102 緩沖槽
103 批次式薄膜反應槽
104 薄膜反應槽 105 薄膜模塊 106 曝氣管
20 第一實施例的批次式薄膜生物處 理裝置
201 廢水儲存槽
202 緩沖槽
203 批次式生物反應槽
204 薄膜反應槽
205 薄膜模塊 206 曝氣管
30 第二實施例的批次式薄膜生物處 理裝置
301 廢水儲存槽 302 ~酸化槽 303 批次式生物反應槽 304 薄膜反應槽
305 薄膜模塊 306 曝氣管 307 攪拌器
具體實施方式
參閱圖2所顯示的本發(fā)明批次式薄膜生物處理裝置第一實施例，其包 括廢水儲存槽201、緩沖槽202、至少一個批次式生物反應槽203以及薄膜 反應槽204。分別描述如下
<廢水儲存槽201〉
廢水儲存槽201用于收集及儲存廢水。
<緩沖槽202 >
緩沖槽202用于接收廢水儲存槽201的廢水，并于緩沖槽202中調整 廢水的pH值。 一般來說，微生物的生長環(huán)境為中性(pH值約6-8)，由于 工廠廢水的制程不同，因此所排出的廢水pH值有時偏酸有時偏堿，若未經 過調整將不利微生物生長而導致處理效果降低。因此，pH值調整的目的在于維持微生物生長時正確的pH值環(huán)境，以提高廢水處理效果。 <批次式生物反應槽203 〉
將緩沖槽202的廢水以批次方式引入批次式生物反應槽203,以進行進 料、攪拌、曝氣、排水等四個階段，其各階段的反應過程如下所述
(1) 進料階段
系將含有機物(org)、氨氮(NH。、磷酸根離子(PO -)的廢水，經由緩沖 槽202引入批次式生物反應槽203中。
(2) 攪拌階段
在攪拌階段中，因有機物(org)的提供下，微生物的代謝作用導致氧化 還原電位減低，而將廢水中的硝酸根離子(N(V)利用脫氮菌，進行脫硝作用，
產生氮氣(N2)而去除。
此階段廢水所產生的反應式如下
硝酸根離子(N03—)+有機物(org)脫氤菌，氮氣(N2)
(3) 曝氣階段
在曝氣階段中，主要是利用硝化菌將廢水中的氨氮(NH3)利用曝氣時所 提供的氧氣(02)氧化成硝酸根離子(N(V),且利用異養(yǎng)菌將廢水中于攪拌階 段中未使用完的有機物(org)去除，并同時利用蓄磷菌以除去廢水中的磷酸 根離子(P043—)。
此階段廢水所產生的反應式如下
有機物(org)十氧氣(02)異養(yǎng)菌 二氧化碳(C02) +水0 20)
氨氮(NH3)十氧氣(02)硝化茼"肖酸根離子(N(V)
(4) 排水階段
將批次式反應槽203中反應完成且含有標準值以下硝酸根離子(N(V) 的廢水，排入薄膜反應槽204，以進行固液分離。 <薄膜反應槽204>
廢水由批次式生物反應槽203引入薄膜反應槽204，并利用薄膜模塊 205及曝氣管206進行曝氣及固液分離后排放廢水。此時，廢水引入薄膜反 應槽204除了進行出水之外，其污泥會在批次式反應槽203進行進料階段 時進行回流，以利用攪拌階段的脫硝作用，將廢水中的硝酸根離子(NCV) 轉換為氮氣(N》，完成整個批次式生物反應槽203的操作流程。本發(fā)明的批次式薄膜生物處理裝置20系將薄膜模塊205獨立設置于批 次式生物反應槽203外部的薄膜反應槽204中，并利用曝氣管206持續(xù)進 行曝氣，使薄膜反應槽204可連續(xù)出水，完全不受操作時間的限制，并徹 底提高薄膜模塊205的使用率，進而降低成本。
參閱圖3所顯示的本發(fā)明批次式薄膜生物處理裝置第二實施例，其包 括廢水儲存槽301、酸化槽302、至少一個批次式生物反應槽303以及薄膜 反應槽304。分別描述如下
<廢水儲存槽301〉
廢水儲存槽301用于收集及儲存廢水。
<酸化槽302 〉
酸化槽302用于接收廢水儲存槽302的廢水，并于酸化槽302中將廢 水中較不易分解的有機物質進行酸化，也就是利用酸化槽302內中的微生 物，并配合攪拌器307均勻攪拌槽內的微生物與廢水，增加分解效率，以 將較大分子的有機物質轉換成較小分子的有機酸(曱酸、乙酸、丙酸或丁 酸)。由于上述的小分子有機酸較易被微生物利用，所以酸化槽的設置， 可以縮短難分解有機物質分解的時間，同時達到較好的處理效率。
<批次式生物反應槽303 >
將緩沖槽302的廢水以批次方式引入批次式生物反應槽303，以進行進 料、攪拌、曝氣、排水等四個階段，其各階段的反應過程如下所述
(1) 進料階段
系將含有機物(org)、氨氮(NEb)、磷酸根離子(PO -)的廢水，經由緩沖 槽302引入批次式生物反應槽303中。
(2) 攪拌階段
在攪拌階段中，因有機物(org)的提供下，微生物的代謝作用導致氧化 還原電位減低，而將廢水中的硝酸根離子(N(V)利用脫氮菌，進行脫硝作用，
產生氮氣(N2)而去除。
此階段廢水所產生的反應式如下
硝酸根離子(MV) +有機物(0巧)脫氮菌,氮氣(N2)
(3) 曝氣階段
在曝氣階段中，主要是利用硝化菌將廢水中的氨氮(NH3)利用曝氣時所提供的氧氣(02)氧化成硝酸根離子(N(V),且利用異養(yǎng)菌將廢水中于攪拌階
段中未使用完的有機物(org)去除，并同時利用蓄磷菌以除去廢水中的磷酸 根離子(P(V—)。
此階段廢水所產生的反應式如下
有機物(org)十氧氣(02)異養(yǎng)菌 二氧化碳(C02)+水(1120)
氨氮(NH3)十氧氣(02)硝化肅,硝酸根離子(N(V) (4)排水階段
將批次式反應槽303中反應完成且含有標準值以下硝酸根離子(NCV) 的廢水，排入薄膜反應槽304，以進行固液分離。 <薄膜反應槽304>
廢水由批次式生物反應槽303引入薄膜反應槽304，并利用薄膜模塊 305及曝氣管306進行曝氣及固液分離后排放廢水。此時，廢水引入薄膜反 應槽304除了進行出水之外，其污泥會于批次式反應槽303進行進料階段 時進行回流，以利用攪拌階段的脫硝作用，將廢水中的硝酸根離子(NO/) 轉換為氮氣(N2),完成整個批次式生物反應槽303的操作流程。
本發(fā)明的批次式薄膜生物處理裝置30除了將膜模塊305獨立設置于批 次式生物反應槽303外部的薄膜反應槽304中，還以酸化槽302取代現有 技術的緩沖槽102,并利用酸化槽302來分解一些含有特殊的較難生物分解 碳源的工業(yè)廢水，以增加整體脫氮處理效率，及提高廢水的處理效果。
圖4為廢水經由本發(fā)明第二實施例的批次式薄膜生物處理裝置所得的 實驗數據，由圖可知廢水在各階段的總有機碳(Total organic carbon, TOC)、 氨氮(NH3)、亞硝酸根離子(N02-)以及硝酸根離子(N(V)的濃度變化情形。其 中Influent為進流濃度、Acid為酸化槽中濃度、SBR1-BA表示批次式生物 反應1槽曝氣前的濃度、SBR1-AA表示批次式生物反應l槽曝氣后的濃度、 SBR2-BA表示批次式生物反應2槽曝氣前濃度、SBR2-AA表示批次式生物 反應2槽曝氣后的濃度，以及PM為產水的濃度。各階段總有機碳(TOC)的 濃度變化情形描述如下
廢水進入酸化槽前的總有機碳濃度為進流濃度(Influent)，廢水進入酸 化槽后的總有機碳濃度為酸化槽中濃度(Acid)。此階段中，由于薄膜分離槽 的回流污泥帶有硝酸根離子成分，而產生脫氮作用的同時利用掉一些有機碳，使得總有機碳濃度下降約100mg/L。
廢水進入兩個批次式生物反應槽后，由于脫氮作用持續(xù)產生，使得曝 氣前的批次式生物反應1槽的總有機碳濃度(SBR1-BA)與批次式生物反應2 槽的總有機碳濃度(SBR2-BA)達到約50 mg/L。
廢水進入曝氣階段，異養(yǎng)菌利用殘余的總有機碳，而使得曝氣后的批
機碳濃度(SBR2-AA)達到約20 mg/L。
廢水經過薄膜反應槽進行固液分離后，所排出的廢水的總有機碳濃度 (PM)已皆低于10mg/L。
因此，由圖4可清楚地了解，本發(fā)明的批次式薄膜生物處理裝置可將 廢水中總有機碳(TOC)的去除率達到約97%。
圖5為廢水經由第二實施例的批次式薄膜生物處理裝置所得的實驗數 據，由圖可知廢水在各階段的氨氮(NH3)的濃度變化情形。其中Influent為 進流濃度、Acid為酸化槽中濃度、SBR1-BA表示批次式生物反應1槽曝氣 前濃度、SBR1-AA表示批次式生物反應1槽曝氣后濃度、SBR2-BA表示批 次式生物反應2槽曝氣前濃度、SBR2-AA表示批次式生物反應2槽曝氣后 濃度以及PM為產水的濃度。各階段氨氮(NH3)的濃度變化情形描述如下
廢水進入酸化槽前的氨氮濃度為進流濃度(Influent),廢水進入酸化槽 后的氨氮濃度為酸化槽中濃度(Acid)。廢水在進入酸化槽后，因濃度稀釋使 氨氮濃度有些微下降的情形，約由50 mg/L降至40 mg/L。
廢水進入兩個批次式生物反應槽后，由于稀釋作用而導致曝氣前的批 次式生物反應1槽的氨氮濃度(SBR1-BA)與批次式生物反應2槽的氨氮濃度 (SBR2-BA)約為10mg/L。
廢水經過曝氣作用后，由于硝化菌的作用將氨氮代謝成硝酸根離子， 而使得曝氣后的批次式生物反應1槽的氨氮濃度(SBR1-AA)與批次式生物 反應2槽的氨氮濃度(SBR2-AA)已低于儀器檢測的極限。
廢水經過薄膜反應槽進行固液分離后，所排出的廢水同樣也無法檢測 到其氨氮濃度(PM)。
因此，由圖5可清楚了解，本發(fā)明的批次式薄膜生物處理裝置可將廢 水中的氨氮去除，而其所生成的硝酸根離子含量亦遠小于所規(guī)定的標準值。
圖6為廢水經由第二實施例的批次式薄膜生物處理裝置所得的實驗數據，由圖可知廢水在各階段的硝酸根離子(N(V)的濃度變化情形。其中
Influent為進流濃度、Acidification為酸化槽中濃度、SBR1-BA表示批次式 生物反應1槽曝氣前濃度、SBR1-AA表示批次式生物反應1槽曝氣后濃度、 SBR2-BA表示批次式生物反應2槽曝氣前濃度、SBR2-AA表示批次式生物 反應2槽曝氣后濃度以及PM為產水的濃度。各階段硝酸根離子(N(V)的濃 度變化情形描述如下
廢水進入酸化槽前的硝酸根離子濃度為進流濃度(Influent)，廢水進入 酸化槽后的硝酸根離子濃度為酸化槽中濃度(Acid)。廢水儲存槽中的廢水并 未配置硝酸根離子物質，因此廢水進入酸化槽前皆無法檢測到硝酸根離子 濃度值；廢水進入酸化槽后，由于有脫氮作用產生，因此雖然回流污泥中 含有硝酸根離子物質，但經過脫氮作用后，亦使得硝酸根離子濃度皆低于 斗企測極限。
廢水進入批次式生物反應槽中的曝氣前階段，皆未檢測到批次式生物 反應1槽的硝酸根離子濃度(SBR1-BA)與批次式生物反應2槽的硝酸根離子 濃度(SBR2-BA)。
廢水經過曝氣作用后，由于氨氮通過硝化菌的硝化作用而產生出硝酸 根離子，使得曝氣后的批次式生物反應1槽的硝酸根離子濃度(SBR1-AA) 與批次式生物反應2槽的硝酸根離子濃度(SBR2-AA)約為4-6mg/L。
廢水經過薄膜反應槽進行固液分離后，所排出的廢水的硝酸根離子濃 度(PM)依然約為4-6 mg/L。
因此，由圖6可清楚地了解，本發(fā)明的批次式薄膜生物處理裝置可將 廢水中硝酸根離子的去除率達到約91 %。
由圖4至圖6的實驗結果顯示，本發(fā)明提供一種批次式薄膜生物處理 裝置，對于廢水中的氨氮與有機碳，皆有相當良好的處理效果。
雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任 何本領域技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，應可作任意的更改 與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍應以所附權利要求限定的范圍為準。
權利要求
1. 一種批次式薄膜生物處理裝置，包括廢水儲存槽，收集及儲存廢水；至少一個批次式生物反應槽，以批次方式由該廢水儲存槽接收廢水，進行攪拌及曝氣，以去除該廢水中的氨氮、磷酸根離子與有機物；以及薄膜反應槽，設置于該批次式生物反應槽的外部，接收該批次式生物反應槽的廢水，以進行固液分離后排放廢水。
2. 如權利要求1所述的批次式薄膜生物處理裝置，還包括酸化反應槽， 接收該廢水儲存槽的廢水，以將該廢水中的難分解有機物酸化成較易分解 的有^/L酸后，再引入該批次式生物反應槽。
3. 如權利要求2所述的批次式薄膜生物處理裝置，其中該酸化槽還包括 攪拌器，對該廢水進行攪拌。
4. 如權利要求1所述的批次式薄膜生物處理裝置，其中該批次式生物反 應槽還包括脫氮菌，以去除該廢水中的硝酸氮。
5. 如權利要求1所述的批次式薄膜生物處理裝置，其中該批次式生物反 應槽還包括異養(yǎng)菌，以去除該廢水中的有機物。
6. 如權利要求1所述的批次式薄膜生物處理裝置，其中該批次式生物反 應槽還包括硝化菌，以去除該廢水中的氨氮。
7. 如權利要求1所述的批次式薄膜生物處理裝置，其中該批次式生物反 應槽還包括蓄磷菌，以去除該廢水中的磷酸根離子。
8. 如權利要求1所述的批次式薄膜生物處理裝置，其中該薄膜反應槽還 包括薄膜模塊，對該廢水進行固液分離。
9. 如權利要求1所述的批次式薄膜生物處理裝置，其中該薄膜反應槽還 包括曝氣管，將空氣引入該廢水中進行曝氣。
10. —種批次式薄膜生物處理方法，包括以下步驟(1) 將廢水由廢水儲存槽S1入酸化反應槽，以將有機物酸化成較易分解 的有機酸；(2) 將已酸化的廢水以批次方式引入批次式生物反應槽，進行攪拌及曝 氣，以去除該廢水中的氨氮、磷酸根離子與有機物；(3) 將完成曝氣的廢水引入薄膜反應槽，以進行固液分離后排放該廢水；
11. 如權利要求10所述的批次式薄膜生物處理方法，其中該酸化槽還包 括攪拌器，對該廢水進行攪拌。
12. 如權利要求10所述的批次式薄膜生物處理方法，其中該批次式生物 反應槽還包括脫氮菌，以去除該廢水中的硝酸氮。
13. 如權利要求10所述的批次式薄膜生物處理方法，其中該批次式生物 反應槽還包括異養(yǎng)菌，以去除該廢水中的有機物。
14. 如權利要求10所述的批次式薄膜生物處理方法，其中該批次式生物 反應槽還包括硝化菌，以去除該廢水中的氨氮。
15. 如權利要求10所述的批次式薄膜生物處理方法，其中該批次式生物 反應槽還包括蓄磷菌，以去除該廢水中的磷酸根離子。
16. 如權利要求10所述的批次式薄膜生物處理方法，其中該薄膜反應槽 還包括薄膜模塊，對該廢水進行固液分離。
17. 如權利要求10所述的批次式薄膜生物處理方法，其中該薄膜反應槽 還包括曝氣管，將空氣引入該廢水中進行曝氣。
全文摘要
一種批次式薄膜生物處理裝置，包括廢水儲存槽、至少一個批次式生物反應槽以及薄膜反應槽。廢水儲存槽收集及儲存廢水。批次式生物反應槽以批次方式由廢水儲存槽接收廢水，進行攪拌及曝氣，以去除廢水中的氨氮、磷酸根離子與有機物。薄膜反應槽設置于批次式生物反應槽的外部，接收批次式生物反應槽的廢水，以進行固液分離后排放廢水。另外，批次式薄膜生物處理方法包括將廢水由廢水儲存槽引入酸化反應槽，以將有機物酸化成較易分解的有機酸，再將已酸化的廢水以批次方式引入批次式生物反應槽，進行攪拌及曝氣，以去除廢水中的氨氮、磷酸根離子與有機物，并將完成曝氣的廢水引入薄膜反應槽，以進行固液分離后排放廢水。
文檔編號C02F3/12GK101468851SQ20071030557
公開日2009年7月1日 申請日期2007年12月27日 優(yōu)先權日2007年12月27日
發(fā)明者張冠甫, 張盛欽, 游惠宋 申請人:財團法人工業(yè)技術研究院