用于處理含氨氮廢水的流化床反應(yīng)器及其處理方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于處理含氨氮廢水的流化床反應(yīng)器，其包含一管柱、多數(shù)載體顆粒、一第一沉淀槽及一流化手段，該管柱內(nèi)部定義一流化腔室，該流化手段是將含氨氮廢水導(dǎo)入該流化腔室，再流經(jīng)該第一沉淀槽。該流化床反應(yīng)器還包含附著于這些載體顆粒的硝化菌、厭氧氨氧化菌及異營(yíng)性脫硝菌的微生物，并同時(shí)進(jìn)行硝化反應(yīng)、自營(yíng)性脫硝反應(yīng)及異營(yíng)性脫硝反應(yīng)將氨氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)狻榱诉_(dá)到前述及其他目的，本發(fā)明還提供一種含氨氮廢水的處理方法。本發(fā)明的流化床反應(yīng)器的啟動(dòng)時(shí)間相對(duì)于習(xí)知大幅縮短，且對(duì)于低濃度含氨氮廢水也具有良好的脫氮效率。
【專利說明】
用于處理含氨氮廢水的流化床反應(yīng)器及其處理方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種廢水處理器及廢水處理方法，特別是指一種含氨氮廢水的流化床 反應(yīng)器及其處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在生物廢水處理領(lǐng)域中，傳統(tǒng)的硝化-脫硝處理方法是最廣為使用的技術(shù)，但近 年來還發(fā)展出另一種以厭氧氨氧化菌（anammox)為主的處理系統(tǒng)，其能源效率較高，因此 也逐漸被業(yè)界所采納。在厭氧氨氧化反應(yīng)中，氨氮及亞硝酸鹽氮分別扮演電子提供者及接 受者的角色，繼而被轉(zhuǎn)化為氮?dú)饧跋跛猁}氮。
[0003] 有學(xué)者指出，厭氧氨氧化菌較適合用來處理含高濃度氨氮（氨氮濃度大于500mg N/L)的廢水，其中一個(gè)原因是因?yàn)閰捬醢毖趸纳L(zhǎng)速度緩慢，若給予的氨氮濃度偏低， 恐會(huì)使得生物反應(yīng)器的啟動(dòng)時(shí)間大幅增加，甚至無法成功建立以厭氧氨氧化菌為基礎(chǔ)的反 應(yīng)系統(tǒng)。由于家庭廢水的氨氮濃度較低，一般介于20-85mg N/L，因此以往認(rèn)為厭氧氨氧化 菌并無法有效地用來處理家庭廢水（municipal wastewater)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)上述問題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種以厭氧氨氧化菌為基礎(chǔ)并可應(yīng)用 于低濃度含氨氮廢水的處理系統(tǒng)及方法。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所提供的一種用于處理含氨氮廢水的流化床反應(yīng)器，其 特征在于包括：一管柱，內(nèi)部定義一流化腔室，所述管柱具有一上開口及一下開口，所述上、 下開口均與所述流化腔室連通；多數(shù)載體顆粒，局部填設(shè)于所述流化腔室；一第一沉淀槽， 具有一底側(cè)開口及一高于所述底側(cè)開口的第一排水口，所述第一沉淀槽的底側(cè)開口連通于 所述管柱的上開口； 一流化手段，用于將含氨氮廢水經(jīng)由所述下開口導(dǎo)入所述流化腔室，且 用于使各所述載體顆粒在所述流化腔室中懸浮，所導(dǎo)入的含氨氮廢水還包含化學(xué)需氧量； 微生物，包含硝化菌、厭氧氨氧化菌及異營(yíng)性脫硝菌，至少一部份所述微生物附著于各所述 載體顆粒，硝化菌進(jìn)行部分硝化反應(yīng)而將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮，厭氧氨氧化菌進(jìn)行自營(yíng) 性脫硝反應(yīng)而將氨氮及亞硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)饧跋跛猁}氮，異營(yíng)性脫硝菌進(jìn)行異營(yíng)性脫硝 反應(yīng)而將硝酸鹽氮及化學(xué)需氧量轉(zhuǎn)化為氮?dú)狻?br>[0006] 其中，所述流化腔室內(nèi)的溶氧濃度為0. 1-0. 5mg/L。
[0007] 所述第一沉淀槽的頂部具有一排氣口。
[0008] 所述第一沉淀槽設(shè)置于所述管柱頂端。
[0009] 更包括一第二沉淀槽，具有一進(jìn)水口及一第二排水口，所述進(jìn)水口連通于所述第 一沉淀槽的第一排水口。
[0010] 為達(dá)到前述及其他目的，本發(fā)明還提供一種含氨氮廢水的處理方法，其應(yīng)用如前 所述的流化床反應(yīng)器，且硝化反應(yīng)、自營(yíng)性脫硝反應(yīng)及異營(yíng)性脫硝反應(yīng)在所述流化腔室內(nèi) 同時(shí)進(jìn)行，含氨氮廢水經(jīng)由所述下開口進(jìn)入流化腔室，而后依序流經(jīng)所述上開口、底側(cè)開口 及第一排水口。
[0011] 所應(yīng)用的流化床反應(yīng)器更包括一第二沉淀槽，具有一進(jìn)水口及一第二排水口，所 述進(jìn)水口連通于所述第一沉淀槽的第一排水口，含氨氮廢水流經(jīng)第一排水口之后，更依序 流經(jīng)所述進(jìn)水口及第二排水口。
[0012] 所述流化腔室內(nèi)的溶氧濃度為0. 1-0. 5mg/L。
[0013] 含氨氮廢水于所述流化腔室內(nèi)的水力停留時(shí)間為12至24小時(shí)。
[0014] 含氨氮廢水的氨氮濃度為20-85mg/L。
[0015] 采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明的流化床反應(yīng)器及其處理方法的優(yōu)點(diǎn)在于，其啟動(dòng)時(shí) 間相對(duì)其他反應(yīng)器及處理方法大幅縮短，且對(duì)于低濃度含氨氮廢水也具有良好的脫氮效 率。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本發(fā)明其中一實(shí)施例啟動(dòng)前示意圖；
[0017] 圖2是本發(fā)明其中一實(shí)施例啟動(dòng)后不意圖；
[0018] 圖3是本發(fā)明其中一實(shí)施例的氨氮濃度、氨氮去除率對(duì)時(shí)間的關(guān)系圖；
[0019] 圖4是本發(fā)明其中一實(shí)施例的總目標(biāo)氮濃度、總目標(biāo)氮去除率對(duì)時(shí)間的關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 為了詳細(xì)說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及功效，現(xiàn)舉以下較佳實(shí)施例并配合【附圖說明】 如下。
[0021] 如圖1所示，為本發(fā)明其中一實(shí)施例提供的用于處理含氨氮廢水的流化床反應(yīng)器 10,其總?cè)萘繛?1公升，流化床反應(yīng)器10具有一管柱20、多數(shù)載體顆粒30、一第一沉淀槽 40、一第二沉淀槽50以及一曝氣裝置60。
[0022] 管柱20內(nèi)部定義一流化腔室22,其容量為2公升，管柱20具有一上開口 24、一下 開口 26及一頂端28,上開口 24、下開口 26均與流化腔室22連通，上開口 24即位于頂端 28,下開口 26供含氨氮廢水導(dǎo)入流化腔室22。
[0023] 這些載體顆粒30為局部填設(shè)于流化腔室22 ;本實(shí)施例使用表面具有多個(gè)凹槽的 塑料顆粒，例如使用bioball (AQUARIUM CO.，LTD, Taiwan)作為載體顆粒，然而并不以此為 限。
[0024] 第一沉淀槽40具有一底側(cè)開口 42、一高于底側(cè)開口 42的第一排水口 44以及一頂 部46,第一沉淀槽40設(shè)置在管柱20的頂端28,因此第一沉淀槽40的底側(cè)開口 42連通于 管柱20的上開口 24,頂部46具有一排氣口 461。
[0025] 第二沉淀槽50具有一進(jìn)水口 52、一第二排水口 54、一頂部56以及一擋板58,進(jìn)水 口 52連通于第一沉淀槽40的第一排水口 44,頂部56具有一排氣口 561，擋板58用于改變 第二沉淀槽50內(nèi)的含氨氮廢水的流向以幫助沉淀。第一沉淀槽40與第二沉淀槽50的容 量共為9公升。在其他可能的實(shí)施例中，第二沉淀槽可以省略。
[0026] 曝氣裝置60具有一曝氣端62,曝氣端62由第一沉淀槽40伸入管柱20,使流化腔 室22內(nèi)的溶氧濃度維持在0. 1-0. 5mg/L。
[0027] 流化床反應(yīng)器10還具有一流化手段，其將含氨氮廢水經(jīng)由管柱20的下開口 26導(dǎo) 入流化腔室22,使這些載體顆粒30在流化腔室22中懸浮，且在其中一種使用場(chǎng)合中，載體 顆粒30不因流化手段而進(jìn)入第一沉淀槽40。流化手段包括能夠使流化腔室22產(chǎn)生上升流 的裝置，例如抽水栗，抽水栗可設(shè)于流化腔室22的上游或下游，上升流的流速足供載體顆 粒30懸??；此外，導(dǎo)入的含氨氮廢水具有化學(xué)需氧量。
[0028] 流化床反應(yīng)器10更具有微生物，其包含了硝化菌、厭氧氨氧化菌、及異營(yíng)性脫硝 菌，至少一部分所述微生物附著于這些載體顆粒30,該硝化菌進(jìn)行部分硝化反應(yīng)而將氨氮 氧化為亞硝酸鹽氮，該厭氧氨氧化菌進(jìn)行自營(yíng)性脫硝反應(yīng)而將氨氮及亞硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為氮 氣及硝酸鹽氮，該異營(yíng)性脫硝菌則是進(jìn)行異營(yíng)性脫硝反應(yīng)而將硝酸鹽氮及化學(xué)需氧量轉(zhuǎn)化 為氮?dú)狻?br>[0029] 本發(fā)明另提供一種含氨氮廢水的處理方法，其應(yīng)用如前所述的流化床反應(yīng)器10， 且硝化反應(yīng)、自營(yíng)性脫硝反應(yīng)及異營(yíng)性脫硝反應(yīng)是在流化腔室22內(nèi)同時(shí)進(jìn)行，該含氨氮廢 水經(jīng)由下開口 26流入流化腔室22后，依序流經(jīng)上開口 24、底側(cè)開口 42以及第一排水口 44， 最后再流經(jīng)第二沉淀槽50的進(jìn)水口 52以及第二排水口 54。
[0030] 為了在流化腔室22中培養(yǎng)上述微生物，可在流化腔室22中投入載有前述微生物 的活性污泥，隨著馴養(yǎng)的過程，至少部分微生物會(huì)在載體顆粒30附著生長(zhǎng)，在本發(fā)明的其 中一實(shí)施例中，所使用的活性污泥來自臺(tái)灣臺(tái)北處理垃圾滲濾液的污水處理廠，該活性污 泥在流化床反應(yīng)器10的啟動(dòng)階段時(shí)投入；在流化床反應(yīng)器10的啟動(dòng)階段中，首先將該活性 污泥投入流化床反應(yīng)器10的流化腔室，該啟動(dòng)階段的操作條件如下表一所列；本實(shí)施例的 啟動(dòng)階段不進(jìn)行排泥。
[0031]
[0032] 表一啟動(dòng)階段條件
[0033] 接著，將含氨氮廢水由流化床反應(yīng)器10的下開口 26導(dǎo)入流化腔室22中，該含氨 氮廢水為二沉池廢水，其來自臺(tái)灣桃園污水處理廠的二級(jí)沉淀池，該含氨氮廢水的水質(zhì)條 件詳如下表二所列，其中，TTN在本文中是指總目標(biāo)氮（Total target nitrogen)，總目標(biāo)氮 濃度是氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮濃度的加總。
[0034]
[0035] 表二含氨氮廢水條件
[0036] 流化床反應(yīng)器10啟動(dòng)后，如圖2所示，這些載體顆粒30受到該含氨氮廢水水流的 帶動(dòng)而在流化腔室22中懸浮，這些生長(zhǎng)附著在載體顆粒30上的微生物在流化腔室22內(nèi)同 時(shí)進(jìn)行部分硝化反應(yīng)、自營(yíng)性脫硝反應(yīng)及異營(yíng)性脫硝反應(yīng)；該含氨氮廢水經(jīng)由管柱20的下 開口 26流入流化腔室22后，依序流經(jīng)管柱20的上開口 24、第一沉淀槽40的底側(cè)開口 42 以及第一排水口 44,最后再流經(jīng)第二沉淀槽50的進(jìn)水口 52以及第二排水口 54。此外，該 含氨氮廢水在流化腔室22內(nèi)的水力停留時(shí)間為12至24小時(shí)，在本實(shí)施例中，流化床反應(yīng) 器10的含氨氮廢水的水力停留時(shí)間在第1-28天時(shí)為24小時(shí)，在第29-63天時(shí)為18小時(shí)。
[0037] 測(cè)試結(jié)果詳如下表三所列以及圖3、圖4所示，由結(jié)果可知，氨氮去除率的總平均 為98. 3%，且在反應(yīng)時(shí)間第1天就已高達(dá)93. 5%，且在第1天起即維持于70%以上，第9天 起穩(wěn)定保持在80%以上，平均為99. 7%，若將氨氮去除率細(xì)分成不同水力停留時(shí)間探討， 當(dāng)水力停留時(shí)間為24小時(shí)（第1-28天），氨氮去除率平均為96. 1%，當(dāng)水力停留時(shí)間為18 小時(shí)（第29-63天），氨氮去除率平均為99.7% ;另一方面，總目標(biāo)氮（TTN)去除率的總平 均為91. 3%，在第1天已達(dá)75. 8%，第9天起穩(wěn)定保持在80%以上，平均為95. 6%，當(dāng)水力 停留時(shí)間為24小時(shí)（第1-28天），總目標(biāo)氮（TTN)去除率平均為87.2%，水力停留時(shí)間為 18小時(shí)（第29-63天），總目標(biāo)氮（TTN)去除率平均為96. 3%。
[0038]
[0039] 表三測(cè)試結(jié)果
[0040] 由此可見，本發(fā)明的流化床反應(yīng)器10對(duì)于低濃度含氨氮廢水也具有良好的脫氮 效率，且相對(duì)于先前技術(shù)揭示的其他處理方法或使用其他反應(yīng)器的結(jié)果，本發(fā)明的啟動(dòng)時(shí) 間明顯地大幅縮短。例如在中國(guó)臺(tái)灣TW 201429884號(hào)發(fā)明專利中，其使用一序列間歇 式反應(yīng)槽（sequencing batch reactor)，啟動(dòng)階段使用合成廢水，使硝化菌、厭氧氨氧化 菌以及異營(yíng)性脫硝菌等微生物在其內(nèi)對(duì)該合成廢水進(jìn)行脫氮作用，該合成廢水的氨氮濃 度為400-600mg/L，結(jié)果顯示在這樣的操作環(huán)境下，約需長(zhǎng)達(dá)90天的啟動(dòng)時(shí)間才能使總 目標(biāo)氮（TTN)去除率穩(wěn)定達(dá)到80%以上，且需待第330天后，氨氮去除率才趨于穩(wěn)定達(dá) 到接近 100 % 的程度；另外，Daverey 等人（Achlesh Daverey，Nien_Tzu Hung，Kasturi Dutta, Jih-Gaw LinChen. 2013. Ambient temperature SNAD process treating anaerobic digester liquor of swine wastewater. Bioresource Technology 141:191-198)同樣使 用序列間歇式反應(yīng)槽來處理畜牧廢水（swine wastewater)，在其啟動(dòng)階段中，氨氮去除率 到第60-70天后才趨于穩(wěn)定，約達(dá)80%，總目標(biāo)氮（TTN)去除率直至第75天才達(dá)到75%， 需到 480 天后才達(dá)到 80%;Keluskar 等人（Radhika Keluskar，Anuradha Nerurkar，Anjana Desai. 2013. Development of a simultaneous partial nitrification, anaerobic ammonia oxidation and denitrification (SNAD)bench scale process for removal of ammonia from effluent of a fertilizer industry. Bioresource Technology 130:390-397)則使用管柱反應(yīng)器（cylindrical reactor)處理肥料工業(yè)廢水（fertilizer industry wastewater)，在其啟動(dòng)階段中，接近第30天時(shí)氨氮的去除率才到80%。
[0041] -般而言，當(dāng)脫氮效率穩(wěn)定高于80%以上時(shí)，可稱該系統(tǒng)完成啟動(dòng)，在這樣的界定 下，我們發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的流化床反應(yīng)器具有啟動(dòng)時(shí)間大幅縮短的優(yōu)點(diǎn)。除此之外，我們也發(fā)現(xiàn) 流化床反應(yīng)器能適用于處于含低濃度氨氮的廢水，例如氨氮濃度通常介于20-85mg/L的家 庭廢水，這樣的結(jié)果也顛覆了以往認(rèn)為厭氧氨氧化菌無法有效處理生活廢水的認(rèn)知。
[0042] 最后，必須再次說明的是，本發(fā)明在前述實(shí)施例中所揭示的構(gòu)成元件僅為舉例說 明，并非用來限制本案的專利保護(hù)范圍，其他等效元件的替代或變化，也應(yīng)被本案的專利保 護(hù)范圍所涵蓋。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于處理含氨氮廢水的流化床反應(yīng)器，其特征在于包括： 一管柱，內(nèi)部定義一流化腔室，所述管柱具有一上開口及一下開口，所述上、下開口均 與所述流化腔室連通； 多數(shù)載體顆粒，局部填設(shè)于所述流化腔室； 一第一沉淀槽，具有一底側(cè)開口及一高于所述底側(cè)開口的第一排水口，所述第一沉淀 槽的底側(cè)開口連通于所述管柱的上開口； 一流化手段，用于將含氨氮廢水經(jīng)由所述下開口導(dǎo)入所述流化腔室，且用于使各所述 載體顆粒在所述流化腔室中懸浮，所導(dǎo)入的含氨氮廢水還包含化學(xué)需氧量； 微生物，包含硝化菌、厭氧氨氧化菌及異營(yíng)性脫硝菌，至少一部份所述微生物附著于各 所述載體顆粒，硝化菌進(jìn)行部分硝化反應(yīng)而將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮，厭氧氨氧化菌進(jìn)行 自營(yíng)性脫硝反應(yīng)而將氨氮及亞硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)饧跋跛猁}氮，異營(yíng)性脫硝菌進(jìn)行異營(yíng)性 脫硝反應(yīng)而將硝酸鹽氮及化學(xué)需氧量轉(zhuǎn)化為氮?dú)狻?. 如權(quán)利要求1所述用于處理含氨氮廢水的流化床反應(yīng)器，其特征在于：所述流化腔 室內(nèi)的溶氧濃度為〇. l-o. 5mg/L。3. 如權(quán)利要求1所述用于處理含氨氮廢水的流化床反應(yīng)器，其特征在于：所述第一沉 淀槽的頂部具有一排氣口。4. 如權(quán)利要求1所述用于處理含氨氮廢水的流化床反應(yīng)器，其特征在于：所述第一沉 淀槽設(shè)置于所述管柱頂端。5. 如權(quán)利要求1所述用于處理含氨氮廢水的流化床反應(yīng)器，其特征在于：更包括一第 二沉淀槽，具有一進(jìn)水口及一第二排水口，所述進(jìn)水口連通于所述第一沉淀槽的第一排水 □ 〇6. -種含氨氮廢水的處理方法，應(yīng)用如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的流化床反應(yīng)器， 且硝化反應(yīng)、自營(yíng)性脫硝反應(yīng)及異營(yíng)性脫硝反應(yīng)在所述流化腔室內(nèi)同時(shí)進(jìn)行，含氨氮廢水 經(jīng)由所述下開口進(jìn)入流化腔室，而后依序流經(jīng)所述上開口、底側(cè)開口及第一排水口。7. 如權(quán)利要求6所述含氨氮廢水的處理方法，其特征在于：所應(yīng)用的流化床反應(yīng)器更 包括一第二沉淀槽，具有一進(jìn)水口及一第二排水口，所述進(jìn)水口連通于所述第一沉淀槽的 第一排水口，含氨氮廢水流經(jīng)第一排水口之后，更依序流經(jīng)所述進(jìn)水口及第二排水口。8. 如權(quán)利要求6所述含氨氮廢水的處理方法，其特征在于：所述流化腔室內(nèi)的溶氧濃 度為 0· 1-0. 5mg/L。9. 如權(quán)利要求6所述含氨氮廢水的處理方法，其特征在于：含氨氮廢水于所述流化腔 室內(nèi)的水力停留時(shí)間為12至24小時(shí)。10. 如權(quán)利要求6所述含氨氮廢水的處理方法，其特征在于：含氨氮廢水的氨氮濃度為 2〇-85mg/L〇
【文檔編號(hào)】C02F101/16GK105836883SQ201510020200
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2015年1月15日
【發(fā)明人】黎德明, 江明桂, 陳金得, 宋耿全, 藍(lán)茜茹, 林志高, 江翌安
【申請(qǐng)人】黎明興技術(shù)顧問股份有限公司