用于处理含氨氮废水的流化床反应器及其处理方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于处理含氨氮废水的流化床反应器，其包含一管柱、多数载体颗粒、一第一沉淀槽及一流化手段，该管柱内部定义一流化腔室，该流化手段是将含氨氮废水导入该流化腔室，再流经该第一沉淀槽。该流化床反应器还包含附着于这些载体颗粒的硝化菌、厌氧氨氧化菌及异营性脱硝菌的微生物，并同时进行硝化反应、自营性脱硝反应及异营性脱硝反应将氨氮转化为氮气。为了达到前述及其他目的，本发明还提供一种含氨氮废水的处理方法。本发明的流化床反应器的启动时间相对于习知大幅缩短，且对于低浓度含氨氮废水也具有良好的脱氮效率。
【专利说明】
用于处理含氨氮废水的流化床反应器及其处理方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种废水处理器及废水处理方法，特别是指一种含氨氮废水的流化床 反应器及其处理方法。
【背景技术】
[0002] 在生物废水处理领域中，传统的硝化-脱硝处理方法是最广为使用的技术，但近 年来还发展出另一种以厌氧氨氧化菌（anammox)为主的处理系统，其能源效率较高，因此 也逐渐被业界所采纳。在厌氧氨氧化反应中，氨氮及亚硝酸盐氮分别扮演电子提供者及接 受者的角色，继而被转化为氮气及硝酸盐氮。
[0003] 有学者指出，厌氧氨氧化菌较适合用来处理含高浓度氨氮（氨氮浓度大于500mg N/L)的废水，其中一个原因是因为厌氧氨氧化菌的生长速度缓慢，若给予的氨氮浓度偏低， 恐会使得生物反应器的启动时间大幅增加，甚至无法成功建立以厌氧氨氧化菌为基础的反 应系统。由于家庭废水的氨氮浓度较低，一般介于20-85mg N/L，因此以往认为厌氧氨氧化 菌并无法有效地用来处理家庭废水（municipal wastewater)。
【发明内容】
[0004] 针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种以厌氧氨氧化菌为基础并可应用 于低浓度含氨氮废水的处理系统及方法。
[0005] 为达到上述目的，本发明所提供的一种用于处理含氨氮废水的流化床反应器，其 特征在于包括：一管柱，内部定义一流化腔室，所述管柱具有一上开口及一下开口，所述上、 下开口均与所述流化腔室连通；多数载体颗粒，局部填设于所述流化腔室；一第一沉淀槽， 具有一底侧开口及一高于所述底侧开口的第一排水口，所述第一沉淀槽的底侧开口连通于 所述管柱的上开口； 一流化手段，用于将含氨氮废水经由所述下开口导入所述流化腔室，且 用于使各所述载体颗粒在所述流化腔室中悬浮，所导入的含氨氮废水还包含化学需氧量； 微生物，包含硝化菌、厌氧氨氧化菌及异营性脱硝菌，至少一部份所述微生物附着于各所述 载体颗粒，硝化菌进行部分硝化反应而将氨氮氧化为亚硝酸盐氮，厌氧氨氧化菌进行自营 性脱硝反应而将氨氮及亚硝酸盐氮转化为氮气及硝酸盐氮，异营性脱硝菌进行异营性脱硝 反应而将硝酸盐氮及化学需氧量转化为氮气。
[0006] 其中，所述流化腔室内的溶氧浓度为0. 1-0. 5mg/L。
[0007] 所述第一沉淀槽的顶部具有一排气口。
[0008] 所述第一沉淀槽设置于所述管柱顶端。
[0009] 更包括一第二沉淀槽，具有一进水口及一第二排水口，所述进水口连通于所述第 一沉淀槽的第一排水口。
[0010] 为达到前述及其他目的，本发明还提供一种含氨氮废水的处理方法，其应用如前 所述的流化床反应器，且硝化反应、自营性脱硝反应及异营性脱硝反应在所述流化腔室内 同时进行，含氨氮废水经由所述下开口进入流化腔室，而后依序流经所述上开口、底侧开口 及第一排水口。
[0011] 所应用的流化床反应器更包括一第二沉淀槽，具有一进水口及一第二排水口，所 述进水口连通于所述第一沉淀槽的第一排水口，含氨氮废水流经第一排水口之后，更依序 流经所述进水口及第二排水口。
[0012] 所述流化腔室内的溶氧浓度为0. 1-0. 5mg/L。
[0013] 含氨氮废水于所述流化腔室内的水力停留时间为12至24小时。
[0014] 含氨氮废水的氨氮浓度为20-85mg/L。
[0015] 采用上述技术方案，本发明的流化床反应器及其处理方法的优点在于，其启动时 间相对其他反应器及处理方法大幅缩短，且对于低浓度含氨氮废水也具有良好的脱氮效 率。
【附图说明】
[0016] 图1是本发明其中一实施例启动前示意图；
[0017] 图2是本发明其中一实施例启动后不意图；
[0018] 图3是本发明其中一实施例的氨氮浓度、氨氮去除率对时间的关系图；
[0019] 图4是本发明其中一实施例的总目标氮浓度、总目标氮去除率对时间的关系图。
【具体实施方式】
[0020] 为了详细说明本发明的结构、特点及功效，现举以下较佳实施例并配合【附图说明】 如下。
[0021] 如图1所示，为本发明其中一实施例提供的用于处理含氨氮废水的流化床反应器 10,其总容量为11公升，流化床反应器10具有一管柱20、多数载体颗粒30、一第一沉淀槽 40、一第二沉淀槽50以及一曝气装置60。
[0022] 管柱20内部定义一流化腔室22,其容量为2公升，管柱20具有一上开口 24、一下 开口 26及一顶端28,上开口 24、下开口 26均与流化腔室22连通，上开口 24即位于顶端 28,下开口 26供含氨氮废水导入流化腔室22。
[0023] 这些载体颗粒30为局部填设于流化腔室22 ;本实施例使用表面具有多个凹槽的 塑料颗粒，例如使用bioball (AQUARIUM CO.，LTD, Taiwan)作为载体颗粒，然而并不以此为 限。
[0024] 第一沉淀槽40具有一底侧开口 42、一高于底侧开口 42的第一排水口 44以及一顶 部46,第一沉淀槽40设置在管柱20的顶端28,因此第一沉淀槽40的底侧开口 42连通于 管柱20的上开口 24,顶部46具有一排气口 461。
[0025] 第二沉淀槽50具有一进水口 52、一第二排水口 54、一顶部56以及一挡板58,进水 口 52连通于第一沉淀槽40的第一排水口 44,顶部56具有一排气口 561，挡板58用于改变 第二沉淀槽50内的含氨氮废水的流向以帮助沉淀。第一沉淀槽40与第二沉淀槽50的容 量共为9公升。在其他可能的实施例中，第二沉淀槽可以省略。
[0026] 曝气装置60具有一曝气端62,曝气端62由第一沉淀槽40伸入管柱20,使流化腔 室22内的溶氧浓度维持在0. 1-0. 5mg/L。
[0027] 流化床反应器10还具有一流化手段，其将含氨氮废水经由管柱20的下开口 26导 入流化腔室22,使这些载体颗粒30在流化腔室22中悬浮，且在其中一种使用场合中，载体 颗粒30不因流化手段而进入第一沉淀槽40。流化手段包括能够使流化腔室22产生上升流 的装置，例如抽水栗，抽水栗可设于流化腔室22的上游或下游，上升流的流速足供载体颗 粒30悬浮；此外，导入的含氨氮废水具有化学需氧量。
[0028] 流化床反应器10更具有微生物，其包含了硝化菌、厌氧氨氧化菌、及异营性脱硝 菌，至少一部分所述微生物附着于这些载体颗粒30,该硝化菌进行部分硝化反应而将氨氮 氧化为亚硝酸盐氮，该厌氧氨氧化菌进行自营性脱硝反应而将氨氮及亚硝酸盐氮转化为氮 气及硝酸盐氮，该异营性脱硝菌则是进行异营性脱硝反应而将硝酸盐氮及化学需氧量转化 为氮气。
[0029] 本发明另提供一种含氨氮废水的处理方法，其应用如前所述的流化床反应器10， 且硝化反应、自营性脱硝反应及异营性脱硝反应是在流化腔室22内同时进行，该含氨氮废 水经由下开口 26流入流化腔室22后，依序流经上开口 24、底侧开口 42以及第一排水口 44， 最后再流经第二沉淀槽50的进水口 52以及第二排水口 54。
[0030] 为了在流化腔室22中培养上述微生物，可在流化腔室22中投入载有前述微生物 的活性污泥，随着驯养的过程，至少部分微生物会在载体颗粒30附着生长，在本发明的其 中一实施例中，所使用的活性污泥来自台湾台北处理垃圾渗滤液的污水处理厂，该活性污 泥在流化床反应器10的启动阶段时投入；在流化床反应器10的启动阶段中，首先将该活性 污泥投入流化床反应器10的流化腔室，该启动阶段的操作条件如下表一所列；本实施例的 启动阶段不进行排泥。
[0031]
[0032] 表一启动阶段条件
[0033] 接着，将含氨氮废水由流化床反应器10的下开口 26导入流化腔室22中，该含氨 氮废水为二沉池废水，其来自台湾桃园污水处理厂的二级沉淀池，该含氨氮废水的水质条 件详如下表二所列，其中，TTN在本文中是指总目标氮（Total target nitrogen)，总目标氮 浓度是氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮浓度的加总。
[0034]
[0035] 表二含氨氮废水条件
[0036] 流化床反应器10启动后，如图2所示，这些载体颗粒30受到该含氨氮废水水流的 带动而在流化腔室22中悬浮，这些生长附着在载体颗粒30上的微生物在流化腔室22内同 时进行部分硝化反应、自营性脱硝反应及异营性脱硝反应；该含氨氮废水经由管柱20的下 开口 26流入流化腔室22后，依序流经管柱20的上开口 24、第一沉淀槽40的底侧开口 42 以及第一排水口 44,最后再流经第二沉淀槽50的进水口 52以及第二排水口 54。此外，该 含氨氮废水在流化腔室22内的水力停留时间为12至24小时，在本实施例中，流化床反应 器10的含氨氮废水的水力停留时间在第1-28天时为24小时，在第29-63天时为18小时。
[0037] 测试结果详如下表三所列以及图3、图4所示，由结果可知，氨氮去除率的总平均 为98. 3%，且在反应时间第1天就已高达93. 5%，且在第1天起即维持于70%以上，第9天 起稳定保持在80%以上，平均为99. 7%，若将氨氮去除率细分成不同水力停留时间探讨， 当水力停留时间为24小时（第1-28天），氨氮去除率平均为96. 1%，当水力停留时间为18 小时（第29-63天），氨氮去除率平均为99.7% ;另一方面，总目标氮（TTN)去除率的总平 均为91. 3%，在第1天已达75. 8%，第9天起稳定保持在80%以上，平均为95. 6%，当水力 停留时间为24小时（第1-28天），总目标氮（TTN)去除率平均为87.2%，水力停留时间为 18小时（第29-63天），总目标氮（TTN)去除率平均为96. 3%。
[0038]
[0039] 表三测试结果
[0040] 由此可见，本发明的流化床反应器10对于低浓度含氨氮废水也具有良好的脱氮 效率，且相对于先前技术揭示的其他处理方法或使用其他反应器的结果，本发明的启动时 间明显地大幅缩短。例如在中国台湾TW 201429884号发明专利中，其使用一序列间歇 式反应槽（sequencing batch reactor)，启动阶段使用合成废水，使硝化菌、厌氧氨氧化 菌以及异营性脱硝菌等微生物在其内对该合成废水进行脱氮作用，该合成废水的氨氮浓 度为400-600mg/L，结果显示在这样的操作环境下，约需长达90天的启动时间才能使总 目标氮（TTN)去除率稳定达到80%以上，且需待第330天后，氨氮去除率才趋于稳定达 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)同样使 用序列间歇式反应槽来处理畜牧废水（swine wastewater)，在其启动阶段中，氨氮去除率 到第60-70天后才趋于稳定，约达80%，总目标氮（TTN)去除率直至第75天才达到75%， 需到 480 天后才达到 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)则使用管柱反应器（cylindrical reactor)处理肥料工业废水（fertilizer industry wastewater)，在其启动阶段中，接近第30天时氨氮的去除率才到80%。
[0041] -般而言，当脱氮效率稳定高于80%以上时，可称该系统完成启动，在这样的界定 下，我们发现本发明的流化床反应器具有启动时间大幅缩短的优点。除此之外，我们也发现 流化床反应器能适用于处于含低浓度氨氮的废水，例如氨氮浓度通常介于20-85mg/L的家 庭废水，这样的结果也颠覆了以往认为厌氧氨氧化菌无法有效处理生活废水的认知。
[0042] 最后，必须再次说明的是，本发明在前述实施例中所揭示的构成元件仅为举例说 明，并非用来限制本案的专利保护范围，其他等效元件的替代或变化，也应被本案的专利保 护范围所涵盖。
【主权项】
1. 一种用于处理含氨氮废水的流化床反应器，其特征在于包括： 一管柱，内部定义一流化腔室，所述管柱具有一上开口及一下开口，所述上、下开口均 与所述流化腔室连通； 多数载体颗粒，局部填设于所述流化腔室； 一第一沉淀槽，具有一底侧开口及一高于所述底侧开口的第一排水口，所述第一沉淀 槽的底侧开口连通于所述管柱的上开口； 一流化手段，用于将含氨氮废水经由所述下开口导入所述流化腔室，且用于使各所述 载体颗粒在所述流化腔室中悬浮，所导入的含氨氮废水还包含化学需氧量； 微生物，包含硝化菌、厌氧氨氧化菌及异营性脱硝菌，至少一部份所述微生物附着于各 所述载体颗粒，硝化菌进行部分硝化反应而将氨氮氧化为亚硝酸盐氮，厌氧氨氧化菌进行 自营性脱硝反应而将氨氮及亚硝酸盐氮转化为氮气及硝酸盐氮，异营性脱硝菌进行异营性 脱硝反应而将硝酸盐氮及化学需氧量转化为氮气。2. 如权利要求1所述用于处理含氨氮废水的流化床反应器，其特征在于：所述流化腔 室内的溶氧浓度为〇. l-o. 5mg/L。3. 如权利要求1所述用于处理含氨氮废水的流化床反应器，其特征在于：所述第一沉 淀槽的顶部具有一排气口。4. 如权利要求1所述用于处理含氨氮废水的流化床反应器，其特征在于：所述第一沉 淀槽设置于所述管柱顶端。5. 如权利要求1所述用于处理含氨氮废水的流化床反应器，其特征在于：更包括一第 二沉淀槽，具有一进水口及一第二排水口，所述进水口连通于所述第一沉淀槽的第一排水 □ 〇6. -种含氨氮废水的处理方法，应用如权利要求1至4中任一项所述的流化床反应器， 且硝化反应、自营性脱硝反应及异营性脱硝反应在所述流化腔室内同时进行，含氨氮废水 经由所述下开口进入流化腔室，而后依序流经所述上开口、底侧开口及第一排水口。7. 如权利要求6所述含氨氮废水的处理方法，其特征在于：所应用的流化床反应器更 包括一第二沉淀槽，具有一进水口及一第二排水口，所述进水口连通于所述第一沉淀槽的 第一排水口，含氨氮废水流经第一排水口之后，更依序流经所述进水口及第二排水口。8. 如权利要求6所述含氨氮废水的处理方法，其特征在于：所述流化腔室内的溶氧浓 度为 0· 1-0. 5mg/L。9. 如权利要求6所述含氨氮废水的处理方法，其特征在于：含氨氮废水于所述流化腔 室内的水力停留时间为12至24小时。10. 如权利要求6所述含氨氮废水的处理方法，其特征在于：含氨氮废水的氨氮浓度为 2〇-85mg/L〇
【文档编号】C02F101/16GK105836883SQ201510020200
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年1月15日
【发明人】黎德明, 江明桂, 陈金得, 宋耿全, 蓝茜茹, 林志高, 江翌安
【申请人】黎明兴技术顾问股份有限公司