专利名称：氨氮废水的处理系统及方法
技术领域：
本发明是涉及环境工程，且特别涉及一种氨氮废水的处理系统和方法(system and method for treating waste water containing ammonia)。
背景技术：
氨氮处理不管是都市污水或工业废水都为相当重要的课题。都市污水中氮多以氨 氮与有机氮形式存在，无论是好氧或厌氧生物处理，有机氮容易被代谢转化为氨氮。传统的 生物脱氮程序，即是利用微生物在好氧条件下，将氨氮氧化成硝酸态氮，再于厌氧条件下， 将硝酸态氮还原成氮气逸散出水体，达到污水脱氮的目的。 传统氨氮生物处理方式必须经过一连串的生物反应，包含氨氧化菌(ammonia oxidation bacteria, AOB)将氨氮氧化成亚硝酸氮；后接续由亚硝酸氮氧化菌(nitrite oxidation bacteria, NOB)将亚硝酸氮氧化成硝酸氮；最后则由脱氮菌接手将亚硝酸氮还 原成氮气处理完成。由于传统处理方式必须考 虑较大的曝气量以达到将氨氮氧化成硝酸氮 的目的，同时于脱氮反应中必须额外添加有机物质作为脱氮反应的碳源。因此整体操作上 较为耗能，且操作维护上较为困难。 新的氨氮处理方式有厌氧氨氧化程序(anammox process)，厌氧氨氧化程序主要 利用厌氧氨氧化微生物利用亚硝酸氮作为电子接受者，而与氨氮在厌氧环境下反应成为氮 气。在进行厌氧氨氧化程序前，必须先将氨氮转化成亚硝酸氮，以达到反应所需的电子接受 者。由于亚硝酸氮于废水处理过程中属于一过度性的物质，因此有必要增加亚硝酸氮的浓 度以促进厌氧氨氧化程序。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能有效将氨氮转化为亚硝酸氮且可以减少传统硝化 反应的曝气动力需求的氨氮废水的处理系统和方法。 本发明是提供一种氨氮废水的处理系统，包括一氨氮氧化槽以及一薄膜分离槽。 氨氮氧化槽包括多个生物担体，负载氨氧化菌以及亚硝酸氮氧化菌；一 PH值控制装置，使 该氨氮氧化槽的PH值大于7. 5 ;—溶氧控制装置，使该氨氮氧化槽的溶氧量小于1. 0mg/L。 薄膜分离槽包括一薄膜及一曝气装置，用以分离该氨氮氧化槽出流水的固相及液相。
本发明另提供一种氨氮废水的处理方法，包括提供一氨氮氧化槽，其中包括氨氧 化菌以及亚硝酸氮氧化菌；使该氨氮氧化槽中的PH值大于7. 5，且溶氧量小于1. 0mg/L，以 提升氨氧化菌的活性，但抑制亚硝酸氮氧化菌的活性；将一氨氮废水导入该氨氮氧化槽中， 使该氨氮废水中的氨氮氧化为亚硝酸氮及硝酸氮，其中亚硝酸氮的浓度大于硝酸氮；以及 将氨氮氧化槽的出流水导入一薄膜分离槽，分离出流水的固相及液相。 本发明的优点在于本发明的废水处理系统可以减少传统硝化反应的曝气动力需
求；本发明的处理方法可有效地将氨氮转化为亚硝酸氮，转换率大于80%。 为了让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下
如图1所示，在自然界中，铵离子(NH4+)会被氨氧化菌(ammonia oxidationbacteria)转化为亚硝酸根离子(N02—)，然后被亚硝酸氮氧化细菌(nitrite oxidationbacteria)转化为硝酸根离子(N03—)，此转化的过程可称为做硝化作用。在低氧 环境下，亚硝酸氮可经由脱硝微生物转化为氮气释放至大气中。在另一方面，亚硝酸氮也可 与氨(铵离子)经由厌氧氨氧化菌转化为氮气。然而，亚硝酸氮(N02—)在废水处理过程中 属于一过渡性的物质，其很容易即转化为硝酸氮(N03—)。 本发明是提供一种氨氮废水的处理系统，其利用控制pH值及溶氧量，使亚硝酸氮 成为处理系统中的主要产物。 图2-4为本发明氨氮废水的处理系统的一实施例，应注意的是，为了清楚描述本 发明的特征，图2-4仅为本发明实施例的简单图示，在实际应用时，本领域技术人员可依不 同的需求增加或修改本发明的结构。 参照图2，本发明的氨氮废水处理系统10包括氨氮氧化槽12，以及薄膜分离槽14
设置于氨氮氧化槽12之后。氨氮废水W首先导入氨氮氧化槽12，经处理后再由氨氮氧化槽
12导入薄膜分离槽14，而薄膜分离槽14中的出流水可再回流至氨氮氧化槽12。 本发明的处理系统仅适用于含氨氮的废水，如半导体厂的氨氮废水、污泥硝化槽
的出水等，且特别适合用于氨氮浓度大于100mg-N/L的废水。若为有机氮废水，则须另配合
厌氧反应将有机氮转化成氨氮后再进入本发明的处理系统。 本发明的氨氮氧化槽12中包括多个生物担体122，其中担负氨氧化菌以及亚硝酸氮氧化菌。生物担体122可有效拦截微生物，如氨氧化菌，以增加微生物的浓度。生物担体 可为任何担体，例如，泡棉或无纺布等。氨氧化菌与硝酸氮氧化菌的种类并无特别限制，如
下表1所示
表l
硝化菌类别种类分类
氨氧化菌(AOB)P -Proteobacteria
Y -Proteobacteria
3 -Proteobacteria
P -Proteobacteria
3 -Proteobacteria
硝酸氮氧化菌(NOB)a -Proteobacteria
5 -Proteobacteria
Y -Proteobacteria 此外，氨氮氧化槽12中还包括pH值控制装置124及溶氧量控制装置126。在一实 施例中，pH值控制装置中包括一pH值侦测器及碱性溶液(或酸性溶液)，如氢氧化钠。pH 值侦测器可侦测氨氮氧化槽12中的废水pH值，并利用碱性溶液将氨氮氧化槽12中的pH 值控制在7. 5以上，例如为7. 5-8. 2。在另一实施例中，溶氧量控制装置126，可控制废水回 流至氨氮氧化槽12的回流比例，使氨氮氧化槽12的溶氧量控制在1. 0mg/L以下，例如为 0. 5-1. 0mg/L或者0. 5-0. 8mg/L。 应注意的是，氨氮氧化槽12中的环境较佳适合氨氧化菌生长，但抑制亚硝酸氮氧 化菌的生长，使氨氧化菌为氨氮氧化槽12中的优势菌种。 本发明的薄膜分离槽14中包括薄膜142及曝气装置144。薄膜142可用于分离 氨氮氧化槽出流水的固相及液相，以达到高品质的处理水质。本领域的技术人员可依据不 同来源的废水而选用不同的薄膜142，例如，中空纤维膜、板式膜或陶瓷膜等。曝气装置144 可将空气A打入薄膜分离槽14中，以清洗薄膜142表面，并可提供氨氮氧化槽12溶氧。在 另一实施例中，薄膜分离槽14也可设置于氨氮氧化槽12之中(未图示)。
在本发明的处理系统10中，氨氧化菌可有效地将氨氮转化为亚硝酸氮，转换率大 于80% ，且因亚硝酸氮氧化菌的活性受到抑制，使亚硝酸氮不易被转化为硝酸氮，并维持在 高浓度的状态。 本发明的废水处理系统不仅可以减少传统硝化反应的曝气动力需求，且因不需将 氨氮氧化成硝酸氮，而可以节省50%以上的动力需求。 参照图3，在本发明一实施例中，本发明的废水处理系统10可与厌氧处理槽20串 联。氨氮废水W首先导入氨氮氧化槽12，经处理后，经处理的废水由氨氮氧化槽12导入薄 膜分离槽14及厌氧处理槽20。而薄膜分离槽14及厌氧处理槽20中的出流水可再回流 至氨氮氧化槽12。在厌氧处理槽20中，亚硝酸氮可与氨(铵离子)经由厌氧氨氧化程序 (anammox process)化为氮气(如图1所示)。 参照图4，在本发明另一实施例中，本发明的废水的处理系统10可与脱氮处理槽 30串联。氨氮废水首先导入氨氮氧化槽12，经处理的废水再由氨氮氧化槽12导入薄膜分 离槽14及脱氮处理槽30。而薄膜分离槽14及脱氮处理槽30中的出流水可再回流至氨氮 氧化槽12。在脱氮处理槽30中，亚硝酸氮可经由脱硝程序(denitrification process)转 化为氮气(如图1所示)。此外，可视需要提供一碳源C0D至脱氮处理槽30中。
在本发明另一实施样态中，本发明另提供一种氨氮废水的处理方法，如图5所示。 参照步骤S501 ，提供一氨氮氧化槽，其中包括氨氧化菌以及亚硝酸氮氧化菌。氨氮氧化槽中 可包括多个生物担体，用以负载氨氧化菌以及亚硝酸氮氧化菌。 参照步骤S503，使该氨氮氧化槽中的pH值大于7. 5，例如为pH 7. 5_. 8. 2，且溶氧 量小于1. 0mg/L，例如为约0. 5至0. 8mg/L，以提升氨氧化菌的活性，并抑制亚硝酸氮氧化菌 的活性。 参照步骤S507，将一氨氮废水导入该氨氮氧化槽中，使该氨氮废水中的氨氮氧化 为亚硝酸氮及硝酸氮，且亚硝酸氮的浓度大于硝酸氮。 参照步骤S509，将氨氮氧化槽的出流水导入一薄膜分离槽，以分离出流水的固相 及液相。 氨氮氧化槽的出流水也可导入另一厌氧槽或脱氮槽，使亚硝酸氮可经由厌氧氨氧 化程序(anammox process)或脱石肖程序(denitrification process)转化为氮气。
本发明的处理方法可有效地将氨氮转化为亚硝酸氮，转换率大于80%。
实施例l.以本发明的系统处理氨氮废水 本实施例所使用的氨氮废水处理系统如图2所示，包括4L的氨氮氧化槽12及薄 膜分离槽14。氨氮氧化槽12包括PU泡棉担体，其中负载有氨氧化菌以及亚硝酸氮氧化菌。 薄膜分离槽14为中空纤维膜。 通过控制回流比例及pH值，使氨氮氧化槽12的溶氧量维持于于O. 8mg/L，且pH值 维持于7.9。 本实施例废水的氨氮浓度为200mg/L，废水经泵依序导入氨氮氧化槽12及薄膜分 离槽14，流量为8mL/min，整体停留时间为1天，总氮负荷为0. 29kgNH3-N/m3-d。
图6分别显示氨氮、亚硝酸氮以及硝酸氮的流入及流出浓度。参照图6，氨氮的流 入浓度为约150-200mg/L。经处理后，亚硝酸氮的平均流出浓度为约134. 8mg/L，而硝酸氮 的平均流出浓度为约43. 9mg/L。由此结果显示，本发明的氨氮废水处理系统可有效地将氨氮转换为亚硝酸氮，并使亚硝酸氮成为氨氮氧化槽12中的主产物，而亚硝酸氮的转换效率 为约80%。 比较例1.未控制pH值及溶氧量的废水系统 比较例1所使用的废水系统及步骤与实施例1相同，但未控制氨氮氧化槽12中的 pH值及溶氧量。经处理之后，分别侦测废水中氨氮、亚硝酸氮以及硝酸氮的流入及流出浓 度，如图7所示。 参照图7，废水中大部份的氨氮都被转化为硝酸氮，仅有少部份的氨氮被转化为亚 硝酸氮，其转化率为约1%。 由上述结果可知，本发明的氨氮废水处理系统可有效地将氨氮转换为亚硝酸氮， 以克服传统亚硝酸氮含量不足的问题。 虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域的 技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护 范围当视后附的权利要求书所界定者为准。
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权利要求
一种氨氮废水的处理系统，包括一氨氮氧化槽，包括多个生物担体，负载氨氧化菌以及亚硝酸氮氧化菌；一pH值控制装置，使所述氨氮氧化槽的pH值大于7.5；一溶氧控制装置，使所述氨氮氧化槽的溶氧量小于1.0mg/L；以及一薄膜分离槽，其包括一薄膜及一曝气装置，用以分离所述氨氮氧化槽出流水的固相及液相。
2. 根据权利要求1所述的氨氮废水的处理系统，其中所述氨氮氧化槽的pH值为7. 5至8. 2。
3. 根据权利要求1所述的氨氮废水的处理系统，其中所述氨氮氧化槽的溶氧量为0. 5 至1. Omg/L。
4. 根据权利要求1所述的氨氮废水的处理系统，其中所述氨氧化菌的活性被活化。
5. 根据权利要求1所述的氨氮废水的处理系统，其中所述亚硝酸氮氧化菌的活性被抑制。
6. 根据权利要求1所述的氨氮废水的处理系统，其中所述氨氮氧化槽中的亚硝酸氮浓 度高于硝酸氮浓度。
7. 根据权利要求1所述的氨氮废水的处理系统，其中所述薄膜为中空纤维膜、板式膜 或陶瓷膜。
8. 根据权利要求1所述的氨氮废水的处理系统，其中所述担体为泡棉担体或无纺布担体。
9. 根据权利要求1所述的氨氮废水的处理系统，还包括一厌氧处理槽与所述氨氮氧化 槽串联。
10. 根据权利要求1所述的氨氮废水的处理系统，还包括一脱氮处理槽与所述氨氮氧 化槽串联。
11. 一种氨氮废水的处理方法，包括提供一氨氮氧化槽，其中包括氨氧化菌以及亚硝酸氮氧化菌；使所述氨氮氧化槽中的PH值大于7. 5，且溶氧量小于1. Omg/L，以提升氨氧化菌的活 性，但抑制亚硝酸氮氧化菌的活性；将一氨氮废水导入所述氨氮氧化槽中，使所述氨氮废水中的氨氮氧化为亚硝酸氮及硝 酸氮，且亚硝酸氮的浓度大于硝酸氮；以及将氨氮氧化槽的出流水导入一薄膜分离槽，分离出流水的固相及液相。
12. 根据权利要求ll所述的氨氮废水的处理方法，其中所述氨氮氧化槽的pH值维持于 7. 5至8. 2。
13. 根据权利要求11所述的氨氮废水的处理方法，其中所述氨氮氧化槽的溶氧量维持 于0. 5至1. Omg/L。
14. 根据权利要求11所述的氨氮废水的处理方法，其中所述薄膜分离槽的出流液回流 至所述氨氮氧化槽中。
15. 根据权利要求11所述的氨氮废水的处理方法，其中所述氨氮废水在导入所述氨氮 氧化槽之前经一厌氧或脱氮处理。
16.根据权利要求11所述的氨氮废水的处理方法，还包括对所述薄膜分离槽中的废水 进行曝气。
全文摘要
本发明是提供一种氨氮废水的处理系统，包括一氨氮氧化槽及一薄膜分离槽。氨氮氧化槽包括多个生物担体，负载氨氧化菌以及亚硝酸氮氧化菌；一pH值控制装置，使该氨氮氧化槽的pH值大于7.5；一溶氧控制装置，使该氨氮氧化槽的溶氧量小于1.0mg/L。薄膜分离槽，设置于该氨氮氧化槽之后，其包括一薄膜及一曝气装置，用以分离该氨氮氧化槽出流水的固相及液相。此外，本发明另提供一种氨氮废水的处理方法。
文档编号C02F3/12GK101759320SQ20081018734
公开日2010年6月30日 申请日期2008年12月26日 优先权日2008年12月26日
发明者张冠甫, 张盛钦, 彭淑惠 申请人:财团法人工业技术研究院