本发明涉及有机废弃物处理领域，尤其是利用微生物处理有机废水及污泥。
背景技术：
随着环境及生态保育的观念抬头视，各厂商对于废液的处理也越来越重视。在废液的处理上，一般是将有机废液及无机废液分类处理。对于有机废液，可经过浓缩、螯合的处理成泥浆态，此外，更发现通过细菌、真菌等微生物，能依赖有机废液中的有机质作为碳源，有机营养型微生物会大量生长繁殖，通过细菌、真菌等微生物的增殖、发酵作用、光合作用等，能将有机质分解，而形成所谓的生物污泥，又称活性污泥。
在显微镜下观察，生物污泥中含有无机物、微生物、原生动物及后生动物等，形成菌团状的微型生态系统，又称为胶羽。胶羽较容易被生物界的微细生物，例如藻类、浮游生物等补食，而可作为堆肥之用，其中水分经分离后经净化的水再放流。据此，能减低对于环境或生态的冲击。
微生物对于有机废水的负荷高，能够处理高浓度的有机废水，可以减少稀释所造成的水资源浪费，此外，设备规模小、受季节影响小，能减少设置及营运上的成本。此外，经过处理的生物污泥可以作为堆肥等作用来利用，更达到环保的效益。
然而，每天产生的生物污泥仍需有足够的空间来堆置，对于仓储成本上仍是不小的负担。目前常用的方式，是将生物污泥经过脱水、干燥后，以脱除生物污泥的水分、减少污泥的体积，但是每天所产的固态生物污泥量并没有减少。另一方式是，将固态生物污泥输送至高温好氧槽，通过加热、超音波、好氧微生物或加药等方式的结合，将生物污泥分解成小分子，再经由微生物分解，或由后生动物的补食。然而，脱水、干燥、或是以高温好氧槽进行分解，都需要额外的电力成本。高温好氧槽更需要设备、药剂成本、同时也需要厂区有足够的空间才有办法设置。
技术实现要素：
本发明提供一种有机废水及污泥处理系统，以解决现有技术能源耗费、成本提高，以及厂区空间难以设置高温好氧槽的问题。
为实现上述目的，本发明提供有机废水及污泥处理系统，有机废水及污泥处理系统包含一兼氧槽、一好氧槽、以及一泥水分离槽。兼氧槽接收一有机废水以及一光合菌液，有机废水由工业工厂、食品工厂、家庭废水、或垃圾掩埋场所产生。光合菌液系每日以兼氧槽体积的1/800至1/200添加至兼氧槽中，且光合菌液系为每毫升108至1011菌落形成单位(CFU/mL)的高浓度菌液，光合菌液将有机废水处理为一第一生物污泥后并加以输出。在此，有机废水作为光合菌行光合作用时的碳源，使得光合菌增殖。被光合菌分解后的残存固态有机物与光合菌代谢的副产品形成第一生物污泥。
好氧槽与兼氧槽连通以接收第一生物污泥，同时接收一芽孢菌液，芽孢菌液系每日以好氧槽体积的1/800至1/200添加至好氧槽中，且芽孢菌液中的浓度系108至1011CFU/mL，芽孢菌液将第一生物污泥处理污泥为一第二生物污泥后并加以输出，在此，芽孢菌液除了能够继续分解第一生物污泥中残存的固态有机物，同时还能分解光合菌代谢后产生的附产物，而能有效地使第一生物污泥中的固态物减少，同时将第一生物污泥的分子团分解为更小的分子团。芽孢菌代谢后的副产物及第一生物污泥中残存未分解的固态物，形成第二生物污泥。
泥水分离槽与好氧槽连通，接收第二生物污泥，将第二生物污泥中的水分与悬浮固体分离，而得到放流水及一生物污泥而加以排出。进一步地，泥水分离槽还与兼氧槽连通，生物污泥再次输送回兼氧槽，作为回流生物污泥，并与新输入有机废水混合。此状态系充分利用生物污泥中未完全代谢的菌株，再次补充回系统中。
在一实施例中，光合菌液中的光合菌属于深红螺菌科(Rhodospirillaceae)，深红螺菌科能在兼氧条件下进行光能异养生长，在自然中，常聚集生长于水和淤泥中阳光可穿达但是氧气稀薄之处，属兼氧或微嗜氧菌，能除氮、脱硫、脱磷，能处理含高盐分、油脂和含某些难以生物降解的有机化合物的废水，其光合作用后的副产品主要为淀粉。芽孢菌液中的芽孢菌系淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)，其在微氧的环境下，能发酵而产生纤维素分解酵素(cellulase)、蛋白质分解酵素(protease)、脂质分解酵素(lipase)、淀粉分解酵素(amylase)、表面素(surfactin)、以及伊枯草杆菌素(iturin)等。淀粉芽孢杆菌系配合深红螺菌科的主要副产物而选用，能有效地分解淀粉，同时分解深红螺菌科未能有效分解的固态有机物。进一步地，光合菌系选择红螺菌科(Rhodospirillaceae)的深红红螺菌属(Rhodopseudomonas Sphaeroides)。
在一实施例中，有机废水及污泥处理系统更包含一酸碱值调整槽，酸碱值调整槽预先将有机废水的酸碱值调整至pH值6至10之间，之后将调整pH值后的有机废水输送至兼氧槽。
在一实施例中，兼氧槽中的有机废水及光合菌液的混合溶液的pH值在6至10之间。好氧槽中的第一生物污泥及芽孢菌液的混合溶液的pH值为6至10之间。一般而言，光合菌液及芽孢菌液可以在弱酸性至碱性的条件下生存，并进行光合作用或发酵作用。
在一实施例中，兼氧槽中的有机废水及光合菌液的温度在16℃至40℃，而好氧槽中的第一生物污泥及芽孢菌液的温度在16℃至40℃。一般而言，光合菌液及芽孢菌液可以在一般温度下生存，并进行光合作用或发酵作用，而无需特别加热或冷却。
在一实施例中，泥水分离槽可以包含一沉淀槽、一除浮槽、及一薄膜生物反应槽(Membrane Bioreactor，MBR)的至少其中之一。在此可以依据各工厂的现场状况来安排，其中薄膜生物反应槽在泥水分离时，能保留较多的光合菌及芽孢菌于生物污泥中，将生物污泥回流补充至兼氧槽中时较具效益。
在一实施例中，光合菌液系以一天2至8次添加至兼氧槽中，芽孢菌液系以一天2至8次添加至好氧槽中，如此，以维持兼氧槽及好氧槽在高浓度下进行增殖及反应，可以得到较高的效率。
在一实施例中，好氧槽中第一生物污泥及芽孢菌液的溶氧量系1～10ppm，兼氧槽中的含氧量则无法测得。
综上所述，有机废水及污泥处理系统系藉由菌种的选用及搭配来完成，利用菌种在适合的环境下得到较佳的污泥分解效果，将固态悬浮的有机物及胶羽分解成小分子，而使得最终的生物污泥为可溶解性的溶液状，再经由泥水分离的方式分离，如此，可以由源头减少生物污泥量，而无需耗费其他的能源或添加其他的设备。
附图说明
图1为本发明有机废水及污泥处理系统的单元示意图。
其中，附图标记：
11 兼氧槽
13 好氧槽
15 泥水分离槽
17 酸碱值调整槽
21 有机废水
23 光合菌液
25 芽孢菌液
100 有机废水及污泥处理系统
具体实施方式
参阅图1，本发明有机废水及污泥处理系统的单元示意图。如图1所示，本发明有机废水及污泥处理系统100包含兼氧槽11、一好氧槽13、以及一泥水分离槽15，兼氧槽11接收一有机废水21以及一光合菌液23，其中有机废水21可以预储存于一原液槽，或是由外部管线直接输入，有机废水21系由工业工厂、食品工厂、家庭废水、或垃圾掩埋场所产生。光合菌液23系每日以兼氧槽体积的1/800至1/200添加至兼氧槽13中，较佳为1/600至1/450，添加至兼氧槽13中。光合菌液23中菌株的浓度系每毫升108至1011菌落形成单位(CFU/mL)，较佳为109～1010CFU/mL。光合菌液23将有机废水21处理为一第一生物污泥后并加以输出。兼氧槽11中具有搅拌装置，能将光合菌液23充分混入有机废水21中进行反应。
在此，光合菌液中的光合菌选择深红螺菌科(Rhodospirillaceae)的菌种，尤其是深红红螺菌属(Rhodopseudomonas Sphaeroides)的菌种，其进口货品分类号列(CCC code)为38249099136。，深红螺菌科属兼氧或微嗜氧菌，以于水和淤泥中阳光可穿达、但是氧气稀薄的环境下，进行异养生长，可以直接以高浓度的有机废水(BOD＞10,000ppm)作为碳源、氢源进行光合反应，光合作用后的副产品主要为淀粉。此外，深红螺菌科还能除氮、脱硫、脱磷，能处理含高盐分、油脂等。
光合菌液23可以以一天2至8次，较佳为4至6次的添加，其目的是为了维持光合菌液23于兼氧槽11中的高浓度，来保持反应的效率。光合菌液23可以预储存于一光合菌液槽中，以定时的方式通过管线、泵添加至兼氧槽11中，但不限于此，即使以人工方式倒入亦无不可。
好氧槽13连通至兼氧槽11，以接收第一生物污泥，并接收一芽孢菌液25，芽孢菌液25系每日以好氧槽13体积的1/800至1/200添加至好氧13槽中，较佳为1/600至1/450。芽孢菌液中的浓度系108至1011CFU/mL，较佳为109～1010CFU/mL。芽孢菌液25将第一生物污泥处理污泥为一第二生物污泥后并加以输出。此外，在本发明的实施例中设置鼓风机能将外部的空气打入芽孢菌液25及第一生物污泥的混合物中。芽孢菌液25可以以一天2至8次，较佳为4至6次的添加，其目的是为了维持芽孢菌液25于好氧槽13中的高浓度，来保持反应的效率。另外，芽孢菌液25可以预储存于一芽孢菌液槽中，以定时的方式通过管线、泵添加至好氧槽13中，但不限于此，即使以人工方式倒入亦无不可。
在此，芽孢菌液25中的芽孢菌系淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)，其进口货品分类号列(CCC code)为：23091000。淀粉芽孢杆菌适于在微氧的环境下能进行作用，例如，在好氧槽13中第一生物污泥及芽孢菌液的混合的溶氧量系1至10ppm，较佳为2至5ppm的环境中。淀粉芽孢杆菌能发酵而产生纤维素分解酵素(cellulase)、蛋白质分解酵素(protease)、脂质分解酵素(lipase)、淀粉分解酵素(amylase)、表面素(surfactin)、以及伊枯草杆菌素(iturin)等。淀粉芽孢杆菌系配合深红螺菌科的主要副产物而选用，能有效地分解淀粉，同时分解深红螺菌科未能有效分解的固态有机物，进而使得小分子团状的第一生物污泥，可以在分解为更细小、甚至可以溶解于水的第二生物污泥。
泥水分离槽15与好氧槽13连通，接收第二生物污泥，将第二生物污泥中的水分与悬浮固体分离，而得到放流水及一生物污泥而加以排出。进一步地，泥水分离槽15更与兼氧槽11连通，生物污泥再次输送回兼氧槽11中，作为回流生物污泥再次与有机废水21混合，以充分利用残留的光合菌及芽孢菌继续增殖及反应。泥水分离槽15的种类可以包含一沉淀槽、一除浮槽、及一薄膜生物反应槽(Membrane Bioreactor，MBR)的至少其中之一。上述仅为示例，但不限于此，任何能将分离生物污泥及放流水的设备能作为泥水分离槽使用。泥水分离槽15数量及种类可以依各工厂的预算、空间来选择，其中薄膜生物反应槽可以保留较多的光合菌及芽孢菌，更适用于生物污泥再次输送回兼氧槽11的方式来使用。
光合菌能够进行除氮、脱硫、脱磷等功能，在适当的酸碱值下，具有较佳的增值及反应的速率。兼氧槽11中的有机废水21、光合菌液23的混合物的pH值在6至10之间，较佳为7至9之间，此外，好氧槽13中的第一生物污泥及芽孢菌液25的混合物的pH值为6至10之间，较佳为7至9之间。如图1所示，有机废水及污泥处理系统更包含一酸碱值调整槽17，酸碱值调整槽17与兼氧槽11连接，预先将有机废水21调整至pH值6至10之间，尤其是7～9之间，之后再通过泵或管线将调整过pH值的有机废水21加以输送至兼氧槽11。酸碱值调整槽17能优先将调整环境的酸碱值为光合菌或芽孢菌易于反应的条件下，以使增殖、反应速率提升。
进一步地，兼氧槽11中的有机废水21及光合菌液23的混合物的温度，以及好氧槽13中的第一生物污泥及芽孢菌液25的混合物的温度在16℃至40℃，较佳为22至35℃。也就是，在一般气温下，光合菌液23及芽孢菌液25都能有效地进行增殖及分解，无需额外加热，能降低能源的耗费。
以下为实际以四组实验、对照组经过兼氧槽、好氧槽及泥水分离槽，检测及放流水的化学需氧量(Chemical oxygen demand，COD)、以及泥水分离槽的污泥生成率。因为对照示例系直接接收的有机废水，每次的成分可能不同，因此辅以生物污泥生成率的差值来比较。实验示例1系将光合菌液以兼氧槽体积的1/500，并分成每日六小时添加、光合菌液的浓度为109CFU/mL、芽孢菌液以好氧槽体积的1/500，并分成每日六小时添加、芽孢菌液的浓度为109CFU/mL。实验示例2系以实验示例1的光合菌液、芽孢菌液剂量减半添加。实验示例3系以实验示例1的系将芽孢菌液替换为有效(Effective Microorganism，EM)菌，即混合芽孢菌、酵母菌、乳酸菌等菌类的混合菌液，其与实验示例1的芽孢菌液的剂量、浓度相同。实验示例4系以实验示例1的系将芽孢菌液替换为枯草菌，其与实验示例1的芽孢菌液的剂量、浓度相同。以下表1为经六周测试实际量测的结果平均值。
表1
在上述实验中，同时发现，由于EM菌及枯草菌所产生菌丝长度较长，容易造成泥水分离槽的堵塞问题，从而需要额外地投入人工捞取、或使投入药剂来抑制或去除。另外，由放流水化学需氧量的结果来看，EM菌及枯草菌在发酵处理第一生物污泥时，实质上升高了放流水化学需氧量，需要进一步的控制。因此，根据上述实验结果，以实验示例1能维持放流水的化学需氧量、同时减少固态悬浮物为佳。
在上述的实施例中，选择光合菌及芽孢菌液以处理有机废水，并分别以适合的兼氧、好氧环境能够得到较佳的污泥减量效果，同时也不会影响放流水的水质。此外，光合菌及芽孢菌液的菌丝也不会过度生长而产生堵塞的问题。可以达到从源头减少生物污泥量，减少额外的耗能、药物添加或是设备成本，而能解决习用技术上的所面临的问题，更克服的技术偏见。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。