申请日2006.04.07
公开(公告)日2009.12.02
IPC分类号C02F3/30
摘要
一种去除废水中碳、氮、磷的废水处理系统，包含：第一槽，具有甲烷菌、蓄磷菌及脱硝菌，脱硝菌具脱硝作用可去除部分有机碳，蓄磷菌吸附部分有机碳而释出磷酸盐，甲烷菌代谢有机碳而产生甲烷气体;第二槽，设于第一槽后，利用脱硝菌与蓄磷菌处理第一槽的出流水;第三槽，设于第二槽后，利用蓄磷菌将第一槽与第二槽所吸附的有机碳进行好氧代谢，硝化菌将氨氮转化成硝酸氮，与其它好氧微生物处理除去第二槽出流水残余的有机污染物;一薄膜，设于第三槽中或之后，以分离各种微生物与经处理后的出流水。本发明还涉及利用上述系统去除废水中碳、氮、磷的处理方法，可降低剩余污泥产量并减少动力耗损问题。
权利要求书
1.一种去除废水中碳、氮、磷污染物的废水处理系统，包含：
第一槽，包含甲烷菌、蓄磷菌以及脱硝菌，所述脱硝菌具有脱硝作用 能同时去除部分有机碳，蓄磷菌能吸附部分有机碳而释出磷酸盐，甲烷菌 能代谢有机碳而产生甲烷气体;
第二槽，设置于所述第一槽之后，第二槽主要利用脱硝菌及蓄磷菌处 理第一槽的出流水，所述脱硝菌具有将硝酸盐脱硝的功能，蓄磷菌具有进 行释磷作用的功能;
第三槽，设置于所述第二槽之后，第三槽主要包含蓄磷菌、异养菌及 硝化菌，其中蓄磷菌具有进行摄磷作用的功能，异养菌具有进行除碳作用 的功能，硝化菌具有进行硝化作用的功能;以及
一薄膜，其设置于所述第三槽中或之后，能分离各种微生物与经处理 后的出流水。
2.如权利要求1所述的废水处理系统，其中，所述第一槽为污泥床型 式。
3.如权利要求1所述的废水处理系统，其中，所述第二槽为完全混合 型式。
4.如权利要求1所述的废水处理系统，其中，所述第三槽为完全混合 型式。
5.如权利要求1所述的废水处理系统，其中，所述薄膜是可利用气体 冲洗。
6.如权利要求5所述的废水处理系统，其中，所述气体包含生物产气 或空气。
7.如权利要求6所述的废水处理系统，其中，所述生物产气包含氮气、 甲烷、二氧化碳与氢气。
8.如权利要求6所述的废水处理系统，其中，使用所述生物产气冲洗 薄膜，降低水中pH值0.2-1.0单位，进一步防止结垢产生。
9.如权利要求1所述的废水处理系统，其中，所述薄膜设于第三槽中， 该系统设置有能使第三槽的混合液回流至所述第一槽及/或第二槽处理的 装置。
10.如权利要求1所述的废水处理系统，其中，所述薄膜设于第三槽之 后，该系统增设有第四槽。
11.如权利要求10所述的废水处理系统，其中，该系统设置有能使第 四槽的混合液回流至所述第一槽及/或第二槽处理，使第三槽的混合液回流 至第二槽的装置。
12.如权利要求1所述的废水处理系统，其中，该系统设置有能使原废 水直接导入第二槽的装置，当所述第一槽的脱硝菌进行脱硝过程的有机碳 源不足时，可将原废水直接导入第二槽进行处理。
13.一种利用权利要求1所述的废水处理系统去除废水中碳、氮、磷污 染物的处理方法，包含下列步骤：
(a)将废水导入第一槽，使第一槽中的甲烷菌进行有机物甲烷化作用、 使脱硝菌分解废水中的有机污染物与硝酸氮，同时使蓄磷菌吸附有机物进 行释磷作用;
(b)将第一槽的出流水导入第二槽，使第二槽中的脱硝菌及蓄磷菌处 理所述第一槽的出流水，令所述脱硝菌将硝酸盐脱硝，同时使蓄磷菌吸附 有机物进行释磷作用;
(c)将第二槽的出流水导入第三槽，使第三槽中的蓄磷菌进行摄磷作 用，使异养菌进行除碳作用，使硝化菌进行硝化作用;以及
(d)将第三槽的出流水导入薄膜，利用薄膜分离各种微生物与经处理 后的出流水，同时，利用排泥机制去除含磷微生物以达到磷的去除。
14.如权利要求13所述的方法，其中，当所述薄膜设于第三槽中时， 使第三槽的混合液回流至所述第一槽及/或第二槽处理。
15.如权利要求13所述的方法，其中，当所述薄膜设于第三槽之后时， 增设一第四槽。
16.如权利要求15所述的方法，其中，使所述第四槽的混合液回流至 所述第一槽及/或第二槽处理，第三槽的混合液回流至第二槽。
17.如权利要求13所述的方法，其中，所述第二槽的脱硝菌进行脱硝 过程的有机碳源不足时，将原废水直接导入第二槽进行处理。
18.一种去除废水中碳、氮、磷污染物的处理方法，包含利用甲烷菌、 脱硝菌、硝化菌、蓄磷菌将废水中碳、氮、磷污染物进行去磷脱氮而去除 有机物，使所述甲烷菌在脱硝菌、硝化菌、蓄磷菌去磷脱氮过程中参与其 中代谢有机碳以进行甲烷化的过程，其中，所述甲烷菌存在于厌氧环境进 行甲烷化，所述脱硝菌存在于厌氧、缺氧环境进行脱硝作用，所述硝化菌 存在于好氧环境进行硝化作用，所述蓄磷菌存在于厌氧、缺氧环境进行释 磷作用，并存在于好氧环境进行摄磷作用。
19.如权利要求18所述的方法，其可同时达到微生物甲烷化、微生物 除磷及微生物硝化与脱硝的功能。
说明书
去除废水中碳、氮、磷的废水处理系统与方法
技术领域
本发明涉及一种新颖的去除废水中碳、氮、磷有机物的废水处理系统
与方法，其主要是将甲烷菌应用于废水处理系统，可有效降低剩余污泥产
量并减少动力耗损问题。
背景技术
早期废水处理系统设计大多是以减少有机污染为目的，避免其排入水
体后因微生物分解有机物消耗水中氧气，造成水体溶氧降低而影响水生生
物生存。然而都市污水中除有机物外，也含有丰富的氮、磷，这些化合物
是各种藻类生长必需的营养元素，在适当的温度与充分的日光照射之下，
丰富的氮、磷将造成水体藻类滋长，对水体产生另一种危害。
传统都市污水多以活性污泥法处理，主要以去除污水中碳基质为目的，
一般虽然可用初级处理去除约5-15%的磷(主要与固体物结合)，用传统生
物处理方法移除约10-25%磷，并经由微生物硝化作用将氨氮转化为硝酸态
氮，然而对整体氮、磷营养盐的去除能力仍有限。目前，国际间大多已对
都市污水中氮、磷营养盐制定有严格的排放标准，我国虽然仅对排放废(污)
水至水源水质水量保护区的公共下水道，制定有总氮浓度15mg/L、总磷浓
度2mg/L的排放流水标准。然而为有效维护水体的生态平衡，防止地表承
受水体优养化问题，且随着我国公共下水道建设普及化，严格管制氮、磷
营养盐的排放，已逐渐成为必然的管制趋势。
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，再在厌氧条件下，将硝酸态氮
还原成氮气逸散出水体，达到污水脱氮的目的。
水中磷化合物则可以下列几种方式加强去除：(1)化学沉淀：通过添加
Ca、Fe、Al等离子与控制pH产生沉淀，(2)微生物的磷的同化作用，(3)
微生物累积蓄磷酸盐，(4)微生物控制的加强化学沉淀，其中微生物除磷为
近年来开始广泛应用的技术。磷在细胞内是以蓄磷酸盐粒状物形式储存，
可做为细胞能量与磷的来源。在污水处理系统中，有一类统称为蓄磷菌
(Phosphate Accumulating Organism，PAO)的特殊微生物，在厌氧的状态
下会释放磷，在好氧的状态下会超出生理需求的大量摄取水中磷酸盐。蓄
磷菌在没有溶氧与结合氧的状态下，以菌体内聚磷酸盐粒状物分解获得能
量，进行乙酸等低分子脂肪酸(来自兼性菌水解产物或原污水中即存在)吸
收并聚合成聚-β-羟基丁酸盐(poly-β-hydroxybutyrate，PHB)储存于
细胞内，聚磷酸盐粒状物分解将使磷释放至污水中。在好氧状态下，蓄磷
菌以氧为电子受体，将储存在菌体内的PHB或外部碳源好氧分解产生能量，
并利用此能量过量摄取污水中的磷酸盐，在菌体内转化成聚磷酸盐，再通
过移除过剩污泥，即可达到污水除磷的目的。
为了达到同一废水处理系统中可同时脱氮除磷，废水系统中基本上需
具有厌氧、缺氧与好氧三个不同氧化状态，厌氧·缺氧·好氧活性污泥法
(Anaerobic-Anoxic-Oxide Activated Sludge Process，A2O)(参照图1
所示)常用以处理含有机碳、磷与氮的废水，使废水经厌氧、缺氧、好氧
等生物处理程序，达到同时脱氮、除磷效果。A2O处理程序的微生物以硝化
菌、脱硝菌、蓄磷菌与降低化学需氧量(Chemical oxygen demand，COD)
的异养菌为主。在厌氧池(或厌氧槽)中，当脱硝菌、蓄磷菌进行去磷脱
氮过程，必须供应有机碳以进行生化代谢作用，而脱硝菌、蓄磷菌去磷脱
氮过程代谢作用后剩余的有机物，则在好氧池(好氧槽)中利用异养菌进
行分解，此时好氧池将扮演提供氨氮硝化与有机物矿化的场所，因此在传
统A2O处理程序正常操作下会产生大量的剩余污泥，若设计或操作不当，很
容易造成硝化菌流失而使脱氮功能不彰;Zenon公司将薄膜过滤技术与A2O
程序结合，虽可解决硝化菌流失问题，但由于动力消耗大并产生大量污泥，
因此仍无法有效克服脱氮不足的问题。
本发明申请人的TW第92132719号“含有机污染物的废水处理系统”
揭露了一种含有机污染物的废水处理系统，包含一厌氧反应槽、一好氧反
应槽、及一薄膜分离槽;其中所述好氧反应槽是设置在厌氧反应槽之后，
所述薄膜分离槽是设置于好氧反应槽之后，该系统是利用生物处理法去除
废水中的有机污染物，并以薄膜分离固液两相。该含有机污染物的废水处
理系统主要可有效去除废水中的有机污染物(例如有机生化代谢物)，解决
薄膜表面结垢与积垢问题。然而废水中所含的物质除有机污染物外，大多
同时还含有碳、氮、磷。因此，开发一废水处理技术，可同时去除废水中
碳、氮、磷且改善传统废水处理系统动力消耗大并产生大量污泥的问题(例
如A2O)，是目前业界值得研究的课题。
发明内容
由前述可知，现有技术中的废水处理系统在废水除磷脱氮过程中由于
化学需氧量过高，而加重好氧槽的处理负担，导致动力消耗量大增而剩余
污泥也有过多的现象，因此本发明的主要目的在于提供一种能同时去除废
水中碳、氮、磷污染物的废水处理系统与方法，以减少动力的消耗量，与
降低剩余污泥的产生量。
为达上述目的，本发明提供了一种去除废水中碳、氮、磷污染物的废
水处理系统，包含：第一槽，包含甲烷菌、蓄磷菌以及脱硝菌，所述脱硝
菌具有脱硝作用能同时去除部分有机碳，蓄磷菌能吸附部分有机碳而释出
磷酸盐，甲烷菌能代谢有机碳而产生甲烷气体;第二槽，设置于所述第一
槽之后，第二槽主要利用脱硝菌及蓄磷菌处理第一槽的出流水，所述脱硝
菌具有将硝酸盐脱硝的功能，蓄磷菌具有进行释磷作用的功能;第三槽，
设置于所述第二槽之后，第三槽主要包含蓄磷菌、异养菌及硝化菌，其中
蓄磷菌具有进行摄磷作用的功能，异养菌具有进行除碳作用的功能，硝化
菌具有进行硝化作用的功能;以及一薄膜，其设置于所述第三槽中或之后，
能分离各种微生物与经处理后的出流水。
本发明的去除废水中碳、氮、磷污染物的废水处理系统，主要是通过
在去磷脱氮系统中，加入甲烷化功能，使其废水处理系统同时具备微生物
甲烷化、微生物去磷与微生物脱硝的功能，以甲烷菌取代传统A2O系统中大
部分好氧异养菌的功能，将去磷脱氮过程代谢作用后剩余的有机物在第一
槽就进行甲烷化，使好氧槽(即第三槽)主要扮演提供氨氮硝化作用的场所，
以减少动力的消耗量，与降低剩余污泥的产生量。
在本发明的一具体实施方案中，所述薄膜是设于第三槽中，当薄膜设
于第三槽中时，本发明的系统还设置有能使第三槽的混合液可回流至第一
槽和/或第二槽处理的装置。
在本发明的另一具体实施方案中，所述薄膜是设于第三槽之后，此时
可增设一第四槽用于放置该薄膜。在本实施方案中，所述系统还设有能使
第四槽的混合液可回流至前述第一槽和/或第二槽处理，第三槽的混合液可
回流至第二槽处理的装置。
优选地，所述第一槽为污泥床型式(sludge bed-type)，第二槽与第
三槽皆为完全混合型式(complete mixing-type)。若第一槽的脱硝菌进
行脱硝过程的有机碳源不足，也可将部分原废水直接导入第二槽进行处理。
在一优选实施例中，所述薄膜可进一步以气体冲洗，该气体包含生物
产气(biogas)或空气;生物产气包含氮气、甲烷、二氧化碳与氢气。利用
生物产气冲洗薄膜可降低水中pH值0.2-1.0单位，进一步防止结垢产生。
本发明还提供一种利用所述废水处理系统去除废水中碳、氮、磷污染
物的处理方法，包含下列步骤：(a)将废水导入一第一槽，使第一槽中的甲
烷菌、蓄磷菌以及脱硝菌分解、吸附废水中的有机污染物与硝酸氮;(b)将
第一槽的出流水导入第二槽，使第二槽中的脱硝菌及蓄磷菌处理所述第一
槽的出流水，令所述脱硝菌将硝酸盐脱硝，同时使蓄磷菌吸附有机物进行
释磷作用;(c)将第二槽的出流水导入第三槽，使第三槽中的蓄磷菌进行摄
磷作用，使异养菌进行除碳作用，使硝化菌进行硝化作用;以及(d)将第三
槽的出流水导入薄膜，利用薄膜分离各种微生物与经处理后的出流水，同
时，可利用排泥机制去除含磷微生物以达到磷的去除。
在本发明的一具体实施方案中，所述薄膜是设于第三槽中，当薄膜设
于第三槽中时，第三槽的混合液可回流至第一槽和/或第二槽处理。
在本发明的另一具体实施方案中，所述薄膜可设于第三槽之后，此时
是增设一第四槽用于放置该薄膜。在本实施方案中，第四槽的混合液可回
流至前述第一槽和/或第二槽处理，第三槽的混合液可回流至第二槽处理。
本发明还提供一种去除废水中碳、氮、磷污染物的处理方法，主要是
包含利用甲烷菌、脱硝菌、硝化菌、蓄磷菌与好氧异养菌将废水中碳、氮、
磷污染物进行去磷脱氮与除有机物等功能，其中所述甲烷菌可在脱硝菌、
硝化菌、蓄磷菌在去磷脱氮过程中，参与其中代谢有机碳以进行甲烷化，
可同时达到微生物甲烷化、微生物除磷及微生物硝化与脱硝的功能。
本发明提供的改良传统技术的去除废水中碳、氮、磷污染物的处理系
统与方法，利用加入甲烷菌使脱硝菌、硝化菌、蓄磷菌去磷脱氮过程中产
生的有机碳进行甲烷化，可使好氧槽主要扮演提供氨氮硝化作用的场所，
能减少动力的消耗量、降低各反应槽体积与降低剩余污泥的产生量。
