申请日2004.12.24
公开(公告)日2006.07.05
IPC分类号C02F3/12; C02F3/10
摘要
本发明揭示一种创新的生物膜滤水处理 系统，由「生物滤床区」和「薄膜分离区」所组成。生物滤床区兼具生物 处理和快滤功能，可采用固定床(fixed bed)或移动床(moving bed)方式操作，具有高负荷、高效率、高稳定性及操作简易等特点。而薄膜分离区主要是利用薄膜过滤模块，以薄膜过滤的方式滤除生物滤床区出流水中的固态微粒，进而产生质量良好的澄清处理水。
权利要求书
1.一种生物膜滤水处理系统，包含生物滤床区槽和薄膜分离区槽，其中 该生物滤床区槽包含一内含微生物的混合液及于该混合液中的多个多孔性载 体;及该薄膜分离区槽包含接收自该生物滤床区槽的出流水所形成的处理水 及一浸入于该处理水液面下的过滤模块，其具有一穿透侧而且该处理水仅透 过该过滤模块与该穿透侧呈流体相通。
2.如权利要求1所述的生物膜滤水处理系统，其中该生物滤床区槽进一 步包含一设置于该生物滤床区槽底部的曝气设备。
3.如权利要求1所述的生物膜滤水处理系统，其中该薄膜分离区槽进一 步包含一设置于该薄膜分离区槽内的底部的曝气设备。
4.如权利要求2所述的生物膜滤水处理系统，其中该生物滤床区槽进一 步包含一设置于该生物滤床区槽内及位于该曝气设备上方的支撑网，用于防 止该多个多孔性载体靠近该生物滤床区槽的底部。
5.如权利要求2所述的生物膜滤水处理系统，其中该生物滤床区槽进一 步包含一设置于该生物滤床区槽内及位于该多个多孔性载体上方的滤网，用 于防止该多个多孔性载体随出流水流出该生物滤床区槽。
6.如权利要求1所述的生物膜滤水处理系统，其中该多孔性载体是由无 机或有机的多孔性材料制成。
7.如权利要求1所述的生物膜滤水处理系统，其中该多孔性载体是高分 子发泡体。
8.如权利要求1所述的生物膜滤水处理系统，其中该过滤模块包含微过 滤膜、超过滤膜膜、陶瓷膜、无纺布膜、织布膜、多孔的网状结构物或它们 的混合。
9.一种使用权利要求1至8中任一项所述的生物膜滤水处理系统的水处 理方法，包含将一进流水导入该生物滤床区槽并于其中滞留一段时间后，流 出该生物滤床区槽，其中该进流水中的至少一部份污染物在滞留于该生物滤 床区槽的一段时间内为微生物所分解;将该生物滤床区槽的出流水导入该薄 膜分离区槽;及将一负压来源施用于该过滤模块的穿透侧，使得该薄膜分离 区槽中的处理水透过该过滤模块从该穿透侧流出，于是从该薄膜分离区槽流 出的穿透水相较于该进流水具有较低含量的污染物。
10.如权利要求9所述的方法，其中该多孔性载体是以固定床或移动床方 式操作，其中微生物污泥或悬浮固体物被拦截或附着于多孔性载体上，以进 行污染物的生物分解反应。
11.如权利要求9所述的方法，其中该生物滤床区槽是以好氧性、缺氧性 或厌氧性方式操作。
说明书
生物膜滤水处理系统及其处理方法
技术领域
本发明涉及一种创新的生物膜滤水处理系统，由「生物滤床区」和「薄 膜分离区」所组成。
背景技术
膜离生物反应器技术(membrane bioreactor，MBR)通常应用于二级生物处 理，以去除COD、悬浮固体(SS)及含氮污染物等。由于具有生物处理与薄膜 过滤的特性，其处理水质可达到接近三级处理的效果，因此也适合做为废水 回用前处理单元。目前发展较成熟的MBR技术主要属固液分离型(solid-liquid separation type)，其通常利用超过滤(UF)或微过滤(MF)薄膜来分离浓缩 生物污泥，以得到良好的出流水水质。
由于薄膜模块的水流通量(flux，单位m3/m2.day)为MBR技术最重要的 控制参数之一，其与MBR的水力停留时间(HRT)、体积负荷、薄膜模块压 力有关，并涉及建造和操作成本，而影响通量的因素除处理水质和SS性质外 就是SS浓度。虽然，SS浓度高相对可以处理的污染物量亦较高，但污泥浓 度高亦会造成MBR通量的降低和操作压力的增高。
本案申请人于台湾公告第593167号揭示一种于膜离生物反应器进行的水 处理方法，该反应器包含一内含微生物混合液的槽;于该混合液的复数个多 孔性载体;及一浸入于该混合液的过滤模块，其具有一穿透侧而且该混合液 仅透过该过滤模块与该穿透侧呈流体相通。该方法包括将一进流水导入该槽 中的混合液;将一负压来源施用于该穿透侧，使得该槽中的液体透过该过滤 模块从该穿透侧流出该槽;及借助对该混合液曝气的方式使该复数个多孔性 载体与该过滤模块接触，于是降低该过滤模块上的积垢。虽然此专利的技术 可解决部份积垢的问题，但仍然有其局限，因为生物处理的微生物污泥与过 滤模块同处于一相同反应槽内，使得同时维持高悬浮固体含量(微生物污泥高， 易于分解污染物)，及薄膜模块的高水流通量成为两难。此公告第593167号的 台湾专利的发明内容将以参考方式被并入本案。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种可克服已知的膜离生物反应器不能同时 兼具高悬浮固体含量和维持高水流通量的缺点的新技术。
为了实现上述发明目的，本发明提出利用生物处理和固液分离两者功能 区分的概念，所完成的生物膜滤水处理系统，包含生物滤床区(biological filtration bed zone)和薄膜分离区(membrane separation zone)。生物滤床区利用 多孔性载体(carriers)作为生物介质(media)，因其具有广大表面积可增加 废水中悬浮固体物(SS)拦截之机会，并提供作为微生物附着、生长和增殖 的空间，因此能累积大量及特定族群的生物膜微生物，有助于达到去除各种 污染物的目的。由于生物滤床区是一种污泥固定化生长的方式，出流水的SS 浓度可以达到很低的程度，大幅减轻后续薄膜分离区固液分离的负荷，所以， 薄膜过滤模块(module)的通量和稳定性明显增加，可产生质量良好的澄清 处理水。而且，对薄膜过滤模块表面污垢(fouling)的有效控制，减少透膜压 力(transmembrane pressure)和能量损耗和反冲洗频率，进而有效延长薄膜过 滤模块使用寿命，相对亦可缩短处理槽的水力停留时间(HRT)并减少薄膜 分离区的体积，有助降低建造和操作维护的成本。
本发明具有下列优点：
·提升处理槽效率;
·污泥固液分离简单;
·功能稳定性高，处理水质良好;
·适用于低浓度废水，可在高水力负荷下操作;
·降低设置和操作成本。
实施方式
本发明揭示一种生物膜滤水处理系统，包含生物滤床区槽和薄膜分离区 槽，其中该生物滤床区槽包含一内含微生物的混合液及于该混合液中的多个 多孔性载体;及该薄膜分离区槽包含接收自该生物滤床区槽的出流水所形成 的处理水及一浸入于该处理水液面下的过滤模块，其具有一穿透侧而且该处 理水仅透过该过滤模块与该穿透侧呈流体相通。
较佳的，该生物滤床区槽进一步包含一设置于该生物滤床区槽底部的曝 气设备。更佳的，该生物滤床区槽进一步包含一设置于该生物滤床区槽内及 位于该曝气设备上方的支撑网，用于防止该多个多孔性载体靠近该生物滤床 区槽的底部。更佳的，该生物滤床区槽进一步包含一设置于该生物滤床区槽 内及位于该多个多孔性载体上方的滤网，用于防止该多个多孔性载体随出流 水流出该生物滤床区槽。
较佳的，该薄膜分离区槽进一步包含一设置于该薄膜分离区槽内的底部 的曝气设备。
较佳的，该多孔性载体是由无机或有机的多孔性材料制成。
较佳的，该多孔性载体是高分子发泡体。
较佳的，该过滤模块包含微过滤膜(microfiltration(MF)membrane)、超 过滤膜膜(ultrafiltration(UF)membrane)、陶瓷膜(ceramic membrane)、无纺 织布膜、织布膜、多孔的网状结构物或它们的混合。
本发明亦揭示一种使用本发明的生物膜滤水处理系统的水处理方法，包 含将一进流水导入该生物滤床区槽并于其中滞留一段时间后，流出该生物滤 床区槽，其中该进流水中的至少一部份污染物在滞留于该生物滤床区槽的一 段时间内为微生物所分解;将该生物滤床区槽的出流水导入该薄膜分离区槽; 及将一负压来源施用于该过滤模块的穿透侧，使得该薄膜分离区槽中的处理 水透过该过滤模块从该穿透侧流出，于是从该薄膜分离区槽流出的穿透水相 较于该进流水具有较低含量的污染物。
较佳的，该多孔性载体是以固定床或移动床方式操作，其中微生物污泥 或悬浮固体物被拦截或附着于多孔性载体上，以进行污染物的生物分解反应。
较佳的，该生物滤床区槽是以好氧性(aerobic)、缺氧性(anoxic)或厌氧性 (anaerobic)方式操作。
本发明全文所述的「水处理」泛指饮用水、自来水、城市污水、工业及 其它来源的废水的处理。
本发明所揭示的生物膜滤水处理系统，是结合「生物滤床区」和「薄膜 分离区」的创新废水生物处理系统，包括整合式配置和分槽式配置，分别如 图1及图2所示。
进流水利用进流水泵3定量打入生物滤床区反应槽10，透过鼓风机6打入 空气或氧气7至生物滤床区反应槽10底部的曝气设备(未示于图中)以提供生物 滤床区反应槽10内生物处理系统所需的氧气。气体7也可为用于无氧微生物系 统的氢气、氮气或二氧化碳，或者为用于厌气微生物系统的氮气、甲烷或沼 气。本发明在生物滤床区反应槽10中添加多孔性生物载体11，其可以使用无 机或有机的多孔性材料制成，例如陶瓷、高分子发泡体等。该多孔性生物载 体11具有广大表面积可增加废水中悬浮固体物(SS)拦截的机会，并提供作 为微生物附着、生长和增殖的空间，因此能累积大量及特定族群的生物膜微 生物，有助于达到去除各种污染物的目的。该生物滤床区反应槽10离底部一 高度处设置有一下部滤网12来支持该多孔性生物载体10免于沉淀贴于底部; 而离顶部一高度处设置有一上部滤网13来防止该多孔性生物载体10流出该生 物滤床区反应槽10。
由该生物滤床区反应槽10上方流出的出流水被导入一薄膜分离区反应槽 20，其内设置有一薄膜过滤模块21，透过鼓风机6′打入空气或氧气7′至反应槽 20底部的曝气设备22以提供进一步生物处理所需的氧气。气体7′也可为用于无 氧微生物系统的氢气、氮气或二氧化碳，或者为用于厌气微生物系统的氮气、 甲烷或沼气。穿透液(permeate)即出流水9，透过出流水泵8抽出。
本发明具有提升处理槽效率符合放流水标准、降低二次污染、污泥固液 分离简单、高稳定性等优点，尤其适合处理在高水力负荷下操作，以降低设 置和操作成本，完全切合目前业界的需求。基于本发明的生物膜滤水处理系 统非常适用于低浓度废水处理的特性，定位上亦可称之为一种高级生物处理 技术。
本发明技术与传统活性污泥处理程序的比较，可以明显看出处理流程大 幅简化，如图3所示。本发明技术的处理水质良好，与传统活性污泥处理程序 外加砂滤和UF过滤后的水质相近，且用地面积仅为传统活性污泥程序的一半。
本发明技术在实际应用上的范围与对象包括作为二级生物处理去除废水 中的COD，使出流水可符合放流水标准，或因水质良好可纳入回收再利用系 统。亦可串接于既有二级生物处理系统之后，去除废水中难分解有机物，降 低三级处理成本。此外尚可应用于自来水原水前处理，去除有机物、氨氮及 硝酸氮等，以及表面水与地下水整治，去除水中有机物、含氮污染物等。
本发明将借助下实施例被进一步了解，该实施例仅作为说明之用，而非 用于限制本发明范围。
