申请日2003.07.28
公开(公告)日2005.02.01
IPC分类号C02F11/02
摘要
Abstract： The apparatus for reducing biological wasted sludge includes a sludge hydrolysis reactor, a sludge neutralization reactor and a membrane bioreactor (MBR). The method of the present invention includes subjecting a biological wasted sludge to hydrolysis and Abstract_Original: 本發明的生物污泥減量設備包括一污泥水解槽、一污泥中和槽及一膜離生物反應槽(Membrane Bioreactor, MBR)的組合。本發明的方法先將污泥水解及中和，以產生一適於以膜離生物反應器進一步處理的中間進料。水解的污泥和微生物被強制留在MBR內，藉由微生物繼續水解污泥及分解有機物，以達到污泥穩定化和減少污泥量的目的。另外，由於MBR係利用薄膜進行固液分離，除可以馴養及累積特殊微生物加強分解水解污泥中不易生物分解物質外，亦可獲得良好之處理水水質。
權利要求書
一種生物污泥減量設備，包含：一用於將一生物污泥水解的污泥水解槽;一膜離生物反應器;及一污泥中和槽，該污泥中和槽用於將該污泥水解槽產生的水解污泥混合物調整成一適合該膜離生物反應槽進行微生物分解的中間進料，其中該膜離生物反應器包含一反應槽，該反應槽接收該中間進料;一浸入於該反應槽內的中間進料之過濾模組，其具有一穿透側及一與該中間進料接觸的外側，而且該中間進料中所含的液體僅能透過該過濾模組與該穿透側相通;及一負壓來源用於使該穿透側具有一比該中間進料小的液壓，於是通過該穿透側從該反應槽流出一處理過出流水。
如申請專利範圍第1項之設備，其中該膜離生物反應器進一步包含一曝氣裝置，其用於提供該反應槽內的中間進料一外界氣體。
如申請專利範圍第2項之設備，其中該曝氣裝置包含一位於該反應槽內的曝氣管，及一連接於該曝氣管用於將外界氣體送往該曝氣管的鼓風機。
如申請專利範圍第3項之設備，其進一步包含一反沖洗管，其連接該鼓風機與該過濾模組的穿透側，於是一外界氣體可被送往該過濾模組的穿透側並透過該過濾模組進入該反應槽內的中間進料。
如申請專利範圍第1項之設備，其中該過濾模組為管狀或匣狀，並且由中空纖維或多孔性物質作成。
如申請專利範圍第5項之設備，其中該多孔性物質包含不織布。
如申請專利範圍第1項之設備，其中該過濾模組具有大於0.05m3/m2.day的通量。
如申請專利範圍第1項之設備，其中該反應槽內的中間進料含有喜氣性(aerobic)、無氧性(anoxic)或厭氧性(anaerobic)微生物。
如申請專利範圍第8項之設備，其中當該微生物為喜氣性微生物時，該外界氣體為為空氣或純氧;當該微生物為無氧性微生物時，該外界氣體為氮氣或二氧化碳;及當該微生物為厭氣性微生物時，該外界氣體為氮氣、甲烷或沼氣。
如申請專利範圍第1項之設備，其中該污泥水解槽被裝設有一用於攪拌該生物污泥的攪拌器，及一用於控制該生物污泥的pH值之pH控制器。
如申請專利範圍第10項之設備，其中該pH控制器通過將一鹼或一酸加入該生物污泥的方式使該生物污泥具有一大於9的pH值或小於3的pH值。
如申請專利範圍第1項之設備，其中該污泥水解槽被裝設有一用於攪拌該生物污泥的攪拌器，及一用於加熱該生物污泥的之加熱器。
如申請專利範圍第12項之設備，其中該加熱器將該生物污泥加熱至一介於50-90℃的溫度。
如申請專利範圍第11項之設備，其中該污泥中和槽被裝設有一用於攪拌該水解過污泥的攪拌器，及一用於控制該水解過污泥的pH值之pH控制器。
如申請專利範圍第14項之設備，其中該pH控制器通過將一酸或一鹼加入該水解過污泥的方式使該水解過污泥具有一大於3小於9的pH值。
如申請專利範圍第13項之設備，其中該污泥中和槽被裝設有一用於攪拌該水解過污泥的攪拌器，及一用於降低該水解過污泥的溫度之熱交換器。
如申請專利範圍第1項之設備，其中該生物污泥來自廢水處理生物處理單元，該生物污泥具有VSS/SS比值介於0.5至0.9之間，其中VSS為可揮發污泥濃度(volatile suspended solids)，SS為總污泥濃度。
說明書
生物污泥減量設備
APPARATUS FOR RECUCTION OF BIOLOGICAL WASTED SLUDGE
本發明係有關一種生物污泥減量的技術;尤其有關一種結合污泥水解及中和，與膜離生物反應槽(Membrane Bioreactor,MBR)的生物污泥減量的技術。
傳統上，廢棄生物污泥利用喜氣或厭氣污泥消化方式，以穩定污泥性質及改善污泥脫水性，進而達到污泥減量效果，但是生物污泥進行污泥消化時，由於污泥均為固形物，藉由生物消化過程將固形物轉換成生物可利用水溶液，需要相當長時間。故在喜氣或厭氣污泥消化之前，利用物理或化學水解方式使固形物加速水解，以有效縮短整個污泥水解與分解時間。但是污泥經過水解後，部份固形物可以繼續生物水解與分解，但仍有一定比例水解污泥無法繼續分解，這些微細水解污泥，由於粒子非常細小且密度與水相近，容易隨著處理水從生物處理系統流失，而造成出流水水質惡化。
傳統污泥消化系統可以達到穩定污泥性質及改善污泥脫水性之效果，但污泥減量效果有限，通常介於5至10%之間。傳統污泥消化系統中的喜氣消化之水力停留時間(HRT)約需要20至30天，而厭氣消化則需要要30天以上的HRT，才能夠達到污泥消化效果，故需要較大反應槽體積，除非採用高溫污泥消化系統才能夠提高污泥減量效果，但又會增加操作費用，故應用上經常受到限制。
本發明的主要目的在提供一種可以提高污泥減量效果及改善處理水水質的生物污泥減量設備及方法。
本發明的生物污泥減量設備包括一污泥水解槽、一污泥中和槽及一膜離生物反應槽(Membrane Bioreactor,MBR)的組合。本發明的方法先將污泥水解及中和，以產生一適於以該膜離生物反應器進一步處理的中間進料。該中間進料被導入該MBR，由於MBR係利用薄膜進行固液分離，水解的污泥和微生物將被強制留在MBR內，其中藉由微生物繼續水解污泥及分解有機物，以達到污泥穩定化和減少污泥量的目的。另外也可以馴養及累積特殊微生物加強分解水解污泥中不易生物分解物質。於是，本發明可以提高污泥減量效果及改善處理水水質。
本發明提供一種生物污泥減量設備，包含：一用於將一生物污泥水解的污泥水解槽;一膜離生物反應器;及一污泥中和槽，該污泥中和槽用於將該污泥水解槽產生的水解污泥混合物調整成一適合該膜離生物反應槽進行微生物分解的中間進料，其中該膜離生物反應器包含一反應槽，該反應槽接收該中間進料;一浸入於該反應槽內的中間進料之過濾模組，其具有一穿透側及一與該中間進料接觸的外側，而且該中間進料中所含的液體僅能透過該過濾模組與該穿透側相通;及一負壓來源用於使該穿透側具有一比該中間進料小的液壓，於是通過該穿透側從該反應槽流出一處理過出流水。
較佳的，該膜離生物反應器進一步包含一曝氣裝置，其用於提供該反應槽內的中間進料一外界氣體。該曝氣裝置可包含一位於該反應槽內的曝氣管，及一連接於該曝氣管用於將外界氣體送往該曝氣管的鼓風機。更佳的，本發明之生物污泥減量設備進一步包含一反沖洗管，其連接該鼓風機與該過濾模組的穿透側，於是一外界氣體可被送往該過濾模組的穿透側並透過該過濾模組進入該反應槽內的中間進料。
較佳的，該過濾模組為管狀或匣狀，並且由中空纖維或多孔性物質作成。該多孔性物質可為不織布。
較佳的，該該過濾模組具有大於0.05m3/m2.day的通量。
較佳的，該反應槽內的中間進料含有喜氣性(aerobic)、無氧性(anoxic)或厭氧性(anaerobic)微生物。於本發明之生物污泥減量設備中，當該微生物為喜氣性微生物時，該外界氣體為為空氣或純氧;當該微生物為無氧性微生物時，該外界氣體為氮氣或二氧化碳;及當該微生物為厭氣性微生物時，該外界氣體為氮氣、甲烷或沼氣。
較佳的，該污泥水解槽被裝設有一用於攪拌該生物污泥的攪拌器，及一用於控制該生物污泥的pH值之pH控制器。更佳的，該pH控制器通過將一鹼或一酸加入該生物污泥的方式使該生物污泥具有一大於9的pH值或小於3的pH值。最佳的，該污泥中和槽被裝設有一用於攪拌該水解過污泥的攪拌器，及一用於控制該水解過污泥的pH值之pH控制器，其中該pH控制器通過將一酸或一鹼加入該水解過污泥的方式使該水解過污泥具有一大於3小於9的pH值。
較佳的，該污泥水解槽被裝設有一用於攪拌該生物污泥的攪拌器，及一用於加熱該生物污泥的之加熱器。該加熱器適於將該生物污泥加熱至一介於50-90℃的溫度。
較佳的，該污泥中和槽被裝設有一用於攪拌該水解過污泥的攪拌器，及一用於降低該水解過污泥的溫度之熱交換器。
較佳的，該生物污泥來自廢水處理生物處理單元，該生物污泥具有VSS/SS比值介於0.5至0.9之間，其中VSS為可揮發污泥濃度(volatile suspended solids)，SS為總污泥濃度。
依本發明的一較佳具體實施例所完成的生物污泥減量方法將配合圖1說明如下。濃縮污泥(1)經由進料幫浦(2)送入污泥水解槽(3)中，並添加一定量化學品(4)於污泥水解槽(3)中，以攪拌器(5)使化學品(4)及濃縮污泥(1)能夠混合均勻，並以pH控制器(6)控制化學品(4)之添加量。水解後污泥(7)以幫浦(8)送入污泥中和槽(9)中，添加化學品(10)於污泥中和槽(9)，以攪拌器(11)將化學品(10)及水解污泥(7)混合均勻，並以pH控制器(12)控制化學品(10)之添加量而將污泥中和槽(9)內之混合物控制在約pH=7。中和後水解污泥(13)再以幫浦(14)送入膜離生物反應器(15)中，利用反應槽(15)中微生物對中和後水解污泥(13)進行生物污泥水解及有機物分解。由安裝在反應槽(15)底部的曝氣管(16)及鼓風機(17)構成的曝氣裝置將空氣(18)以氣泡(19)方式提供給反應槽(15)內的混合物。氣泡(19)除提供微生物生長及分解有機物所需氧氣外，亦提供清除附著於過濾膜管(20)外側的微生物及水解污泥，以避免形成積垢。再用真空幫浦(21)將反應槽(15)內的處理水經過該過濾膜管(20)由其中央通道(即穿透側，未示於圖中)抽出。在出流水(22)的管線上安裝真空壓力計(23)以記錄操作壓力。若需要進行排泥時，將反應槽(15)中微生物以幫浦(24)抽出成為廢棄污泥(25)。為維持反應槽(15)正常操作以避免積垢形成，影響過濾膜管(20)操作通量，必須進行定期反沖洗。反沖洗時，真空幫浦(21)被切斷，以鼓風機(17)提供一定空氣流量的空氣通過一反沖洗管(27)送往該過濾膜管(20)的中央通道，再穿過該過濾膜管(20)將附著於過濾膜管(20)上微生物及水解污泥逆洗進入該反應槽內。一定時器(26)被使用以控制反沖洗頻率及所需時間，維持整個生物污泥減量設備的操作。
本實施例1使用類似圖1的生物污泥減量設備進行實驗。對照例2及3使用圖1的生物污泥減量設備中在該中和後水解污泥(13)前的裝置，且對照例2及3分別使用一喜氣批式活性污泥系統(Sequencing batch reactor，SBR)及厭氣SBR反應槽取代圖1的MBR(15)反應槽。
前述MBR、喜氣SBR及厭氣SBR等三組反應槽，每個槽體材質為壓克力製(10cm*10 cm)之方形體，有效水深100 cm，有效體積為10公升(L)。MBR及喜氣SBR反應槽槽體底部安裝曝氣設備以曝氣方式(流量=4.0 L空氣/min)使槽體達到好氧控制之目的。厭氣SBR反應槽則安裝一組攪拌器使水解污泥能夠與厭氣污泥混合均勻。MBR反應槽之過濾膜管(20)為不織布濾材，屬於開放型孔洞之網狀結構物，平均孔洞直徑大小為0.03 mm及且具親水性。該過濾膜管(20)具有25公分高度，3公分外徑及2公分內徑，過濾膜管之過濾層厚度為0.1公分，其餘厚度為支撐層。
實施例1採用廢棄生物污泥來自造紙廠活性污泥系統的廢棄污泥，其污泥性質如表1中所示，其中平均總污泥濃度(SS)為13500 mg/L，可揮發污泥濃度(VSS)為9600 mg/L，其VSS/SS比值為0.72。使用NaOH將上述廢棄生物污泥進行水解，pH值控制在12左右。經過2小時水解反應時間後，再利用硝酸將pH值調至中性左右，作為前述MBR、喜氣SBR及厭氣SBR等三組反應槽的中間進料。
