CN1226206C - 含氧水回流式生物活性炭的废水处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种利用含氧水回流方式的生物活性炭的废水处理方法及装置，主要是进流水在处理过程中被导入该供氧槽进行曝气，再将供氧槽内的曝气后获得的氧气增浓水送至活性炭槽底部，向上流并膨化活性炭层，而含氧水流经活性炭层时，活性炭颗粒上的微生物将利用增加的氧气浓度而促进水中及吸附于活性炭内的污染物如COD，BOD，TKN等的分解去除，因此活性炭槽的上澄液大部份被送至供氧槽进行曝气，小部份作为放流水排出，如此可借助控制供氧槽的供氧量及含氧水/进流水的回流比，来针对不同性质的废水作适当的处理，而具有操作容易，装置简单，反应槽体积小，活性炭磨耗量低等特点。

Description

含氧水回流式生物活性碳的废水处理方法及装置

                         技术领域

本发明是关于利用一组生物活性碳单元结合一组供氧单元的废水处理方法及装置，其间处理的废水在放流之前利用泵浦将供氧单元的含氧水回流至生物活性碳单元，以提供给活性碳上微生物足够的氧气，达到去除水/废水中的污染质如COD，BOD及TKN等。其应用范围可涵盖废水的二级处理、高级处理、饮用水去除氨氮、三卤甲烷等致癌前驱物的高级处理，本发明亦可与臭氧系统并用，作进一步的处理。

                         背景技术

为使废(污)水处理效果达到最终水质净化的目标，在传统的生物处理系统后端衔接活性碳吸附单元，以将残留的污染质如COD、BOD、TKN等去除，是目前一般环保工作技术人员常用的，但传统上所使用的活性碳吸附单元将可能因吸附饱合而无法发挥去除污染质之功效，故必须废弃更新或再生活性碳，以维持原有功能，不仅增加操作人力及费用，且废弃后的活性碳更需另行处理而增加处理负担。近年来已发展一种生物活性碳处理技术，即在活性碳上植入适当量的微生物，使其不仅保有传统活性碳的吸附能力外，更能发挥生物分解去除之功能，研究显示，对于同样浓度的有机废水，采用生物性碳可延滞活性碳吸附饱合的时间达5-10倍左右(依废水种类及浓度而定)。由此证明生物活性碳在废(污)水高级处理上有极大的应用空间。而为了让活性碳上的微生物能有效分解进流水中的污染物质，供应足够的氧气量是必需的条件。而在室温情况下，水中的饱合溶氧量约为8mg/L，亦即如果在传统固定床式的生物活性碳系统中，仅让污水流过生物活性碳床，在无额外供应氧气情况下，生物作用所能去除的COD浓度，最高仅能达8mg/L，该系统除应用在极低浓度的净水处理外，应用空间极有限。若某废水进流浓度达COD 200mg/L，则必须重复处理达十三次以上，方能将污染值逐次降解至公元1998年放流水标准COD 100mg/L以下，此将使反应槽的体积大为增加，不敷实际需求。为改进此缺点，较已用的方法是以连续曝气的方式维持生物活性碳塔槽内的溶氧量，以提高污染质的去除率。此外为了获得充足的溶氧量及使活性碳搅动(流体化)以增加与有机质及氧气的接触，必须提供足够动能的进气，但剧烈的气动将产生较大剪力，而使活性碳颗粒因磨擦导致碎裂而流失，故需经常补充，且造成放流水中悬浮微粒(SS)浓度偏高。另一方面在此种流动床式的生物活性碳处理系统中，活性碳的填充率无法太高(4～10体积％)，而为了保持一定程度的污染物质去除率，必须维持特定量以上的活性碳总量，因此势必导致反应槽总体积增大，而且反应槽必须维持一定以上的高度或宽度，以设置沉淀槽，否则流动化的活性碳将漂浮出槽外。体积的必须增大及高度的必须增高，皆将使整体工程费用提高，此为极大的不利点。

                         发明内容

本发明的主要目的是在于提供一种生物活性碳废水处理新技术，以改善上述已知技术的缺点，使本技术可较已知技术应用于水/废水处理能更有效及更具经济价值。

为达到上述目的，依本发明内容而完成的一含氧水回流式生物活性碳的废水处理方法包含下列步骤：

a)将待处理废水导入一供氧槽以空气或其它含氧气体于其中进行曝气，而增加水中含氧量；

b)将步骤a)获得的氧气增浓废水导入一内含生物活性碳床的反应槽的底部，于是膨化该生物活性碳床，并于该反应槽的上部产生一处理过废水；

c)将该处理过废水的一部份于过滤后放流，及将另一部份回流至该供氧槽内与该待处理废水同时进行曝气。

依本发明内容而完成的另一种含氧水回流式生物活性碳的废水处理方法，其包含下列步骤：

a)将待处理废水导入一内含生物活性碳床的反应槽的上部并与该反应槽内的处理水混合；

b)从步骤a)的反应槽的上部取出该混合水，并导入一供氧槽以空气或其它含氧气体于其中进行曝气，而增加水中含氧量；

c)将步骤b)获得的氧气增浓处理水的一部份于过滤后放流，而另一部份回流至导入该反应槽的底部，于是膨化该生物活性碳床。

于本发明方法中该放流水的流量与进流的待处理废水的流量实质上相等而被维持于一稳定操作状态。

于本发明方法中该回流的流量与进流的待处理废水的流量的比例可视待处理废水的水质而加予调整，一般约介于8-30倍。

于本发明方法中该内含生物活性碳床的反应槽的活性碳是被支撑于一距该反应槽的底部一段距离的位置上，且该入流是由一介于该反应槽的底部及该支撑位置之间被导入该反应槽。

一适用于本发明的含氧水回流式生物活性碳的废水处理装置，包含二组单元，其中一组为生物活性碳单元，另一组为供氧单元；及一回流机构，其中该生物活性碳单元：包含一桶槽作为一反应槽，槽内部由其底部依序间隔设置均配管、支撑材及集水溢流机构，一活性碳可被放置于该支撑材及集水溢流机构之间；该供氧单元：包含一供氧槽及一曝气机构，该曝气机构将一空气或一含氧气体导入该供氧槽内部；其中该集水溢流机构将一位于该反应槽内的液体导出并使其流入该供氧槽内，及该回流机构将一位于该供氧槽内的被曝气液体供应给该反应槽的均配管。

该生物活性碳单元与曝气单元间，可有两种连接方式，分别为(1)一体式：生物活性碳单元的反应槽及曝气单元的供氧槽相连，即两单元采用共壁方式，于接近该集水溢流机构的二单元共壁处，开设适当孔洞，使水/废水能由该生物活性碳单元顺利流入该曝气单元，较佳地于开孔处需设置一阻流板，以阻止该供氧单元内部的水由该孔洞倒流至该生物活性碳单元；或(2)分体式：生物活性碳单元的反应槽及曝气单元的供氧槽分开设置，以一管路将生物活性碳单元的反应槽壁近该集水溢流机构处连通至该曝气单元的供氧槽，使一位于该反应槽内的液体导出并流入该供氧槽内，较佳地该曝气单元低于该活性碳单元，于是位于该反应槽内的液体由该集水溢流机构处在不需动力的情形下被导出并流入该供氧槽内。

适用于本发明的该曝气机构可包含设于该供氧槽内的一组散气头及设于该供氧槽外的一鼓风机或空气压缩机，其中该鼓风机或空气压缩机将一空气或一含氧气体供应给该散气头并分散进入该供氧槽内；亦可采用一位于该供氧槽内的潜水式曝气机。

适用于本发明的该回流机构可包含一连通该供氧槽内部与该均配管的回流管路；及设于该回流管路上的一陆上型或潜水式泵浦。

较佳地，本发明的含氧水回流式生物活性碳的废水处理装置可进一步包含一过滤机来过滤由该供氧槽或反应槽排出的放流水。

本发明具有以下优点：其目的有1.提高处理效率：利用含氧水回流方式，增加水中溶氧量，以提高污染质的去除效率，2.减少活性碳的磨耗：利用含氧水回流自活性碳床底部流入向上至顶部流出，使活性碳层轻微膨化，减少颗粒间的磨擦及磨耗，3.无需设置前处理设施：因活性碳床为膨化状态，颗粒间孔隙不致被悬浮性固体物堵塞，可允许仅经沉淀池处理后的水/废水直接流入，无需设置前过滤处理设施，4.降低单元设置高度：采用含氧水回流方式供应氧气及膨化活性碳层，非为利用气升管式，故单元高度可以降低，5.增加活性碳填充率：非以气升管方式扬升活性碳，故可增加填充率至60％。

                          附图说明

图1A及B分别为本发明的含氧水回流式生物活性碳的废水处理方法的第1及第2实施例的流程图。

图2为适用于本发明第1实施例的含氧水回流式生物活性碳的废水处理装置(一体式)的俯视示意图。

图2A为沿图2中A-A线的断面示意图。

图3为适用于本发明第2实施例的含氧水回流式生物活性碳的废水处理装置(分体式)的俯视示意图。

图3A为沿图3中A-A线的断面示意图。

图中标记

1.供氧槽           2.生物活性碳反应槽       3.回流泵浦

4.鼓风机           5.散气头                 6.均配管

7.集水溢流堰/渠    8.阻流板(一体式)；8′回流水管(分体式)

9.支撑材层         10.活性碳层              11.进流管

12.出流管          13.废弃活性碳排出管      14.空气管

15.含氧水回流管    16，17.排水阀

                     具体实施方式

较佳具体实施例的详细说明

1.含氧水回流式生物活性碳处理装置(一体式)

参考图1A及图2所示，本发明含氧水回流式生物活性碳处理装置处理程序为，水/废水自进流管11流入供氧槽1，由鼓风机4提供空气经空气管14自散气头5进入供氧槽1，供应足够的氧气溶于水中，该槽内含有充分氧气的水/废水以回流泵浦3经含氧水回流管15抽至生物活性碳反应槽2，经由底部均配管6均匀水流后，向上经支撑材层9将活性碳层10膨化，水/废水中所含的氧气将提供给活性碳颗粒上或悬浮于水中的微生物，用以分解去除吸附于活性碳颗粒内或水中的有机污染物，回流水流量需予以控制使活性碳膨胀，但活性碳颗粒不致溢出，处理水经集水溢流堰/渠7收集后，少部份排出，经出流管12至过滤机单元(未示于图中)，滤除悬浮固体物后放流，大部份则经两槽中间开孔再回流至供氧槽1，自散气头5获得溶氧补充后，再继续进行前述步骤，于中间隔墙处设置一阻流板8，防止自进流管11流入的原水/废水倒流污染已处理水。已吸附饱和的活性碳可由废弃活性碳排出管13排出，废弃量应由实验决定，生物活性碳去除污染物量所需氧气多寡，可由鼓风机所提供的氧气量及含氧水回流率来调整，供氧槽1或生物活性碳反应槽2若需排空存水，可分别通过排水阀16或17放掉。

2.含氧水回流式生物活性碳处理装置(分体式)

参考图1B及图3所示，本发明含氧水回流式生物活性碳处理装置处理程序为，水/废水自进流管11流入生物活性碳反应槽2，另由鼓风机4提供空气经空气管14自散气头5进入供氧槽1，供应足够的氧气溶于水中，该槽内含有充分氧气的水/废水以回流泵浦3经含氧水回流管15抽至生物活性碳反应槽2，经由底部均配管6均匀水流后，向上经支撑材层9将活性碳层10膨化，水/废水中所含的氧气将提供给活性碳颗粒上或悬浮于水中的微生物，用以分解去除吸附于活性碳颗粒内或水中的有机污染物，回流水流量需予以控制使活性碳膨胀，但活性碳颗粒不致溢出，处理水经集水溢流堰/渠7收集后与自进流管11流入槽2的水/废水混合，经两槽中间回流水管8′再回流至供氧槽1，自散气头5获得溶氧补充后，再继续进行前述步骤，少部份水则于供氧槽上方出流管12流出，再经过滤机单元(未示于图中)，滤除悬浮固体物后放流。已吸附饱和的活性碳可由废弃活性碳排出管13排出，废弃量应由实验决定，生物活性碳去除污染物量所需氧气多寡，可由鼓风机所提供的氧气量及含氧水回流率来调整，供氧槽1或生物活性碳反应槽2若需排空存水，可分别通过排水阀16或17放掉。

本发明曾针对造纸厂废水、养猪场废水及农药厂废水进行测试，这些废水皆已经过原废水处理厂生物处理，废水中易为微生物所分解的污染质大都已去除，若欲以已知生物技术再做进一步的处理，殊不容易，经以本发明测试，处理水皆可符合台湾省最新标准87年放流水标准，成效良好。

实验例1.造纸厂废水

实验装置规模：6M³模型厂

处理废水量：35M³/D

进流水性质：二级生物处理水

二级生物处理水COD浓度：120～150mg/L

生物活性碳处理水COD浓度：＜100mg/L

运转时间：1年

回流的流量与进流的二级生物处理水的流量的比例介于10-20倍。

于供氧槽的水中溶氧量及放流水的溶氧量分别为6-7mg/L及0.5-1mg/L。

实验例2.养猪场废水

实验装置规模：200L模型厂

处理废水量：1.5M³/D

进流水性质：二级生物处理水

二级生物处理水COD浓度：250～35mg/L

生物活性碳处理水COD浓度：＜250mg/L

运转时间：3个月

回流的流量与进流的二级生物处理水的流量的比例介于10-20倍。

于供氧槽的水中溶氧量及放流水的溶氧量分别为6-7mg/L及0.5-1mg/L。

实验例3.农药厂废水

实验装置规模：3.4M³实厂

处理废水量：35M³/D

进流水性质：二级生物处理水

二级生物处理水COD浓度：150～200mg/L

生物活性碳处理水COD浓度：＜100mg/L

运转时间：1年

回流的流量与进流的二级生物处理水的流量的比例介于10-20倍。

于供氧槽的水中溶氧量及放流水的溶氧量分别为7-8mg/L及0.5-1mg/L。

由上述3实验例可知，本发明对于二级生物处理水所含有机性污染物可去除至公元1998年放流水标准，其COD去除率约为20～50％。

因此与已知技术比较，本发明的进步功效可归纳如下：

1.利用含氧水回流方式，增加水中溶氧，提高污染质的去除效率，一般COD去除浓度可达50～100mg/L，COD去除率可达20～50％。

2.因(1)本发明采用活性碳层膨化方式，不必设置前过滤设施，(2)本发明采用含氧水回流方式使活性碳层颗粒呈悬浮状态，而非为采用气升式，可降低单元高度，(3)活性碳填充率可达60％，缩小反应槽体积，故可较已知技术降低工程设置费。

3.本发明采用回流方式膨化活性碳层，减少颗粒间的磨擦及损耗，可减少活性碳补充量，降低营运成本。

综上所述，本发明确实能符合专利要件，依法提出申请。

Claims (22)

1.一种含氧水回流式生物活性碳的废水处理方法，包含下列步骤a)至c)或A)至C)：

a)将待处理废水导入一供氧槽以空气或其它含氧气体于其中进行曝气，而增加水中含氧量；

b)将步骤a)获得的氧气增浓废水导入一内含生物活性碳床的反应槽的底部，于是膨化该生物活性碳床，并于该反应槽的上部产生一处理过废水；

c)将该处理过废水的一部份于过滤后放流，及将另一部份回流至该供氧槽内与该待处理废水同时进行曝气；或

A)将待处理废水导入一内含生物活性碳床的反应槽的上部并与该反应槽内的处理水混合；

B)从步骤a)的反应槽的上部取出该混合水，并导入一供氧槽以空气或其它含氧气体于其中进行曝气，而增加水中含氧量；

C)将步骤b)获得的氧气增浓处理水的一部份于过滤后放流，而另一部份回流至导入该反应槽的底部，于是膨化该生物活性碳床。

2.如权利要求1所述的方法，其中该内含生物活性碳床的反应槽的活性碳是被支撑于一距该反应槽的底部一段距离的位置上，且该入流是由一介于该反应槽的底部及该支撑位置之间被导入该反应槽。

3.如权利要求1所述的方法，其中该内含生物活性碳床的反应槽的活性碳是被支撑于一距该反应槽的底部一段距离的位置上，且该回流是由一介于该反应槽的底部及该支撑位置之间被导入该反应槽。

4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中该回流的流量与进流的待处理废水的流量的比例介于8-30倍。

5.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中该放流水的流量与进流的待处理废水的流量相等而使该方法被维持于一稳定操作状态。

6.如权利要求4所述的方法，其中该放流水的流量与进流的待处理废水的流量相等而使该方法被维持于一稳定操作状态。

7.一种含氧水回流式生物活性碳的废水处理装置，包含二组单元，其中一组为生物活性碳单元，另一组为供氧单元；及一回流机构，其中该生物活性碳单元：包含一桶槽作为一反应槽，槽内部由其底部依序间隔设置均配管、支撑材及集水溢流机构，一活性碳被放置于该支撑材及集水溢流机构之间；该供氧单元：包含一供氧槽及一曝气机构，该曝气机构将一空气或一含氧气体导入该供氧槽内部；其中该集水溢流机构将一位于该反应槽内的液体导出并使其流入该供氧槽内，及该回流机构将一位于该供氧槽内的被曝气液体供应给该反应槽的均配管。

8.如权利要求7所述的废水处理装置，其中该生物活性碳单元与曝气单元间为一体式连接方式，其中该生物活性碳单元的反应槽及曝气单元的供氧槽呈共壁相连，于接近该集水溢流机构的二单元共壁处，开设一孔洞，使该生物活性碳单元的反应槽内的水/废水流入该曝气单元的供氧槽。

9.如权利要求8所述的废水处理装置，其进一步于开孔处设置一阻流板，以阻止该供氧单元的供氧槽内部的水由该孔洞倒流至该生物活性碳单元的反应槽内。

10.如权利要求7所述的废水处理装置，其中该生物活性碳单元与曝气单元间为分体式，其中该生物活性碳单元的反应槽及曝气单元的供氧槽分开设置，及以一管路将生物活性碳单元的反应槽壁近该集水溢流机构处连通至该曝气单元的供氧槽，使一位于该反应槽内的液体导出并流入该供氧槽内。

11.如权利要求10所述的废水处理装置，其中该曝气单元低于该活性碳单元，于是位于该反应槽内的液体由该集水溢流机构处在不需动力的情形下被导出并流入该供氧槽内。

12.如权利要求7至11中任一项所述的废水处理装置，其中该曝气机构包含一设于该供氧槽内的一散气头及设于该供氧槽外的一鼓风机或空气压缩机，其中该鼓风机或空气压缩机将一空气或一含氧气体供应给该散气头并分散进入该供氧槽内。

13.如权利要求7至11中任一项所述的废水处理装置，其中该曝气机构包含一位于该供氧槽内的潜水式曝气机其将一空气或一含氧气体供应进入该供氧槽内。

14.如权利要求7至11中任一项所述的废水处理装置，其中该回流机构包含一连通该供氧槽内部与该均配管的回流管路；及设于该回流管路上的一陆上型或潜水式泵浦。

15.如权利要求12所述的废水处理装置，其中该回流机构可包含一连通该供氧槽内部与该均配管的回流管路；及设于该回流管路上的一陆上型或潜水式泵。

16.如权利要求13所述的废水处理装置，其中该回流机构可包含一连通该供氧槽内部与该均配管的回流管路；及设于该回流管路上的一陆上型或潜水式泵浦。

17.如权利要求7至11中任一项所述的废水处理装置，其进一步包含一过滤机来过滤由该供氧槽或反应槽排出的放流水。

18.如权利要求12所述的废水处理装置，其进一步包含一过滤机来过滤由该供氧槽或反应槽排出的放流水。

19.如权利要求13所述的废水处理装置，其进一步包含一过滤机来过滤由该供氧槽或反应槽排出的放流水。

20.如权利要求14所述的废水处理装置，其进一步包含一过滤机来过滤由该供氧槽或反应槽排出的放流水。

21.如权利要求15所述的废水处理装置，其进一步包含一过滤机来过滤由该供氧槽或反应槽排出的放流水。

22.如权利要求16所述的废水处理装置，其进一步包含一过滤机来过滤由该供氧槽或反应槽排出的放流水。

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