TW498056B - Method for treating waste water by oxygen-containing water reflux type biological active carbon and device therefore - Google Patents

Description

498056 五、發明說明α) 產業上利用領域 本發明係關於利用一組生物活性碳單元結合一組供氧 單元的廢水處理方法及裝置，其間處理的廢水在放流之前 利用泵浦將供氧單元之含氧水迴流至生物活性竣單元，以 提供活性碳上微生物足夠之氧氣，達到去除水/廢水中之 污染質如COD，B0D及TKN等。其應用範圍可涵蓋廢水之二 級處理、高級處理、飲用水去除氨氮、三自甲烷等致癌前 驅物之高級處理，本發明亦可與臭氧系統併用，作進一步 之處理。 習知技術 為使廢（污）水處理效果達到最終水質淨化之目標，在 傳統的生物處理系統後端銜接活性石炭吸附單元，以將殘留 之污染質如COD、BOD、TKN等去除，是目前廣為一般環工 技藝習用者，但傳統上所使用的活性碳吸附單元將可能因 吸附飽合而無法發揮去除污染質之功用，故必須廢棄更新 或再生活性碳’以維持原有功能，不僅增加操作人力及費 用，且廢棄後的活性碳更需另行處理而增加處理負擔。近 年來已發展一種生物活性碳處理技術，即在活性碳上植入 適當量之微生物，使其不僅保有傳統活性碳之吸附能力 外’更能發揮生物分解去除之功能，研究顯示，對於同樣 濃度之有機廢水，採用生物性碳可延滯活性碳吸附飽合之 時間達5 - 1 0倍左右（依廢水種類及濃度而定）。由此證明生 物活性碳在廢（污）水高級處理上有極大之應用空間。而為 了讓活性碳上之微生物能有效分解進流水中之污染質，供

第5頁 498056 五、發明說明（2) 應足夠之氧氣量是必需之條件。而在室溫情況下，水中之 飽合f氧量約為8 mg/L，亦即如果在傳統固定床式之生物 活，，系統中，僅讓污水流過生物活性碳床，在無額外供 應氧氣情況下，生物作用所能去除之c〇D濃度，最高僅能、 達8mg/L，該系統除應用在極低濃度之淨水處理外，應用 空間極有限。若某廢水進流濃度達(：〇1) 2〇〇mg/L，則必須 重復，理達十二次以上’方能將污染值逐次降解至民國八 十t i放流水標準C0D i〇0mg/L以丁，此將使反應槽之體 積a j 3曰力Z ,不敷實際需求。為改進此缺點，較習用之方 /套疋以連績曝氣之方式維持生物活性碳塔槽内之溶氧量， 以染質之去除率。此外為了獲得充足之溶氧量及使 活***攪動（流體化）以增加與有機質及氧氣之接觸，必須 提供足夠動能的進氣’但劇烈之氣動將產生較大剪力，而 使，性碳顆粒因磨擦導致碎裂而流失，故需經常補充，且 造$放流水中懸浮微粒（SS)濃度偏高。另一方面在此種流 ΐίΐ二生物:舌性碳處理系統中，活性碳之填充率無法太 仏 勹】保符疋桎度之污染質去除率， Ϊ 上之活性碳總量，®此勢必導致反應槽 總體積增大，而且反應槽必須維持一定以上之高度 二以設置沉澱槽’否則流動化之活性碳將漂曹：。 j積之=增大及高度之必須增冑，皆將使整體工程費用 批咼，此為極大之不利點。 本發明為克服生物活性石炭系統在應用上所面臨之上述 缺點，而採含氧水迴流方式，於傳統之生物活性碳反應槽 498056 五、發明說明（3) 除另設置一「供氧槽」外，亦設置一迴流裝置，對進流廢 (污）水提供大量之空氣，以便進入生物活性碳槽中可供應 微生物賴以分解污染質之足夠氧氣，而依進流水中之污染 質濃度，可設定迴流再曝氣之流量比例，以確保處理效 果。此外本發明係以迴流水帶動活性碳床之流動除可提供 足夠之氧氣量以供生物分解外，同時亦避免直接供應氧氣 因劇烈之氣動造成活性碳磨擦而導致碎裂之問題，也因此 不必擔心因碎裂的活性碳顆粒之漂流而須建造體積龐大或 高度極高之反應槽的缺點，而更符合經濟效益。 本發明之目的 本發明之主要目的乃在於提供一種生物活性碳新技 術，以改善上述習知技術之缺點，使本技術可較習知技術 應用於水/廢水處理能更有效及更具經濟價值。其目的有 1.提高處理效率：利用含氧水迴流方式，增加水中溶氧 量，以提高污染質之去除效率，2 ·減少活性碳之磨耗：利 用含氧水迴流自活性碳床底部流入向上至頂部流出，使活 性碳層輕微膨化，減少顆粒間之磨擦及磨耗，3.無需設置 前處理設施：因活性碳床為膨化狀態，顆粒間孔隙不致被 懸浮性固體物堵塞，可允許僅經沉澱池處理後之水/廢水 直接流入，無需設置前過濾處理設施，4.降低單元設置高 度：採用含氧水迴流方式供應氧氣及膨化活性碳層，非為 利用氣昇管式，故單元高度可以降低，5.增加活性碳填充 率：非以氣昇管方式揚昇活性碳，故可增加填充率至

498056 五、發明說明（4) 6 0%。 發明的技術手段 為達到上述目的，依本發明内容而完成的一含氧水迴 流式生物活性碳的廢水處理方法包含下列步驟： a) 將待處理廢水導入一供氧槽以空氣或其它含氧氣 體於其中進行曝氣，而增加水中含氧量； b) 將步驟a)獲得的氧氣增濃廢水導入一内含生物活 性石炭床的反應槽的底部，於是膨化該生物活性碳床，並於 該反應槽的上部產生一處理過廢水； c ) 將該處理過廢水的一部份於過濾後放流，及將另 一部份迴流至該供氧槽内與該待處理廢水同時進行曝氣。 依本發明内容而完成的另一種含氧水迴流式生物活性 碳的廢水處理方法，其包含下列步驟： a) 將待處理廢水導入一内含生物活性碳床的反應槽 的上部並與該反應槽内的處理水混合； b ) 從步驟a )的反應槽的上部取出該混合水，並導入 一供氧槽以空氣或其它含氧氣體於其中進行曝氣，而增加 水中含氧量； c ) 將步驟b)獲得的氧氣增濃處理水的一部份於過濾 後放流，而另一部份迴流至導入該反應槽的底部，於是膨 化該生物活性碳床。 於本發明方法中該放流水的流量與進流的待處理廢水 的流量實質上相等而被維持於一穩定操作狀態。

第8頁 498056 五、發明說明（5) 於本發明方法中該 流量的比例可视待處理 於8 - 30倍。 於本發明方法中該 碳係被支撐於〜距該反 該迴流係由一介於該反 入該反應槽。 一適用於本發明的 理裝置，包含二組單元 一組為供氧單元；及一 元：包含一桶槽作為一 設置均 於該支 氧槽及 入該供 内的液 位於該 該 式，分 單元的 溢流機 由該生 配管、支撐材及 撐材及集水溢流 一曝氣機構，該 氧槽内部；其中 體導出並使其流 供乳槽内的被曝 生物活性碳單元 別為（1)併構式 供氧槽相連，即 構的二單元共壁 物活性碳單元順 處需設置一阻流板，以 倒流至該生物活性碳單天 迴流的流量與進流的待處理廢水的 廢水的水質而加予調整，一般約介 内含生物活性碳床的反應槽的活性 應槽的底部一段距離的位置上，且 應槽的底部及該支撐位置之間被導 含氧水迴流式生物活性碳的廢水處 ’其中一組·為生物活性碳單元，另 迴流機構’其中該生物活性碳單 反應槽，槽内部由其底部依序間隔 集水溢流機構’一活性碳可被放置 機構之間；該供氧單元：包含一供 曝氣機構將一空氣或一含氧氣體導 该集水溢流機構將一位於該反應槽 入該供氧槽内，及該迴流機構將一 氣液體供應給該反應槽的均配管。 與曝氣單元間’可有兩種連接方 :生物活性碳單元的e — λ $ — p 兀的反應槽及曝氣 兩卓彳朱共壁方-^ 處，於接近該集水 %，開δ又適當孔洞 利流入該曝氣單元，^奢水能 阻止該供氧單元内 兮開孔 元；或⑺分離^生物Λ孔洞 生物活性碳單

第9頁 498056 五、發明說明（6) 元的反應槽 物活性破早 氣單元的供 該供氧槽内 位於該反應 情形下被導 適用於 一組散氣頭 其中該鼓風 該散氣頭並 槽内的沉水 適用於 部與該均配 型或沉水式 較佳地 理裝置可進 排出的放流 及曝氣單元 元的反應槽 氧槽，使一 ，較佳地該 槽内的液體 出並流入該 本發明的該 及設於該供 機或空氣壓 分散進入該 式曝氣機。 本發明的該 管的迴流管 泵浦。 ，本發明的 一步包含 水。 的供氧槽分 壁近該集水 位於該反應 曝氣單元低 由該集水溢 供氧槽内。 曝氣機構可 氧槽外的— 縮機將一空 供氧槽内； 開設置，以〜& 溢流機構處遠 、生 槽内的液體導+、，二* τ出亚流入 於該活性碳單元，於是 流機構處在不需動力的 包含設於該供氧槽内的 鼓風機或空氣壓縮機， 氣或一含氧氣體供應給 亦可採用一值於該供氧 k机機構可包含一連通該供氧槽内 路及叹於該迴流管路上的一陸上 s氧X瘦流式生物活性碳的廢水處 過濾機氺、^ , u ^不過濾由該供氧槽或反應槽 圖示之簡單說明： 圖一 A及B分別為本發明之八^ 、 廢水處理方法的第一及第二實二氧水迴流式生物活性碳的 圖二為適用於本發明第〜命,的机私圖。 活性碳的廢水處理裝置（併構式^施例的含氧水迴流式生物 圖二A為沿圖二中A —A線的^的俯視示意圖。 1崎面示意圖。

498056 五、發明說明（7) 圖三為適用於本發明第二實施例的含氧水迴流式生物 活性碳的廢水處理裝置（分離式）的俯視示意圖。 圖三A為沿圖三中A - A線的斷面示意圖。 主要元件的圖號說明 1.供氧槽 2 .生物活性碳反應槽 3. 迴流泵浦 4. 鼓風機 5. 散氣頭 6. 均配管 7 .集水溢流堰/渠 8 ·阻流板（併構式）；迴流水管（分離式） 9.支撐材層 1 0 .活性碳層 1 1.進流管 1 2.出流管 1 3.廢棄活性碳排出管 14.空氣管 1 5 .含氧水迴流管 1 6，1 7 ·排水閥 較佳具體實施例的詳細說明 1.含氧水迴流式生物活性碳處理裝置（併構式）

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爹考圖一 A及圖二所-， 性碳處理裝置處理 不’本务明含氧水迴流式生物活 槽1，由鼓風機4提^空^自^^自進流管11流入供氧 夠之氧氣溶於水中，自j虱碩5進入供氧槽1，供應足 流泵浦3經含氧水迴槽内含有充分氧氣之水/廢水以迴 底部均配管β均句k == 至生物活性碳反應槽2，經由 化，水/廢水中所含=:二向士經支撐材層將活性碳膨 於水中之微生物，\乳 八亂將^供給活性碳顆粒上或懸浮 中之有機污染物，迴治刀旦除吸附於活性碳顆粒内或水 但活性碳顆粒不致户=7，二里需予以控制使活性碳膨脹， 後，少部份排出，^山，=理水經集水溢流堰/渠7收集 卜出 ！出流管1 2至過、声嬸留-r 土 一 μ 中），濾除懸浮固體物德妨、、六1〜濾枝早兀（未不於圖 再迴流至供氧槽丄，自μ = ’大部份則經兩槽中間開孔 扞俞it、牛鲈 ^ , 政乳頭5獲得溶氧補充後，再繼續進 :Γ 隔牆處設置-阻流板8，…進？ 、1【生::可a r、：、廢水倒流污染已處理水。已吸附飽和之 由廢棄活性碳排出管13排出，廢棄量應由實 定‘生物活性碳去除污染物量所需氧氣多S，可由；= 所提供之氧氣量及含氧水迴流率來調整，供氧槽 / 活性碳反應槽2若需排空存水，可分別由排水閥“或"： 之。 々 2 ·含氧水迴流式生物活性碳處理裝置（分離式） 參考圖B及圖二所示，本發明含氧水迴流式生物活 性礙處理裝置處理程序為，水/廢水自進流管丨丨流入生物

498〇56 發明説明（9) 潘性敏反應^另由政風機4提供空氣自散氣頭5進入供 氧槽1 ’ i、應足约之氧氣落於水中，該槽内含有充分氧氣 之水/ ’: 7以迴流泵浦3經含氧水迴流管i 5抽至生物活性碳 反應槽：由底部均配管6均句水流後，向上經支^ 、4科漆於k击 中所含之氧氣將^ i、給活性碳顆 粒上或微生物，用以分解去除吸附於活性碳 顆粒内或水中之有機污染物，迴流水流量需予以控制使活 /渠7收亦ί ”自進流官1 1流入槽2之水/廢水混合，經兩槽 中間迴1 ^8再迴流至供氧槽1，自散氣頭5獲得溶氧補充 後，再繼續進行前述步驟，少部份水則於供氧槽上方出流 管12流出，再經過壚機單元（未示於圖中），濾除懸浮固體 物後放流。^吸附飽和之活性碳可由廢棄活性碳排出管】3 2出二，Ϊ $應由實驗決定，生物活性碳去除污染物量所 需氧氣多寡’可由鼓風機所提供之氧氣量及含氧水迴流率 來調整’供氧槽1或生物活性碳反應槽2若需排空存水，可 分別由排水閥1 6或1 7為之。 (實驗例） 本發明曾針對造紙廠廢水、養豬場廢水及農藥廠廢水 進行測試，該等廢水皆已經過原廢水處理廠生物處理，廢 水中易為微生物所分解之污染質大都已去除，若欲以習知 生物技術再做進一少之處理，殊不容易，經以本發明測 試，處理水皆可符合政府最新標準8 7年放流水標準，成效 498056 五、發明說明（ίο) 良好。 實驗例1.造紙廠廢水 實驗裝置規模：6 M3模型廠 處理廢水量：3 5 Μ 3 / D 進流水性質：二級生物處理水 二級生物處理水COD濃度：120〜150mg/L 生物活性碳處理水COD濃度：<100mg/L 運轉時間：1年 迴流的流量與進流的二級生物處理水的流量的比例介 於1 0 - 2 0倍。 於供氧槽的水中溶氧量及放流水的溶氧量分別為6 - 7 mg/L 及0· 5-1 mg/L 。 實驗例2 .養豬場廢水 實驗裝置規模：2 0 0L模型廠 處理廢水量：1. 5M3/D 進流水性質：二級生物處理水 二級生物處理水C0D濃度：250〜350mg/L 生物活性碳處理水C 0 D濃度：< 2 5 0 m g / L 運轉時間：3個月 迴流的流量與進流的二級生物處理水的流量的比例介 於1 0 - 2 G倍。 於供氧槽的水中溶氧量及放流水的溶氧量分別為6 - 7

498056 五、發明說明（11) m g / L 及 0 · 5 - 1 m g / L。 實驗例3 ·農藥廠廢水 實驗裝置規模：3· 4M3實廠 處理廢水量：35M3/D 進流水性質：二級生物處理水 二級生物處理水C0D濃度：150〜200 mg/L 生物活性碳處理水COD濃度：<100mg/L 運轉時間：1年 迴流的流量與進流的二級生物處理水的流量的比例介 於1 0 - 2 0倍。 於供氧槽的水中溶氧量及放流水的溶氧量分別為7 一 8 mg/L 及0· 5-1 mg/L。 由上述3實驗例可知，本發明對於二級生物處理水所 含有機性污染物可去除至政府民國8 7年放流水標準’其 COD去除率約為20〜50%。 因此與習知技術比較，本發明之進步功效可歸納如 下： 1 ·利用含氧水迴流方式，增加水中溶氧，提高污染質 之去除效率，一般COD去除濃度可達50〜100mg/L，C0D去除 率可達20〜50%。 2 ·因（1 )本發明採用活性碳層膨化方式，不必設置前 過濾設施，（2)本發明採用含氧水迴流方式使活性碳層顆

第15頁 498056 五、發明說明（12) 粒呈懸浮狀態，而非為採用氣昇式，可降低單元高度， (3 )活性礙填充率可達6 0 %，縮小反應槽體積，故可較習知 技術降低工程設置費。 3.本發明採用迴流方式膨化活性碳層，減少顆粒間之 磨擦及損耗，可減少活性碳補充量，降低營運成本。 綜上所述，本發明確實能符合專利要件，爰依法提出 申請。

Claims (1)

1. 498056 么、告衣 丄IVMtl 六、申請專利範圍 1. 一種含氧水迴流式生物活性碳的廢水處理方法，其包含 下列步驟： a) 將待處理廢水導入一供氧槽以空氣或其它含氧氣體 於其中進行曝氣，而增加水中含氧量； b) 將步驟a)獲得的氧氣增濃廢水導入一内含生物活性 碳床的反應槽的底部，於是膨化該生物活性碳床，並於該 反應槽的上部產生一處理過廢水； c ) 將該處理過廢水的一部份於過濾後放流，及將另一 部份迴流至該供氧槽内與該待處理廢水同時進行曝氣。 2. —種含氧水迴流式生物活性碳的廢水處理方法，其包含 下列步驟： a) 將待處理廢水導入一内含生物活性碳床的反應槽的 上部並與該反應槽内的處理水混合； b) 從步驟a)的反應槽的上部取出該混合水，並導入一 供氧槽以空氣或其它含氧氣體於其中進行曝氣，而增加水 中含氧量； c ) 將步驟b)獲得的氧氣增濃處理水的一部份於過濾後 放流，而另一部份迴流至導入該反應槽的底部，於是膨化 該生物活性碳床。 3. 如申請專利第1項所述之利用含氧水迴流方式之生物活性 碳的廢水處理方法，其中該内含生物活性碳床的反應槽的 活性碳係被支撐於一距該反應槽的底部一段距離的位置 上，且該迴流係由一介於該反應槽的底部及該支撐位置之 間被導入該反應槽。

   第17頁 六、申請專利範圍 4.如申請專利第2項所述之利用含氧水迴流方式之生物活性 碳的廢水處理方法，其中該内含生物活性石炭床的反應槽的 活性碳係被支撐於一距該反應槽的底部一段距離的位置 上，且該迴流係由一介於該反應槽的底部及該支撐位置之 間被導入該反應槽。 5. 如申請專利第1至4項中任一項所述之利用含氧水迴流方 式之生物活性碳的廢水處理方法，其中該迴流的流量與進 流的待處理廢水的流量的比例介於8 —30倍。 6. 如申請專利第1至4項中任一項所述之利用含氧水迴流方 式之生物活性碳的廢水處理方法’其中該放流水的流量與 進流的待處理廢水的流量實負上相等而使該方法被維持於 一穩定操作狀態。 7·如申請專利第5項所述之利用含氧水迴流方式之生物活性 碳的廢水處理方法，其中該放流水的流量與進流的待處理 廢水的流量實質上相等而使該方法被維持於一穩定操作狀 態。 8. —種含氧水迴流式生物活性碳的廢水處理裝置，包含— 組單元，其中一組為生物活性碳單元，另一組為供氧單— 元；及一迴流機構，其中該生物活性碳單元：包含— 槽 作為一反應槽，槽内部由其底部依序間隔設置均配管、 撐材及集水溢流機構，一活性碳可被放置於該支撐材隹 水溢流機構之間；該供氧單元：包含一供氧槽及〜曝$市 構，該曝氣機構將一空氣或一含氧氣體導入該供氣槽^機 部，其中该集水 >値流機構將—位於該反應槽内的液 岐¥出

   第18頁 498056 六、申請專利範圍 並使其流入該供氧槽内，及該迴流機構將一位於該供氧槽 内的被曝氣液體供應給該反應槽的均配管。 9.如申請專利第8項所述之含氧水迴流式生物活性碳的廢水 處理裝置，其中該生物活性碳單元與曝氣單元間為併構式 連接方式，其中該生物活性碳單元的反應槽及曝氣單元的 供氧槽呈共壁相連，於接近該集水溢流機構的二單元共壁 處，開設一孔洞，使該生物活性碳單元的反應槽内的水/廢 水流入該曝氣單元的供氧槽。 1 0 ·如申請專利第9項所述之含氧水迴流式生物活性碳的廢 水處理裝置’其進一步於開孔處設置一阻流板，以阻止該 供氧單元的供氧槽内部的水由該孔洞倒流至該生物活性碳 單元的反應槽内。 1 1 ·如申請專利第8項所述之含氧水迴流式生物活性碳的廢 水處理裝置’其中該生物活性碳單元與曝氣單元間為分離 式，其中該生物活性碳單元的反應槽及曝氣單元的供氧槽 分開設置，及以一管路將生物活性碳單元的反應槽壁近該 集水溢流機構處連通至該曝氣單元的供氧槽，使一位於該 反應槽内的液體導出並流入該供氧槽内。 12. 如申，專利第11項所述之含氧水迴流式生物活性破的廢 水處理衣置，其中該曝氣單元低於該活性碳單元，於是位 於該ίϊϋ内的液體由該集水溢流機構處在不需動力的情 形下被i出並流入該供氧槽内。 13. 如申請專利第8至12項中任一項所述之含氧水迴流式生 物活性碳的廢水處理裝置，其中該曝氣機構包含一設於該

   第19頁 498056 六、申請專利範圍 供氧槽内的一散氣頭及設於該供氧槽外的一鼓風機或空氣 壓縮機，其中該鼓風機或空氣壓縮機將一空氣或一含氧氣 體供應給該散氣頭並分散進入該供氧槽内。 1 4.如申請專利第8至1 2項中任一項所述之含氧水迴流式生 物活性碳的廢水處理裝置，其中該曝氣機構包含一位於該 供氧槽内的沉水式曝氣機其將一空氣或一含氧氣體供應進 入該供氧槽内。 1 5.如申請專利第8至1 2項中任一項所述之含氧水迴流式生 物活性碳的廢水處理裝置，其中該迴流機構可包含一連通 該供氧槽内部與該均配管的迴流管路；及設於該迴流管路 上的一陸上型或沉水式泵浦。 1 6.如申請專利第1 3項所述之含氧水迴流式生物活性碳的廢 水處理裝置，其中該迴流機構可包含一連通該供氧槽内部 與該均配管的迴流管路；及設於該迴流管路上的一陸上型 或沉水式泵浦。 1 7.如申請專利第1 4項所述之含氧水迴流式生物活性碳的廢 水處理裝置，其中該迴流機構可包含一連通該供氧槽内部 與該均配管的迴流管路；及設於該迴流管路上的一陸上型 或沉水式泵浦。 1 8.如申請專利第8至1 2項中任一項所述之含氧水迴流式生 物活性碳的廢水處理裝置，其進一步包含一過濾機來過濾 由該供氧槽或反應槽排出的放流水。 1 9.如申請專利第1 3項所述之含氧水迴流式生物活性碳的廢 水處理裝置，其進一步包含一過濾、機來過遽由該供氧槽或

   第20頁 498056 六、申請專利範圍 反應槽排出的放流水。 、 2 0 ·如申請專利第1 4項所述之含氧水迴流式生物活性碳的廢 水處理裝置，其進一少包含一過濾、機來過濾、由該供氧槽或 反應槽排出的放流水。 2 1 ·如申請專利第丨5項所述之含氧水迴流式生物活性碳的廢 水處理裝置，其進—梦包含一過濾機來過濾由該供氧槽或 反應槽排出的放流水。 2 2 ·如申請專利第1 6項戶斤述之含氧水迴流式生物活性$厌的廢 水處理裝置，其進一少包含一過濾機來過濾由該供氧槽或 反應槽排出的放流水。 、、 2 3 ·如申請專利第1 了項所述之含氧水迴流式生物活性碳的廢 水處理裝置，1進一步包含一過滤機來過慮由該供氧槽或 反應槽排出的放流水。

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