本發(fā)明涉及有機(jī)廢棄物處理領(lǐng)域，尤其是利用微生物處理有機(jī)廢水及污泥。

背景技術(shù)：

隨著環(huán)境及生態(tài)保育的觀念抬頭視，各廠商對于廢液的處理也越來越重視。在廢液的處理上，一般是將有機(jī)廢液及無機(jī)廢液分類處理。對于有機(jī)廢液，可經(jīng)過濃縮、螯合的處理成泥漿態(tài)，此外，更發(fā)現(xiàn)通過細(xì)菌、真菌等微生物，能依賴有機(jī)廢液中的有機(jī)質(zhì)作為碳源，有機(jī)營養(yǎng)型微生物會大量生長繁殖，通過細(xì)菌、真菌等微生物的增殖、發(fā)酵作用、光合作用等，能將有機(jī)質(zhì)分解，而形成所謂的生物污泥，又稱活性污泥。

在顯微鏡下觀察，生物污泥中含有無機(jī)物、微生物、原生動物及后生動物等，形成菌團(tuán)狀的微型生態(tài)系統(tǒng)，又稱為膠羽。膠羽較容易被生物界的微細(xì)生物，例如藻類、浮游生物等補食，而可作為堆肥之用，其中水分經(jīng)分離后經(jīng)凈化的水再放流。據(jù)此，能減低對于環(huán)境或生態(tài)的沖擊。

微生物對于有機(jī)廢水的負(fù)荷高，能夠處理高濃度的有機(jī)廢水，可以減少稀釋所造成的水資源浪費，此外，設(shè)備規(guī)模小、受季節(jié)影響小，能減少設(shè)置及營運上的成本。此外，經(jīng)過處理的生物污泥可以作為堆肥等作用來利用，更達(dá)到環(huán)保的效益。

然而，每天產(chǎn)生的生物污泥仍需有足夠的空間來堆置，對于倉儲成本上仍是不小的負(fù)擔(dān)。目前常用的方式，是將生物污泥經(jīng)過脫水、干燥后，以脫除生物污泥的水分、減少污泥的體積，但是每天所產(chǎn)的固態(tài)生物污泥量并沒有減少。另一方式是，將固態(tài)生物污泥輸送至高溫好氧槽，通過加熱、超音波、好氧微生物或加藥等方式的結(jié)合，將生物污泥分解成小分子，再經(jīng)由微生物分解，或由后生動物的補食。然而，脫水、干燥、或是以高溫好氧槽進(jìn)行分解，都需要額外的電力成本。高溫好氧槽更需要設(shè)備、藥劑成本、同時也需要廠區(qū)有足夠的空間才有辦法設(shè)置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種有機(jī)廢水及污泥處理系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)能源耗費、成本提高，以及廠區(qū)空間難以設(shè)置高溫好氧槽的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供有機(jī)廢水及污泥處理系統(tǒng)，有機(jī)廢水及污泥處理系統(tǒng)包含一兼氧槽、一好氧槽、以及一泥水分離槽。兼氧槽接收一有機(jī)廢水以及一光合菌液，有機(jī)廢水由工業(yè)工廠、食品工廠、家庭廢水、或垃圾掩埋場所產(chǎn)生。光合菌液系每日以兼氧槽體積的1/800至1/200添加至兼氧槽中，且光合菌液系為每毫升10⁸至10¹¹菌落形成單位(CFU/mL)的高濃度菌液，光合菌液將有機(jī)廢水處理為一第一生物污泥后并加以輸出。在此，有機(jī)廢水作為光合菌行光合作用時的碳源，使得光合菌增殖。被光合菌分解后的殘存固態(tài)有機(jī)物與光合菌代謝的副產(chǎn)品形成第一生物污泥。

好氧槽與兼氧槽連通以接收第一生物污泥，同時接收一芽孢菌液，芽孢菌液系每日以好氧槽體積的1/800至1/200添加至好氧槽中，且芽孢菌液中的濃度系10⁸至10¹¹CFU/mL，芽孢菌液將第一生物污泥處理污泥為一第二生物污泥后并加以輸出，在此，芽孢菌液除了能夠繼續(xù)分解第一生物污泥中殘存的固態(tài)有機(jī)物，同時還能分解光合菌代謝后產(chǎn)生的附產(chǎn)物，而能有效地使第一生物污泥中的固態(tài)物減少，同時將第一生物污泥的分子團(tuán)分解為更小的分子團(tuán)。芽孢菌代謝后的副產(chǎn)物及第一生物污泥中殘存未分解的固態(tài)物，形成第二生物污泥。

泥水分離槽與好氧槽連通，接收第二生物污泥，將第二生物污泥中的水分與懸浮固體分離，而得到放流水及一生物污泥而加以排出。進(jìn)一步地，泥水分離槽還與兼氧槽連通，生物污泥再次輸送回兼氧槽，作為回流生物污泥，并與新輸入有機(jī)廢水混合。此狀態(tài)系充分利用生物污泥中未完全代謝的菌株，再次補充回系統(tǒng)中。

在一實施例中，光合菌液中的光合菌屬于深紅螺菌科(Rhodospirillaceae)，深紅螺菌科能在兼氧條件下進(jìn)行光能異養(yǎng)生長，在自然中，常聚集生長于水和淤泥中陽光可穿達(dá)但是氧氣稀薄之處，屬兼氧或微嗜氧菌，能除氮、脫硫、脫磷，能處理含高鹽分、油脂和含某些難以生物降解的有機(jī)化合物的廢水，其光合作用后的副產(chǎn)品主要為淀粉。芽孢菌液中的芽孢菌系淀粉芽孢桿菌(Bacillus amyloliquefaciens)，其在微氧的環(huán)境下，能發(fā)酵而產(chǎn)生纖維素分解酵素(cellulase)、蛋白質(zhì)分解酵素(protease)、脂質(zhì)分解酵素(lipase)、淀粉分解酵素(amylase)、表面素(surfactin)、以及伊枯草桿菌素(iturin)等。淀粉芽孢桿菌系配合深紅螺菌科的主要副產(chǎn)物而選用，能有效地分解淀粉，同時分解深紅螺菌科未能有效分解的固態(tài)有機(jī)物。進(jìn)一步地，光合菌系選擇紅螺菌科(Rhodospirillaceae)的深紅紅螺菌屬(Rhodopseudomonas Sphaeroides)。

在一實施例中，有機(jī)廢水及污泥處理系統(tǒng)更包含一酸堿值調(diào)整槽，酸堿值調(diào)整槽預(yù)先將有機(jī)廢水的酸堿值調(diào)整至pH值6至10之間，之后將調(diào)整pH值后的有機(jī)廢水輸送至兼氧槽。

在一實施例中，兼氧槽中的有機(jī)廢水及光合菌液的混合溶液的pH值在6至10之間。好氧槽中的第一生物污泥及芽孢菌液的混合溶液的pH值為6至10之間。一般而言，光合菌液及芽孢菌液可以在弱酸性至堿性的條件下生存，并進(jìn)行光合作用或發(fā)酵作用。

在一實施例中，兼氧槽中的有機(jī)廢水及光合菌液的溫度在16℃至40℃，而好氧槽中的第一生物污泥及芽孢菌液的溫度在16℃至40℃。一般而言，光合菌液及芽孢菌液可以在一般溫度下生存，并進(jìn)行光合作用或發(fā)酵作用，而無需特別加熱或冷卻。

在一實施例中，泥水分離槽可以包含一沉淀槽、一除浮槽、及一薄膜生物反應(yīng)槽(Membrane Bioreactor，MBR)的至少其中之一。在此可以依據(jù)各工廠的現(xiàn)場狀況來安排，其中薄膜生物反應(yīng)槽在泥水分離時，能保留較多的光合菌及芽孢菌于生物污泥中，將生物污泥回流補充至兼氧槽中時較具效益。

在一實施例中，光合菌液系以一天2至8次添加至兼氧槽中，芽孢菌液系以一天2至8次添加至好氧槽中，如此，以維持兼氧槽及好氧槽在高濃度下進(jìn)行增殖及反應(yīng)，可以得到較高的效率。

在一實施例中，好氧槽中第一生物污泥及芽孢菌液的溶氧量系1～10ppm，兼氧槽中的含氧量則無法測得。

綜上所述，有機(jī)廢水及污泥處理系統(tǒng)系藉由菌種的選用及搭配來完成，利用菌種在適合的環(huán)境下得到較佳的污泥分解效果，將固態(tài)懸浮的有機(jī)物及膠羽分解成小分子，而使得最終的生物污泥為可溶解性的溶液狀，再經(jīng)由泥水分離的方式分離，如此，可以由源頭減少生物污泥量，而無需耗費其他的能源或添加其他的設(shè)備。

附圖說明

圖1為本發(fā)明有機(jī)廢水及污泥處理系統(tǒng)的單元示意圖。

其中，附圖標(biāo)記：

11 兼氧槽

13 好氧槽

15 泥水分離槽

17 酸堿值調(diào)整槽

21 有機(jī)廢水

23 光合菌液

25 芽孢菌液

100 有機(jī)廢水及污泥處理系統(tǒng)

具體實施方式

參閱圖1，本發(fā)明有機(jī)廢水及污泥處理系統(tǒng)的單元示意圖。如圖1所示，本發(fā)明有機(jī)廢水及污泥處理系統(tǒng)100包含兼氧槽11、一好氧槽13、以及一泥水分離槽15，兼氧槽11接收一有機(jī)廢水21以及一光合菌液23，其中有機(jī)廢水21可以預(yù)儲存于一原液槽，或是由外部管線直接輸入，有機(jī)廢水21系由工業(yè)工廠、食品工廠、家庭廢水、或垃圾掩埋場所產(chǎn)生。光合菌液23系每日以兼氧槽體積的1/800至1/200添加至兼氧槽13中，較佳為1/600至1/450，添加至兼氧槽13中。光合菌液23中菌株的濃度系每毫升10⁸至10¹¹菌落形成單位(CFU/mL)，較佳為10⁹～10¹⁰CFU/mL。光合菌液23將有機(jī)廢水21處理為一第一生物污泥后并加以輸出。兼氧槽11中具有攪拌裝置，能將光合菌液23充分混入有機(jī)廢水21中進(jìn)行反應(yīng)。

在此，光合菌液中的光合菌選擇深紅螺菌科(Rhodospirillaceae)的菌種，尤其是深紅紅螺菌屬(Rhodopseudomonas Sphaeroides)的菌種，其進(jìn)口貨品分類號列(CCC code)為38249099136。，深紅螺菌科屬兼氧或微嗜氧菌，以于水和淤泥中陽光可穿達(dá)、但是氧氣稀薄的環(huán)境下，進(jìn)行異養(yǎng)生長，可以直接以高濃度的有機(jī)廢水(BOD＞10,000ppm)作為碳源、氫源進(jìn)行光合反應(yīng)，光合作用后的副產(chǎn)品主要為淀粉。此外，深紅螺菌科還能除氮、脫硫、脫磷，能處理含高鹽分、油脂等。

光合菌液23可以以一天2至8次，較佳為4至6次的添加，其目的是為了維持光合菌液23于兼氧槽11中的高濃度，來保持反應(yīng)的效率。光合菌液23可以預(yù)儲存于一光合菌液槽中，以定時的方式通過管線、泵添加至兼氧槽11中，但不限于此，即使以人工方式倒入亦無不可。

好氧槽13連通至兼氧槽11，以接收第一生物污泥，并接收一芽孢菌液25，芽孢菌液25系每日以好氧槽13體積的1/800至1/200添加至好氧13槽中，較佳為1/600至1/450。芽孢菌液中的濃度系10⁸至10¹¹CFU/mL，較佳為10⁹～10¹⁰CFU/mL。芽孢菌液25將第一生物污泥處理污泥為一第二生物污泥后并加以輸出。此外，在本發(fā)明的實施例中設(shè)置鼓風(fēng)機(jī)能將外部的空氣打入芽孢菌液25及第一生物污泥的混合物中。芽孢菌液25可以以一天2至8次，較佳為4至6次的添加，其目的是為了維持芽孢菌液25于好氧槽13中的高濃度，來保持反應(yīng)的效率。另外，芽孢菌液25可以預(yù)儲存于一芽孢菌液槽中，以定時的方式通過管線、泵添加至好氧槽13中，但不限于此，即使以人工方式倒入亦無不可。

在此，芽孢菌液25中的芽孢菌系淀粉芽孢桿菌(Bacillus amyloliquefaciens)，其進(jìn)口貨品分類號列(CCC code)為：23091000。淀粉芽孢桿菌適于在微氧的環(huán)境下能進(jìn)行作用，例如，在好氧槽13中第一生物污泥及芽孢菌液的混合的溶氧量系1至10ppm，較佳為2至5ppm的環(huán)境中。淀粉芽孢桿菌能發(fā)酵而產(chǎn)生纖維素分解酵素(cellulase)、蛋白質(zhì)分解酵素(protease)、脂質(zhì)分解酵素(lipase)、淀粉分解酵素(amylase)、表面素(surfactin)、以及伊枯草桿菌素(iturin)等。淀粉芽孢桿菌系配合深紅螺菌科的主要副產(chǎn)物而選用，能有效地分解淀粉，同時分解深紅螺菌科未能有效分解的固態(tài)有機(jī)物，進(jìn)而使得小分子團(tuán)狀的第一生物污泥，可以在分解為更細(xì)小、甚至可以溶解于水的第二生物污泥。

泥水分離槽15與好氧槽13連通，接收第二生物污泥，將第二生物污泥中的水分與懸浮固體分離，而得到放流水及一生物污泥而加以排出。進(jìn)一步地，泥水分離槽15更與兼氧槽11連通，生物污泥再次輸送回兼氧槽11中，作為回流生物污泥再次與有機(jī)廢水21混合，以充分利用殘留的光合菌及芽孢菌繼續(xù)增殖及反應(yīng)。泥水分離槽15的種類可以包含一沉淀槽、一除浮槽、及一薄膜生物反應(yīng)槽(Membrane Bioreactor，MBR)的至少其中之一。上述僅為示例，但不限于此，任何能將分離生物污泥及放流水的設(shè)備能作為泥水分離槽使用。泥水分離槽15數(shù)量及種類可以依各工廠的預(yù)算、空間來選擇，其中薄膜生物反應(yīng)槽可以保留較多的光合菌及芽孢菌，更適用于生物污泥再次輸送回兼氧槽11的方式來使用。

光合菌能夠進(jìn)行除氮、脫硫、脫磷等功能，在適當(dāng)?shù)乃釅A值下，具有較佳的增值及反應(yīng)的速率。兼氧槽11中的有機(jī)廢水21、光合菌液23的混合物的pH值在6至10之間，較佳為7至9之間，此外，好氧槽13中的第一生物污泥及芽孢菌液25的混合物的pH值為6至10之間，較佳為7至9之間。如圖1所示，有機(jī)廢水及污泥處理系統(tǒng)更包含一酸堿值調(diào)整槽17，酸堿值調(diào)整槽17與兼氧槽11連接，預(yù)先將有機(jī)廢水21調(diào)整至pH值6至10之間，尤其是7～9之間，之后再通過泵或管線將調(diào)整過pH值的有機(jī)廢水21加以輸送至兼氧槽11。酸堿值調(diào)整槽17能優(yōu)先將調(diào)整環(huán)境的酸堿值為光合菌或芽孢菌易于反應(yīng)的條件下，以使增殖、反應(yīng)速率提升。

進(jìn)一步地，兼氧槽11中的有機(jī)廢水21及光合菌液23的混合物的溫度，以及好氧槽13中的第一生物污泥及芽孢菌液25的混合物的溫度在16℃至40℃，較佳為22至35℃。也就是，在一般氣溫下，光合菌液23及芽孢菌液25都能有效地進(jìn)行增殖及分解，無需額外加熱，能降低能源的耗費。

以下為實際以四組實驗、對照組經(jīng)過兼氧槽、好氧槽及泥水分離槽，檢測及放流水的化學(xué)需氧量(Chemical oxygen demand，COD)、以及泥水分離槽的污泥生成率。因為對照示例系直接接收的有機(jī)廢水，每次的成分可能不同，因此輔以生物污泥生成率的差值來比較。實驗示例1系將光合菌液以兼氧槽體積的1/500，并分成每日六小時添加、光合菌液的濃度為109CFU/mL、芽孢菌液以好氧槽體積的1/500，并分成每日六小時添加、芽孢菌液的濃度為109CFU/mL。實驗示例2系以實驗示例1的光合菌液、芽孢菌液劑量減半添加。實驗示例3系以實驗示例1的系將芽孢菌液替換為有效(Effective Microorganism，EM)菌，即混合芽孢菌、酵母菌、乳酸菌等菌類的混合菌液，其與實驗示例1的芽孢菌液的劑量、濃度相同。實驗示例4系以實驗示例1的系將芽孢菌液替換為枯草菌，其與實驗示例1的芽孢菌液的劑量、濃度相同。以下表1為經(jīng)六周測試實際量測的結(jié)果平均值。

表1

在上述實驗中，同時發(fā)現(xiàn)，由于EM菌及枯草菌所產(chǎn)生菌絲長度較長，容易造成泥水分離槽的堵塞問題，從而需要額外地投入人工撈取、或使投入藥劑來抑制或去除。另外，由放流水化學(xué)需氧量的結(jié)果來看，EM菌及枯草菌在發(fā)酵處理第一生物污泥時，實質(zhì)上升高了放流水化學(xué)需氧量，需要進(jìn)一步的控制。因此，根據(jù)上述實驗結(jié)果，以實驗示例1能維持放流水的化學(xué)需氧量、同時減少固態(tài)懸浮物為佳。

在上述的實施例中，選擇光合菌及芽孢菌液以處理有機(jī)廢水，并分別以適合的兼氧、好氧環(huán)境能夠得到較佳的污泥減量效果，同時也不會影響放流水的水質(zhì)。此外，光合菌及芽孢菌液的菌絲也不會過度生長而產(chǎn)生堵塞的問題?？梢赃_(dá)到從源頭減少生物污泥量，減少額外的耗能、藥物添加或是設(shè)備成本，而能解決習(xí)用技術(shù)上的所面臨的問題，更克服的技術(shù)偏見。

當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。