用生物学处理过滤废水的装置及该装置的废水再利用方法 【技术领域】
本发明是将从工厂、畜牧农家、家庭等处流出的废水进行有效处理的系统。更具体来说，本发明是有关废水高级处理用生物学处理和过滤装置及废水再利用方法的技术。
发明通过生物学处理和物理性过滤方法并行的工序，在生物学处理系统中去除生物分解性高的有机物质、氮等物质，而无法进行生物学处理的难分解性物质是通过利用物理性过滤系统，对废水进行高级处理。因此，本发明与预防环境污染的技术领域，尤其是与预防水质污染和改善水质条件的技术领域密切相关。此外，由于本发明还与将废水放流水进行回收利用的后处理工序相关联，与资源再利用领域的技术也具有相关性。
【背景技术】
目前正在广泛地进行研究有关工厂、畜牧农家、家庭等处流出的废水处理的装置和方法。如果观察原有的大部分处理方法，将主要焦点放在去除有机物上的生物学处理方法比较普遍，但最近正在广泛地尝试与分离膜并行的物理学方法。
生物学处理是主要利用微生物的生物化学性代谢作用，对废水中的有机物或悬浮物质进行处理。例如，在大韩民国公开专利公报第2003-84119号上，记载着通过污泥的嫌气性或好气性消化液培养的硝化微生物的处理方法。
然而，上述生物学处理方法由于占地面积大，经济上存在问题，不仅如此，由于在引入水的水质及水量负荷变动环节上比较脆弱，维护管理上有些难度，并且还会出现污泥处理上发生恶臭等不卫生的现象。
此外，物理化学性处理是利用物理现象或化学反应，所以运用PH调节、过滤、氧化、还原、吸附离子交换等方法。此类物理化学性处理可间歇地运行，所以维护管理上比较容易。然而，与生物学处理方法相比，具有有机物、细菌、微粒子等去除率较低的缺点。
利用分离膜的处理方法作为只是选择性地提取废水中的水的方法，根据去除粒子的大小，利用精密过滤膜、超滤膜、逆渗透膜等过滤膜。精密过滤是分离溶质大小为0.1～10μm左右溶质的膜分离工序，此时使用的膜为孔径的0.01～10μm左右。上述精密过滤现象可举出膜表面上的胶体物质沉着现象，这是由于胶体物质堵塞膜表面细孔而相对降低精密过滤效果的现象，所以具有应周期性地更换膜或修复膜等缺点。
超滤是指分子大小为10～1000A Macromolecule，但可分离胶体粒子的膜分离工序。膜分离几乎受到溶质和孔径大小的支配，根据微细孔入口处的空间障碍(steric hindrance)和细孔内的溶质和细孔壁间的摩擦阻力体现分离效果。
逆渗透膜的孔径为大约10A左右，由于几乎没有细孔，通常可称作无孔膜，它是通过有机高分子形成micelle的micelle之间间隔完成物质穿过的处理。在逆渗透方法中，由于有机高分子的dielectric系数低，熔盐不易吸附于该膜上，不仅如此，在高压中溶媒水根据渗透压差比例穿过，而并非根据有效压力差穿过，由于水与熔盐相比，相对来讲容易穿过，所以将会提高分离效果。此外，逆渗透不是根据分子大小进行的分离操作，所以精密过滤或超滤一样的有机物沉着现象较少，因此，具有膜的使用寿命较长的优点。
然而，现有利用逆渗透膜的处理装置，其设备非常复杂，初期投资费用消耗多，并且对细菌的处理效果降低。
在过滤方式中，如果运用一种方式进行废水处理，当过滤膜气孔大小较小时，悬浮物质及大肠菌等处理效率将会提高，但由于容易堵塞，连续周期和更换周期将会降低，所以其维护管理较难；当过滤膜气孔较大时，虽然维护管理较容易，但由于难以去除微细悬浮物质等，最好通过前处理及后续处理概念的并行过滤方式进行处理。
【发明内容】
因此，本发明将现有废水处理装置及方法中存在的问题作为主要解决问题，为此，本发明旨在提供以较简单的设备，进行废水高级处理的系统。
此外，本发明还旨在提供上述系统处理的废水放流水回收再利用方法。
为了解决上述问题和实现上述目的，本发明包括如下结构：
引进从废水处理厂产生的废水并进行过滤的筛选槽；
将从上述筛选槽被过滤的废水进行硝化的充气槽；
去除在上述充气槽上被硝化的废水内地有机物质和氨性氮的MBR槽；
将从上述MBR槽流出的处理水利用任意硫杆菌进行脱氮处理的任意性脱氮槽；
将从上述任意脱氮槽流出处理水的C/N比进行测量的传感器；
为了去除包含在上述任意性脱氮槽流出的处理水中的残余重金属和难分解物质，而由设有200～200,000道尔顿大小孔的多孔质耐压性支撑管组成，并设有超滤膜的UF过滤槽；
最终去除包含在上述UF过滤槽流出水中的残余重金属和难分解物质的逆渗透过滤槽(或称R/O过滤槽)；
设在上述UF过滤槽和逆渗透过滤槽之间，并去除包含在流出水中的悬浮物质、重金属、难分解有机物质、恶臭等的活性炭过滤槽。
此外，本发明包括如下步骤：
将从废水处理厂产生的废水引进筛选槽的阶段；
在上述筛选槽中，第一次过滤处理水阶段；
将上述第一次进行筛选的处理水引进充气槽并进行硝化的阶段；
从上述充气槽流出的处理水引进MBR槽，并去除有机物质及氨性氮的阶段；
将从上述MBR槽流出的处理水引进任意性脱氮槽，并利用任意硫杆菌进行脱氮处理的阶段；
利用传感器将从上述任意脱氮槽流出处理水的C/N比进行测量的阶段；
将从上述任意性脱氮槽流出的处理水引进至由设有200～200,000道尔顿大小孔的多孔质耐压性支撑管组成，并设有超滤膜的UF过滤槽，去除残余重金属和难分解物质的阶段；
将从上述UF过滤槽流出的处理水引进活性炭过滤槽，并去除悬浮物质、重金属、难分解有机物质、恶臭的阶段；
从上述活性炭过滤槽流出的处理水引进逆渗透过滤槽，最终去除残余重金属及难分解物质的阶段。
另外，只要在上述传感器中测量的C/N比为5以下，上述任意脱氮槽就会在内部直接返送至充气槽。
因此，只要利用本发明的废水处理装置，无需外部碳源的注入，就可达到脱氮效果，还可获得几乎没有悬浮物质的优质处理水，并且在生物学处理中未能处理好的难分解物质等通过R/O过滤槽(或称逆渗透过滤槽)和A/C过滤槽(或称活性炭过滤槽)可提高放流标准和再利用水水质异常的去除效率。
此外，将本发明用于目前废水处理设施的后续处理设施时，由于可去除尚未处理完的微量污染物质，所以可用作回收利用水装置。
【附图说明】
图1是本发明的废水处理系统概略化示意图。
【具体实施方式】
下面通过附图和实施例，详细说明本发明内容。
图1是本发明的废水处理系统概略化示意图。如图所示，本发明由筛选槽、充气槽、MBR槽、UF过滤槽、活性炭过滤槽及逆渗透过滤槽(或称R/O过滤槽)组成。
本发明的废水再利用水处理工序结构如下：留在废水处理厂的有机物质和氮、磷等物质首先被引进筛选槽，大部分掺杂物和悬浮物质将会被进行过滤。此后，在充气槽和MBR槽中进行生物学处理工序。
详细说明如下：在充气槽中，将从筛选槽进行筛选的废水进行硝化，经过上述硝化过程的处理水C/N比低，氮成为硝氮形态。之后，在MBR槽中，利用微生物去除在上述充气槽中被进行硝化的废水中的有机物质和氨性氮。
从上述MBR槽中流出的处理水在任意脱氮槽中被进行脱氮处理，此时利用任意硫杆菌进行脱氮处理。根据具体情况，如果利用异养和自养同时可行的任意硫杆菌进行脱氮处理，就几乎100％去除有机物质和氮。在此过程中，现有技术由于C/N比低，利用甲醇等外部碳源，但本发明将水中的硫磺和少量有机物质用作碳源，所以具有节约能源和解决除氮等优点。
通常而言，生物学异养生物脱氮反应作为供电子体，利用有机碳源，所以为了通过异养生物脱氮处理有效去除氮，废水内应含有充足量的有机物。然而，国内废水的特点是氮浓度比有机物浓度相对高，所以为了处理氮，通过注入甲醇等外部碳源，进行异养生物脱氮处理。
利用硫杆菌的硫磺脱氮工序的缺点之一碱也为了完善其消耗，通过同时进行自养/异养生物脱氮处理，本发明利用了有利于脱氮效率和经济效率的方面。为了去除氮，废水中的氮浓度比有机物浓度高时，曾经利用价格高的有机物(甲醇等)去除氮，但与此相反，本发明利用进行硝化后的低廉硫磺和少量有机物，并同时利用自养和异养生物进行脱氮处理，通过后脱氮工序去除氮，所以该工序是适用于C/N比低且被硝化废水的脱氮工序。
本发明利用比外部碳源价格低廉的硫磺粒子进行脱氮处理，并投入少量外部碳源进行自养生物脱氮处理时，被破坏的碱度及自养微生物脱氮处理时二氧化碳的供应、并引导异养生物和自养生物同时进行脱氮处理，由此减少反应器内自养微生物脱氮处理时流入的硝氮过负荷现象，并提高脱氮速度。与异养生物硝化不同，投入的有机物将不会留在流出水中，并以少量的有机物也可同时进行自养和异养生物硝化处理，因此可达到几乎100％去除脱氮效果。
通过生物学处理和超滤膜去除工厂、畜牧农家、家庭等处流出的废水内残留BOD及TOC、SS等物质。通过表1显示如下：
分类 原水 MBR处理水 MBR去除率(％) CODO2 (mg/L) 42.5 (33.4-54.2) 23.3 (17.0-31.4) 44.8 (18.6-60.9)) TOC (mg/L) 17.8 (13.2-20.2) 11.4 (8.7-15.2) 36.1 (23.2-45.5) BOD (mg/L) 11 (3.0-21.0) 5.8 (2.0-17.0) 51.5 (0-88.9) CODMn (mg/L) 18.8 (14.0-24.0) 14.4 (12.0-18.0) 27.5 (5.3-38.1) T-N (mg/L) 7.0 (4.5-9.6) 6.4 (4.1-8.5) 4.8 (0-11.5) T-P (mg/L) 0.7 (0.3-0.9) 0.5 (0.1-0.8) 34.6 (4.1-98.8) 浊度 (NTU) 2.3 (1.6-3.7) 0.039 (0.027-0.06) 98.3 (97.2-99.0)
表1：本发明生物学处理槽的流入废水各种成分处理效果
在上述生物学处理单元中使用的硫杆菌最好是完全自养微生物或任意自养微生物。
此时，硫杆菌(Thiobacillus)中的完全自养微生物最好是在Thiobacillus ferrooxidans、Thiobacillus albertis、Thiobacillus prosperus及Thiobacillus thiooxidans中选择1种或2种以上的混合物。
此外，硫杆菌中的任意自养微生物最好是在Thiobacillusacidophilus及Thiobacillus cuprinus中选择1种或2种以上混合物，但并不局限于此。
通过测量从上述任意性脱氮槽流出处理水的C/N比，只要5以下，就在内部直接返送至充气槽。这是为了更加正确和有效地进行脱氮处理。
在超滤槽中将会处理通过上述过程尚未处理完的难分解有机物或重金属等。上述超滤槽设有由200～200,000道尔顿大小孔形成的多孔质耐压性支撑管组成的超滤膜，其材料可使用耐热、耐酸性、机械性能优良的高分子材料-聚醚砜。通过上述超滤槽的废水处理是往内侧覆有膜的多孔质耐压性支撑管以加压方式注入污泥，并通过支撑管外侧穿过的处理水集中的方式进行。
上述超滤膜执行持有选择性的障碍作用。因此，只要使用具有上述大小孔的超滤膜，就可有效去除具有300～500,000道尔顿左右分子量的有机物质、重金属等，而具有比上述大小小的分子量的物质，就当作是已净化成大体上满足的程度，所以可自由地进行投入处理。
本发明中的超滤槽是在水中设有管形状的过滤膜，通过耐压性支撑管内提取污泥，并且通过上述支撑管外侧穿过处理水，所以废水中的大部分难分解性有机物或重金属等通过隔膜被去除，可获得稳定水质的处理水，具有结构简单，设置、维护及维修容易等优点。
通过活性炭过滤槽，将会去除经过上述超滤工序也尚未能去除的最后重金属和难分解物质。通过活性炭过滤槽去除后，最终对逆渗透膜造成恶劣影响的TOC等有机物成分就会降至最少。
如下表2所示，通过活性炭过滤槽(或称A/C过滤槽)减少难分解有机物时，水质将会达到可直接放流的程度。
表2.通过A/C过滤槽(A/C Filter)的有机物、重金属去除效率
只要依照本发明的废水处理系统和方法，与现有的生物学处理方法或利用膜的处理方法相比，由于利用更加简单和成本低的设备，并通过生物学处理及利用UF，可去除废水中的残留BOD及TOC、SS等物质。此外，通过活性炭过滤器去除尚未处理完的难分解有机物等，最终可将对逆渗透膜造成恶劣影响的有机物成分即TOC成分降至最少，并且可确保稳定的生产水水质和浓缩水水质。生产水用于再利用水，而浓缩水无需经过另行处理工序便可直接放流。
本发明作为无需注入氧化和凝固用化学药品的方式，并且不需要附加地通过化学污泥和药品进行PH调节，所以与现有的化学方法相比，更加容易进行维护管理，并且可降低费用。