專利名稱：水處理設備及使用該水處理設備的水處理程序的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種水處理設備，特別是涉及一種結合沉降、過濾與生物接觸曝氣機制的水處理設備及凈水程序。
背景技術：
通常實施原水、污水或廢水處理的目的不外乎凈化水質使其符合生飲標準，或放流標準。前者無論水源為例如海洋、河川、井水或雨水等，一般均采用逆滲透法做為凈水手段。后者則視待處理的污、廢水來源而可采用厭氧的化學處理法，及好氧的活性污泥法與生物接觸曝氣法等，或其組合以達到所要求的放流標準；例如畜牧場污水、廢水的處理經常合并使用化學混凝沉降法與活性污泥法或生物接觸曝氣法。
然而，無論以逆滲透法凈化原水，或以化學混凝沉降法處理各種生產事業的污水、廢水，雖然都可以達到相當程度的凈水效果，卻都必須使用化學藥劑，在長期的大量處理過程中，都會消耗大量藥品，亦造成所產生的污泥量多且其中殘留化學藥劑而可能具有毒性，所以無法直接當作有機肥料使用，亦不宜直接掩埋，而必須進一步做處理，導致處理成本的增加。此外，上述方法凈化水質的效率相當有限，以逆滲透法為例，經過處理可供生飲的出水量只有達入水量的30％左右，產生的廢水加重比值則達70％左右。
另外，活性污泥法雖然具有對環境較友善以及基質混合均勻、操作彈性佳和設備成本低等優點，然而因其污泥在處理過程中相當程度地膨脹且量多，所以需對膨脹的污泥做減容積處理，不利于處理大量污水、廢水的操作。至于改良活性污泥法而成的生物接觸曝氣法相對的有生物相豐富、污泥量少且易沉降的優點，卻有接觸濾材易阻塞、操作缺乏彈性等問題。
雖然已有合并活性污泥法與生物接觸曝氣法以處理屠宰場污水、廢水的方式被提出，亦獲得相較于單純的活性污泥法可以減少約1/3的污泥量，然而在大量處理時，所產生的污泥量仍然相當擾人，需有進一步減少污泥容積的操作。因此，現有的水處理設備受到產生大量待進一步處理污泥的限制，所配置的沉淀池最多只能處理500～2000公噸的水，規模多少受到限制。
而，逆滲透法雖然處理的原水相對含雜質少或受污染程度較輕，但是，以河水、井水為例，在前處理階段就需先經過除砂石與異物、殺菌、除氯和凝集沉淀、除濁等步驟。此外，受到工業放流水及空氣污染的影響，該等原水中亦含有許多的重金屬，所以原水為海水，其中除含鹽以外，汞和鉛等金屬的含量亦高，而這些都是長期無法經由逆滲透而被除去的。

發明內容本發明的主要目的是在提供一種處理速度快，處理量大，產生的污泥量既少又能直接當做有機肥料使用，同時所能處理的水源種類廣泛的水處理設備。
為達成上述目的，本發明提供一種水處理設備，其至少包含一過濾單元及一生物接觸曝氣單元，其特征在于該過濾單元至少包含一具有一沉淀污泥的漏斗底座和一過濾槽的快速凈水過濾機；該生物接觸曝氣單元至少包括一由至少一水下生物膜接觸部和至少一水上生物膜接觸部所組成的生物接觸曝氣池。
所述的水處理設備，其特征在于該水處理設備更可包括有一沉淀單元，該沉淀單元至少包含一具有圓筒狀本體的沉淀池，且其具有至少一循環運轉的刮泥裝置。
本發明的水處理設備，以一過濾單元、一生物接觸曝氣單元和一沉淀單元組合成一種結合沉降。過濾與生物接觸曝氣機制的水處理設備，上述生物接觸曝氣池借其所具有的水上生物膜接觸部，以增加待處理水的溶氧量，使得流至水下生物膜接觸部的微生物獲得更高的供氧量，有利于微生物培養及微生物分解水中所溶解的雜質效率。
再者，上述生物接觸曝氣單元可進一步具有一氣瀑產生裝置，是利用一鼓風機打入空氣，使其由設在該等生物接觸曝氣池底的氣瀑出口送氣而形成由下向上升的氣瀑，借以增加各該生物接觸曝氣池水下接觸部的溶氧量。
本發明水處理設備中，是以該過濾單元及/或沉淀單元取代一般處理原水所使用的含化學藥劑的前處理池與砂濾機等設備，或處理污水、廢水所使用的化學處理池及/或活性污泥池等，而成為一種完全不使用化學藥劑的水處理設備。
本發明污泥過濾單元中所使用的快速凈水過濾機為一種現有的結構。利用該快速凈水過濾機可以使待處理水在此單元中同時進行沉淀與過濾作用，也就是其中的污泥先沉淀在該漏斗底座，經過該初步沉淀作用后，上層水進入過濾槽濾除懸浮雜質，從而減輕后續接觸曝氣處理的有機負荷。
而，為維持快速凈水過濾機中濾紗的有效過濾功能，本發明除可自動定時逆洗時間外，于其上可進一步加裝一超音波振蕩裝置90，借以在逆洗過濾槽的清洗程序中配合超音波振蕩作用，快速而有效率地清洗過濾槽中的濾紗。
本發明提供的一種水處理設備用的生物接觸曝氣單元，其特征在于至少包含一由水下生物膜接觸部和水上生物膜接觸部所組成的曝氣池，且該水上生物膜接觸部為使藻類生長，借以增加待處理水的溶氧量。
另，本發明生物接觸曝氣單元可以視待處理水水源而由一個或一個以上的生物接觸曝氣池組成，其中各生物曝氣池可由一前曝氣槽和一后曝氣槽構成一組，且二者可相為同或不同，但是至少其中一槽同時包括水上生物膜接觸部和水下生物膜接觸部。
上述水上生物膜接觸部的接觸濾材不浸入水中，而水下生物膜接觸部的接觸濾材則完全浸在水里。該水上生物膜接觸部采用適合藻類附著生長的PP、PE或木質濾材，以木質濾材較佳；另外，在濾材上方設置復數個噴水頭，借以使待處理水在從噴水頭被噴出至接觸該木質濾材的過程間，先接觸空氣進行第一階段溶氧；及至接觸木質濾材時，水中所含有的氧化物可提供藻類生長所需，再利用藻類的光合作用產物進一步使流經該木質濾材的水進行第二階段溶氧；如此，就可使流入水下生物膜接觸部的待處理水有較高的溶氧量。再者，該水上生物膜接觸部以使木質濾材距離水下生物膜接觸部的水面約50cm～100cm為宜。另，水下生物膜接觸部是采用PP、PE、PVC等塑料質濾材或木質濾材，并以氣瀑生成裝置增加溶氧量。
本發明的一種水處理設備用沉淀池單元，其特征在于其具有一圓筒狀本體，及一架設在該本體上持續循環轉動的刮泥裝置，且該圓筒狀本體底部設有一環狀的集泥用U型導泥溝，借以有效地清除池底污泥。
此外，上述沉淀池圓筒狀本體進一步設有一自池底中央向上延伸的柱體以供上述刮泥裝置架設于其上，做為樞轉支點。再者，該柱體在近池頂處并設有一環繞該柱體的漏斗狀集泥槽，供將沉淀出的污泥收集在池頂，借以避免其受刮泥器轉動的干擾再度分散至水中，如此就可提高池淀池的除泥效率。而，為了防止進入沉淀池的水流干擾沉淀池的圓筒狀本體內所進行的沉淀作用，該圓筒狀本體內，集泥槽的外圍，進一步可設有一環狀擋流板。
由于本發明水處理設備是使用物理性的過濾。沉淀與生物性的接觸曝氣除泥，過程中并未使用活性污泥池，而且因本發明所使用的快速凈水過濾機在濾除懸浮雜質的同時也造成自然存在待處理水中的微生物大量流失，因此在新啟用的水處理設備中，曝氣池中微生物的來源是由第一批次的待處理水經多日曝氣加速培養而得，其后，則除曝氣池培養外，尚可將沉淀池所排出的污泥部分回流至曝氣池以提高微生物的濃度。因此，本發明生物接觸曝氣階段所使用的微生物將視待處理水的來源而定，也就是一般的活性污泥中常見微生物，如草履蟲(Paramecium aurelia)、卑怯管葉蟲(Trachelophyllum pusillum)、有肋楯纖蟲(Aspidisca costata)、小口鐘蟲(Vor-ticella microstoma)、褶累枝蟲(Epistylisplicatilis)、溝鐘蟲(Vorticella convallaria)、游仆蟲(Euplotespatella)、集蓋蟲(Opercularia coarctata)、鉤刺斜管蟲(Chilodonella uncina-ta)、裸口目(Hemiophrys fusidens)、白鐘蟲(Vorticella al-ba)、螅狀獨縮蟲(Carchcesium polypinum)、游仆蟲(Euplotes mocbiusi)、草履蟲(Paramecium trichium)、游仆蟲(Euplotes affinis)、斜管蟲(Chilodonella cucullulus)、全毛蟲(Drepano-monas revoluta)、鐘形蟲(Varticella striatarevoluta)、豆形蟲(Colpidium colpoda)及小型鞭毛蟲等。其中，在海水淡化處理時以使用小型鞭毛蟲、全毛蟲、斜管蟲、裸口目、白鐘蟲、熄狀獨縮蟲、游仆蟲、草履蟲、游仆蟲、卑怯管葉蟲等做為生物接觸曝氣處理菌種為佳；而在污水、廢水凈化處理中則以使用一般的活性污泥微生物為佳，例如卑怯管葉蟲、有肋楯纖蟲、小口鐘蟲、溝鐘蟲、集蓋蟲、鉤刺斜管蟲、熄狀獨縮蟲、鐘形蟲、豆形蟲、紅蟲等。
本發明水處理設備可依待處理水的來源而將快速污泥過濾單元、生物接觸曝氣單元及污泥沉淀單元做不同組數與安裝順序的組合，亦可視需要而增設例如，攔污柵以除去待處理水中中大型雜質和油質等，或污泥脫水機以降低污泥體積。舉例而言，當待處理水的水源為海水時，可將一第一快速過濾機、至少一組包含水下生物膜接觸部和水上生物膜接觸部的曝氣池、一圓筒狀沉淀池、一污泥脫水機和一第二快速凈水過濾機依序連結而構成一海水處理設備。另外，若待處理水為家庭污水時，可在前述海水處理設備第一快速過濾機前加裝一攔污柵而構成民生污水處理設備；亦可以將一攔污柵、一第一圓筒狀沉淀池、至少一組包含水下生物膜接觸部和水上生物膜接觸部的曝氣池、一第二圓筒狀沉淀池、一污泥脫水機和一第二快速凈水過濾機依序連結而構成工業污水、廢水處理設備。
由于本發明水處理設備是使用物理性的過濾。沉淀與生物性的接觸曝氣除泥，所以相較于現有的化學處理法或活性污泥法，水處理過程所產生污泥量少而且不含有毒的化學藥劑，而且所生成污泥可部分回流至接觸曝氣池中以維持微生物濃度，其余則可直接供做栽植植物，或施以簡單的脫水后做成有機肥料，既可減少化學藥劑的用量，省略污泥處理程序而大幅降低水處理成本，而且完全不增加環境的負擔，符合環保需求。
本發明水處理設備可應用在原水的處理上，使經過處理就可符合生飲標準的出水量高達入水量的99％；應用在家庭污水或工業廢水的處理時，不只可達到放流標準，甚至可以再循環使用。

下面結合附圖及實施例對本發明進行詳細說明圖1是本發明所使用的快速凈水過濾機構造示意圖。
圖2是依據本發明海水淡化裝置的系統結構圖。
圖3是本發明所使用的圓筒型本體沉淀池的詳細構造4是依據本發明污水、廢水凈化裝置的一實施例系統結構圖。
圖5是依據本發明污水、廢水凈化裝置另一實施例系統結構圖。
具體實施方式有關本發明水處理設備、特點與功效，將配合圖式所示的較佳實施態樣做詳細說明。另，以下實施例是指水處理裝置并非新啟用狀態。
第一實施例海水淡化裝置如圖2，為依據本發明的海水淡化裝置。海水淡化裝置1包括一第一過濾機11，一第一接觸曝氣池12和一第二接觸曝氣池12’，一沉淀池13、一污泥脫水機14，和一第二過濾機15及一逆洗儲水槽16。
將海水導入第一過濾機11的漏斗底座111。海水中所含比重較高的雜質沉降在漏斗底座111；當水位超過漏斗底座111頂端時，上層水進入過濾槽112，進一步利用設于過濾槽內過濾孔徑約為5微米(μm)的濾心112a除去懸浮固體，有效降低水中的懸浮固體量(SS)及總溶解固體(TDS)。然后將海水從過濾槽112的出水管113送入第一接觸曝氣池12；于自動化設定逆洗的時間內，一并激活超音波震蕩裝置90，將懸浮物震蕩沉淀在漏斗底座111內，再將雜質從下方的排泥管114排出。
本實施例中接觸曝氣單元包括兩組接觸曝氣池12，12’，分別由一只具有水下生物膜接觸部的前曝氣槽121，121’，及一包括水上生物膜接觸部和水下生物膜接觸部的后曝氣槽122，122’所組成。前曝氣槽121，121’及后曝氣槽122，122’中皆堆棧有復數個塑料材料的水下生物膜接觸濾材123；后曝氣槽122，122’分上、下半部，下半部如前所述堆棧有復數個塑料材料的水下生物膜接觸濾材123，上半部則是在水面上方設置復數個木質水上生物膜接觸濾材124。
當水逐漸從第一過濾機11出水管113流入第一曝氣池12的前曝氣槽121時，激活氣瀑產生裝置125，用鼓風機125a打入空氣并經由送氣管125b送氣至設在接觸曝氣池底部的復數個氣瀑出口125c，借排出的空氣在槽底形成氣瀑以增加海水的溶氧量，借而加速微生物在蜂巢式水下生物膜接觸濾材123上以及水中的生長，提高微生物分解水中溶解雜質的效率。然后，將含有在前曝氣槽121中所培養懸浮微生物的海水經由灑水裝置126的吸水管126a送至后曝氣槽122。
當含有懸浮微生物的海水從設在槽頂復數個灑水頭126b被噴灑下來時，在到達木質板條狀的水上生物膜接觸濾材124前就先與空氣接觸而產生溶氧作用；木質124則在海水通過后形成適合藻類附著生長的環境，再進一步利用藻類的光合作用產物供給通過木質124的海水另一溶氧源。然后海水流入后曝氣槽122的下半部進行第二階段的微生物培養，同時進行海水中所溶解雜質的分解。
在本實施例中，第一接觸曝氣池12的后曝氣槽122在其下半部與第二接觸曝氣池12’的前曝氣槽121’相鄰的側壁上開設有一個出水孔C，使二者形成連通。因此，流入后曝氣槽122的海水在水位達到出水孔C的高度后，逐漸流入第二曝氣池12’的前曝氣槽121’，開始另一個生物膜接觸曝氣行程。
第二接觸曝氣池12’除前曝氣槽121’以出水孔C和第一接觸曝氣池12后曝氣槽122的下半部連通，且后曝氣槽122’下半部以出水管127連接沉淀池13外，其余構造及功能均與第一接觸曝氣池12相同。出水管127直接延伸進入沉淀池本體內。
如圖3，本發明沉淀池13的構造是經過特殊設計，也就是圓筒狀本體131中央設有一自底部向上延伸的柱體131a，池底設有一環繞柱體131a的U型導泥溝131b。另外，一刮泥器132的一橫桿132a以柱體131a為支點，兩端朝池壁方向延伸，各端并以滾輪架設在圓筒狀本體131的側壁上。刮泥器132并在橫桿132a上架設有一對朝下延伸的支架132b，各支架終端近池底處U型導泥溝131b兩側則設有刮刀132c。
此外，一吸泥管133固設在刮泥器132上，其一端的吸泥頭133a伸入U型導泥溝131b底部，另一端的出泥口133b則伸入設在圍繞柱體131a近池頂處的一個集泥槽134中，以虹吸原理或馬達快速抽取，將U型導泥溝131b內的污泥吸至集泥槽134。集泥槽134的槽底有一連通污泥脫水機14的排泥管134a。另外，在集泥槽134外周設有環繞生物膜接觸曝氣單元出水管127的出水口擋板135以防止持續流入沉淀池海水的水流干擾沉淀作用的進行。如圖所示，擋板135是利用頂部的支撐臂135a架設在柱體131a上。
從第二接觸曝氣池12’出水管127送入沉淀池13的海水包含大量的懸浮微生物及自前述生物接觸曝氣單元的水下生物膜接觸部脫落的老化生物膜，在此經過沉淀后，含微生物的活性污泥沉淀在池底并借刮刀132c而被集中到U型導泥溝131b而為吸泥管133吸至集泥槽134再經排泥管134a送至污泥脫水機14進行脫水。同時，部分活性污泥經由回流管134b送回第一曝氣池12的前曝氣槽121中，供做后續處理的微生物來源。而，沉淀池13上層的水則經由排水管136排放至第二過濾機15以進行第二次過濾而獲得符合生飲標準的飲用水。
本實施例中，第二過濾機15構造與第一過濾機11相同，且二者由同一逆洗儲水槽16供給清洗濾紗的逆洗水。
本實施例在各處理階段取樣的水質檢測結果如表1所示表1
根據上述水質檢測結果可知，經過本實施例的海水淡化裝置處理后，最終水質雖然從原海水的無微生物菌落狀態變成可測得總菌落數40CFU/L，但此數值仍遠低次自來水標準值的100CFU/L。除此，無論就那一個檢測項目而言，最終水質已遠優于自來水標準值，達到飲用標準。
第二實施例污、廢水凈化裝置如圖4，為依據本發明污、廢水處理裝置的示意圖。如圖3，污水處理裝置2是以一欄污柵21取代海水淡化裝置1中第一過濾機11，系統中其它構成單元則相同。圖3中組件編號和圖2中類似編號意義相同。
在本實施態樣中，當待處理的水源為家庭污水時，污水經過攔污柵21攔除中大型雜質及油脂后，從出水管211直接被送入第一接觸曝氣池22前曝氣槽221，其后的處理過程則和第一實施態樣相同。
經過本發明污、廢水凈化裝置處理過的水質，在各處理階段取樣檢測所得結果示于表2。
表2
根據表2結果可知，家庭污水若以本實施態樣的污、廢水凈化裝置處理，在B04階段，也就是經過攔污柵、生物接觸曝氣單元及沉淀池處理后的水質就已達到排放標準，當進一步經過本發明所使用的過濾機的沉淀。過濾作用后，最終水質在各檢測項目的結果均優于自來水標準值，達到飲用標準。
表1的S03、S04，和表2的B02、B03的水質檢測結果顯示，本發明的生物接觸曝氣單元確實可以透過水上生物膜接觸部而有效促進微生物生長與分解水中所溶雜質的效率。
此外，表1的S05及表2的B04水質檢測結果證實，本發明沉淀池圓筒狀本體使得刮泥裝置可以持續地循環刮泥，相較于現有方形沉淀池的刮泥裝置，除泥效果改善許多。尤其，沉淀出的污泥被收集在池頂的集泥池，而無受到刮泥裝置或入水水流干擾再度分散至水中的困擾，更進一步地提高了池淀池的除泥效率。
再者，從表1S06及表2B05的水質檢測結果可知，無論經過沉淀池的沉淀作用后，水中殘留有多少微生物，都可以借本發明所使用快速凈水過濾機十分有效地加以濾除。
當使用本發明水處理裝置以凈化污染程度較高，例如工業廢水或畜牧廢水時，亦可在生物接觸曝氣單元前先后使用攔污柵和快速凈水過濾機，或者先后使用攔污柵和圓筒型沉淀池，再接著以生物接觸曝氣單元進行處理，其裝置及流程的一例示于圖5。
和現有的飲用水處理方法，如R.O逆滲透法和蒸餾法相比，利用本發明水處理裝置及水處理程序完全沒有造成二次公害，且以海水制造飲用水的制水量達到99％，完全不浪費，淡化后的水質更只有含0～0.01％的鹽，且全無SS雜質，明顯優于現有的方法。
權利要求
1.一種水處理設備，其至少包含一過濾單元及一生物接觸曝氣單元，其特征在于該過濾單元至少包含一具有一沉淀污泥的漏斗底座和一過濾槽的快速凈水過濾機；該生物接觸曝氣單元至少包括一由至少一水下生物膜接觸部和至少一水上生物膜接觸部所組成的生物接觸曝氣池。
2.如權利要求1所述的水處理設備，其特征在于該水處理設備更包括有一沉淀單元，該沉淀單元至少包含一具有圓筒狀本體的沉淀池，且于該本體內至少設有一刮泥裝置。
3.如權利要求1或2所述的水處理設備，其特征在于在該過濾單元及生物接觸曝氣單元、沉淀單元的前方分別加設一攔泥柵。
4.如權利要求1或2所述的水處理設備，其特征在于該生物接觸曝氣池至少包含一個由水下生物膜接觸部與水上生物膜接觸部共同組成的曝氣槽。
5.如權利要求1或2所述的水處理設備，其特征在于該水下生物膜接觸部的濾材是塑料材料。
6.如權利要求1或2所述的水處理設備，其特征在于該水上生物膜接觸部的濾材是木材材料。
7.如權利要求2所述的水處理設備，其特征在于該沉淀池的圓筒狀本體底部設有一環狀U型導泥溝。
8.如權利要求7所述的水處理設備，其特征在于具有一設在該沉淀池頂處的集泥槽及連通該集泥槽到沉淀池底部的吸泥管。
9.一種水處理程序，其利用上述權利要求1至8項中任一項的水處理設備而實施凈水處理的程序。
10.一種水處理設備用的生物接觸曝氣單元，其特征在于至少包含一由水下生物膜接觸部和水上生物膜接觸部所組成的曝氣池，且該水上生物膜接觸部為使藻類生長，借以增加待處理水的溶氧量。
11.如權利要求10所述的生物接觸曝氣單元，其特征在于該曝氣池的水下生物膜接觸部是利用一氣瀑產生裝置自該曝氣池底供給空氣做為溶氧來源，而該水上生物膜接觸部則以設在該曝氣池頂的灑水裝置送出待處理水，借以在待處理水接觸該水上生物膜接觸部前與空氣接觸而獲得溶氧源。
12.如權利要求10所述的生物接觸曝氣單元，其特征在于該水下生物膜接觸部濾材是塑料材料，而該水上生物膜接觸部濾材是木材材料。
13.如權利要求11所述的生物接觸曝氣單元，其特征在于該水下生接觸濾材為一種蜂巢式生物膜，而該水上生物膜接觸濾材則為一種板條狀生物膜。
14.如權利要求10所述的生物接觸曝氣單元，其特征在于該水上生物膜接觸部是設在水面上50～100公分。
15.一種水處理設備用沉淀池單元，其特征在于其具有一圓筒狀本體，及一架設在該本體上持續循環轉動的刮泥裝置，且該圓筒狀本體底部設有一環狀的集泥用U型導泥溝。
16.如權利要求15所述的水處理設備用沉淀池單元，其特征在于該圓筒狀本體進一步設有一自底部中央向上延伸的柱體以供該刮泥裝置架設于其上，并以該柱體為樞轉支點。
17.如權利要求16所述的水處理設備用沉淀池單元，其特征在于進一步在該柱體近池頂處設有一環繞該柱體漏斗狀集泥槽，借以將污泥收集在池頂。
18.如權利要求17所述的水處理設備用沉淀池單元，其特征在于進一步于該圓筒狀本體側壁與集泥槽間設有一環狀擋流板。
全文摘要
一種結合沉降、過濾及生物接觸曝氣機制的水處理設備，其包含至少一具有沉淀污泥用的漏斗底座及過濾槽的污水過濾機，和至少一圓筒狀沉淀池，以實施沉降、過濾，以及至少一具有水上和水下生物膜接觸部的曝氣池，以進行合并快速過濾與生物接觸曝氣的原水或廢水處理。本發明的水處理設備處理速度快，處理量大，產生的污泥量既少又能直接當做有機肥料使用。
文檔編號C02F9/14GK1569696SQ0317878
公開日2005年1月26日 申請日期2003年7月23日 優先權日2003年7月23日
發明者鄭建榮, 蕭從信, 王興根 申請人:鄭建榮, 蕭從信, 王興根