環境資料庫標準系統之規劃與發展

Size: px

Start display at page:

Download "環境資料庫標準系統之規劃與發展"

勉融
5 years ago
Views:

1 薄膜生物反應槽在生活污水與工業廢水上的應用王建明, 弘光科技大學環環境與安全衛生工程系助理教授蘇倚暄, 弘光科技大學環境工程研究所碩士班研究生陳沛丞, 弘光科技大學環境工程系專題生摘要薄膜生物反應槽 (Membrane bioreactor, MBR) 為一結合活性污泥程序和過濾程序於一池 ; 透過有效的曝氣來培養活性污泥, 並透過一組超過濾薄膜模組來達到固液分離的目的本實驗的主要目的為 (1) 測試 MBR 程序對生活污水和工業廢水的處理效果,(2) 探討 MBR 對工業廢水中含氮物質的去除效果兩種廢水對於去除 SS 的效率幾乎都達到 100%, 可知並沒有因為不同廢水特性而改變 SS 的去除效率 ; 在 COD 方面, 生活污水在 117 小時後已達穩定狀態, 去除率為 100%; 工業廢水在 360 小時後才逐漸穩定, 去除率達到 93% 由此得知, 生活污水的 COD 去除率較好, 推測原因有可能是生活污水廢水性質比較單純, 而工業廢水中含有較多的化學成分, 所以穩定時間也來的比較慢至於 ph 降低的原因, 可能是在進行硝化作用, 使鹼度降低, 造成 ph 下降在 MBR 出流水中, 氨氮起伏變化較大, 有可能是生物活性變化所造成在 MBR 系統中的總氮較原水來的高, 應是系統處於硝化狀態下所造成關鍵字 : 薄膜生物反應槽生活污水工業廢水氨氮總氮一前言當今廢污水處理, 大部分都是使用傳統的生物程序或混凝程序, 而前者的缺點是佔地面積大, 後者的缺點是需要花費大量的藥品如表一為傳統方法與 MBR 技術之比較 ; 然而薄膜生物反應槽 (MBR) 技術係結合活性污泥程序與過濾程序於一池, 藉由曝氣來培養活性污泥由於薄膜程序可同時去除各種有機及無機物質, 相較其他物化程序具有更多彈性, 並可作為傳統高級物化程序的替代程序, 為現階段最具潛力的廢水回收再利用技術 (Richard, 2004) 目前 MBR 技術已應用至都市生活污水處理垃圾掩埋場滲出水處理畜牧廢水處理工業 ( 食品化學 ) 廢水處理等方面 1

2 生活污水即為民生日常用水, 主要是來自人體排泄物盥洗用水等民生用水, 因此都市生活污水水質組成較為簡單根據 ( 郭氏,1996) 對台灣地區都市生活污水水質分析結果,COD 濃度約 200mg/L( 大多為微生物可分解有機物 ), 氨氮約 24 mg/l, 總磷約 4 mg/l, 正磷酸鹽約 2.5 mg/l 工業廢水主要是來自高科技廠電鍍染整化工等之廢水結合, 其相對之水質也都來的比生活污水高表 1. 傳統方法與 MBR 比較 (Tom,2000) 傳統活性污泥進流水調勻池無氧槽好氧槽沉澱池放流水迴流污泥廢棄污泥 MBR 進流水調勻池無氧槽好氧槽 ( 含沉浸式中空濾膜 ) 放流水空間需求大不需沉澱設備故較小土木建設費高曝氣量較小需迴流污泥需增加土地面積故不易擴充操作良好效率佳, 須避免負荷過高可節省建設費用增加濾膜材料費曝氣量較大不需迴流污泥提升污泥濃度即可增加處理污水量水質穩定效果佳受進流負荷突增之影響小, 具物理性消毒作用處理體積負荷高處理體積負荷低視污泥穩定性來判定, 處理水質不穩定須有專人全天候監控, 需隨時觀察操作狀況, 避免突發狀況發生不受污泥沉降性影響, 處理水質佳主要為濾膜之維護, 但膜之替換相當方便故易於管理處理污泥花費大人事費可減少污泥處理費用需增加薄膜材料費污水中氮的來源, 生活污水主要為人體所排出之蛋白質代謝物, 並以有機氮與氨氮之形式存在, 工業廢水中來源是化學藥品中的提供 ; 而有機氮中生物可分 2

解部分必須先經水解氨化成為氨氮, 在併同原來生污水中之氨氮, 經由生物處理程序中的 Nitrosomonas 及 Nitrobacter 等自營菌, 在好氧狀態下部分合成為細胞, 部分則由硝化菌將氨氮氧化成為亞硝酸鹽氮, 再氧化為硝酸鹽氮, 此步驟稱為微生物的硝化反應之後再於缺氧狀態下, 以硝酸鹽為電子接受者產生增殖所需之能量, 同時將硝酸鹽還原成氮氣, 逸散於大氣中, 達到最終脫氮之目的 (

3 解部分必須先經水解氨化成為氨氮, 在併同原來生污水中之氨氮, 經由生物處理程序中的 Nitrosomonas 及 Nitrobacter 等自營菌, 在好氧狀態下部分合成為細胞, 部分則由硝化菌將氨氮氧化成為亞硝酸鹽氮, 再氧化為硝酸鹽氮, 此步驟稱為微生物的硝化反應之後再於缺氧狀態下, 以硝酸鹽為電子接受者產生增殖所需之能量, 同時將硝酸鹽還原成氮氣, 逸散於大氣中, 達到最終脫氮之目的 ( 康, 2002) 圖 1. 為氮的循環圖 1. 氮的轉換 ( 康,2002) MBR 的型式有管壓式和沉浸式兩種, 此次研究主要是使用沉浸式 MBR, 如圖 2 所示圖 2. 沉浸式 MBR ( 工業技術研究院,2008) 另外薄膜種類又分為不織布中空纖維 MF UF 等, 不同之種類相對去除效率也來的不一樣表二為不同廠牌之絲膜種類與孔徑資料當絲膜操作到一定程度時, 常會發生組塞與結垢, 洗滌絲膜的方法為物理性洗滌和化學性洗滌, 物理性洗滌主要分為正反沖洗, 而化學性洗滌主要為藥洗方法, 藥洗之藥品分為次氯酸鈉檸檬酸氫氧化鈉等種類 3

4 本實驗的主要目的為 (1) 測試 MBR 程序對生活污水和工業廢水的處理效果,(2) 探討 MBR 對工業廢水中含氮物質的去除效果表 2. 絲膜廠牌與孔徑 Manufactures Zenon(Canada) Puron (Germany) Mitsubishi(Japan) Kubota(Japan) Toray(Japan) 工研院 ( 康那香 ) 膜天 (China) Type Holly Fiber 0.04μm Holly Fiber 0.04μm Holly Fiber 0.04μm Plate 0.4μm Plate 0.04μm Plate 30~100μm Plate and Holly Fiber 0.04μm 二材料與方法 2.1 廢水來源本實驗所採用的廢水來源有兩股 : 一股為來自弘光科大教學暨實驗大樓之生活污水 ; 而另一股廢水則是採集自中部某園區之工業廢水, 表 3. 為廢水基本性質表 3. 廢水基本性質項目生活污水工業廢水 ph 導電度 (μm/cm) COD(mg/l) SS(mg/l) 設備本研究所用之薄膜生物反應槽為一自行設計的橢圓形玻璃纖維 (FRP) 槽體, 具有抗酸鹼的特性, 處理量可達 3CMD; 流量約 1.7L/min, 體積約為 0.5 噸 MBR 的主要單元包括薄膜系統污水進流裝置曝氣及供氧裝置排泥管溢流管液位控制器污泥迴流系統定量泵污泥逆洗裝置過濾泵 ( 自吸式 ) 電磁式 4

3 分析方法監測項目包括污水中的懸浮固體物 (SS) COD 氨氮 (NH4-N) 總氮 (TN) 等以上各監測項目的標準分析方法如表 4.

5 鼓風機 ( 可調流量 ) 空氣流量計流量計 ( 面積式 ) 微壓表和機電控制盤等 ( 如圖 3 所示 ) 圖 4 為槽體蓄水及曝氣操作時的狀況圖 3. MBR 槽體外觀圖 4. 槽體蓄水及曝氣操作 2.3 分析方法監測項目包括污水中的懸浮固體物 (SS) COD 氨氮 (NH4-N) 總氮 (TN) 等以上各監測項目的標準分析方法如表 4. 所列硝酸根 (NO - 3 ) 離子及亞硝酸根 (NO - 2 ) 離子的分析係以離子層析儀 (DIONEX-DX100,USA) 為之, 目的用於換算硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮的含量在操作過程中 ph 溫度流量及 MLSS 等參數都將進行監測 5

04μm 四結果與討論 4.1 SS 之變化情形圖 6. 為學校生活污水以 MBR 處理後, 放流水中 SS 的變化情形基本上,MBR 可有效降低 SS 至偵測極限以下, 去除率幾乎達到 100%, 其處理效果優於目前學校的放流水從圖 7.

6 表 4. 分析方法監測項目懸浮固體物化學需氧量氨氮總氮水中陰離子檢測方法 - 離子層析法分析方法 NIEA W210.57A NIEA W517.52B NIEA W448.51B NIEA W423.52C NIEA W415.52B 三實驗方法主要是先評估廢水性質與置放位置, 再進行組裝測試與模廠測試, 最後定期監測 SS MLSS COD 總氮氨氮如圖 5 所示圖 5. 實驗流程本研究所用的薄膜為中空絲膜, 廠牌為 Mitsubishi(Japan), 中空絲膜孔徑 0.04μm 四結果與討論 4.1 SS 之變化情形圖 6. 為學校生活污水以 MBR 處理後, 放流水中 SS 的變化情形基本上,MBR 可有效降低 SS 至偵測極限以下, 去除率幾乎達到 100%, 其處理效果優於目前學校的放流水從圖 7. 為工業廢水中 SS 的變化情形, 得知從 360 小時後 SS 已達穩定狀況, 幾乎都為偵測極限以下由圖中可見 MBR 對此股工業廢水中的 SS 具有良好的去除效果但當原水水質的 SS 起伏變化太大時,MBR 出流水的水質亦會受到影響這是否意味本系統中的絲膜對廢水中 SS 的去除具有一定的負荷, 有待更進一步的確認 6

7 圖 6. 生活污水之 SS 變化圖 7. 工業廢水之 SS 變化 4.2 COD 之變化情形圖 8. 為生活污水中 COD 的變化情形, 原水 COD 值約為 90 mg/l, 經 MBR 處理後, 亦可有效降低 COD 值由於本系統在操作時未經植種污泥, 因此系統啟動之初 COD 的去除未達最大的效率但在 91 小時以後, 活性污泥的效果達到最大, 已可穩定去除水體中的 COD 圖 9. 為工業廢水中 COD 的變化情形, 可以看出原水的 COD 值平均為 100 mg/l 經 MBR 程序後,COD 值可降至 10 mg/l 左右, 可達到放流 7

8 水標準由於本系統在啟動前以經過 2 個星期的馴養期 ; 因此自監測點始 (time = 0),COD 值已開始大幅降低在實驗期間,MLSS 的濃度由 t=0 時的 2453 mg/l 逐漸上升至 t=408 時的 4450mg/L 圖 8. 生活污水之 COD 變化圖 9. 工業廢水之 COD 變化 4.3 氨氮及總氮之變化圖 10 和圖 11 分別為工業廢水中氨氮的變化情形大致來說,MBR 出流水中的氨氮及總氮含量與原水相較, 並無太大的變化, 有可能是因為操作參數等原因所造成的, 氨氮起伏變化較大, 有可能是生物活性變化所造成在 MBR 系統中 8

9 的總氮較原水來的高, 應是系統處於硝化狀態下所造成圖 10. 工業廢水之氨氮變化圖 11. 工業廢水之總氮變化 4.4 硝酸根離子之變化情形圖 12. 為工業廢水在實驗期間的硝酸根離子濃度變化情形結果顯示硝酸根離子的含量逐漸上升但在亞硝酸根離子方面, 其含量卻低於偵測極限這意味在此 MBR 系統實驗期間內, 處於硝化狀態 9

10 圖 12. 工業廢水之硝酸根離子變化氨氮起伏變化較大, 有可能是生物活性變化所造成在 MBR 系統中的總氮較原水來的高, 應是系統處於硝化狀態下所造成 4.5 ph 變化生活污水之 ph 都落在 ph8~9 之間, 而工業廢水之 ph 都落在 ph4~5 之間, 而工業廢水之所以會下降, 有可能是在硝化過程中導致 ph 下降圖 13 和 14 分別為生活污水和工業廢水的 ph 變化情形生活污水的 ph 變動在 7~8 間, 工業廢水的 ph 由原本的 6.7 左右降至 4.5~5.5 間 ph 下降的主要原因可能是系統中鹼度不足, 造成 ph 下降圖 13. 生活污水之 ph 變化 10

11 圖 14. 工業廢水之 ph 變化五結論從此次實驗中, 來比較兩種廢水, 得到此兩種廢水對於去除 SS 的效率幾乎都達到 100%, 並沒有因為不同廢水特性而改變 SS 的去除效率 ; 在 COD 中, 生活污水在 117 小時後已達穩定狀態去除率為 100%, 而工業廢水在 360 小時後才區區穩定, 去除率達到 93%, 得知生活污水的 COD 去除率較好, 推測原因有可能是生活污水廢水性質比較單純, 工業廢水中含有較多的化學成分而造成干擾, 所以穩定時間也來的比較慢 ; 氨氮中 MBR 出流水起伏變化較大, 有可能是生物活性變化所造成在 MBR 系統中的總氮較原水來的高, 應是系統處於硝化狀態下所造成六參考文獻 1. Richard, W. B., Membrane technology and applications, John Wiley & Sons, New York(2004). 2. 郭瓊梅, 生物處理系統去除都市污水中營養鹽之模擬分析, 碩士論文, 國立中興大學環境工程研究所, 台中 (1996) 3. Tom Stephenson, Simon Judd, Bruce, Jefferson and Keith Brindle Membrane Bioreactors for Wastewater Treatment,IWA,LONDON,(2000) 4. 康美祝, MBR 除氮系統特性之研究, 碩士論文, 國立中央大學環境工程研究所, 中歷 (2002) 5. 膜離生物反應器 (Web-MBR).(2008),from NodeId=073522&ArticleNBR=1179, 工業技術研究院. ( 瀏覽日期 2009/09/15) 11

<4D6963726F736F667420576F7264202D20BBB7B0ECCEDBB7C0BAAFA1B232303136A1B3333339BAC5B8BDBCFE312E646F63>

<4D6963726F736F667420576F7264202D20BBB7B0ECCEDBB7C0BAAFA1B232303136A1B3333339BAC5B8BDBCFE312E646F63> 附件序 1 海 2 海 3 海 4 海 5 海 6 海 7 海 8 海 9 海 10 海 11 海 12 海 13 海流域区水体坝下段北京白北京控北护城北京北运北京潮白通州区潮白下段北京潮北京控大石北京泃下段北京妫水下段北京怀柔水库北京拒马北京凉水上段北京东