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洛费文
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1 污泥減量新技術介紹水之源企業股份有限公司周珊珊博士

2 台灣污泥處理現狀台灣每年產生近 400 萬噸污泥, 每年總量增長超過 20%, 僅少部分 (<15%) 進行焚燒或農業用途, 大部分仍采掩埋方式處置, 對生態環境造成嚴重影響由於土地資源緊張, 多數掩埋場已接近飽和, 新增掩埋場數量有限, 無法承擔日益增長污泥量, 迫切尋求有效解決方案污水管網覆蓋率 : 1992 年 (3%) 2003 年 (14.7%) 2009 年 (33 % )(40,000 噸 / 天 ) 污泥處置費用 : 堆肥 / 掩埋 :NT2,500~4,500 元 / 噸焚化 : NT5000~6,000 元 / 噸固化 : NT8000~10,000 元 / 噸 2

3 污泥產量逐年增加污泥處理法規日趨嚴格, 污泥棄置成本逐漸提高污泥廢棄物後續處置問題掩埋 : 現有掩埋場空間不足, 且無新設掩埋場 ( 導致污泥清運費逐年增加, 且未來可能無處可去 ) 焚化 : 污泥含水量太高, 所需輔助燃料量太多, 且容易產生有害衍生物污泥減量技術具有未來市場前瞻性污泥處理的關鍵問題污泥處理問題面面觀現有污泥脫水機僅能將生物污泥含水率降至 80% 細胞內水分 (> 70%) 無法移除 3

4 污水處理廠污泥產生與處理處置之整體分析污水處理廠污泥產生污泥處理污泥處置廢水處理程序生物污泥污泥處理程序掩埋生物處理化學混凝處理化學污泥污泥濃縮污泥水解消化污泥調理脫水曬乾燃料化再利用 ( 焚化 ) 材料化再利用污泥產生量關鍵因素生物與化學污泥的分流是否考量進一步減少有機質 ( 如水解消化 ) 最終污泥處理單元 ( 脫水或曬乾 ) 可達的含水率污泥處置關鍵因素含水率熱值三成分 ( 水份灰份可燃份 ) 重金屬含量元素分析

5 污水廠污泥處理問題解析

6 污水處理廠污泥指標建立 - 以工業區資料進行統計 kg DS/ kgcodr & kgds/kgssr 21 個工業區平均值 1.54 kg DS/kg COD r 3.25 kg DS/kg SS r 台中民雄龜山中壢大園新營大武崙 -2.0 嘉太南崗 kg sludge yield/kgcodr 桃幼土城永安官田南崗南崗安平永康鳳山屏南 kg sludge yield/kgssr 五股臨海中幼內埔大五崙五股土城龜山桃幼中壢中幼台中南崗民雄嘉太新營官田永康安平永安臨海鳳山屏南內埔大園

7 工業區污水處理廠污泥減量執行構想

8 污泥水解概念廢水處理程序廢水生物處理程序沈澱污泥餅含水率 80% 污泥濃縮污泥脫水污泥餅 70% 水存在細胞內廢水生物處理程序沈澱污泥濃縮污泥脫水污泥餅 ( 可減少 40-60%) 產業效益節省清運費用 (40%) 細胞水解細胞破碎水份釋出物理性化學性生物性環保效益減少污泥量節省掩埋空間, 延長掩埋場使用年限污泥減量水解技術 8

9 污泥減量 & 後續生物處理程序污泥減量污泥水解技術 ( 污泥減量限制步驟 ) 污泥膠羽破碎狀態微生物污泥水解機制 Ref: 朱 & 李,2001 水解與溶解狀態污泥水解 + 生物處理生物處理生物處理微生物污泥膠羽破碎狀態水解與溶解狀態污泥水解物生物處理 CO 2 9

10 商業化污泥水解技術熱處理技術溫度提高 o C, 或將壓力提高至 600-2,500 kpa 商業化案例 : 挪威 Cambi 公司化學處理技術酸或鹼處理與氧化處理等二類商業化案例 :Zimpro 程序與 Vertech 程序超音波處理技術無須添加化學藥劑, 污泥水解效率最高商業化案例 : 德國 Ultrawaves 公司 10

11 加鹼污泥水解技術 ( 工研院 ) 進流水調勻池水解污泥生物處理系統迴流污泥污泥水解槽出流水沈澱池廢棄污泥濃縮污泥整合性喜氣污泥水解減量系統聚酯纖維廢水產生廢棄污泥 Q=4,500 CMD (COD=1,500-1,800mg/L) 840 CMD (COD=12,500mg/L) 3,660 CMD (COD=150 mg/l) COD eff =50 mg/l WAS=200 CMD 污泥餅量 =200 噸 / 月水解條件 : 污泥濃度 =2%,pH=11-12 可減少廢水處理場 20% 以上污泥量 ( 整個減量系統 ) 11

12 超音波水解技術 ( 實場應用 ) 濃縮污泥初沈污泥超音波 30% 70% 厭氧消化槽 1 厭氧消化槽 3 厭氧消化槽 2 設計容量 :230,000 PE 實際負荷 :289,000 PE 生物處理程序 : 硝化脫硝除磷二沈池污泥處理 : 初沈污泥 + 濃縮廢棄污泥污泥濃縮方式 : 離心式厭氧消化槽 :3 Digester mesophilic (2,000 m³, 3,000 m³, 2,000 m³), 18 days HRT WAS treated: 30% 90% Operation: 8 hours per day Payback time: 3 years 污泥 (VS) 的減量達 54-60% Biogas 可增加 30% (~2,270 m 3 /d) 無須再建造第 4 座厭氧消化槽 Bamberg (Germany) 12

13 超音波反應工研院創新超音波系統超音波硬體自行設計與製造 Y MN Z X MX 超音波模組設計 converter + booster + sonotrode (two staged amplification) Fig. 超音波機電轉換及機械放大系統設計上需注意 : 三者元件的縱向共振頻率原則上皆需符合 20 khz, 以維持適當的機電轉換效率, 讓超音波能量能夠順暢的由超音波換能器傳遞至超音波增幅器及超音波喇叭超音波反應器設計 CH 4 O 2 微小氣泡製造機污泥槽濃縮溶解性 Concentration COD 濃度 (mg/l) 超音波處理前 4852 超音波處理後超音波超音波超音波 + 微小氣泡 + 奈米氣泡 (O 2 ) 13

14 液槽超音波水解槽PLC 控制箱物沈澱物曝氣污泥減量單元小型連續試驗目的 : 考量工業區污水廠污泥產生量與處置費日益增加, 因此, 選擇不同污泥水解技術, 評估其污泥減量效率示範場址 : 以全省最大污泥產生量的中壢工業區為試驗場址污泥水解技術 : 1. 加鹼水解技術 2. 超音波水解技術模場照片 : 槽( A) 生槽( A) 生鹼酸曝液生氣生物機物曝沈氣澱槽槽槽( A( B( B) ) ) 14

15 污泥減量單元小型連續試驗超音波 :(40% 污泥減量 ) 操作成本 =0.84 元 /kg SS( 含水率 80%) (840 元 / 噸污泥 ) 鹼水解 :(20% 污泥減量 ) 操作成本 =1.96 元 /kg SS( 含水率 80%) (1,960 元 / 噸污泥 ) Total biosolids (ton/day) Total biosolids (ton/day) 超音波水解加鹼水解 SS < 4000 mg/l SS > 8000 mg/l (Avg=1%) 污水廠平均污泥量 (39.66) Time (day) Time (day) SS < 4000 mg/l 污水廠平均污泥量 (39.66) 15

16 產品 / 技術應用中小型廠 : 結合廠內現有廢水處理程序廢水前處理單元生物處理系統二沈池出流水藥劑二沈污泥新增廢棄污泥中大型廠 : 新建厭氧消化程序廢水初沈池生物處理系統二沈池出流水藥劑初沈污泥二沈污泥 Biogas 厭氧消化槽新增消化污泥 16

17 污泥深度脫水技術

18 污泥脫水的瓶頸生物污泥常存在著許多水合能力很好之帶負電之小膠體粒子, 需透過污泥調理改變系統中膠體粒子之固液分離性質來脫除水分, 以降低含水率與委外清理費用污泥中水之存在形式包括自由水間隙水表面水及水合水, 固體表面的電性親和力使水分包納於膠羽中, 其中間隙水佔了 70 80% 不易去除, 但大多數之脫水程序只能除去自由水及間隙水, 表面水及水合水不易去除傳統污泥脫水方式係利用絮凝劑使固體顆粒因電性吸引而形成大團塊顆粒, 間隙水並無法被有效脫除

19 深度調理溶凝膠過程示意調理過程單體的交聯聚合化學引發劑輻射技術引發單體自由基均聚或共聚親水性疏水性智能凝膠非均勻均勻顆粒散亂沉降架橋連結膠體蜂巢式絮凝具有細胞破壁處理的強化效果, 特別適用於含大量生物污泥之脫水調理

20 創新的污泥深度調理技術含水率可降至 60% 以下傳統的污泥脫水技術為將自由水與污泥粒子間之間隙水從懸浮膠羽中用物理或化學的方法脫除本專利技術是將污泥由溶膠態 (sol) 的前驅物, 通過溶膠 - 凝膠 (sol-gel) 法在室溫下重組, 成為具穩定孔隙組態的固體網狀架構, 其內涵水分更易透過表面過濾的毛細現象流動和壓濾排出, 也更易於乾燥和焚燒所需形成的類陶瓷結構 20

21 專利 GW 系列藥劑首先破壞污泥的胞壁和絮體結構, 形成沉降聚合體包覆懸浮膠體和三價陽離子, 形成緊密的晶狀絮體沉降以利固液分離 CMDS 連續式調理技術採用管道式進行調理混合加藥, 使污泥和藥劑在管道中充分混合調理 CMDS 管道式調理裝備特點設備可連續調理運行管內調理無臭味散發調理充分混合均勻根據污泥特性自動優化調理程式, 自動控制加藥方式連續式加藥調理裝置

22 槽1# 藥劑進入管道混合應昆山市新昆熱電污泥廠一期污泥脫水案例 2# 藥劑制漿系統外來污泥 ( 含水率 80%) 調理池調至污泥含固率 4~6% 反2# 藥劑進入管道混合儲泥槽 800m 3 增加 4 台潛水攪拌器 ( 帶升降器 ) 現階段處理量 : 300 噸污泥 / 日至乾泥棚 ( 含水率 55%) 完成槽 8m 3 5# 藥劑進入管道混合含水率 80% 的污泥減量 95%, 年節約燃煤量 4500 噸 5# 藥劑配制系統

23 目前採用深度脫水技術後度積極的污泥處理策略傳清統運脫掩水埋汙泥含水率 97% 汙泥含水率 80% 深乾燥脫焚水燒汙泥含水率 97% 汙泥含水率 60% 汙泥含水率 <30% 資源再利用23

24 與其他污泥處置方法比較混凝石灰調理一般污泥處理廠 ( 如廈門紹興污水廠 ) 添加三氯化鐵和石灰作為污泥調理和吸附劑, 不僅無法有效減量, 同時會產生大量含氯廢水, 掩埋後造成二次污染在高溫下產生鹽酸和氯氣等腐蝕性氣體, 對安全造成嚴重威脅綠威採用無毒高分子聚合調理劑, 酸鹼度呈中性, 在高溫下也不會產生任何有毒氣體, 對人員安全提供充分保障真正實現減量化能源化一般污泥處理廠添加大量石灰吸附污泥水分, 雖然降低污泥含水率, 但污泥的減量效果有限污泥經石灰鈣化後熱值降低, 無法進行有效資源化利用綠威採用少量粉煤灰或特殊矽渣作為載體, 不僅節省大量運行成本, 真正實現污泥減量, 壓濾污泥熱值可超過 1000 大卡零污染和全自動化一般污泥處置場臭味四溢, 任意搭建, 勞動強度高, 存在嚴重安全隱患綠威污泥處置系統採用全封閉流水線, 從進泥調理壓濾輸送完全自動控制, 操作人員與污泥完全隔離, 完全實現污泥不落地污水不外泄臭氣不外溢 24

25 各種污泥深度調理測試結果模廠測試結果污泥來源濾餅含水率 % 壓濾壓力 kgf 北部 A 工業區 53~58 14~15 64~68 4~6 北部 B 工業區 54~58 14~15 64~68 4~6 某面板廠 70~75 4~6 A 科學園區 55~59 14~15 64~68 4~6 B 科學園區 55~59 14~15 某半導體廠 68~73 4~6 A 化工廠 68~75 4~6 B 化工廠 66~70 4~6

26 某化工廠污泥減量效益評估 ( 範例 ) 污泥清理費 : 4000 元 NT/ton 現況汙泥量與操作成本濾餅重 ton/d 4.2 濾餅重 kg/d 4200 濾餅含水率 85% 汙泥乾重 (DS) kg/d 630 每年清運費用元 / 年調理藥劑用量 kg/ 月 730 調理藥劑單價元 /kg 110 調理藥劑總價元 / 月調理藥劑總價元 / 年清運 + 藥劑總費用元 / 年 A 方案改善後 ( 深度調理 + 壓濾機 ) B 方案改善後 ( 深度調理 + 壓濾機 + 乾燥機 ) 濾餅重 ton/d 濾餅重 ton/d 0.9 濾餅重 kg/d 1575 濾餅重 kg/d 900 濾餅含水率 60% 濾餅含水率 30% 汙泥乾重 (DS) kg/d 630 汙泥乾重 (DS) kg/d 630 每年清運費用元 / 年每年清運費用元 / 年每年節省清運費用元 / 年每年節省清運費用元 / 年調理藥劑總價 ( 水之源 ) 元 / 月調理藥劑總價 ( 水之源 ) 元 / 月調理藥劑總價 ( 水之源 ) 元 / 年調理藥劑總價 ( 水之源 ) 元 / 年清運 + 藥劑總費用元 / 年清運 + 藥劑總費用元 / 年壓濾機, 調理機與周邊設備投資費用約 500 萬 NT

27 綜合分析

28 污水處理廠污泥減量建議範例中壢工業區改善措施項目建議事項改善順序參考依據備註污水處理改善化學混凝單元檢視化學混凝加藥量及定期瓶杯試驗 1 kgds/kgssr 平均值 =2.43 目前 kgds/kgssr =3.53 污泥處理改善污泥分流污泥水解污泥深度脫水化學與生物污泥分流收集及後續處理 2 VSS/SS 0.6 濃縮污泥目前之 VSS/SS 0.5 建議超音波污泥水解或加鹼水解 3 污泥水解率 20%( 以 CODs 或 VSS 計 ) 水解前須增設污泥濃縮設備, 使污泥濃度 >5% 建議以特殊深度調理劑搭配壓濾機 4 VSS 減少率 40% 需增設連續調理機污泥乾燥建議增設污泥乾燥設備 5 處理及再利用機構含水率要求焚化廠 <40% 汽電共生廠 <50% 水泥廠 <50% 目前污泥曬乾床效果不佳無污泥烘乾設備

29 工業區污泥處置方法與策略伍污泥處置策略及方法工業區污泥特性分析進放流水質水量工業區污水處理廠污水 ( 泥 ) 處理方式污泥質量基本特性水份可燃份 VS 灰份 FS 前處理去除 ( 曬乾床乾燥等 ), 以降低清運費用無再利用價值堆肥 ( 肥力污染物重金屬?) 焚化 ( 熱值空氣污染?) 燃料 ( 熱值污染物接受條件?) 肥料化或燃料化材料化水泥生料磚瓦生料骨材粒料 ( 成份污染物?)

30 工業區污泥資源化再利用伍污泥處置策略及方法工業區污泥資源化再利用技術示意圖砷鎘鉻銅汞鎳鉛鋅含量規範農委會規定堆肥產品只能作景觀園藝用途技術較成熟再利用機構選擇性多可申請個案再利用市場接受度較高含水率 40% 以下濕基低位發熱量達 1,200~1,500 kcal/kg 以上粒徑 >1-3mm 處置設施設置及操作成本高廠商接受度? 民眾接受度?

31 技術簡介結語 - 污泥深度調理與脫水技術將污泥由溶膠態 (sol) 的前驅物, 通過溶膠 - 凝膠 (sol-gel) 法在室溫下重組, 成為具穩定孔隙組態的固體網狀架構, 其內涵水分更易透過表面過濾的毛細現象流動和壓濾排出, 也更易於乾燥和焚燒所需形成的類陶瓷結構應用生活污水處理廠污泥脫水調理各種工業廢水處理廠污泥脫水調理污泥中間處理廠的二次減量具有細胞破壁處理強化效果, 特別適用含大量生物污泥之脫水調理專利專利 GW 系列污泥調理藥劑專用 CMDS 管道式自動調理加藥裝備實際案例新昆熱電污泥廠 ( 右圖 ) - 處理昆山市各污水處理廠 300 噸 / 天污泥餅, 含水率 80% 的污泥減量 95%, 年節約燃煤量 4500 噸昆山吳淞江污水處理廠 ( 水量 60,000 CMD), 原設計污泥 40 噸 / 天 ( 含水率 80%), 設置本專利設備後, 污泥餅量小於原來的一半 ( 含水率 55%), 且供新昆熱電廠發電

2014 水利產業研討會超音波污泥減量技術之開發陳幸德, 工業技術研究院, 材化所, 研究員陳興, 達盛機械工程股份有限公司, 顧問何啟賢, 達盛機械工程股份有限公司, 特助林世專, 長江龍環保工程股份有限公司, 主任鄒文源, 工業技術研究院, 材化所, 研究員陳誼彰, 工業技術研究院, 材化所

2014 水利產業研討會超音波污泥減量技術之開發陳幸德, 工業技術研究院, 材化所, 研究員陳興, 達盛機械工程股份有限公司, 顧問何啟賢, 達盛機械工程股份有限公司, 特助林世專, 長江龍環保工程股份有限公司, 主任鄒文源, 工業技術研究院, 材化所, 研究員陳誼彰, 工業技術研究院, 材化所 2014 水利產業研討會超音波污泥減量技術之開發陳幸德, 工業技術研究院, 材化所, 研究員陳興, 達盛機械工程股份有限公司, 顧問何啟賢, 達盛機械工程股份有限公司, 特助林世專, 長江龍環保工程股份有限公司, 主任鄒文源, 工業技術研究院, 材化所, 研究員陳誼彰, 工業技術研究院, 材化所, 副工程師 2014.10.08-09 前言台灣地區污泥廢棄物產生量日益增加 35,000 120,000