廢水污泥減量減容技術講習會 台灣綠色生產力基金會張玉霞工程師

廢水污泥減量減容技術講習會 無機 ( 化學 ) 污泥減量技術 操作探討及迴流污泥 摘 要無機性廢水處理技術多採用化學沉降法去除廢水 之重金屬或 COD, 為㆒般業者最常用的方法 因產生之無機性污泥顆粒具有膠凝性, 致污泥顆粒間含有大量水份, 或因化學反應極為迅速, 瞬間形成細小污泥顆粒, 導致污泥之沉降性 脫水性普遍不佳, 而造成污泥處理及處置之沉重負擔 將沉澱池或濃縮池之污泥迴流至於調整池或快混槽之目的在於提供核子數量密度, 以利顆粒成長, 故污泥迴流量取決於污泥固體物濃度 當污泥固體物濃度㆒定時, 迴流量太少, 顆粒核子太少而未能達到最佳效果, 太多時則會造成廢水處理設備水力負荷過大, 故在污泥迴流操作前, 須先進行廢水杯瓶試驗, 以得知最佳污泥迴流量 迴流污泥操作方法可產生密度大 壓密性高之污泥, 產生層沉降或污泥氈的全面壓密沉降作用, 促使污泥沉降效果良好 其污泥固體物濃度提高, 則體積量減小, 對於後續污泥之處理程序有較大的效益 因迴流污泥本身為鹼性, 可取代部份鹼劑以調整 ph 值, 故降低藥劑使用量是可預期的 因減少藥劑之使用, 污泥產生量相對減少, 在排放水之電導度亦隨之降低 整體而言, 重金屬廢水處理, 以迴流污泥之操作方式, 可以改變污泥形成方式及改善污泥特性, 並減少藥劑量之使用 增加污泥脫水性及降低污泥產生量, 以達到減少廢水處理之操作成本之目的

廢水污泥減量減容技術講習會 台灣綠色生產力基金會張玉霞工程師

一 前言二 化學混凝三 重金屬廢水之化學沉降法四 污泥特性五 污泥迴流作用六 污泥迴流試驗七 污泥迴流效益八 結論與建議

無機性廢水處理技術多採用化學沉降法去除廢水中之重金屬或 COD, 為一般業者最常用的方法 因產生之無機性污泥顆粒具有膠凝性, 致使污泥顆粒間含有大量水份, 或因化學反應極為迅速, 瞬間形成細小污泥顆粒, 導致污泥之沉降性 脫水性普遍不佳, 而造成污泥處理及處置之沉重負擔

無機性廢水處理, 以迴流污泥之操作方式, 以改變污泥形成方式及改善污泥特性, 期能減少藥劑量之使用 增加污泥脫水性及降低污泥產生量, 以達到減少廢水處理之操作成本之目的

化學混凝 化學混凝作用即是利用化學藥品使廢水中的膠體粒子或分子性粒子等凝結成較大物體, 使之容易沉澱而與液體分離的方法 化學混凝之目的 使廢水中之懸浮微粒聚集成大膠羽而易沉澱 混凝過程中由於膠羽之吸附或電中和, 能除去部份之有機物 透視度 重金屬 助凝劑之加入, 則能使膠羽結合成更大之膠羽易於沉澱

化學混凝 混凝機構可歸納為 ( 一 ) 電雙層之壓縮 ( 二 ) 吸附及電性中和 ( 三 ) 沉澱物之絆除 ( 四 ) 吸附及架橋作用等 污泥迴流之機制 : 在增加沉澱物之絆除 廢水加入金屬鹽類 金屬氧化物或氫氧化物, 形成金屬氫氧化物或金屬碳酸鹽類之沉澱, 而膠體顆粒往往絆陷其中而隨之沉澱 此去除膠體之機制除了混凝劑本身之濃度有關外, 亦和膠體的濃度有關 迴流污泥可提高膠體之濃度, 作為金屬氫氧化物沉澱之核心 僅需較少之混凝劑即可達到沉澱絆除的效果 適用於低濃度或高鹼度原水之混凝

重金屬廢水之化學沉降法 重金屬化學沉降法, 係以添加氫氧化鈉或石灰等鹼劑, 提升廢水之 ph 值達到某一範圍, 使廢水中的重金屬形成溶解性極低的固體氫氧化物而加以沉澱分離去除 M n+ +n(oh - ) M(OH)n M(OH)n 的溶降度積常數 Ksp=[M n+ ][OH - ] n [M n+ ] 為與氫氧化物沉澱物共存的飽和濃度, 即在某一 ph 條件下, 溶液中金屬離子的最大濃度, 也就是在此一條件下, 金屬氫氧化物的溶解度

金屬離子之溶解度與 ph 關係

金屬離子之溶解度與 ph 關係

重金屬廢水之化學沉降 化學沉降處理程序 調整廢水之 ph 值 改變重金屬在水中之溶解度 形成不溶解之金屬氫氧化物固體顆粒 藉由添加助凝劑之膠凝程序, 促進固體膠體凝聚 以沉澱設備進行固分離, 達到處理效果

重金屬廢水處理流程 迴流污泥

污泥顆粒之結晶成長 污泥顆粒的形成是經由核化 晶體成長及凝結和成熟等三個過程 核化可分為均質核化和異質核化 均質核化 : 核子來自溶液中沉澱物的離子成份, 但必須在超飽和的狀態下, 才能產生趨動力, 以形成有組織的晶體結構物 異質核化 : 核子來自外來的顆粒體, 沉澱物堆積在外來顆粒的表面形成晶體, 此種核化過程所需趨動力較均質核化者小 核子數量密度增加時, 則有助於增加形成沉澱物顆粒大小

污泥顆粒之結晶成長 晶體成長伴隨著核化發生, 沉澱物離子沉積在結晶核, 此時沉澱與溶解作用同時進行 晶體的成長主要是由溶液中溶質的擴散及沉澱顆粒表面反應二步驟所組成 最初形成的晶體沉澱物晶體, 在快速反應情況下其性質並不穩定, 經過一後時間後, 化學反應趨向最低能量之下晶體沉澱物晶體漸趨穩定而老化, 沉澱物晶體大小也因凝聚而增大, 而達到熟化的現象

污泥特性 重金屬氫氧化物污泥具有膠體及非結晶形之性質 污泥沉降過程中, 大量水份結合於污泥顆粒之結構體內, 使污泥極具膠凝性, 導致脫水效果不佳 重金屬氫氧化物沉澱之 ph 大都控制於 9 以上, 為一鹼性污泥

污泥迴流作用 污泥迴流之機制 污泥迴流乃是迫使其結晶過程變成異質核化程序 投入較大污泥顆粒, 與化學沉降處理中剛形成的小顆粒共存, 大顆粒繼續成長, 小顆粒繼續溶解, 最後使得溶液之平衡濃度減低 污泥經過顆粒成長及熟化過程, 污泥粒徑較大且結構較緻密, 以污泥顆粒為核子進行核化結晶, 其成核速率加快, 小顆粒變成大顆粒之轉化率提高, 污泥密度及粒徑均增大 有利於污泥之沉降及脫水

污泥迴流作用 污泥迴流位置 於 ph 調整池或快混階段加入迴流污泥, 當鹼劑與金屬離子反應產生細小顆粒時, 較大的迴流污泥顆粒可作為核子, 而促進核化及晶體成長 若於慢混階段再加入迴流污泥, 此時顆粒成長已到一個程度, 加入的污泥顆粒對於核化作用並無太大的助益

污泥迴流作用 由於廢水之金重屬離子濃度約在 10~80mg/L 之間, 因濃度不高, 處理時成核效果不佳, 無法形成較大的污泥膠羽, 污泥無法產生層沉降或污泥氈的全面壓密沉降作用, 故需另添加混凝劑促使沉降效果良好, 為改善此現象在處理過程中可將經濃縮後之污泥連續迴流至混凝池, 以增進膠羽凝集沉澱效果, 並使污泥具有更好的脫水特性, 迴泥迴流量之多寡, 須以杯瓶試驗進行評估

污泥迴流作用 污泥迴流對廢水處理之影響 改善污泥性質 改善污泥之沉降性及脫水性 減少藥劑使用量 減少污泥體積量 提高金屬去除率

廢水水質 含鐵廢水之水質 ph:2.51~3.18 電導度 :1,423 µs/cm Fe:2.47 mg/l 污泥濃度 固體量 :12,000 mg/l ph:7.52 Fe:130 mg/l

污泥迴流試驗 - 含鐵廢水 最佳 ph 杯瓶試驗 - 試驗水樣 1000ml;pH:2.51 6000 5.5 電導度 (µs/cm) 5000 4000 3000 2000 1000 電導度 9%NaOH 加藥量 2800 4.9 5.2 2630 5.4 4900 5.4 5.3 5.2 5.1 5 4.9 9%NaOH 加藥量 (ml) 0 5.5 6 6.5 7 7.5 8 4.8 ph 值

污泥迴流試驗 - 含鐵廢水 污泥迴流量對液鹼及電導度的影響 - 試驗水樣 800ml;pH:6.75 電導度 (μs/cm) 2,700 2,600 2,500 2,400 2,300 2,200 2,100 2,000 1,900 2,630 5.2 4.2 電導度 9%NaOH 4.7 4.5 4.3 4.1 4.1 2,080 3.9 3.8 2,040 1,960 3.7 3.5 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 污泥迴流量 (ml) 5.5 5.3 5.1 4.9 9%NaOH 加藥量 (ml)

污泥迴流試驗 - 含鐵廢水 迴流污泥量與產生污泥量之對應關係 - 試驗水樣 1000ml 450 60 污泥固體量 (mg/l) 400 350 300 250 200 150 54 污泥固體濃度 (mg/l) 污泥減少率 (%) 30.9 176 296 21 400 19.4 50 40 30 20 污泥減少率 (%) 100 50 62 10 0 14.8 0 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 污泥迴流量 (ml)

污泥迴流試驗 - 含鐵廢水

污泥迴流試驗 - 含鐵廢水 原廢水 Fe:2.47mg/L 添加污泥量 (ml) 0 10 20 30 40 上層液 Fe(mg/L) 1.16 1.33 1.39 1.2 1.54

廢水水質 含銅廢水水質 ph:2.61 電導度 :2,220 µs/cm Cu:77 mg/l 污泥濃度 固體量 :130,780 mg/l ph:11.8 Cu:6,800 mg/l

污泥迴流試驗 - 含銅廢水 污泥迴流量與 NaOH 加藥量之關係 - 試驗水樣 1000ml ; 最 ph:11.8 20.5 4050 20 20.02 19.5 4%NaOH 加藥量 ml 4100 4000 3900 4%NaOH 加藥量 19 18.5 18 17.5 17 17.5 3550 電導度 μs/cm 3560 3520 17 17 3800 3700 3600 3500 電導度 (μs/cm) 16.5 0 5 10 15 20 25 30 35 污泥添加量 3400

污泥迴流試驗 - 含銅廢水 迴流污泥量與產生污泥量之對應關係 污泥固體量 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 250 70 462 79 77 882 652 污泥固體含量 mg/l 污泥減少率 (%) 90 80 70 60 50 40 30 20 10 污泥減少率 (%) 0 0 0 5 10 15 20 25 30 35 0 污泥迴流量

污泥迴流試驗 - 含銅廢水 最佳 ph 試驗 ( 污泥回流比 ( 污泥量 / 廢水量 )1%) NaOH 加藥量 10 9 8 7 6 5 4 3 2 4%NaOH 加藥量 ml 電導度 μs/cm 1860 2.85 1950 3.4 2140 4.15 3550 8.75 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 電導度 (μs/cm 1 500 0 9.5 10 10.5 11 11.5 12 ph 值 0

污泥迴流試驗 - 含銅廢水

污泥迴流試驗 - 含銅廢水 原廢水 Cu:77mg/L 污泥添加量 ml 0 10 20 30 上層液 Cu 濃度 mg/l 1.46 1.83 1.12 1.17

污泥迴流效益 含鐵廢水 污泥迴流比 ( 污泥量 / 廢水量 )5% 時, 液鹼量減少量可 19.2% 污泥迴流比 5% 時, 電導度降低 20.1% 污泥固體量減少 19.4% 以上 污泥迴流對處理後之上層液 Fe 濃度影響並不大 助凝劑減少 25%

污泥迴流效益 含銅廢水 污泥迴流量 1% 時, 液鹼加藥量約減少 12.5% 污泥迴流量 1% 時, 電導度降低 12.3% 污泥迴流比 1% 時, 污泥之固體量可減少 70% 污泥迴流對處理後之上層液 Cu 濃度影響並不大 助凝劑減少 50%

污泥迴流效益 含銅廢水案例計算 ( 廢水量 1000CMD) 項目 原加藥量或產生量 迴流污泥後之加藥量及產生量 節省費用 ( 元 ) 液鹼 ( 噸 / 月 ) 35 31.5 ( 減少 10% 計算 ) 14,000 Polymer(kg/ 月 ) 95 47.5 ( 減少 50% 計算 ) 4,275 污泥 ( 噸 / 月 ) 30 24 ( 減少 20% 計算 ) 54,000 液鹼 :4,000 元 / 噸 ;polymer 90 元 /kg; 污泥處理費 9,000 元 / 噸 每月減少共 72,275 元

結 論 重金屬廢水迴流沉澱後之污泥, 可形成較佳成核效果, 凝結較大污泥膠羽, 產生層沉降或污泥氈的全面壓密沉降作用, 促使污泥沉降效果良好 因迴流污泥本身為鹼性, 可取代部份鹼劑以調整 ph 值, 故降低藥劑使用量是可預期的 污泥迴流可以減少污泥量, 降低排放水之電導度

結 論 污泥迴流對處理後之上層液重金屬濃度影響不大 迴流污泥之目的在於提供核子數量密度, 以利顆粒成長, 故污泥迴流量取決於污泥固體物濃度 當污泥固體物濃度一定時, 迴流量太少, 顆粒核子太少而未能達到最佳效果, 太多時則會造成廢水處理設備水力負荷過大

結 論 污泥迴流量會因金屬種類及濃度有所不同, 需進行杯瓶試驗, 才能得知最佳迴流量 迴流污泥可產生密度大 壓密性高的污泥, 其固體物濃度提高, 則體積量減小, 對於後續污泥之處理都較為方便

建議 污泥迴流量之多寡, 宜由處理現況來判定, 一般迴流污泥量約控制在促使 ph 調整 ( 或快混槽 ) 內廢水重金屬離子於 200~300mg/L 左右 依污泥固體物濃度多寡, 污泥可由沉澱池或污泥濃縮池處迴流 污泥迴流位置於 ph 調整槽或快混槽較為恰當

建議 化學沉降法處理重金屬廢水, 其處理效率受 ph 影響最大, 其 ph 又可影響核化成長之速率, 故在探討污泥迴流操作時, 處理系統需操作在最佳 ph 值 廢水處理場儘量具備杯瓶試驗設備, 如 ph 計 杯瓶試驗機, 當廢水異常時, 可進行廢水最佳 ph 及加藥量確認, 避免加藥過量或不足

參考文獻 林金德, 曾迪華, 連續迴流污泥操作對重金屬廢水化學沉降處理產生污泥性質影響之研究, 中華民國環境工程學會第十六屆廢水處理技術研討會論文集,80 年 12 月 曾迪華, 迴流污泥改善電鍍污泥脫水特性之研究, 行政院國家科學委員專題研究計畫成果報告,78 年 11 月 電鍍業水污染防治技術,, 經濟部工業局,82 年 6 月 化學混凝處理單元設計與操作, 經濟部工業局,85 年 1 月 印刷電路板製造業水污染防治技術, 經濟部工業局工業污染防治技術服務團,82 年 3 月 印刷電路板製造業減廢案例彙編, 經濟部工業局工業污染防治技術服務團,82 年 10 月 廢水物化處理管理實務技術講習會講義,87 年 污染防治操作維護管理實務講習會,91 年 10 月, 經濟部工業局工業

台 市工業區 27 路 17 號 TEL:04-23508042 ext106 x0074@tgpf.org.tw