廢水污泥減量減容技術講習會 污泥減容減量技術實例探討 高效率污泥穩定減量技術 摘要 厭氧消化有別於活性污泥法在好氧環境, 係利用微生物 將有機污染物分解, 而是在厭氧的環境 分解有機污染物 厭 氧消化所產生厭氧污泥其污泥量遠低於活性污泥法, 因此, 厭 氧消化多用於活性污泥的分解與穩定 厭氧消化將複雜的有機 污染物轉化為㆓氧化碳和 烷, 同時產生揮發性有機酸 (volatile acids), 該過程涵蓋㆔個階段的生物性反應 (Parkin and Owen, 1986;Bhattacharya et al., 1996), 如圖㆒所示 :(1) 水解 (Hydrolysis) (2) 酸化 (Acidogenesis) (3) 烷化 (Methanogenesis) (1) Complex organics carbohydrates proteins lipids Simple organics (2) Volatile acids Propionate, butyrate, etc (3) Acetate H 2 + CO 2 CH 4 + CO 2 Fig. 1 Three stage anaerobic digestion (1) Hydrolysis and liquefaction; (2) Acidogenesis and (3) Methanogenesis
染整廢水處理㆒般採用活性污泥法結合化學混凝法處理廢水, 造成化學污泥量急遽增加, 染整業需負擔更多化學污泥處理與處置成本, 經焚化處理後染整污泥仍以直接掩埋為主, 對生態環境與掩埋場負荷造成極嚴重影響 本計畫主要目的為應用污泥厭氧消化槽處理染整廢水活性污泥池廢棄污泥以減少污泥排出量節省後續污泥處理與處置成本 操作 5 公升連續流試驗之污泥厭氧消化槽控制 ph = 7±0.2,ORP= -236 mv~-260 mv, 試驗結果顯示, 某染整廠污泥經消化後總固體物去除率約為 40%, 揮發性固體物去除率約 50% 操作 1 噸污泥消化槽處理某工業區廢水廠濃縮污泥, 總固體物去除率為 38%~45% 揮發性固體物去除率為 42%~56% CH4 和 CO2 氣體產率為 0.26~0.36 mmole CH4/gVS removal 和 0.03~0.046 mmole CO2/g VS removal 此試驗參數可作為污泥 間先導型和實廠厭氧消化槽放大設計之依據
污泥減容減量技術實例探討 高效率污泥穩定減量技術 報告 : 林燕輝 財團法 生物技術開發 心 環境生物技術專案
計畫背景 台灣 區每年產生近 400 萬噸㆒般污泥,40 萬噸有害性污泥 ; 其 許多污泥仍以直接掩埋處理, 對台灣生態環境與掩埋場負荷造成嚴重影響 活性污泥處理法產生大量污泥和初沉池及終沉池沉澱污泥若直接棄置將污染水體影響公眾健康 八十八年七月廢棄物清理法修訂為污泥不當處置, 除罰緩外尚有刑事責任 廢水妥善處理率增加, 污泥處理與處置費用日漸升高 污水處理單元, 污泥處理系統佔設置與操作維護成本 50% 以 污泥消化可大幅減少污泥量, 節省後續運輸與處理費用
國內污泥年產量與清理現況 污泥來源 : 事業機構 民生污水處理廠 ㆒般污泥 400 萬噸 / 年, 有害污泥 40 萬噸 / 年 污水 水道普及率 :81 年,3% 92 年,14.7% 98 年, 33 % (40,000 噸 / ) 清理方式 : 脫水後掩埋, 有害污泥則以固化後掩埋方式占大宗 清理費用 :2,500~4,500 元 / 噸 ( 堆肥 掩埋 ) 6,000 元 / 噸 ( 焚化 ),10,000 元 / 噸 ( 固化 )
計畫目標 開發㆒套合乎有效成本, 同時兼顧環保與公眾健康的高效率污泥處理系統 污泥消化減量程序可減少污泥量並可回收 烷再利用 經消化後染整污泥和工業區廢水廠污泥減量 40%~50% 以
全混合高效率與低效率污泥消化槽 浮渣 氣體排出 澄液污泥消化污泥消化後污泥排出 (a) 低效率消化 (b) 高效率消化完
厭氧消化分解流程 (1) 複雜有機物醣類, 蛋白質, 脂肪 簡單有機物 (2) 揮發性有機物 酸, 酸等 酸 CO 2 +H 2 (3) CH 4 +CO 2 厭氧消化㆔階段反應流程 (1) 水解 (2) 酸化 (3) 烷化
某工業區污水廠處理單元操作參數 處理單元全廠設計水量全廠設計水質調勻池初沉池初沉池 COD 去除率初沉池 SS 去除率 RBC 生物旋轉盤終沉池生物單元 BOD 去除率生物 SS 去除率全廠 BOD 去除率全廠 SS 去除率污泥濃縮池 操作參數 項目 設計參數 平均日污水量 12,500 尖峯污水量 26,000 最大日污水量 16,000 最小日污水量 7,000 進流 BOD(mg/L) 220 進流 SS(mg/L) 250 放流 BOD(mg/L) 25 放流 SS(mg/L) 25 水力停留時間 (hours) 9.4 水力停留時間 (hours) 0.75 溢流率 (M 3 /M 2 -day) 144 去除率 (%) 約 46 去除率 (%) 約 80 水力停留時間 (hours) 2.5 容積負荷 (BOD g/m 3 -day) 903.7 表面積負荷 (BOD g/m 2 -day) 4.9 水力停留時間 (hours) 3.9 溢流率 (M 3 /M 2 -day) 18 去除率 (%) 約 74% 去除率 (%) 約 47% 全廠 BOD 去除率 % 約 89% 全廠 SS 去除率 約 90% 污泥濃縮時間 ( ) 2.5 月平均值 5643 7130 3847 135.2 130.9 23.2 8.7 20.9 1.7 65 39.0 29.7 1.7 2200.2 12.0 8.6 8.2 79.6 91.1 84.5 94.0 4.3
某工業區污水廠處理單元操作參數 污泥喜氣消化池 污泥消化時間 ( ) 2.5 4.3 污泥固液分離池 污泥再濃縮時間 ( ) 3 98.3 污泥脫水機 污泥進料量 (m 3 /hr) 25 以 0 污泥餅產生量 (m 3 /day) 污泥餅產生量 (m 3 /day) 6 以 0
厭氧消化槽處理染整污泥和工業區廢水廠污泥 5 升消化槽設計 1 噸消化槽設計圖
1 噸厭氧消化槽主體和控制盤
厭氧消化槽設計規範 參數 體積, ft 3 / capita 初沉污泥 初沉污泥 + 過濾池污泥 初沉污泥 + 曝氣池污泥 污泥固體負荷率, kg/m 3 -day 污泥停留時間, days 標準消化槽 2-3 4-5 4-6 0.64~1.6 30-60 高率消化槽 1.3-2.0 2.6-3.3 2.6-4 1.6-3.2 15-20
污泥在混合式消化槽平均停留時間 操作溫度 0 C 18 24 30 35 40 最小污泥停留時間,day 11 8 6 4 4 污泥設計停留時間,day 28 20 14 10 10
5 升和 1 噸厭氧消化槽操作條件 污泥量污泥停留時間 (SRT) Haed Space ph ORP 污泥濃度表示氣體偵測 90% 10 days 10% 6.79~6.87-236~-260 mv 總固體物 TS(mg/L), 揮發性固體物 VS(mg/L) CH 4 (mmole) CO 2 (mmole)
5 升消化槽處理染整廠污泥試驗結果 1.2 10 4 1 10 4 總固體物 (TS) 對時間變化 70 60 50 總固體物 (TS) 去除率對時間變化 TS(mg/L) 8000 6000 4000 2000 TS-in TS-out 0 5 10 15 20 25 30 Time(days) TS Removal(%) 40 30 20 10 0 0 5 10 15 20 25 30 Time(days)
5 升消化槽處理染整廠污泥試驗結果 揮發性固體物 (VS) 對時間變化 揮發性固體物 (VS) 去除率對時間變化 VS(mg/L) 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 VS-in VS-out 0 5 10 15 20 25 30 Time(days) VS Removal (%) 70 60 50 40 30 20 0 5 10 15 20 25 30 Time(days)
1 噸消化槽處理工業區廢水廠污泥試驗結果 3 -day) Solid-loading rate (kg/m 25 20 15 10 5 污泥固體負荷率對時間變化 High-rate digestion, Solid Loading Rate=1.6~3.2 0 0 10 20 30 40 50 60 Time(days) TS(mg/L) 4 10 4 3.5 10 4 3 10 4 2.5 10 4 2 10 4 1.5 10 4 總固體物 (TS) 和去除率對時間變化 SRT=1days TS(in) TS(out) 10 0 10 20 30 40 50 60 Time(days) SRT=10days Removal(%) 50 45 40 35 30 25 20 15 Removal(%)
1 噸消化槽處理工業區廢水廠污泥試驗結果 VS(mg/L) 揮發性固體物 (VS) 和去除率對時間變化 2.4 10 4 2.2 10 4 2 10 4 1.8 10 4 1.6 10 4 1.4 10 4 1.2 10 4 1 10 4 VS(in) VS(out) SRT=1 day SRT=10 days Removal(%) 8000 10 0 10 20 30 40 50 60 Time(days) 60 50 40 30 20 Removal(%) Gas Production (mmole)/day 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 CH 4 和 CO 2 對時間變化 CH4 CO2 SRT=1 day SRT=10 day 0 0 10 20 30 40 50 60 Time(days)
結論 操作 5 升消化槽處理某染整廠污泥經消化後總固體物去除率約 40%, 揮發性固體物去除率約 50% 操作 1 噸消化槽污泥處理某工業區廢水廠污泥, 總固體物去除率為 38%~45% VS 去除率為 42%~56% CH 4 和 CO 2 氣體產率為 0.26~0.36 mmole CH 4 /gvs removal 和 0.03~0.046 mmole CO 2 /gvs removal 消化氣體熱值為 37,300KJ/m 3, 試驗期間操作 1 噸消化槽污泥產生約 11m 3, 共產生 410,300 KJ 若每日處理 6 噸污泥, 厭氧消化槽體積需 60m 3, 如直徑為 5m, 高度約 3m
兩相溫控厭氧消化槽系統處理都市廢水污泥 考資料來源 Santha and Sung, 2003 Advances in Environmental Research;Water Environment Research
計畫目標 1. 增進污泥消化效率, 改進消化污泥的特性 2. 減少污泥 病源菌, 使大腸桿菌數少於 1000 MPN/g TS 沙門氏菌少於 0.75 MPN/g TS 3. 使污泥固體物達到美國環保署規定 A 級標準
單槽式污泥厭氧消化系統 技術優點 系統操作較簡單 運轉維護費用較低 溫度控制容易 技術缺點 消化過程泡沫和臭味生成 揮發性有機酸累積 消化程序較不穩定
兩相式溫控污泥消化系統 技術優點 容易水解複合性有機物 增進揮發性固體物去除 增加揮發性有機酸轉換成 烷 減少消化過程泡沫和臭味生成 增加消化程序穩定性
初沉污泥與廢棄活性污泥特性 總固體物 (%) 揮發性固體物 (%) 揮發性脂肪酸 (mg/l as Acetic Acid) 鹼度 (mg/l as CaCO 3 ) ph 大腸桿菌 (MPN/g TS) 初沉污泥 3.0-5.0 2.9-3.2 900-1400 800-1500 5.0-6.5 10 6-10 9 廢棄活性污泥 3.7-4.2 3.0-3.3 400-650 1000-1700 5.5-6.5 10 5-10 7
污泥停留時間和揮發性有機負荷條件 污泥停留時間 (days) 揮發性有機負荷 (g VS/L-day) 高溫 (55 C) 溫 (35 C) 高溫 (55 C) 溫 (35 C) 1 10 29 2.7 2 10 15 2.5 4 10 7.3 2.1 2.7 14.3 10.5 2.2 5.7 14.3 5.3 1.9 8 20 3.8 1.8
揮發性固體物去除率比較 60 Two-Stage system A 50 VS Removal 揮 (%) 40 30 20 10 Two-Stage System B Single-Stage System 0 0 10 20 30 40 50 SRT, days
烷生成率比較 Methane Production Rate, L/day 10 8 6 4 2 0 Two-Stage System A Single-Stage System Two-Stage System B 0 10 20 30 40 50 SRT, days
10 8 6 4 2 0 大腸桿菌數比較 Influent 1st-Stage Single-Stage System 2nd-Stage 0 10 20 30 40 50 SRT, days Log Concentration of F. Coliforms, MPN/g TS
揮發性脂肪酸比較 2500 VFA, mg/l as Acetic Acid 2000 1500 1000 500 1st-Stage of System B 1st-Stage of System A 2nd-Stages of Systems A & B Single-Stage System 0 0 10 20 30 40 50 HRT, days
結論 1. 當處理初沉污泥與廢棄活性污泥比為 50:50, 最適當污泥停留時間 (SRT) 為 11-17 2. 實驗室級反應槽污泥停留時間控制為 10-28, 實廠污泥停留時間控制為 14-30, 污泥揮發性固體物 (VS) 去除率為 42~74%