東 海 學 報 49 卷 (212):15-33 中 華 民 國 一 百 零 一 年 二 月 出 版 以 廢 棄 活 性 汙 泥 製 成 孔 隙 生 物 載 體 之 探 討 張 鎮 南 東 海 大 學 環 境 科 學 與 工 程 學 系 教 授 cnchang@thu.edu.tw 蘇 汶 芳 東 海 大 學 環 境 科 學 與 工 程 學 系 碩 士 研 究 生 黃 瀚 賢 東 海 大 學 環 境 科 學 與 工 程 學 系 碩 士 研 究 生 吳 士 嫻 東 海 大 學 環 境 科 學 與 工 程 學 系 研 究 助 理 邱 應 志 宜 蘭 大 學 環 境 工 程 學 系 教 授 ycchiu@niu.edu.tw 摘 要 傳 統 活 性 污 泥 是 目 前 最 常 用 的 廢 水 處 理 方 式 之 一, 但 此 方 法 會 產 生 大 量 廢 棄 活 性 污 泥, 間 接 製 造 出 廢 棄 物 處 理 的 問 題, 因 此 本 研 究 以 資 源 回 收 處 理 的 方 式 燒 製 載 體, 來 回 收 廢 棄 的 活 性 污 泥 餅 在 本 研 究 中, 採 用 內 湖 污 水 處 理 廠 所 產 生 之 廢 棄 活 性 污 泥, 與 紅 土 以 及 少 量 化 學 添 加 物 以 一 定 比 例 混 合, 燒 製 成 載 體 (porous WAS pellets) 及 曝 氣 石, 將 此 載 體 利 用 於 循 序 批 分 式 反 應 槽 (SBR) 中, 藉 由 生 物 膜 的 形 成 以 增 加 廢 水 處 理 效 率, 由 實 驗 結 果 得 知, 添 加 此 載 體 之 反 應 槽 處 理 (SBBR) 效 果 較 未 添 加 任 何 載 體 之 反 應 槽 處 理 效 果 為 佳,(SND 效 率 98 % > 92%) 關 鍵 字 : 廢 棄 活 性 污 泥 (WAS) 載 體 回 收 同 時 硝 化 脫 硝 (SND) 15
1. 前 言 1.1 研 究 緣 起 國 內 廢 水 處 理 採 取 生 物 處 理 已 盛 行 多 年, 活 性 污 泥 系 統 是 目 前 最 普 遍 及 有 效 的 生 物 廢 水 處 理 系 統 之 一 而 其 中 活 性 污 泥 法 處 理 廢 水 的 過 程 將 產 生 過 量 廢 棄 活 性 污 泥, 進 而 引 發 後 續 處 理 問 題 目 前 仍 然 是 以 掩 埋 為 主 要 的 處 置 方 法 廢 棄 污 泥 的 減 量 及 回 收 再 利 用 資 源 化 並 將 其 朝 向 安 定 及 無 害 化 的 目 標, 已 是 未 來 生 物 廢 水 處 理 推 廣 衍 生 的 新 課 題 延 用 目 前 將 廢 棄 的 活 性 污 泥 回 收 再 利 用 之 基 本 理 論 加 以 研 發 創 新, 除 磚 瓦 骨 材 製 作 外, 將 基 本 理 論 加 以 變 化, 可 讓 廢 棄 污 泥 經 燒 結 再 利 用 回 歸 於 生 物 廢 水 處 理 系 統 中 之 生 物 載 體, 另 可 回 收 再 利 用 製 成 曝 氣 石 活 性 污 泥 系 統 中 加 入 適 量 的 載 體 可 幫 助 循 序 批 次 反 應 槽 (sequencing batch reactor, SBR) 中 污 泥 的 處 理 效 果 (Sirianuntapiboon et al., 25) 1.2 研 究 目 的 與 內 容 本 研 究 之 主 要 研 究 目 的 為 : 1. 活 用 燒 結 發 泡 機 制 將 廢 棄 活 性 污 泥 回 收 再 利 用 資 源 化, 減 少 大 量 廢 污 泥 處 理 問 題, 創 新 廢 污 泥 再 利 用 之 製 成 品 2. 比 較 再 利 用 製 成 品 運 用 在 生 物 處 理 上 之 性 能 差 異 及 處 理 效 果 中, 期 待 新 加 入 試 作 之 低 成 本 有 孔 隙 生 物 載 體 後, 可 增 加 反 應 槽 去 除 水 中 COD 及 氨 氮 的 能 力 2.2 再 利 用 製 品 應 用 - 生 物 反 應 槽 架 構 1. 實 驗 用 反 應 槽 為 PET ( polyethylene terphthalates, 聚 乙 烯 對 苯 二 甲 酸 酯 ) 材 質 之 圓 柱 桶 直 徑 25cm, 高 35cm 反 應 槽 有 效 工 作 體 積 為 12L 2. 攪 拌 器 : 操 作 期 間 轉 數 維 持 在 135 rpm (Oriental Motor, Japan) 3. 曝 氣 幫 浦 : 最 大 曝 氣 流 量 為 12 L/min (Serial No. 13114, Medo Co., Japan) 本 研 究 中 兩 種 反 應 槽 系 統 ( 實 驗 組 以 回 收 污 泥 製 成 品 為 載 體 之 SBBR 系 統 及 對 照 組 典 型 SBR 系 統 ) 之 反 應 槽 概 圖 如 圖 2 兩 反 應 槽 水 溫 控 制 於 25±2 o C 之 範 圍, 夏 天 以 冷 氣 調 整 馴 養 室 之 室 內 溫 度, 冬 天 以 水 族 館 所 販 售 之 保 溫 器 在 SBBR 系 統 中 以 回 收 廢 污 泥 製 成 品 之 載 體 佔 反 應 槽 有 效 體 積 約 15% 三 種 loadings 以 Loading III 的 進 流 濃 度 最 高 (SCOD: 615±43.1 mg/l;nh + 4 -N: 79±6.2 mg/l), 其 次 為 Loading II (SCOD: 449±47.3 mg/l;nh + 4 -N: 59±5.7 mg/l), 最 後 為 進 流 濃 度 最 低 的 Loading I (SCOD: 33±8.5 mg/l;nh + 4 -N: 42±.8 mg/l) 2. 研 究 方 法 與 設 備 2.1 研 究 流 程 本 研 究 目 的 為 有 鑑 於 目 前 廢 棄 活 性 污 泥 (wasted activated sludge,was) 日 漸 增 加 之 問 題, 將 回 收 再 利 用 WAS 製 作 可 應 用 在 生 物 反 應 槽 中 作 生 物 營 養 鹽 (biological nutrient removal,bnr) 去 除 或 做 為 礫 間 處 理 用 之 多 孔 生 物 載 體 研 究 流 程 圖 示 如 圖 1, WAS 再 利 用 前 需 作 基 本 特 性 分 析, 了 解 其 化 學 組 成 分 後, 依 分 析 結 果 為 一 般 或 有 害 廢 棄 物 作 不 同 前 處 理 過 程 後, 再 製 造 研 發 製 作 完 成 生 物 載 體, 置 入 本 實 驗 室 先 前 已 發 展 之 循 序 批 分 式 反 應 槽 (Sequencing Batch Reactor, SBR) 16
廢 棄 污 泥 (WSA) 基 本 特 性 分 析 WAS 回 收 再 利 用 燒 製 試 驗 成 果 不 佳, 即 再 試 驗 再 利 用 產 品 應 用 性 測 試 : 應 用 於 實 驗 用 生 物 處 理 反 應 槽 再 利 用 產 品 之 特 性 試 驗 : 基 本 硬 度 單 軸 抗 壓 強 度 TCLP 溶 出 試 驗 氧 傳 輸 速 率 測 試 再 利 用 產 品 製 作 為 生 物 載 體 與 曝 氣 石 應 用 於 生 物 反 應 槽 即 為 SBBR; 無 載 體 之 對 照 組 反 應 槽 為 SBR 探 討 在 不 同 負 載 率 下 SBBR 與 SBR 生 物 處 理 效 率 之 差 異 圖 1:Research flow chart (3) (3) ORP ph DO (2) (4) (2) (4) (1) (5) (a)sbr (b)sbbr system LabVIEW 圖 2:Schematic diagram of the immobilized system: (1) baked porous WAS pellets, (2) WAS pellets diffusers, (3) ph, ORP and DO sensors, (4) mixer, and (5) computer and data acquisition system (LabVIEW) 17
2.3 進 流 合 成 廢 水 基 本 特 性 本 研 究 中 SBBR 與 典 型 SBR 兩 種 反 應 槽 皆 在 三 種 不 同 的 loadings 做 批 次 實 驗 之 對 照 其 三 種 loadings 條 件 下 之 進 流 濃 度 為 表 1 所 示 本 研 究 中 所 使 用 之 人 工 合 成 基 質 其 BOD: NH + 4 -N: PO 3-4 -P 平 均 為 1: 13.7: 2.2 Concentration (mg/l) Components Loading I Loading I I oading III SCOD 33 ± 8.5** 449 ± 47.3** 615 ± 43.1** B D 299 ± 9.2** 428 ± 13.5** 63 ± 1.3** NH + 4 -N 42 ±.8** 59 ± 5.7** 79 ± 6.2** NO x -N ND * ND * ND * PO 3-4 -P 7 ±.5** 9 ±.6** 14 ± 2.3** BOD: NH + 4 -N: 1: 14.: 2.3 1: 13.8: 2.1 1: 13.2: 2.3 PO 3-4 -P *ND:Not Detectable M.D.L( 方 法 偵 測 極 限 ).: NH + 4 -N.1 mg/l NO 2 -N.13 mg/l NO 3 -N.15 mg/l **n = 3( 三 重 複 ) 表 1:The water quality and loadings of influent wastewater 2.4 水 質 分 析 方 法 實 驗 分 析 項 目 : 各 實 驗 分 析 項 目 方 法 如 表 2 Item The Analysis Method and Instrument COD Methods 522B* BOD 5 Method 521B NH 4 + -N Method 45F* NO 2 - -N Method 45 NO 2 - B* NO 3 - -N Method 45 NO 3 - B* ph ph meter, Method 45-H + B* (SUNTEX PC-31) ORP ORP meter, Method 258B*(SUNTEX PC-31) DO DO meter, Method 45-O G* (SUNTEX DC-51) Temp Temperature meter, NIEA W217.5A MLSS Method 254 D* MLVSS Method 254 E* * Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater 21 st Edition (APHA et al., 25) 3. 結 果 與 討 論 3.1 WAS 特 性 臺 北 市 內 湖 生 活 污 水 處 理 廠, 生 污 泥 經 帶 濾 式 脫 水 機 脫 水 成 污 泥 餅, 已 去 除 85% 之 水 份 將 污 泥 餅 做 三 成 份 分 析 (NIEA R25.1C), 其 結 果 示 如 表 3 其 中 水 分 (Moisture content) 佔 85.2%, 可 燃 份 (Flammable content) 佔 9.4%, 灰 份 (Ash content) 佔 5.4% 因 灰 份 已 是 不 可 燃 物 質, 經 灼 燒 減 量 試 驗 後, 重 量 亦 不 會 減 少, 若 灰 份 較 高, 應 該 會 降 低 試 體 灼 燒 減 量 值 欲 將 廢 棄 活 性 污 泥 回 收 再 利 用, 需 將 試 驗 中 使 用 之 原 料, 依 公 告 檢 測 方 法 之 事 業 廢 棄 物 毒 性 特 性 溶 出 程 序 進 行 試 驗 本 研 究 所 用 原 料 為 污 水 處 理 廢 污 泥 及 高 黏 性 紅 土, 其 TCLP 毒 性 溶 出 試 驗 之 結 果 如 表 4 所 示, 其 溶 出 值 皆 低 於 公 告 法 規 標 準, 故 屬 於 一 般 事 業 廢 棄 物, 而 非 有 害 事 業 廢 棄 物, 適 合 再 利 用 試 驗 表 2:The analytic methods and instruments used in this study. 18
Basic characteristic WAS Moisture content, % 85.24 ±.2* Flammable content, % 9.42 ±.1* Ash content, % 5.34 ±.5* LOI ** 1.32 ±.56* *n=3( 三 重 複 ) ** Loss of ignition, LOI:9 o C-3hr 表 3:The basic characteristics of wasted sludge sample of Nei-Hu wastewater treatment plant. Element Concentration of WAS (mg/l) Concentration of red clay (mg/l) Regulation of TCLP from HM (mg/l)** M. D. L.*** (mg/l) Cu.37.2 15.12 Pb.3.1 5.28 Cr.1.8 1.77 Zn 3.33.9 25.4 Cd ND* ND*.5.1 *ND: Not Detected **Regulation was obtained from Waste Material Cleanup, EPA, Taiwan (27) ***M. D. L.:Method Detection Limit 表 4:The TCLP test for heavy metal concentration of NEI-HU WAS and red clay. 污 泥 原 料 經 高 溫 高 壓 消 化 後, 以 ICP-AES 測 得 金 屬 元 素 含 量 後, 推 估 其 化 學 組 成 結 果 如 表 5 有 文 獻 ( 林 氏,26) 指 出 大 部 分 污 泥 部 份 成 份 與 製 作 骨 材 原 料 成 份 相 似, 因 此 利 用 廢 污 泥 回 收 燒 製 固 體 有 其 可 行 性 文 獻 中 ( 吳 氏,26) 另 外 指 出 大 部 分 污 泥 成 份, 除 了 主 要 無 機 物 SiO 2, 與 少 量 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 外, 還 含 有 大 量 有 機 固 體 物 與 生 物 細 胞, 其 組 成 份 中 之 有 機 磷 會 與 PAC 混 凝 劑 反 應 而 形 成 的 磷 酸 鋁 化 合 物 (AlPO 4 ) 依 表 5 結 果 所 示, 含 量 最 高 元 素 為 Al, 其 次 為 Fe Element Concentration (mg/kg) Element Concentration (mg/kg) Al 27895 Mn 163.48 Fe 14877 Sr 115.53 Ca 8458 Pb 53.83 K 717 Cr 38.96 S 66 V 36.45 Mg 4311 As 6.62 Na 1768 Co 4.45 Zn 839.61 Cd 1.86 Ba 451.47 Sb 1.38 Cu 214.87 Ni ND* *ND: Not Detected Analyzed by ICP-AES 表 5:Concentration (mg/kg dry solid) of heavy metals in NEI-HU WAS. 19
3.2 回 收 載 體 特 性 本 研 究 目 的 為 將 廢 棄 活 性 污 泥 (WAS) 回 收 再 利 用 製 成 多 孔 隙 生 物 載 體, 用 來 提 升 生 物 處 理 廢 水 效 率 WAS 紅 土 與 化 學 添 加 劑 的 細 微 粉 末 以 5:6:1 至 5:12:1 範 圍 之 重 量 比 例 混 合 成 一 混 合 物, 並 且 在 混 合 過 程 中 添 加 少 許 水 以 增 加 混 合 物 之 黏 性, 然 後 將 再 利 用 製 品 作 成 生 物 載 體, 則 將 此 混 合 物 製 作 成 丸 狀 物 體, 試 體 以 丸 狀 之 表 面 積 最 大, 所 以 此 形 狀 較 適 為 微 生 物 載 體 ; 以 WAS 紅 土 與 化 學 添 加 劑 混 合 比 例 為 5:7:1 丸 狀 物 體 做 抗 壓 強 度 視 密 度 及 吸 水 率 的 基 本 特 性 分 析 結 果 如 表 6. 所 示 本 研 究 作 為 反 應 槽 之 生 物 載 體, 抗 壓 強 度 視 密 度 及 吸 水 率 分 別 為 36.7 kgf/cm 2 7.1 g/cm 3 和 32.99% 表 中 並 另 外 比 較 本 研 究 室 前 兩 年 研 發 產 品 之 分 析 結 果 由 表 6 中 硬 度 的 數 據 結 果 可 看 出, 本 研 究 室 所 研 發 之 生 物 載 體, 其 耐 用 性 的 改 良 有 逐 年 上 升 的 趨 勢 Reference This study, 28 Chung, 27 Chen, 25 Compressive strength (kgf/cm 2 ) Bulk density (g/cm 3 ) Water absorption (%) 36.7 7.1 32.99 6.4 1.1 41.2 2.44.67 6.49 表 6:The basic characteristics of the porous WAS pellets in this study and other references. Element Concentration of porous WAS pellets (mg/l) Regulation of TCLP from HM (mg/l)** M.D.L.*** (mg/l) Cu 1.92 15.12 Pb 1.22 5.28 Cr.26 1.77 Zn.97 25.4 Cd.9.5.1 表 7:The TCLP test for heavy metal concentration of NEI-HU porous WAS pellets. 圖 3 為 應 用 在 本 試 驗 SBBR 系 統 中 之 生 物 載 體 圖 3(a) 本 研 究 室 所 研 發, 專 利 公 開 編 號 第 272198 之 WAS 再 利 用 製 品 (Chung, 27), 圖 3(a) 為 圖 3(b) 中 WAS 再 利 用 產 品 經 改 良 硬 度 增 強 耐 久 性 後, 應 用 在 本 實 驗 中 SBBR 系 統 中 之 生 物 載 體 圖 4 為 以 掃 描 式 電 子 顯 微 鏡 (Scanning Electron Microscopes, SEM) 拍 攝 本 研 究 室 自 行 研 發 之 生 物 載 體, 表 面 型 態 之 觀 察 圖 3(a) 為 專 利 公 開 編 號 第 272198 之 WAS 再 利 用 製 品 ; 圖 (3b) 為 圖 3(a) 中 WAS 再 利 用 產 品 經 改 良 性 能 之 產 品 由 圖 4(a) 可 看 出, 多 孔 隙 載 體 上 有 許 多 分 部 均 勻 的 孔 隙 可 提 供 微 生 物 附 著 生 長 之 孔 隙 ; 圖 4(b) 中 藉 由 孔 隙 間 隔 之 縮 小, 而 提 高 了 其 密 度 硬 度 及 耐 用 性, 使 其 在 應 用 時 能 降 低 損 壞 率 為 能 達 到 廢 棄 物 再 應 用 之 目 的, 本 研 究 燒 製 之 試 體, 依 公 告 檢 測 方 法 之 TCLP 試 驗 生 物 載 體 之 TCLP 數 據 結 果 及 火 焰 式 原 子 吸 收 光 譜 儀 之 方 法 偵 測 極 限, 如 表 7 所 示 其 TCLP 分 析 表 顯 示 製 作 完 成 之 多 孔 隙 生 物 載 體, 五 種 重 金 屬 溶 出 量 均 符 合 法 規 標 準, 故 其 再 利 用 產 品 無 環 境 上 二 次 危 害 虞 慮, 可 在 生 物 反 應 槽 中 應 用 圖 3(a):The external of the porous WAS pellets, which have the average diameters between 14 to 16 mm. (SEM 掃 描 式 電 子 顯 微 鏡 觀 察 ) 2
將 增 加, 其 強 度 及 硬 度 也 將 跟 進 提 升, 成 為 微 孔 隙 及 耐 久 度 增 強 之 試 體 原 料 經 過 研 磨 後 所 製 作 成 之 曝 氣 石, 其 抗 壓 強 度 由 原 本 的 36.7 kgf/cm 2 提 升 至 43.15 kgf/cm 2 圖 4:The SEM image of the rebuilt WAS porous pellets surface. 3.3 WAS 再 利 用 製 成 氣 泡 石 之 特 性 將 製 作 WAS 再 利 用 之 生 物 載 體 原 料 顆 粒 加 以 研 磨 至 小 顆 粒, 以 12 rpm 研 磨 8 小 時, 並 將 製 作 成 生 物 載 體 之 圓 球 狀 外 型 更 改 為 圓 柱 狀, 即 為 曝 氣 石 胚 體 如 圖 5(a) 所 示, 圖 中 右 為 本 研 究 室 研 發 之 曝 氣 石, 直 徑 約 為 12 至 14 mm; 左 為 市 面 上 販 售 之 曝 氣 石 製 作 完 成 之 曝 氣 石, 將 接 頭 銜 接 一 空 氣 產 生 器 之 導 管 末 端, 而 當 氣 泡 石 置 於 水 中 時, 空 氣 產 生 器 啟 動 會 產 生 空 氣, 空 氣 就 會 從 曝 氣 石 之 具 有 多 孔 性 之 周 壁 釋 出 而 產 生 許 多 細 小 的 氣 泡 如 圖 5(b) 所 示 圖 5:The external of the WAS pellets diffusers, which have the average diameters between 12 to 14 mm. 圖 6 為 回 收 WAS 再 利 用 產 品 原 料, 經 研 磨 前 圖 6(a) 圖 6(c) 及 研 磨 後 圖 6(b) 圖 6(d), 以 SEM 掃 描 式 電 子 顯 微 鏡 粗 略 微 觀 原 料 之 顆 粒 大 小, 並 觀 察 原 料 經 研 磨 前 及 研 磨 後 所 製 作 之 曝 氣 石, 表 面 孔 隙 之 差 異 圖 6(a) 與 圖 6 (b) 為 WAS 原 料 經 研 磨 前 及 研 磨 後 之 顆 粒 粒 徑 SEM 微 觀 ; 圖 6(c) 與 (d) 為 紅 土 原 料 經 研 磨 前 及 研 磨 後 之 顆 粒 粒 徑 SEM 微 觀 ; 圖 6(e) 與 圖 6 (f) 為 所 有 原 料 經 研 磨 前 及 研 磨 後 再 燒 結 之 試 體, 其 SEM 下 試 體 表 面 之 微 觀 由 圖 6(e) 與 圖 6 (f) 可 得 之, 回 收 WAS 製 作 再 利 用 產 品 之 原 料, 經 過 1,2 rpm 研 磨 8 小 時 後, 試 體 燒 結 後 之 密 度 21 圖 6(a):The SEM images of WAS, red soil and raw pellet diffuser before and after a grinding of 1,2rpm, 8hrs. 3.4 溶 氧 曲 線 變 化 爲 了 解 試 體 改 良 為 曝 氣 石 後 之 性 能, 將 製 作 氣 泡 石 之 含 有 三 種 不 同 廢 棄 活 性 污 泥 紅 土 與 化 學 添 加 劑 的 混 合 比 例 燒 製 而 成 的 氣 泡 石 與 一 市 售 氣 泡 石 置 於 裝 有 2L 自 來 水 的 容 器 中 之 繪 製 溶 氧 曲 線 圖 結 果 示 如 圖 7, 其 中, 將 每 個 曝 氣 石 於 2L 的 容 器 中 之 曝 氣 量 皆 控 制 為.5 L/min, 並 特 別 選 用 相 與 研 發 曝 氣 石 當 體 積 之 市 售 曝 氣 石 做 氧 傳 試 驗, 曲 線 α 係 廢 棄 活 性 污 泥 紅 土 與 化 學 添 加 劑 之 混 合 比 例 為 5:12:1 的 曝 氣 石 之 溶 氧 情 形, 曲 線 β 係 廢 棄 活 性 污 泥 紅 土 與 化 學 添 加 劑 之 混 合 比 例 為 5:9:1 的 曝 氣 石 之 溶 氧 情 形, 曲 線 γ 係 廢 棄 活 性 污 泥 紅 土 與 化 學 添 加 劑 之 混 合 比 例 為 5:6:1 的 曝 氣 石 之 溶 氧 情 形, 曲 線 δ 係 市 售 曝 氣 石 之 溶 氧 情 形
圖 7:The comparison of DO concentration rising rate using commercial and sinter WAS porous diffusers. (23.7 o C) 圖 7 之 溶 氧 曲 線 結 果 數 據 彙 整 如 表 8 其 中, 方 程 式 y = ax + b 中 之 斜 率 a 值 即 為 氧 傳 輸 係 數, 且 氧 傳 輸 係 數 愈 大 表 曝 氣 效 果 愈 好 ; 由 表 8(a) 可 知 廢 棄 活 性 污 泥 紅 土 與 化 學 添 加 劑 之 混 合 比 例 為 5:12:1 的 曝 氣 石 之 氧 傳 輸 係 數 為.21 min -1, 表 8(b) 可 知 廢 棄 活 性 污 泥 紅 土 與 化 學 添 加 劑 之 混 合 比 例 為 5:9:1 的 曝 氣 石 之 氧 傳 輸 係 數 為.328 min -1, 表 8(c) 可 知 廢 棄 活 性 污 泥 紅 土 與 化 學 添 加 劑 之 混 合 比 例 為 5:6:1 的 曝 氣 石 之 氧 傳 輸 係 數 為.245 min -1, 表 8(d) 之 市 售 曝 氣 石 之 氧 傳 輸 係 數 為.132 min -1 由 此 可 知, 此 研 發 之 曝 氣 石 不 但 較 市 售 曝 氣 石 之 氧 傳 輸 係 數 大, 更 可 知 利 用 廢 棄 活 性 污 泥 紅 土 與 化 學 添 加 劑 之 混 合 比 例 為 5:9:1 之 曝 氣 石 會 獲 得 較 大 的 氧 傳 輸 係 數, 即 此 曝 氣 石 的 曝 氣 效 果 較 其 他 曝 氣 石 好 將 此 試 驗 之 最 佳 結 果 : 廢 棄 活 性 污 泥 紅 土 與 化 學 添 加 劑 之 混 合 比 例 為 5:9:1 之 氣 泡 石, 應 用 在 本 研 究 之 兩 生 物 反 應 槽 (SBR 與 SBBR) 系 統 中 WAS : red soil : Chemical additive ratio oxygen transfer coefficient (min -1 ) (a)5:12:1.21 (b)5:9:1.328 (c)5:6:1.245 (d)commercial.132 表 8:The comparison of oxygen transfer coefficient between commercial and sinter porous diffusers. 3.5 再 生 製 品 生 物 技 術 應 用 於 SBBR 與 SBR 系 統 3.5.1 SBBR 與 SBR 系 統 每 日 監 測 自 兩 個 反 應 槽 系 統 建 立 後, 同 時 平 行 運 轉 操 作 超 過 14 天, 其 中 運 轉 操 作 期 間 分 為 三 種 loadings ; 其 中 Loading I 濃 度 最 低 (F/M:.278 g-cod/g-v SS/day), 運 轉 操 作 時 間 7 天 進 而 增 加 食 微 比 為 Loading II (F/M:.445 g-cod/g-vss/day), 運 轉 操 作 時 間 27 天, 最 高 濃 度 為 Loading III (F/M:.61 g-cod/g-vss/day), 運 轉 操 作 時 間 43 天 兩 反 應 槽 系 統 分 別 為 實 驗 組 (SBBR 系 統 ): 以 多 孔 隙 污 泥 回 收 製 成 之 顆 粒 (porous WAS pellets) 作 為 固 定 生 物 膜 之 載 體, 與 對 照 組 為 典 型 的 SBR 操 作 系 統 另 外, 在 兩 反 應 槽 系 統 中 皆 以 本 研 究 室 自 製 曝 氣 打 氣 圖 8 為 經 兩 反 應 槽 系 統 (SBBR 與 SBR) 連 續 操 作 14 天, 每 日 SCOD 人 工 和 成 基 質 22
進 流 濃 度 及 處 理 後 之 放 流 水 長 期 監 測 變 化 其 中, Loading I ( 第 1~7 天 ) Loading II ( 第 71~97 天 ) 與 為 299±8.5 mg/l 449±47.3 mg/l 與 615±43.1 mg/ L 放 流 水 SCOD 濃 度 為 皆 低 5mg/L 以 下 Loading III ( 第 98~14 天 ) 的 SCOD 進 流 濃 度 分 別 8 7 6 Influent Effluent SBBR Effluent SBR SCOD, mg/l 5 4 3 2 1 2 4 6 8 1 12 14 Time, Day 圖 8:The daily profiles of SCOD in two types of system (SBR and SBBR with porous WAS pellets). The period of Loading I, II and III are 7 days, 27 days and 43 days, respectively. 圖 9 為 兩 反 應 槽 系 統 (SBBR 與 SBR) 每 日 NH + 4 -N 進 流 濃 度 及 處 理 後 之 放 流 水 長 期 監 測 變 化 其 中 連 續 操 作 13 天 下,Loading I ( 第 1~7 天 ) Loading II ( 第 71~97 天 ) 與 Loading III ( 第 98~14 天 ) NH + 4 -N 每 日 進 流 的 人 工 合 成 基 質 濃 度 分 別 為 42±.8 mg/l 59± 5.7 mg/l 與 79± 6.2 mg/l 連 續 操 作 下 Loading III NH + 4 -N 的 進 流 濃 度 最 高 (F/M:.78g-NH + 4 -N/g-VSS/day), 其 次 為 Loading II (F/M:.59 g- NH + 4 -N /g-vss/day) 最 後 為 進 流 濃 度 最 低 的 Loading I (F/M:.39 g- NH + 4 -N /g-vss/day) 經 反 應 槽 處 理 後 出 流 水 濃 度 為 皆 低 1mg/L 以 下 圖 9:The daily profiles of NH + 4 -N in two types of system (SBR and SBBR with porous WAS pellets). The period of Loadings I, II and III are 7 days, 27 days and 43 days, respectively. 23
3.5.2 SBBR 與 SBR 系 統 批 分 次 試 驗 結 果 (LoadingⅠ) 為 了 試 驗 利 用 廢 棄 活 性 污 泥 (WAS) 再 生 製 品 應 用 在 生 物 處 理 系 統 之 可 行 性 爲 此, 將 設 計 兩 種 反 應 系 統, 一 設 計 為 SBR 系 統 以 利 用 WAS 回 收 製 成 之 多 孔 隙 生 物 載 體 做 成 SBBR 系 統, 另 一 實 驗 之 對 照 組 為 無 載 體 純 污 泥 之 SBR 系 統, 兩 反 應 槽 皆 利 用 使 用 WAS 回 收 製 成 之 氣 泡 石 提 升 曝 氣 機 打 氣 效 率 本 研 究 除 試 驗 再 利 用 製 品 的 可 行 性 外, 並 比 較 兩 種 反 應 槽 系 統 生 物 營 養 鹽 之 去 除 效 果 (biological nutrient removal, BNR) 時 間 的 12 分 鐘 I. SBR 系 統 : 圖 1 為 SBR 系 統 在 Loading I (F/M:.278 g-cod/g-vss/day;.39 g- NH + 4 -N /g-vss/day) 的 條 件 下 之 批 次 試 驗 結 果 每 批 次 試 驗 一 cycle 為 12 小 時, 每 3 分 鐘 採 一 個 樣 品 點 並 同 時 以 線 上 即 時 監 測 系 統 與 電 腦 連 線 每 分 鐘 即 時 紀 錄 ORP ph 與 DO 之 數 值 反 應 槽 內 NH + 4 -N 濃 度 利 用 硝 化 作 用 由 進 流 42. mg/l 降 低 至 低 於 分 析 之 MDL 值 (.1 mg/l) 由 Carrera et al., (24) 文 獻 中 可 得 : r nitrificat ion Q = in + + ([ NH N ] [ NH N ] ) 4 in 4 out (1) V reactors [ VSS ] reactors 在 Loading I 批 次 條 件 下 SBR 系 統 之 硝 化 率 為.39 g NH4 + -N g VSS -1 per day 理 論 上 SND, 反 應 中 硝 化 反 應 與 脫 硝 反 應 必 須 達 到 相 等 速 率 換 言 之, 就 是 沒 有 過 多 的 副 產 物 (NOx) 在 反 應 槽 中 累 積 因 此, 反 應 過 程 中 硝 酸 與 亞 硝 酸 產 生 的 速 率 需 要 控 制, 使 產 生 的 速 率 接 近 消 耗 的 速 率 另 外, 硝 酸 與 亞 硝 酸 在 SBR 系 統 中 不 能 被 累 積, 方 能 使 SND 反 應 順 利 進 行 批 分 次 反 應 過 程 中 可 看 出,SCOD 和 磷 在 此 反 應 過 程 中 不 受 任 何 物 質 的 影 響, 皆 可 達 到 幾 乎 完 全 被 去 除 的 目 標 特 別 是 磷, 在 反 應 操 作 轉 為 好 氧 段 時, 反 應 過 程 會 由 缺 氧 段 的 釋 磷, 改 為 好 氧 超 量 攝 取 反 應 槽 中 的 磷 因 此, 在 操 作 反 應 為 好 氧 階 段 時, 磷 可 完 全 被 去 除 此 好 氧 階 段 佔 整 個 操 作 反 應 24 圖 1:The on-line measured parameters (ORP, ph and DO), SCOD, nitrogen and phosphate concentration in the batch test of the traditional SBR system (Loading I); (a): the profiles of ORP, ph and DO; (b): NH 4 + -N, NO 2 - -N, NO 3 - -N, SCOD and PO 4 3- -P concentration. II. SBBR 系 統 : 圖 11 為 SBBR 系 統 添 加 以 WAS 回 收 再 利 用 製 成 的 多 孔 隙 生 物 載 體, 其 在 Loading I 條 件 下 的 批 次 反 應 結 果 在 與 圖 1 SBR 系 統 同 樣 的 控 制 條 件 下, 在 使 用 以 WAS 回 收 再 利 用 製 成 的 多 孔 隙 顆 粒 的 反 應 槽 中, 硝 酸 在 反 應 過 程 中 幾 乎 測 不 到 當 氨 氮 在 SBBR 反 應 槽 中 下 降 時, 硝 酸 並 不 會 隨 著 硝 化 而 增 加, 這 表 示 硝 化 反 應 將 氨 氮 轉 變 為 亞 硝 酸, 然 後 脫 硝 反 應 也 同 時 的 發 生, 又 因 在 反 應 過 程 中 可 測 得 NH 2 OH 的 產 生, 更 加 以 輔 證 此 生 物 去 氮 反 應 過 程, 應 行 一 階 段 同 時 硝 化 脫 硝 (simultaneous nitrification and denitrification, SND) 反 應 路 徑, 而 非 傳 統 的 二 階 段 硝 化 脫 硝 反 應 在 SBBR 系 統 的 批 分 次 反 應 過 程 可 看 出, SCOD 和 磷 在 此 反 應 過 程 中 也 不 受 任 何 物 質 的 影 響, 皆 可 達 到 幾 乎 完 全 被 去 除 的 目 標 營 養 鹽 磷 的 去 除, 也 在 好 氧 階 段 的 超 量 攝 磷 中 完 全 被 去 除 此 磷 去 除 的 反 應 過 程, 佔 整 個 操 作 反 應 時 間 的 12 分 鐘 另 外, 在 Loading I 條 件 下, 硝 化 率 ( r nitrification ) 在 兩 反 應 系 統 ( 圖 1 SBR 與 圖 11 SBBR) 中, 皆 為
.39 g NH 4 + -N g VSS -1 per day 圖 11:The on-line measured parameter (ORP, ph and DO), SCOD, nitrogen and phosphate concentration in the batch test of the SBBR system with porous WAS pellets (Loading I); (a): the profiles of ORP, ph and DO; (b):nh 4 + -N, NO 2 - -N, NO 3 - -N, SCOD and PO 4 3- -P concentration. 3.5.3 不 同 進 流 濃 度 批 次 試 驗 結 果 (LoadingsⅠ,Ⅱ 與 Ⅲ) 自 兩 個 反 應 槽 系 統 (SBR 與 SBBR) 建 立 後, 同 時 平 行 運 轉 操 作 超 過 14 天, 其 中 運 轉 操 作 期 間 分 為 三 種 loadings; 其 中 LoadingⅠ 濃 度 最 低 (F/M:.278 g-cod/g-vss/day;f/m:.39 g- NH + 4 -N /g-vss/day), 運 轉 操 作 時 間 7 天 進 而 增 加 食 微 比 為 LoadingⅡ (F/M:.445 g-cod/g-vss/day;.59 g- NH + 4 -N /g-vss/day), 運 轉 操 作 時 間 27 天 最 高 濃 度 為 Loading Ⅲ (F/M:.61 g-cod/g- VSS/day;F/M:.78 g-nh + 4 -N/g-VSS/day), 運 轉 操 作 時 間 43 天 在 三 種 Loadings 各 別 連 續 操 作 數 天 反 應 系 統 達 steady state 狀 態 時, 進 行 批 分 次 試 驗 (batch tests) 典 型 SBR 系 統 在 三 種 Loadings 下 進 行 批 分 次 結 果 示 如 圖 12, 在 三 種 Loadings 濃 度 下 出 流 之 COD 濃 度 沒 有 極 大 的 差 異, 且 LoadingⅠ 與 Ⅱ COD 之 出 流 濃 度 皆 在 2 mg/l 以 下 ( 圖 12(a)) 示 如 圖 12(b) 氨 氮 的 出 流 濃 度, 在 LoadingⅠ 的 25 進 流 濃 度 下 經 批 次 反 應 後 可 完 全 去 除 ; 在 Loading Ⅱ 時, 出 流 氨 氮 雖 無 法 完 全 去 除, 但 出 流 數 值 在 3 mg/l 以 下 ; 在 LoadingⅢ 時, 雖 提 高 了 反 應 系 統 的 曝 氣 量, 但 還 是 無 法 完 全 去 除 氨 氮, 可 能 原 因 為 當 在 高 濃 度 負 荷 下 (F/M:.61 g-cod/g-vss/day), 槽 內 的 優 勢 菌 轉 為 異 營 菌 (Rostron et al., 21), 因 此 槽 內 COD 可 順 利 進 行 去 除 反 應, 氨 氮 卻 沒 辦 法 順 利 去 除 Lee et al. (21) 指 出 磷 被 菌 體 吸 收 時, 反 應 槽 內 ph 會 下 降, 示 如 圖 13(b,Ⅰ),LoadingⅠ 在 操 作 反 應 第 9 分 鐘 時, 槽 內 磷 完 全 去 除, 此 時 ph 值 出 現 折 點 以 WAS 再 利 用 製 成 之 顆 粒 當 生 物 載 體 的 SBBR 系 統, 待 操 作 穩 定 後, 分 別 在 不 同 進 流 濃 度 下 (Loadings I II 與 Ⅲ), 進 行 批 分 次 實 驗,( 示 如 圖 14) 在 此 研 究 的 SBBR 系 統 中, 出 流 COD 值 在 三 種 Loadings 下 皆 低 於 2 mg/l ( 圖 14(a)) 而 氨 氮 部 分, 在 進 流 濃 度 改 為 LoadingsⅢ (F/M:.78 g-nh + 4 -N/g-VSS/day) 時, 由 於 微 生 物 吸 收 高 濃 度 進 流 需 要 大 量 的 氧 氣, 因 此 在 原 操 作 設 定 下 之 曝 氣 量 不 足 以 供 應 微 生 物 所 需, 使 槽 內 氨 氮 無 法 完 全 去 除 在 連 續 操 作 第 12 天 時 提 高 曝 氣 流 量 ( 示 如 3.5.1 節 之 圖 9), 使 批 次 反 應 在 好 氧 段 時 有 足 夠 之 溶 氧 讓 微 生 物 進 行 反 應, 增 加 NH + 4 -N 去 除 量 後, 待 繼 續 連 續 操 作 數 天 反 應 系 統 達 steady state 狀 態 時, 進 行 LoadingsⅢ 批 分 次 試 驗 在 LoadingsⅢ 提 高 溶 氧 馴 養 數 天 後, 與 Loadings I II 之 出 流 氨 氮 皆 可 完 全 去 除 至 MDL 值 以 下 此 結 果 表 示, 傳 統 SBR 系 統 無 法 處 理 高 濃 度 之 氨 氮 進 流, 如 LoadingⅢ (F/M:.78 g-nh + 4 -N/g-VSS/day) 這 個 例 子 但 在 SBBR 系 統 下 比 在 SBR 系 統 下, 更 能 承 受 更 高 之 負 荷 LoadingⅠ 與 Ⅲ 各 在 操 作 反 應 第 12 與 21 分 鐘 時 ( 示 如 圖 15(b)), 槽 內 磷 完 全 去 除, 此 時 ph 值 出 現 折 點 此 結 果 與 典 型 SBR 系 統 相 同 可 以 ph 作 為 自 動 控 制 參 數, 利 用 ph 下 降 折 點 找 出 磷 去 除 終 點 依 據 Chiu et al. (27) 指 出 SND 之 代 謝 路 徑 和 一 般 自 營 性 硝 化 菌 與 脫 硝 菌 有 些 不 同 氨 在 有 氧 情 況 下 經 由 氨 單 氧 酶 (AMO) 作 用 產 生 中 間 產 物 羥 氨 (NH 2 OH, hydroxylamine), 再 經 由 羥 氨 氧 化 酶
(HAO) 氧 化 生 成 亞 硝 酸 鹽, 並 進 入 脫 硝 路 徑, 直 接 由 亞 硝 酸 鹽 作 為 氧 化 呼 吸 鏈 之 最 終 電 子 接 受 者 將 其 還 原 成 N 2 或 N 2 O 在 批 次 反 應 過 程 中, 發 現 整 個 操 作 過 程 裡 檢 測 不 到 NO - 3 -N ( 示 如 圖 14(C)), 但 是 可 以 檢 測 到 NH 2 OH ( 示 如 圖 16), 其 結 果 可 輔 證 其 去 氮 反 應 應 為 SND 代 謝 路 徑 (a) COD, mg/l (b) Ammounium, mg/l (c) Nitrate, mg/l (d) Nitrite, mg/l 12 9 6 3 1 8 6 4 2 Only mix Mix and aerate Only mix Settle and draw 1 8 6 4 2 1 8 6 4 2 LoadingⅠ LoadingⅡ LoadingⅢ (e ) Phosphate, mg/l 5 4 3 2 1 Time, min 圖 12:The comparison batch tests of various Loadings (I, II and III) in traditional SBR system (a) COD, (b) NH + 4 -N, (c) NO - 3 -N, (d) NO - 2 -N and (e) PO 3-4 -P. 26
(a) 5 4 Only mix Mix and aerate Only mix Settle and draw LoadingⅠ LoadingⅡ DO, mg/l 3 2 1 LoadingⅢ (b) ph 9.5 9 8.5 8 7.5 7 6.5 6 (c) 5.5 LoadingⅠ LoadingⅡ LoadingⅢ ORP, mv 25 2 15 1 5-5 -1-15 LoadingⅠ LoadingⅡ LoadingⅢ Time, min 圖 13:The comparison batch tests of various Loadings (I, II and III) in traditional SBR system (a) DO (b) ph and (c) ORP. 27
(a) COD, mg/l (b) Ammounium, mg/l (c) Nitrate, mg/l (d) Nitrite, mg/l (e) Phosphate, mg/l 12 9 6 3 1 8 6 4 2 Only mix Mix and aerate Settle and draw 1 8 6 4 2 1 8 6 4 2 5 4 3 2 1 LoadingⅠ LoadingⅡ LoadingⅢ Time, 圖 14:The comparison batch tests of various Loadings min (I, II and III) in SBBR system with porous WAS pellets (a) COD, (b) NH + 4 -N, (c) NO - 3 -N, (d) NO - 2 -N and (e) PO 3-4 -P. 28
(a) DO, mg/l 8 7 6 5 4 3 2 1 Only mix Mix and aerate Settle and draw LoadingⅠ LoadingⅡ LoadingⅢ ph (b) 9.5 8.5 7.5 LoadingⅠ LoadingⅡ LoadingⅢ 6.5 ORP, mv (c) 5.5 3 25 2 15 1 5-5 -1 LoadingⅠ LoadingⅡ LoadingⅢ Time, min 圖 15:The comparison batch tests of various Loadings (I, II and III) in SBBR system with porous WAS pellets (a) DO, (b) ph and (c) ORP. 29
圖 16:Flow chart of one-step SND via nitrite pathway in SBBR system. 在 LoadingⅠ 反 應 系 統 穩 定 後 ( 連 續 操 作 第 65 天 時 ), 將 兩 系 統 (SBBR 與 SBR) 反 應 槽 內 污 泥 取 出, 以 SEM (Scanning Electron Microscope) 做 槽 內 生 物 群 的 微 觀 電 顯 圖 17 (a) 為 SBBR 系 統 內 生 物 膜 菌 相 待 反 應 穩 定 後, 將 WAS 回 收 製 作 的 多 孔 隙 生 物 載 體 上 面 附 著 的 生 物 膜 取 下, 其 載 體 上 之 生 物 膜 經 過 脫 水 乾 燥 等 一 連 串 前 處 理 步 驟 ( 方 法 步 驟 至 於 附 錄 一 ) 後, 以 SEM 掃 描 試 電 子 顯 微 鏡 觀 之 而 圖 17 (b) 所 示 為 SBR 系 統 內 懸 浮 污 泥 之 生 物 菌 相, 其 前 處 理 步 驟 如 上 述 生 物 膜 前 處 理 步 驟 由 圖 17(a) SBBR 系 統 之 SEM 照 片 中 可 顯 示, 生 物 載 體 上 富 有 多 樣 的 生 物 體, 包 含 絲 狀 菌 桿 菌 及 球 菌 等 ; 圖 17(b) 典 型 SBR 系 統 之 SEM 照 片 中, 反 應 槽 中 懸 浮 污 泥 有 多 量 小 型 的 桿 菌 及 球 菌, 但 缺 少 如 絲 狀 菌 的 大 型 生 物 這 意 思 表 示 此 試 驗 所 用 之 生 物 載 體, 其 載 體 顆 粒 能 提 供 適 合 微 生 物 附 著 生 長 的 表 面, 因 此 才 能 有 如 SEM 照 片 上 錯 綜 複 雜 的 生 物 菌 相 圖 17:The SEM photograph (Scanning Electron Microscope) of biomass in (a) SBBR system with porous WAS pellets and (b) traditional SBR system. 3 3.5.4 探 討 不 同 系 統 下 K N K DN 與 SND 效 率 表 9 為 SBR 二 階 段 硝 化 效 率 (nitrification rate, K N ) 脫 硝 效 率 (denitrification rate, K DN ) 和 SBBR 之 SND 效 率 (EfficiencySND), 和 其 他 文 獻 結 果 之 對 照 在 表 9 本 研 究 探 討 的 反 應 槽 內 容 為 : 實 驗 對 照 組, 純 污 泥 無 生 物 載 體 的 傳 統 SBR 系 統 與 添 加 以 WAS 回 收 再 利 用 所 製 成 的 生 物 載 體,SBBR 系 統 除 實 驗 兩 反 應 系 統 之 處 理 效 率, 並 皆 在 兩 反 應 系 統 中 以 WAS 回 收 再 利 用 製 成 之 氣 泡 石 打 氣, 進 而 充 分 試 驗 WAS 再 利 用 製 品 應 用 於 生 物 反 應 槽 之 可 行 性 表 中 數 據, 其 SND 效 率 的 算 法 是 依 據 自 (Zeng et al., 23): Efficiency SND Denitrification NH 4 ( tot) NOx ( acc) = = Nitrification NH ( tot) 4 (2) 式 (2) 中,NH 4 (tot) 表 示 為 反 應 槽 中 氨 氮 的 進 流 濃 度 NOx (acc) 表 示 為 NOx-N 的 出 流 濃 度 在 表 9 中, 本 研 究 中 的 兩 反 應 系 統 (SBR 與 SBBR 系 統 ) 同 時 與 其 他 研 究 比 較, 其 反 應 效 果 大 同 小 異, 有 些 反 應 條 件 下, 甚 至 可 以 更 好 此 結 果 表 示, 在 以 WAS 回 收 再 利 用 製 成 的 多 孔 生 物 載 體 系 統 中,K N 和 K DN 速 率 是 隨 著 Loading I Ⅱ Ⅲ 之 比 例 增 加 ; 在 SBBR 系 統 中 以 Loading Ⅲ 時, 有 最 高 的 硝 化 速 率 (K N ) 和 脫 硝 速 率 (K DN ), 其 硝 化 率 及 脫 硝 率 各 為 8.1 mg-nh + 4 -N/L-hr 與 7.7 mg- NO 3- -N/L-hr, 而 在 LoadingⅡ 有 最 高 的 SND 效 率 為 98% 由 於 Loading Ⅲ 進 流 濃 度 過 高, 原 控 制 條
件 下 的 曝 氣 量, 在 此 進 流 條 件 下 供 不 應 求, 雖 在 Loading Ⅲ 反 應 時 以 提 高 曝 氣 量, 增 加 能 提 供 微 生 物 之 溶 氧, 但 因 有 NO 2- -N 累 積 影 響 SND 效 率, 因 此 SND 效 率 低 於 LoadingⅡ Reference K N a K DN b Efficiency SND Loading I 4.2 4.2 95% This study, (SBBR system Loading II 5.9 5.8 98% with WAS pellets diffusers) This study, (traditional SBR system) Loading III 8.1 7.7 94% Loading I 7. 1.5 92% Loading II 9.5 14.7 9% Loading III 9.6 13.5 69% Chung, 27 (SBBR system with rebuilt WAS 5.5 5.2 94% pellets, traditional SBR system, SBBR system with 5.1 4.8 86% commercial pellets) 5.5 4.9 89% Yang, 25 (Low DO, SND, SBR-Member) 5.1 3.6 75% 4.7 4.4 95% Chen, 25 (SBBR) 3.7 2.4 72% 5. 4.7 9% Li, 24 9.4 9.2 99% Gieseke et al., 22 (SBBR) 4.1 3.7 84% Park et al., 22 6.7 5.3 45% Jun et al., 2 (SBBR) 3.2 1.5 68% Menoud et al., 1999 8.8 6.7 95% a Express as mg-nh 4+ -N/L-hr (nitrification rate) b Express as mg-no 3- -N/L-hr (denitrification rate) 表 9:The comparison of nitrification, denitrification rates and SND efficiency in different systems under batch test in this reactor and other references. 4. 結 論 典 型 SBR 系 統 為 無 WAS 再 利 用 多 孔 顆 粒, SBBR 系 統 為 以 WAS 再 利 用 多 孔 顆 粒 作 為 生 物 載 體, 將 此 兩 反 應 分 三 種 不 同 Loadings 下 平 行 同 時 操 作 運 轉 超 過 14 天, 以 下 結 論 為 : 1. 以 WAS 紅 土 與 少 量 發 泡 劑 可 製 作 成 多 孔 隙 生 物 載 體 與 曝 氣 石, 其 混 合 最 佳 比 例 為 5: 6: 1 至 5: 12: 1 (w/w) 其 再 利 用 製 品 製 作 成 生 物 載 體 石, 抗 壓 強 度 視 密 度 及 吸 水 率 分 別 為 36.7 kgf/cm 2 7.1 g/cm 3 和 32.99% 若 改 良 為 微 孔 隙 曝 氣 石, 其 抗 壓 強 度 可 由 原 本 36.7 kgf/cm 2 提 升 至 43.15 kgf/cm 2 2. 由 生 物 載 體 改 良 成 曝 氣 石, 經 溶 氧 傳 輸 速 率 試 驗 可 得, 以 WAS 製 成 微 孔 隙 曝 氣 石, 其 曝 氣 效 果 比 市 售 氣 泡 石 良 好, 如 應 用 在 生 物 反 應 槽 內 應 可 減 少 曝 氣 量, 達 到 節 省 能 源 動 力 之 效 果 3. 由 兩 種 反 應 系 統 (SBR 與 SBBR) 之 批 次 實 驗 結 果 可 得, 以 WAS 製 作 成 生 物 載 體, 其 多 孔 隙 的 特 性 可 讓 微 生 物 在 上 方 附 著 生 長, 並 可 利 用 31 生 物 膜 提 供 外 部 好 氧 區 及 內 部 厭 氧 區, 增 加 生 物 反 應 槽 中 SND 效 率 (SBBR 98% > SBR 92%) 參 考 文 獻 1. Ahn, Y. H. 26 Sustainable nitrogen elimination biotechnologies:a review. Process Biochem., 41, pp.179-1721. 2. APHA, AWWA and WEF 25 Standard Method for Examination of Water and Wastewaters, 21 st ed., of American Public Health Association, Washington, DC., USA. 3. Akin, B.S.and Ugurlu, A. 25 Monitoring and control of biological nutrient removal in a Sequencing Batch Reactor. Process Biochemistry, 4(8), pp.2873-2878. 4. Balasubramanian J., Sabumon P.C., John U. Lazar and R. Ilangovan, 26. Reuse of textile effluent treatment plant
sludge in building. 5. Bhatty, J. I. and Redit K. J. 1989 Moderate strength concrete from lightweight sludge ash aggregates. The International Journal of Cement Composites and Lightweight Concrete, 11(3), pp.179-187. 6. Carrera, J., Vicent, T. and Lafuente, J. 24 Effect of influent COD/N ratio on biological nitrogen removal (BNR) from high-strength ammonium industrial wastewater. Process Biochem., 39, pp.235-241. 7. Cheeseman, C. R., Sollars, C. J. and McEntee, S. 23 Properties, microstructure and leaching of sintered sewage sludge ash. Adv. Environ. Res., 4, pp.13-25. 8. Chiang, Y. P., Liang, Y. Y., Chang, C. N. and Chao, A. C. 26 Differentiating ozone direct and indirect reactions on decomposition of humic substances. Chemosphere, 65, pp.2395-24. 9. Chiu, Y. C., Lee, L. L., Chang, C. N. and Chao, A. C. 27 Control of carbon and ammonium ratio for simultaneous nitrification and denitrification in a sequencing batch bioreactor. Int. Biodeter. Biodegr., 59, pp.1-7. 1. Chu, L., Zhang, X., Yang, F. and Li, X. 26 Treatment of domestic wastewater by using a microaerobic membrane bioreactor. Desalination, 189, pp.181-192. 11. Lee, D. U., Lee, I. S., Choi, Y. D. and Bae, J. H. 21 Effects of external carbon source and empty bed contact time on simultaneous heterotrophic and sulfur-utilizing autotrophic denitrification. Process Biochem., 36, pp.1215-1224. 32
Application of recycled porous diffusers from Wasted Activated Sludge Cheng-Nan Chang Professor, Department of Environmental Science and Engineering, Tunghai University cnchang@thu.edu.tw Wen-Fang Su Graduate Student, Department of Environmental Science and Engineering, Tunghai University Han-Hsien Huang Graduate Student, Department of Environmental Science and Engineering, Tunghai University Shih-Hsien Wu Research assistant, Department of Environmental Science and Engineering, Tunghai University Ying-Chih, Chiu Professor, Department of Environmental Engineering, Ilan University ycchiu@niu.edu.tw Abstract Traditional activated sludge generates large amount of wasted activated sludge (WAS) and need excess cost to deal with. The ways to reduce the amount of WAS certainly will contribute to the cost down in treatment system. Therefore, this study attempts to recycle the wasted activated sludge cake and bake into porous immobilized pellets then add to the SBBR system. In this study, the WAS from Nei-Hu wastewater treatment plant mixed with red soil and some chemical additives to bake as the rebuilt porous WAS pellets. The pellets reused in sequencing batch biofilm reactor (SBBR) as diffuser and can attach biofilm and enhance the wastewater nutrient removal efficiency. The simultaneous nitrification denificcation (SND) efficiency removal results of SBBR with rebuilt WAS pellets are better than that of the traditional SBR system (with 98 % and 92%, respectively). Keywords: Waste Activated Sludge (WAS), Pellets, Recycle, Simultaneous Nitrification and Denitrification (SND) 33