質 量 平 衡 圖 計 算 分 析 與 操 作 問 題 排 除 講 習 班 廢 水 處 理 系 統 操 作 問 題 排 除 台 北 科 技 大 學 水 環 境 研 究 中 心 翁 煥 廷 博 士 (E-mail: tyng @ ms14.hinet.net) 101 年 8 月 29 日 1
報 告 內 容 一 廢 水 處 理 單 元 設 施 系 統 組 成 二 工 廠 廢 水 處 理 程 序 控 制 操 作 問 題 三 化 學 處 理 單 元 加 藥 操 作 機 制 四 處 理 現 況 功 能 查 核 與 操 作 參 數 檢 驗 五 結 語 2
一 廢 水 處 理 施 單 元 系 統 組 成
一 廢 水 處 理 單 元 設 施 系 統 組 成 廢 水 處 理 系 統 由 土 木 設 施 機 器 電 機 儀 控 及 配 管 等 設 備 所 組 合 而 成, 具 有 系 統 化 之 設 施, 必 須 依 據 原 設 計 之 理 念 有 效 的 操 作 維 護, 始 能 發 揮 廢 水 處 理 的 功 能 廢 水 處 理 廠 之 生 產 原 料 為 廢 污 水, 性 質 甚 不 穩 定, 其 水 質 與 量 隨 著 工 廠 製 程 與 工 商 活 動 型 態 不 斷 變 動, 甚 至 可 能 含 有 有 害 物 質, 但 是 廢 水 處 理 設 施 設 計 定 案 即 為 固 定, 操 作 處 理 過 程 隨 著 廢 污 水 水 質 與 量 之 變 化 而 變 動 因 此 廢 水 處 理 廠 之 日 常 操 作 模 式, 應 能 克 服 進 流 水 質 與 水 量 變 動 問 題 維 持 正 常 操 作 的 功 能, 更 重 要 的 能 提 升 到 彌 補 設 計 或 施 工 上 的 缺 陷 之 餘, 達 到 更 佳 放 流 4 水 水 質, 為 永 續 污 水 處 理 操 作 之 理 念
一 廢 水 處 理 單 元 設 施 系 統 組 成 依 廢 污 水 特 性 可 區 分 兩 種 : 1. 無 機 廢 水 : 主 要 含 酸 鹼 廢 液 及 重 金 屬 等 污 染 物 2. 有 機 廢 水 : 主 要 含 有 機 污 染 物 之 廢 水 因 應 不 同 之 處 理 方 法 亦 可 分 兩 大 類 : 1. 物 理 化 學 處 理 : 主 要 用 於 去 除 無 機 物 或 具 沉 降 性 漂 浮 性 或 可 吸 附 性 之 有 機 物 2. 生 物 處 理 : 主 要 利 用 微 生 物 分 解 去 除 溶 解 性 有 機 物 一 般 綜 合 考 量 承 受 水 體 水 資 源 利 用 水 質 標 準 涵 容 能 力 廢 水 流 量 與 水 質 等 算 出 處 理 程 度, 就 可 初 步 決 定 採 用 之 處 理 方 式 5
一 廢 水 處 理 單 元 設 施 系 統 組 成 完 整 的 廢 水 處 理 系 統 依 處 理 程 度, 分 為 初 級 二 級 三 級 處 理 設 施, 另 化 學 藥 劑 營 養 劑 之 填 加 單 元, 以 及 廢 水 固 液 分 離 之 污 泥 處 理 單 元 等, 歸 類 分 成 以 下 主 要 處 理 設 施 子 系 統 : 1. 前 處 理 及 初 級 處 理 設 施 子 系 統 : 主 要 為 攔 污 計 量 沉 砂 除 油 調 整 中 和 初 沉 浮 除 等 物 化 程 序 2. 二 級 處 理 設 施 子 系 統 - 一 般 亦 指 生 物 處 理, 包 括 各 種 活 性 污 泥 法 生 物 膜 法 及 生 物 去 氮 除 磷 程 序 3. 三 級 處 理 設 施 子 系 統 - 消 毒 砂 濾 薄 膜 過 濾 活 性 碳 吸 附 離 子 交 換 高 級 氧 化 等 屬 之 4. 污 泥 處 理 設 施 子 系 統 - 通 常 包 含 濃 縮 單 元 消 化 單 元 脫 水 單 元 6
一 廢 水 處 理 單 元 設 施 系 統 組 成 4. 污 泥 處 理 設 施 子 系 統 - 通 常 包 含 濃 縮 單 元 消 化 單 元 脫 水 單 元 5. 加 藥 設 施 子 系 統 - 通 常 包 含 酸 鹼 藥 劑 氮 磷 營 養 鹽 混 凝 / 膠 凝 劑 污 泥 脫 水 助 凝 劑 等 添 加 單 元 6. 其 他 尚 有 各 種 輔 助 設 施 如 :VOC(volatile organic compounds) 處 理 單 元 或 厭 氧 生 物 處 理 單 元 產 生 的 沼 氣 處 理 系 統 等 依 據 所 需 處 理 之 廢 水 水 質 / 水 量, 及 要 求 處 理 之 水 質 等 級 標 準 之 不 同 等 狀 況, 須 選 用 不 同 設 施 組 合 之 子 系 統 合 併 成 一 個 完 整 的 廢 水 處 理 系 統 7
完 整 廢 水 處 理 系 統 單 元 設 施 系 統 組 成 處 理 程 序 預 先 處 理 初 級 處 理 化 學 方 法 物 理 方 法 二 級 處 理 生 物 反 應 固 液 分 液 三 級 處 理 消 毒 污 泥 處 理 污 泥 最 終 處 理 處 理 水 最 後 處 理 處 理 方 法 處 理 目 的 下 水 進 流 篩 除 沈 砂 油 脂 分 離 磨 碎 調 勻 去 除 飄 浮 固 體 物 砂 土 油 污 調 均 流 量 水 質 中 和 混 凝 處 理 處 分 沈 澱 浮 除 ph 調 整 去 除 可 沈 澱 性 物 質 活 泥 污 泥 法 各 種 活 性 污 泥 修 正 法 曝 氣 式 氧 化 池 滴 濾 法 旋 轉 生 物 盤 法 接 觸 曝 氣 法 沈 澱 浮 除 A/O A 2 /0 PhoStrip UCT MUCT TNCU 去 除 溶 解 性 膠 狀 性 生 物 可 分 解 之 有 機 物 混 凝 及 沉 澱 過 濾 碳 吸 附 法 離 子 交 換 法 薄 膜 法 去 除 難 分 解 有 機 物 營 養 鹽 類 微 量 無 機 物 加 氯 臭 氧 電 解 製 氯 去 除 致 病 菌 及 生 物 體 A/O A 2 /O Phostrip UCT MUCT TNCU 等 方 式 為 兼 具 二 級 和 三 級 處 理 功 能 之 生 物 處 理 方 法 UV 濃 縮 沼 氣 消 化 回 收 真 空 過 濾 離 心 脫 水 壓 力 過 濾 帶 壓 過 濾 曬 乾 床 污 泥 減 量 穩 定 焚 化 衛 生 掩 埋 海 洋 拋 棄 土 地 改 良 材 料 化 污 泥 最 終 處 置 承 受 水 體 水 再 利 用 地 下 水 補 注 處 理 水 最 終 處 置 8
一 廢 水 處 理 設 施 單 元 系 統 組 成 歸 納 - 上 述 各 子 系 統 亦 因 不 同 水 質 水 量 特 性 ( 例 如 : 粒 狀 物 或 油 脂 含 量 之 高 低 等 ) 處 理 目 標 ( 例 如 : 處 理 水 直 接 排 放 或 回 收 使 用 等 ) 場 址 可 用 面 積, 或 是 廢 棄 污 泥 後 續 處 置 方 式 之 不 同 ( 例 如 : 焚 化 或 直 接 掩 埋 等 ) 等, 須 於 各 子 系 統 中 選 擇 合 適 之 處 理 設 施 單 元 去 除 理 論 機 制 與 污 染 物 質 ( 如 表 ) 採 用 生 物 處 理 程 序 之 特 點 : 藉 由 肉 眼 看 不 到 特 定 的 族 群 微 生 物, 將 欲 去 除 之 有 機 物 代 謝 分 解, 經 由 生 物 細 胞 合 成 轉 換 成 無 害 化 有 機 污 泥 預 期 最 終 產 品 則 是 排 出 穩 定 生 物 性 乾 淨 的 放 流 水 與 含 高 熱 值 有 機 性 生 物 污 泥, 很 適 合 水 資 源 回 收 程 序 與 污 泥 資 源 化 ( 沼 氣 發 電 與 綠 美 化 堆 肥 ) 相 較 於 物 化 處 理 增 生 無 機 性 化 學 污 泥, 生 物 處 理 僅 產 出 有 機 物 轉 化 之 生 物 污 泥, 更 符 合 污 泥 減 量 化 的 環 保 處 理 程 序
廢 水 各 處 理 單 元 可 去 除 污 染 物 質 種 類 及 去 除 機 制 處 理 單 元 去 除 理 論 機 制 污 染 物 質 沉 澱 / 浮 除 重 力 / 浮 力 固 體 - 有 機 物 / 無 機 物 混 凝 沉 澱 生 物 處 理 過 濾 顆 粒 聚 合 重 力 化 學 鍵 顆 粒 聚 合 生 物 分 解 重 力 截 除 顆 粒 聚 合 吸 附 固 體 - 有 機 物 / 無 機 物 膠 體 - 有 機 物 / 無 機 物 膠 體 - 無 機 物 固 體 - 有 機 物 / 無 機 物 膠 體 - 有 機 物 / 無 機 物 生 物 可 分 解 之 溶 解 性 有 機 物 固 體 - 有 機 物 / 無 機 物 膠 體 - 有 機 物 / 無 機 物 吸 附 溶 解 質 - 可 吸 附 之 有 機 物 / 無 機 物 碳 吸 附 截 除 顆 粒 聚 合 吸 附 固 體 - 有 機 物 / 無 機 物 膠 體 - 有 機 物 / 無 機 物
一 廢 水 處 理 單 元 設 施 系 統 組 成 不 同 水 質 特 性 廢 水 處 理 設 施 選 擇 原 則 (1) 廢 水 量 大 且 含 高 濃 度 BOD 廢 水 考 慮 厭 氧 加 好 氧 的 生 物 處 理 程 序 (2) 廢 水 中 有 機 物 為 主 要 為 生 物 難 分 解 者 考 慮 化 學 氧 化 處 理 單 元 (3) 需 同 時 去 除 BOD 及 氨 氮 考 慮 採 用 單 階 段 或 二 階 段 厭 氧 與 好 氧 生 物 處 理 單 元 ; 廢 水 量 不 大 且 可 用 土 地 面 積 有 限 時, 可 採 用 連 續 批 次 活 性 污 泥 法 (sequential batch reactor,sbr)
一 廢 水 處 理 單 元 設 施 系 統 組 成 不 同 水 質 特 性 廢 水 處 理 設 施 選 擇 原 則 ( 續 ) (4) 廢 水 中 COD 含 量 已 符 合 排 放 限 值 標 準, 但 含 有 大 量 的 重 金 屬 離 子 或 懸 浮 微 粒 時 可 僅 採 化 學 混 凝 沉 澱 或 化 學 沉 降 程 序 或 浮 除 方 式 (5) 廢 水 處 理 後 預 計 回 收 使 用 時 可 採 用 薄 膜 生 物 反 應 單 元 (membrane bioreactor, MBR), 以 取 代 傳 統 沉 澱 池 過 濾 池 及 消 毒 池, 亦 可 當 作 RO 逆 滲 透 單 元 之 前 的 預 過 濾 單 元, 如 微 濾 膜 (microfiltration, MF) 及 超 濾 膜 (ultrafiltration,uf) 等
二 工 廠 廢 水 處 理 程 序 控 制 操 作 問 題 13
二 工 廠 廢 水 處 理 程 序 控 制 操 作 問 題 1. 主 要 事 業 工 廠 廢 水 處 理 程 序 案 例 國 內 工 業 區 聯 合 污 水 處 理 廠 之 設 置 目 的, 即 提 供 工 業 區 內 工 廠 廢 水 代 處 理 之 服 務, 其 處 理 容 量 常 因 應 工 廠 產 出 不 同 製 程 廢 水 質 與 量 所 限, 因 此 營 運 管 理 法 規 嚴 格 要 求, 納 管 之 工 廠 廢 水 排 放 前, 必 須 加 設 廢 水 處 理 系 統, 控 制 在 符 合 納 管 標 準, 尤 其 是 主 要 事 業 工 廠 所 含 特 異 性 有 害 二 級 生 物 處 理 程 序 之 物 質 控 制, 已 成 為 影 響 聯 合 污 水 處 理 廠 整 體 處 理 效 能 良 窳 之 關 鍵 因 此, 由 工 業 區 內 主 要 事 業 工 廠 廢 水 處 理 系 統 案 例 顯 示, 其 設 廠 時 依 規 定 提 出 合 乎 納 管 水 質 標 準 之 水 措 計 畫 ( 需 提 供 合 理 質 量 平 衡 計 算 ); 營 運 階 段 更 應 根 據 動 態 的 水 質 水 量 妥 善 操 作 控 制, 尤 其 遇 到 微 生 物 難 分 解 特 殊 污 染 物, 一 般 考 量 藉 由 前 處 理 系 統 化 學 程 序 去 除 相 關 之 處 理 流 程 說 明 與 加 藥 14 程 序 操 作 控 制 方 式 介 紹 如 下 :
案 例 一 造 紙 業 廢 水 處 理 程 序 控 制 (2-1) 以 進 口 及 國 內 廢 紙 為 原 料 生 產 瓦 楞 芯 紙 污 染 特 性 處 理 流 程 污 染 源 廢 水 名 稱 廢 水 量 (CMD) 抄 紙 機 白 水 淨 漿 廢 水 濾 布 之 濾 水 及 清 洗 水 漿 料 濃 縮 排 水 7,000 500 水 質 (mg/l,ph 除 外 ) ph COD SS 7-7.8 1200-1500 7-8 1400-1600 900-1200 100-200 15
案 例 一 造 紙 業 廢 水 處 理 程 序 控 制 (2-2) 處 理 程 序 控 制 要 點 快 混 槽 :ph 調 整 於 7.5-8.0 間, 添 加 混 凝 劑 PAC 約 15 mg/l 膠 凝 槽 : 添 加 陰 離 子 型 高 分 子 助 凝 劑 約 1-3 mg/l 加 壓 浮 除 槽 : 操 作 壓 力 在 5.6-5.8 kg/cm 2 間, 迴 流 比 為 20%, 氣 固 比 (A/S) 約 在 0.05 g/g 氧 化 深 渠 : 添 加 適 當 N P 營 養 劑,F/M 為 0.1-0.2 kg BOD/kg MLSS-d, 出 口 處 之 混 合 液 DO 為 2-3 mg/l 16
案 例 二 染 整 業 廢 水 處 理 程 序 控 制 (2-1) 棉 毛 及 特 多 龍 之 混 紡 纖 維 紡 織 及 染 整 程 序 污 染 特 性 廢 水 名 稱 高 濃 度 高 色 度 一 般 處 理 程 序 控 制 要 點 廢 水 來 源 及 特 性 染 整 前 處 理 精 練 單 元, 含 界 面 活 性 劑 纖 維 碎 屑 等 之 廢 水 染 色 單 元 第 一 缸 排 水 及 配 製 染 料 桶 槽 之 清 洗 水 含 染 料 殘 液 助 劑 等 染 紗 浸 染 單 元 之 清 洗 水 及 廠 區 其 他 排 放 水 廢 水 量 (CMD) 水 質 (mg/l,ph 除 外 ) ph COD SS 高 色 度 廢 水 先 經 攔 污 ph 調 整 化 學 混 凝 沉 澱 處 理, 操 作 ph 在 7-8,PAC 添 加 量 800 mg/l,polymer 添 加 量 1.5 mg/l 第 二 活 性 污 泥 池 之 處 理 水 再 經 化 學 混 凝 沉 澱 處 理 後, 始 予 放 流 化 學 混 凝 單 元 之 ph 仍 控 制 在 7-8,PAC 及 polymer 分 別 添 加 700 mg/l 及 2 mg/l 200 50 2,750 6-7 11000 190 8-10 2100 85 6-7 600 45 17
案 例 二 染 整 業 廢 水 處 理 程 序 控 制 (2-2) 處 理 流 程 18
案 例 三 金 屬 電 鍍 業 廢 水 處 理 程 序 控 制 (3-1) 某 中 型 二 重 鎳 - 鉻 製 程 為 主 的 代 工 型 電 鍍 工 廠 污 染 特 性 廢 水 名 稱 廢 水 來 源 及 特 性 廢 水 量 水 質 水 質 (mg/l,ph 除 外 ) 前 處 理 廢 水 含 鎳 廢 水 鉻 系 廢 水 鹼 電 解 廢 液 酸 電 解 廢 液 酸 活 化 廢 液 重 鉻 酸 鹽 廢 液 製 程 中 鹼 電 解 及 酸 電 解 後 之 連 續 性 清 洗 廢 水 製 程 中 雙 重 鎳 電 鍍 後 之 連 續 性 清 洗 廢 水 及 鎳 鍍 浴 過 濾 機 之 清 洗 廢 水 鍍 鉻 後 清 洗 廢 水 及 整 理 鉻 鍍 槽 清 洗 廢 水 前 處 理 中 定 期 排 放 之 高 濃 度 鹼 電 解 廢 液 前 處 理 中 定 期 排 放 之 高 濃 度 酸 電 解 廢 液 製 程 中 定 期 排 放 之 高 濃 度 廢 酸 不 定 期 排 放 之 重 鉻 酸 鹽 皮 膜 浸 漬 廢 液 28 CMD ph:1-13 SS:80-120 COD:120-250 Fe 2+ :10-45 4.7 CMD ph:3-4 SS:50-70 COD:45-80 Fe 2+ :10-45 Ni 2+ :2.0-55 8.7 CMD ph:3-4 SS:20-30 Cr(VI):0.5-2 第 一 生 產 線 :6.9 m 3 /6 個 月 第 二 生 產 線 :2.9 m 3 /5 個 月 第 一 生 產 線 :3 m 3 /6 個 月 第 二 生 產 線 :2.9 m 3 /5 個 月 第 一 生 產 線 :1 m 3 /6 個 月 第 二 生 產 線 :1.4 m 3 /2 星 期 第 一 生 產 線 :1 m 3 / 次 第 二 生 產 線 :1.9 m 3 / 次 ph:8-9 SS:150-200 COD:450-550 Fe 2+ :60-80 ph:8-9 SS:150-200 COD:450-550 Fe 2+ :60-80 ph:4-5 SS:100-150 COD:300-400 Fe 2+ :50-60 ph:1-2 Cr(VI):50-60 19
案 例 三 金 屬 電 鍍 業 廢 水 處 理 程 序 控 制 (3-2) 處 理 流 程 20
案 例 三 金 屬 電 鍍 業 廢 水 處 理 程 序 控 制 (3-3) 處 理 程 序 控 制 要 點 量 水 堰 : 控 制 鉻 系 廢 水 量 0.2 m 3 /h, 酸 鹼 廢 水 量 2 m 3 /h, 以 穩 定 廢 水 處 理 量, 並 控 制 適 當 加 藥 量, 避 免 突 增 處 理 單 元 之 負 荷 還 原 槽 :ph 值 調 整 於 2.5-3 之 間,ORP 值 調 整 於 250-350 mv, 添 加 亞 硫 酸 氫 鈉 溶 液, 藉 槽 內 攪 拌 設 備 均 勻 攪 拌, 促 使 六 價 鉻 完 全 還 原 成 三 價 鉻 第 一 ph 調 整 槽 :ph 值 調 整 於 7.0-8.0 間, 作 為 第 一 階 段 ph 控 制, 以 穩 定 第 二 ph 調 整 槽 進 流 水 質 第 二 ph 調 整 槽 :ph 值 調 整 於 9-10 間, 添 加 CaCl2 及 NaOH 溶 液, 以 使 金 屬 離 子 形 成 金 屬 氫 氧 化 物 膠 羽 凝 集 槽 : 添 加 高 分 子 助 凝 劑 1-3 mg/l 中 和 放 流 槽 :ph 調 整 於 7-8 間 21
案 例 四 電 子 電 鍍 業 廢 水 處 理 程 序 控 制 (3-1) 某 廠 以 鍍 錫 鉛 及 鍍 銀 流 程 進 行 電 子 工 業 之 電 鍍 加 工 污 染 特 性 主 要 污 染 種 類 污 染 來 源 廢 水 量 (m 3 /day) 水 質 (mg/l)* 重 金 屬 廢 水 半 導 體 導 線 架 鍍 錫 鉛 製 程 之 電 解 水 洗 水 及 錫 鉛 電 鍍 水 洗 水 ; 發 光 二 極 體 支 架 鍍 銀 製 程 之 電 解 水 洗 水 及 鎳 電 鍍 水 洗 水 100 ph=4-10 COD=200 SS=100 Cu=10 Ni=10 Pb=3 氟 系 廢 水 半 導 體 導 線 架 鍍 錫 鉛 製 程 之 酸 活 化 廢 液 及 水 洗 水 10 ph=1-2 COD=100 氰 系 廢 水 發 光 二 極 體 支 架 鍍 銀 製 程 之 氰 化 鈉 活 化 廢 液 及 水 洗 水, 以 及 銀 電 鍍 水 洗 水 60 ph=10-12 COD=200 Ag=2 CN - =25 22
案 例 四 電 子 電 鍍 業 廢 水 處 理 程 序 控 制 (3-2) 處 理 流 程 23
案 例 四 電 子 電 鍍 業 廢 水 處 理 程 序 控 制 (3-3) 處 理 程 序 控 制 要 點 氰 系 第 一 氧 化 槽 : 加 入 NaOH 調 整 ph 於 10.0-10.5, 加 入 NaOCl,ORP 控 制 在 400-500 mv, 進 行 第 一 階 段 氧 化 氰 系 第 二 氧 化 槽 : 加 入 H2SO4 調 整 ph 至 8.5-8.7, 再 加 入 NaOCl, 使 ORP 在 580-600 mv, 進 行 第 二 階 段 氧 化 氟 系 反 應 槽 : 由 於 廢 水 中 氟 離 子 濃 度 不 高, 經 加 入 NaOH 調 整 ph 值 至 10.2 及 加 入 MgO 溶 液, 即 有 氟 化 物 沉 澱 形 成 中 和 槽 : 加 入 NaOH 調 整 ph 值 並 提 供 OH- 離 子 混 凝 槽 : 以 PAC 為 混 凝 劑, 加 藥 量 約 400 mg/l, 採 空 氣 攪 拌 膠 凝 槽 : 添 加 陰 離 子 型 高 分 子 助 凝 劑 0.5 mg/l, 採 漿 葉 慢 速 攪 拌 24
案 例 五 印 刷 電 路 板 製 造 業 廢 水 處 理 程 序 控 制 (3-1) 某 超 大 型 多 層 印 刷 電 路 板 廠 PCB 將 銅 箔 基 板 上 的 銅 面 溶 除 並 電 鍍 處 理 等 流 程, 製 出 微 細 電 子 配 線 基 板 污 染 特 性 主 要 污 染 種 類 污 染 來 源 廢 水 量 水 質 (mg/l)* 化 學 銅 廢 液 及 廢 水 一 般 清 洗 廢 水 顯 像 剝 膜 廢 液 及 廢 水 蝕 刻 廢 液 高 濃 度 重 金 屬 廢 液 高 濃 度 有 機 廢 液 鍍 通 孔 之 化 學 銅 製 程 單 元 老 化 液 及 水 洗 排 水 其 他 各 製 程 單 元 中 清 洗 工 作 物 之 連 續 性 排 放 水 內 / 外 層 顯 像 內 / 外 層 剝 膜 及 防 焊 綠 漆 顯 像 製 程 單 元 之 老 化 液 及 水 洗 排 水 內 層 及 外 層 蝕 刻 製 程 單 元 之 老 化 液 黑 化 鍍 通 孔 及 鍍 銅 製 程 單 元 之 微 蝕 老 化 液 及 鍍 銅 廢 液 黑 化 除 膠 渣 鍍 通 孔 及 鍍 銅 製 程 單 元 之 脫 脂 老 化 液 15 m 3 / 天 1,900 m 3 / 天 165 m 3 / 天 ph: 9-11 COD: 250-400 ph: 4-11 COD: 300-350 2 m 3 / 天 ph:1-13 5.5 m 3 / 天 2.0 m 3 / 天 剝 錫 鉛 廢 液 剝 錫 鉛 製 程 單 元 之 老 化 液 4 m 3 / 週 其 他 廢 液 其 他 製 程 單 元 之 老 化 液 10 m 3 / 週 ph: 10-11 COD: 4,000-7,000 ph: <1 COD: 1,000-6,000 ph: 1-12 COD: 5,000-30,000 ph: <1 COD: 20,000-25,000 ph: 1-13 COD: 100-2,000 Cu 2+ : 20-50 Cu 2+ : 1-10 Pb 2+ : 1-3 Cu 2+ : 120,000-150,000 Cu 2+ : 1,500-70,000 Cu 2+ : 100-2,000 Pb 2+ : 10,000-15,000 Cu 2+ : 50-2,000 25
案 例 五 印 刷 電 路 板 製 造 業 廢 水 處 理 程 序 控 制 (3-2) 處 理 流 程 26
案 例 五 印 刷 電 路 板 製 造 業 廢 水 處 理 程 序 控 制 (3-3) 處 理 程 序 控 制 要 點 顯 像 剝 膜 廢 水 及 廢 液 前 處 理 系 統 : 酸 化 槽 : 添 加 H 2 SO 4 將 ph 值 調 整 至 3, 形 成 不 溶 性 墨 渣 砂 濾 床 : 濾 除 墨 渣 貯 存 槽 : 濾 液 定 量 排 入 處 理 場 再 處 理 螯 合 銅 廢 水 及 廢 液 前 處 理 系 統 : 反 應 槽 :ph 調 整 至 2-4, 添 加 FeCl 3 溶 液 300 mg/l, 藉 曝 氣 攪 拌 促 使 鐵 與 螯 合 化 銅 進 行 置 換 反 應, 使 銅 離 子 再 度 游 離 於 廢 水 中 ph 調 整 槽 :ph 調 整 於 9-10, 添 加 重 金 屬 捕 集 劑, 以 形 成 不 溶 性 金 屬 鹽 類 慢 混 槽 : 添 加 高 分 子 助 凝 劑 1-3 mg/l 貯 存 槽 : 沉 澱 槽 上 澄 液 定 量 排 入 中 和 槽 稀 釋 放 流 綜 合 廢 水 及 廢 液 處 理 系 統 : 處 理 方 式 大 致 同 於 螯 合 銅 廢 水 及 廢 液 前 處 理, 最 後 於 中 和 槽 調 整 ph 值 於 6-8 間 再 行 放 流 27
案 例 六 製 革 業 廢 水 處 理 程 序 控 制 (2-1) 某 製 革 廠 以 歐 美 進 口 之 鹽 濕 黃 牛 皮, 經 浸 水 鉻 鞣 染 色 加 脂 及 整 理 後, 製 成 黃 牛 面 皮 榔 皮 等 成 品 污 染 特 性 主 要 污 染 種 類 污 染 來 源 廢 水 量 (m 3 /day) 廢 水 水 質 (mg/l)* 預 浸 水 灰 皮 水 鹽 漬 皮 經 預 浸 水 浸 水 浸 灰 等 程 序 之 第 一 股 水 200 ph:8-10 SS:30,000-40,000 COD:60,000-70,000 BOD:15,000-25,000 Cl - :25,000-35,000 油 脂 :200-300 鉻 鞣 經 浸 酸 鞣 製 等 程 序 所 排 放 之 第 二 股 水 370 ph:4-5 SS:8,500-9,000 COD:15,000-20,000 BOD:10,000-15,000 Cr(VI):4.5-5.0 Cl - :25,000-35,000 總 鉻 :2,000-2,500 油 脂 :2,000-2,500 染 色 加 脂 經 再 鞣 染 色 加 脂 所 排 放 之 第 三 股 水 450 ph:6-7 SS:200-250 COD:15,000-20,000 BOD:2,500-3,000 油 脂 :20-25 乾 燥 塗 飾 以 上 三 部 份 外 之 後 段 排 水 160 ph:7-8 SS:3,000-3,500 COD:4,500-5,000 BOD:500-900 28
案 例 六 製 革 業 廢 水 處 理 程 序 控 制 (2-2) 處 理 流 程 處 理 程 序 控 制 要 點 ph 調 整 槽 : 加 入 H 2 SO 4 及 FeCl 3 300 mg/l, 經 曝 氣 攪 拌, 調 整 ph 至 7 左 右 快 混 槽 : 加 入 10%PAC 混 凝 劑 約 2,000 mg/l 慢 混 槽 : 加 入 助 凝 劑 1-3 mg/l 活 性 污 泥 槽 : 停 留 時 間 約 38 hr,f/m=0.02 kg BOD/kgMLSS.day,MLSS 平 均 高 達 5,000 mg/l,do 約 2 mg/l 29
二 工 廠 廢 水 處 理 程 序 控 制 操 作 問 題 2. 工 廠 廢 水 處 理 單 元 操 作 問 題 工 廠 廢 水 處 理 系 統 原 設 計 去 除 目 標 污 染 物, 常 因 應 工 廠 製 程 變 更 配 方 改 變, 實 際 操 作 處 理 未 隨 時 查 核 與 修 正, 長 期 以 來 導 致 硬 體 設 施 錯 置 失 真, 過 量 加 藥 量 同 時 產 出 大 量 化 學 污 泥 處 理 問 題 等, 所 費 不 貲, 常 發 生 不 正 常 操 作 維 護 之 問 題 再 加 上 部 份 工 廠 非 專 業 人 為 錯 誤 管 理 行 為 例 如 : 夜 間 / 颱 風 天 操 作 方 式, 已 造 成 管 理 單 位 諸 多 困 惱 以 下 列 舉 一 般 工 廠 廢 水 處 理 設 施 標 準 化 流 程 中, 常 發 現 處 理 單 元 操 作 問 題 加 以 探 討 : 30
二 工 廠 廢 水 處 理 程 序 控 制 操 作 問 題 2. 工 廠 廢 水 處 理 單 元 操 作 問 題 廢 液 Ⅰ 廢 液 Ⅱ 貯 槽 Ⅰ 貯 槽 Ⅱ P P 廢 水 前 處 理 單 元 調 勻 池 快 混 池 慢 混 池 固 液 分 離 浮 除 沈 澱 最 終 ph 調 整 活 性 污 泥 生 物 處 理 最 終 沈 澱 池 放 流 或 高 級 處 理 接 觸 濾 床 一 般 工 廠 廢 水 處 理 設 施 標 準 化 流 程 31
二 工 廠 廢 水 處 理 程 序 控 制 操 作 問 題 2. 工 廠 廢 水 處 理 單 元 操 作 問 題 物 理 處 理 單 元 常 見 缺 失 未 設 置 前 處 理 機 制 除 油 設 備 功 能 不 佳 或 根 本 沒 有 功 能 細 篩 機 或 攔 污 柵 mesh 數 太 小, 功 能 不 足 初 沈 或 沈 砂 池 無 排 泥 機 制 32
二 工 廠 廢 水 處 理 程 序 控 制 操 作 問 題 2. 工 廠 廢 水 處 理 單 元 操 作 問 題 調 勻 池 常 見 缺 失 未 考 量 生 產 特 性 與 單 位 時 間 廢 水 水 質 變 化, 致 後 續 處 理 單 元 負 荷 不 穩 定, 最 終 排 放 水 水 質 亦 不 穩 定 攪 拌 不 均 勻, 有 死 角 產 生 曝 氣 風 量 不 足, 廢 水 有 臭 味 產 生 33
二 工 廠 廢 水 處 理 程 序 控 制 操 作 問 題 2. 工 廠 廢 水 處 理 單 元 操 作 問 題 化 學 處 理 - 快 混 池 常 見 的 缺 失 混 凝 劑 選 用 不 適 當 ph 值 控 制 不 當 可 能 原 因 : (1) 未 對 廢 水 進 行 杯 瓶 試 驗, 或 未 依 水 質 變 化 適 時 調 整 最 適 當 之 ph 值 範 圍 與 最 適 當 之 混 凝 劑 添 加 量 (2) 加 藥 位 置 不 正 確 (3)pH 監 測 控 制 器 位 置 不 正 確 加 藥 量 或 加 藥 位 置 不 正 確 ( 出 現 短 流 現 象 )
快 混 池 的 設 計 要 領 藥 劑 (NaOH PAC) 的 添 加 應 注 意 使 藥 劑 與 廢 水 充 份 混 合, 避 免 短 流 或 藥 劑 浪 費, 一 般 設 計 時 於 廢 水 流 入 口 處 添 加, 且 流 入 口 與 流 出 口 呈 對 角 位 置 混 凝 劑 (PAC FeCl 3 ) 呈 微 酸 性, 添 加 時 應 注 意 其 對 廢 水 ph 值 的 影 響, 取 決 於 杯 瓶 試 驗 所 得 之 最 佳 添 加 量 ( 註 : 一 般 而 言, 混 凝 劑 的 添 加 量 約 為 150~200mg/l 間 ) 快 混 單 元 的 水 質 係 指 攪 拌 均 勻 後 欲 進 入 慢 混 單 元 之 水 質, 故 ph 監 測 控 制 設 備 應 設 於 快 混 單 元 的 流 出 口 附 近 ( 如 下 圖 ) 調 勻 池 PAC NaOH 快 混 池 ph 監 測 控 制 慢 混 池 35
二 工 廠 廢 水 處 理 程 序 控 制 操 作 問 題 2. 工 廠 廢 水 處 理 單 元 操 作 問 題 化 學 處 理 - 慢 混 池 常 見 的 缺 失 凝 集 劑 濃 稠 度 不 足 且 加 藥 量 過 多 / 藥 劑 注 入 處 不 當, 有 短 流 現 象 凝 集 劑 採 管 中 加 藥 方 式 注 入, 停 留 時 間 不 足, 且 未 加 設 steady mixer 攪 拌 機 轉 速 過 快 或 曝 氣 風 量 過 大, 膠 羽 遭 破 壞 慢 混 池 與 終 沈 池 間 的 水 位 差 過 大 1. 慢 混 池 位 於 底 部 而 以 高 揚 程 泵 抽 引 至 沈 澱 池 頂 部 2. 慢 混 池 位 置 高 於 沈 澱 池 進 流 端 1~2m
二 工 廠 廢 水 處 理 程 序 控 制 操 作 問 題 2. 工 廠 廢 水 處 理 單 元 操 作 問 題 生 物 處 理 單 元 異 常 以 標 準 活 性 污 泥 法 為 主 流, 就 一 般 活 性 污 泥 曝 氣 槽 之 操 作 缺 失 及 查 核 要 領 說 明 如 下 (1) 常 見 操 作 問 題 : 曝 氣 槽 溶 氧 量 不 足 導 致 微 生 物 死 亡, 生 物 生 長 環 境 條 件 不 良 皆 會 影 響 微 生 物 生 長 代 謝 轉 換 及 膠 凝, 導 致 生 物 系 統 處 理 成 效 不 彰 (2) 採 取 對 策 : A. 鼓 風 機 運 轉 是 否 正 常, 若 發 生 異 常 應 快 速 修 復 B. 檢 視 槽 體 內 曝 氣 狀 況, 是 否 有 曝 氣 不 均 之 情 形, 散 氣 盤 是 否 脫 落 或 破 裂, 曝 氣 氣 泡 是 否 過 大 情 形 37
二 工 廠 廢 水 處 理 程 序 控 制 操 作 問 題 2. 工 廠 廢 水 處 理 單 元 操 作 問 題 生 物 處 理 單 元 異 常 - (2) 採 取 對 策 ( 續 ) C. 每 日 檢 測 水 質 指 標 a. 溶 氧 值 應 維 持 1-3 mg/l b. 水 溫 以 20-30 為 理 想 c. ph 調 整 以 6-8.5 之 間 為 宜 d. MLSS 大 多 在 1500-2000 mg/l 之 間 e. SVI 應 介 於 50-150 ml/g 之 間 f. SV 30 維 持 在 15-20% 之 間 g. 檢 視 生 物 相 應 以 原 生 動 物 為 主 ( 纖 毛 蟲 和 根 足 類 ) h. 營 養 份 一 般 比 例 BOD:N:P:Fe=100:5:1:0.5 為 佳 D. 檢 測 曝 氣 槽 SV 30 沈 降 狀 況 鏡 檢 微 生 物 相 及 膠 羽 外 觀 組 成, 以 判 斷 及 控 制 水 質, 參 考 30 分 鐘 沈 降 試 驗 (SV 30 ) 觀 察 結 果 及 應 對 ( 詳 圖 ), 進 行 微 生 物 相 診 斷 ( 詳 圖 ) E. 活 性 污 泥 曝 氣 槽 若 為 接 觸 曝 氣 生 長 者, 應 定 期 反 沖 洗, 避 免 濾 材 阻 塞 38
顯 微 鏡 觀 察 微 生 物 : 活 性 污 泥 法 生 物 系 統 為 由 (1) 細 菌 類 (2) 真 菌 類 (3) 原 生 動 物 (4) 後 生 動 物 等 異 種 個 體 群 微 生 物 所 構 成 之 混 合 培 養 體 (a mixed-culture ) 活 性 污 泥 原 生 動 物 例 39
三 十 分 鐘 沈 降 性 觀 測 及 SVI 計 算 SVI(Sludge volume index) 污 泥 容 積 指 標 ( 單 位 ml/g) SVI 為 由 MLSS 及 SV 30, 依 下 式 計 算 之 : SVI= SV MLSS (%) ( mg 10 / 4 L ) 例 如 SV 30 20%,MLSS 2,000mg/L 時 SVI= 20 2 10, 000 4 =100 ml/g SVI 愈 大, 活 性 污 泥 之 沉 降 性 及 濃 縮 性 愈 低 標 準 活 性 污 泥 法 之 SVI 介 於 50~150, 表 示 污 泥 沉 降 性 良 好 40
三 十 分 鐘 沈 降 性 觀 測 及 SVI 計 算 案 例 100mL(SV30=10%) 600mL(SV30=60%) 900mL(SV30=90%) 若 已 知 MLSS=2000mg/L, 其 SVI 分 別 為 50;300;450mL/g 41
30 分 鐘 沈 降 試 驗 觀 察 結 果 及 應 對 指 示 圖 (1) 42
30 分 鐘 沈 降 試 驗 觀 察 結 果 及 應 對 指 示 圖 (2) 43
30 分 鐘 沈 降 試 驗 觀 察 結 果 及 應 對 指 示 圖 (3) 44
二 工 廠 廢 水 處 理 程 序 控 制 操 作 問 題 2. 工 廠 廢 水 處 理 單 元 操 作 問 題 生 物 處 理 系 統 異 常 - 污 泥 鑑 別 (1) 活 性 污 泥 異 常 會 立 即 影 響 處 理 水 質, 因 之, 應 急 刻 探 究 其 原 因 並 採 取 對 策, 異 常 之 主 要 原 因 : 流 入 水 量 水 質 的 變 動 處 理 設 施 及 操 作 維 護 不 當 所 致 (2) 操 作 人 員 先 了 解 鑑 別 各 種 污 泥 生 長 狀 況, 以 擬 定 因 應 對 策 (3) 活 性 污 泥 異 常 之 原 因 大 都 由 於 流 入 水 質 異 常 處 理 設 施 故 障 及 操 作 維 護 不 當 等 為 主 因, 惟 仍 有 甚 多 不 明 之 原 因 最 常 發 生 之 異 常 狀 況 為 :A. 膨 化 B. 上 浮 C. 解 體 45
曝 氣 槽 泡 沫 異 常 現 象 曝 氣 槽 散 氣 盤 安 裝 46
終 沉 池 污 泥 上 浮 異 常 現 象 曝 氣 不 均 翻 騰 異 常 現 象 47
二 工 廠 廢 水 處 理 程 序 控 制 操 作 問 題 2. 工 廠 廢 水 處 理 單 元 操 作 問 題 生 物 處 理 系 統 異 常 - 終 沉 澱 處 理 設 備 異 常 (1) 常 見 問 題 : 刮 泥 機 污 泥 泵 設 施 無 法 正 常 運 轉, 污 泥 沉 積 於 沉 澱 池 內, 造 成 短 流 情 形, 降 低 沉 降 效 果 ; 浮 渣 收 集 斗 無 法 正 常 運 轉 去 除 浮 渣 或 上 浮 之 污 泥 (2) 採 取 對 策 : A. 檢 視 沉 澱 池 是 否 有 短 流 現 象 B. 檢 視 刮 泥 機 浮 渣 收 集 斗 運 轉 是 否 正 常 C. 檢 視 污 泥 抽 泥 泵 是 否 正 常 運 作, 及 抽 泥 量 是 否 正 常 D. 終 沉 池 進 流 端 及 出 流 端 直 線 位 置 之 污 泥 界 面, 應 低 於 水 深 二 分 之 一 48
沉 澱 池 之 缺 失 沉 澱 池 溢 流 處 有 綠 藻 生 長, 且 溢 流 水 不 平 整 沉 澱 池 發 現 有 浮 萍 問 題, 應 正 常 操 作 定 期 清 除 處 理 49
三 化 學 處 理 單 元 加 藥 操 作 機 制 50
三 化 學 處 理 單 元 加 藥 操 作 機 制 常 見 加 藥 設 施 子 系 統 - 通 常 包 含 酸 鹼 藥 劑 氮 磷 營 養 鹽 混 凝 / 膠 凝 劑 污 泥 脫 水 助 凝 劑 等 添 加 單 元 配 合 廢 水 及 污 泥 處 理 單 元 的 操 作 需 添 加 各 式 的 化 學 藥 品, 廢 水 處 理 廠 常 見 化 學 藥 品 : ph 調 整 用 之 酸 鹼 藥 劑, 通 常 使 用 H 2 SO 4 及 NaOH ; 氮 磷 等 營 養 鹽 則 添 加 於 生 物 處 理 單 元, 通 常 使 用 磷 酸 及 尿 素 ; 混 凝 沉 澱 單 元 一 般 添 加 如 多 元 氯 化 鋁 等 鋁 系 藥 劑 當 作 混 凝 劑 ; 高 分 子 聚 合 物 則 作 為 膠 凝 劑 及 污 泥 脫 水 助 劑
化 學 藥 劑 設 施 常 見 單 元 處 理 單 元 型 式 及 主 要 設 備
三 化 學 處 理 單 元 加 藥 操 作 機 制 利 用 化 學 藥 劑 或 化 學 反 應 來 移 除 或 改 變 廢 水 中 污 染 物 的 方 法 稱 為 化 學 處 理 單 元 (Chemical Unit Processes) 化 學 處 理 單 元 通 常 會 與 物 理 或 生 物 方 法 並 用 來 達 到 預 定 之 處 理 目 標, 例 如 : 常 使 用 於 工 廠 自 設 前 處 理 系 統 常 見 的 工 廠 廢 水 化 學 處 理 單 元 包 括 : 化 學 混 凝 化 學 沉 降 中 和 化 學 氧 化
三 化 學 處 理 單 元 加 藥 操 作 機 制 - 化 學 混 凝 水 中 之 懸 浮 固 體 若 其 比 重 小 於 水, 若 粒 子 直 徑 小 於 100μm ( 0.1mm 以 下 ) 時, 例 如 膠 體 粒 子 (Colloidal Particles, 1-100μm) 及 分 子 性 粒 子 (Molecular Particles, 1μm), 完 全 依 賴 重 力 沉 澱 之 時 間, 最 長 可 至 數 年 之 久 如 表
三 化 學 處 理 單 元 加 藥 操 作 機 制 - 化 學 混 凝 化 學 混 凝 目 的 1. 使 廢 水 中 懸 浮 微 粒 聚 集 成 大 膠 羽 而 易 於 沉 澱 2. 混 凝 過 程 中 由 於 膠 羽 之 吸 附 或 電 荷 中 和, 能 去 除 部 份 有 機 物 重 金 屬 及 其 他 使 水 中 透 視 度 降 低 的 物 質 3. 藉 由 加 入 助 凝 劑 ( 高 份 子 ), 能 使 小 膠 羽 結 合 更 大 膠 羽 更 易 於 沉 澱
化 學 混 凝 原 理 達 成 上 述 混 凝 處 理 目 的 之 方 法 ( 大 多 數 膠 體 帶 負 電 ): 1. 加 入 Al +3,Ca +2,Na +1, 等 強 陽 離 子 電 解 質, 降 低 界 達 電 位 2. 加 入 陽 離 子 電 解 質 和 鹼 劑 產 生 氫 氧 化 物, 以 捕 集 膠 羽 3. 加 入 足 夠 陽 離 子 電 解 質, 使 界 達 電 位 降 至 零 而 凝 集 4. 陰 陽 離 子 電 解 質 相 互 混 凝 5. 正 電 荷 膠 體 與 陰 離 子 或 非 離 子 聚 合 電 解 質 凝 聚 根 據 密 西 根 大 學 Dr. Weber 之 理 論 認 為, 混 凝 沉 澱 原 理 包 含 四 大 機 構 ( 如 下 ), 任 何 化 學 混 凝 作 用 中 可 能 至 少 存 在 兩 項 以 上 : 1. 壓 縮 電 雙 層 (Double-Layer-Compression) 2. 吸 附 及 電 性 中 和 (Adsorption and Charge Neutralization) 3. 沉 澱 絆 除 (Enmeshment in a precipitate) 4. 吸 附 及 架 橋 作 用 (Adsorption and Interparticle Bridging)
化 學 混 凝 原 理 - 水 中 膠 體 電 雙 層 由 於 水 中 之 膠 體 大 多 帶 負 電, 因 此 在 其 表 面 極 易 形 成 正 離 子 聚 集, 隨 距 離 之 增 加 而 其 濃 度 漸 減, 此 分 佈 層 稱 之 為 反 離 子 ( 指 電 荷 與 膠 體 相 反 者 ) 分 散 層, 粒 子 表 面 能 吸 附 一 層 水, 稱 為 固 定 層 (fixed layer) 或 附 著 水 層 (bound-water layer) 此 層 與 外 界 游 離 水 層 之 介 面 稱 為 剛 介 面 (rigid solution layer) 或 剪 力 面 (plane of shear), 可 以 計 算 該 處 之 靜 電 勢 能 稱 為 界 達 電 位 δ (zeta potential), 關 係 不 同 膠 體 穩 定 性, 受 到 膠 體 間 之 靜 電 吸 引 力 ( 凡 得 瓦 爾 力 ) 與 靜 電 排 斥 力 大 小 所 影 響, 一 般 排 斥 力 較 大 時,δ 亦 較 大, 因 此 膠 體 較 穩 定 δ=4π q d / D ( q: 電 價 ;D: 液 體 電 介 常 數 ;d: 厚 度 )
化 學 混 凝 原 理 - 水 中 膠 體 電 雙 層 反 離 子 分 散 層 與 固 定 層 合 稱 電 雙 層 (double-layer),( 如 圖 所 示 )
化 學 混 凝 原 理 - 壓 縮 電 雙 層 依 Schulze-Hardy Rule 指 出, 於 水 中 產 生 之 反 離 子 電 價 愈 高, 則 其 破 壞 膠 質 粒 子 穩 定 性 之 作 用 愈 強 因 而 當 混 凝 劑 加 入 水 中 後, 將 使 分 散 層 中 之 反 離 子 ( 正 離 子 ) 濃 度 增 高, 故 可 壓 縮 分 散 層 之 原 狀 並 減 低 靜 電 斥 力, 則 膠 質 粒 子 即 可 利 用 凡 得 瓦 爾 力 而 接 近, 同 時 因 能 量 障 礙 (energy barrier) 之 降 低, 故 可 使 膠 體 粒 子 相 互 接 近 而 凝 聚 ( 如 圖 )
化 學 混 凝 原 理 - 加 藥 操 作 機 制 當 混 凝 劑 添 加 過 量 時, 水 溶 液 中 之 膠 體 粒 子 會 產 生 再 穩 定 之 現 象, 此 乃 因 過 多 之 正 電 荷, 導 致 膠 體 粒 子 之 電 荷 由 負 轉 變 為 正 由 混 凝 曲 線 顯 示, 混 凝 效 率 反 而 較 添 加 適 量 混 凝 劑 時 為 主 要 作 用 機 構 1. 壓 縮 電 雙 層 2. 吸 附 及 電 性 中 和 2. 吸 附 及 電 性 中 和 3. 沉 澱 絆 除 4. 吸 附 及 架 橋 作 用 ( 加 入 polymer 機 制 產 生 之 膠 羽 避 免 激 烈 攪 拌 呈 再 穩 定 )
化 學 混 凝 原 理 - 加 藥 操 作 機 制 瓶 杯 試 驗 步 驟 如 下 : A. 取 200ml 水 樣 於 燒 杯 中, 加 少 量 混 凝 劑 後, 快 混 1 分 鐘, 慢 混 3 分 鐘, 若 無 膠 羽 產 生 則 增 加 混 凝 劑 劑 量, 重 複 此 步 驟 直 到 產 生 膠 羽 B. 用 6 個 燒 杯 各 置 1000 ml 水 樣, 以 H2SO4 或 NaOH 調 整 ph 值 分 別 為 4.0,5.0,6.0,7.0,8.0,9.0 C. 以 步 驟 A 得 之 混 凝 劑 劑 量 分 別 加 入 各 燒 杯 D. 以 轉 速 80-100 rpm 快 混 1-5 分 鐘 後, 轉 速 改 為 25 rpm 慢 混 10-30 分 鐘 E. 停 止 攪 拌, 靜 至 10-30 分 鐘, 取 上 層 澄 清 液 分 析 水 質 F. 選 定 適 宜 ph 值 後, 重 複 步 驟 B.D.E, 但 使 用 不 同 混 凝 劑 劑 量 * 觀 察 生 成 之 膠 羽 大 小 沉 降 速 度, 並 分 析 上 層 澄 清 液 以 決 定 有 效 經 濟 之 加 藥 量
* 瓶 杯 試 驗 步 驟 : 1. 選 擇 適 合 混 凝 劑 種 類 2. 決 定 最 佳 ph 3. 找 出 最 佳 混 凝 劑 加 藥 量
化 學 混 凝 處 理 單 元 - 快 混 與 慢 混 單 元 一 般 水 處 理 化 學 混 凝 包 括 1. 混 凝 (Coagulation) 利 用 快 混 使 混 凝 劑 迅 速 且 均 勻 分 佈, 增 加 其 與 膠 體 粒 子 間 之 碰 撞 凝 聚 ( 使 電 荷 中 和 ) 機 會, 並 破 壞 膠 體 粒 子 之 穩 定 性 一 般 停 留 時 間 約 為 1~5min( 小 規 模 者 約 為 10 ~15min), 槽 內 流 速 通 常 為 1.5m/sec 以 上 2. 膠 凝 (Flocculation) 藉 由 慢 混 之 方 式 而 逐 漸 形 成 微 細 膠 羽, 並 利 用 速 度 梯 度 (G=30~60sec -1 ) 使 彼 此 間 相 互 碰 撞 而 產 生 較 大 膠 羽 以 達 到 足 夠 之 沉 降 速 度 一 般 停 留 時 間 以 30~50 分 鐘 為 宜 通 常 於 流 速 在 9cm/sec 以 下 時 發 生 沉 澱, 流 速 75cm/sec 以 上 時 則 被 破 壞, 故 應 維 持 流 速 在 15~60cm/sec 之 範 圍
化 學 混 凝 處 理 單 元 - 水 處 理 操 作 程 序 傳 統 混 凝 處 理 操 作 步 驟 包 括 : 1. 將 混 凝 聚 域 廢 水 快 速 攪 拌, 如 使 用 活 性 矽 或 陽 離 子 聚 合 物, 應 於 之 前 加 入 2. 慢 混 20~30 分 以 形 成 沉 澱 顆 粒, 為 了 不 使 顆 粒 因 剪 力 而 破 壞, 控 制 速 度 梯 度 G= W/μ(1/sec); W= 馬 力 P/ 單 位 水 體 積 V 3. 加 入 陰 離 子 或 非 離 子 聚 合 物, 加 強 顆 粒 凝 聚 作 用, 操 作 過 程 可 將 沉 澱 膠 羽 部 分 迴 流, 提 升 混 凝 效 率, 減 少 混 凝 劑 用 量 一 般 程 序 上 包 括 由 快 混 槽 慢 混 槽 及 沉 澱 槽 所 組 成 之 分 離 型 設 施 ( 如 圖 ); 若 三 者 成 一 體 之 裝 置 即 為 所 稱 之 高 速 混 凝 沉 澱 裝 置
化 學 混 凝 處 理 單 元 - 加 藥 量 與 廢 水 特 性 混 凝 劑 加 藥 使 用 量, 除 藥 劑 本 身 對 膠 體 顆 粒 相 對 混 凝 能 力 外, 與 廢 水 特 性 關 係 密 切, 其 混 凝 作 用 依 處 理 水 之 ph 鹼 度 硬 度 濁 度 而 異 例 如 : 1. 鹼 度 (ALK): 明 礬 (Al 2 (SO 4 ) 3 18H 2 O) 需 水 中 OH 離 子 消 耗 鹼 度, 才 能 產 生 膠 凝 狀 氫 氧 化 物 沉 澱 物, 因 此 混 凝 過 程 同 時 加 入 產 生 鹼 度 之 物 質 如 碳 酸 氫 鈣 或 鈉 (Ca(HCO 3 ) 2 ) 氫 氧 化 鈉 (NaOH) 蘇 打 灰 (Na 2 CO 3 ) 或 消 石 灰 Ca(OH) 2, 以 質 量 平 衡 計 算,1mg/L 明 礬 作 用 消 耗 鹼 度 0.45 mg/l (as CaCO 3 計 ) ; 同 理 硫 酸 亞 鐵 為 0.36 mg/l (as CaCO 3 計 ) 2.pH 值 : 明 礬 最 好 作 用 效 果 ph 值 為 6.0~7.8, 但 使 用 於 去 磷 時, ph 值 為 5.5~6.5, 其 他 混 凝 劑 最 適 宜 之 ph 值 如 表
化 學 混 凝 處 理 單 元 - 污 泥 量 計 算 常 用 的 混 凝 劑 為 無 機 性 鋁 鹽 鐵 鹽 及 有 機 混 凝 劑 polymer, 近 年 來 合 成 之 有 機 高 分 子 混 凝 劑 諸 如 :Polyacrylamide(PAM), Polyacrylic acid(paa),polystyrene (PSS) 及 Polydiallyldimethylammonium (PDADMA,Cat-Floc) 等, 均 已 廣 泛 地 應 用 於 廢 水 處 理 及 淨 水 程 序 中 化 學 混 凝 污 泥 產 生 量 Qw(CMD) 通 常 以 去 除 SS 所 產 生 之 污 泥 量 及 添 加 混 凝 劑 所 產 生 之 污 泥 量 ( 鋁 鹽 鐵 鹽 等 ) 兩 者 合 併 加 總 計 算 之 總 乾 污 泥 體 積, 茲 分 述 如 下 : 1. 由 流 入 SS 及 流 出 SS 之 差 求 去 除 SS 產 出 污 泥 量 (CMD) 污 水 量 Q(CMD) ( 流 入 SS - 流 出 SS)(mg/L) 污 泥 含 固 率 (%) 1000 假 設 乾 污 泥 比 重 2, 水 比 重 為 1, 含 水 率 98% 求 濕 污 泥 比 重 近 似 1 及 濕 污 泥 之 體 積 ; 上 式 中 各 項 因 子 仍 皆 需 以 實 測 值 代 入 計 算 之, 其 中 尤 其 特 別 注 意 污 泥 含 固 率 %(100- 含 水 率 %) 實 測 值 ; 濕 污 泥 比 重 1.01( 非 常 接 近 水 的 密 度 1000KG/L)
化 學 混 凝 處 理 單 元 - 污 泥 量 計 算 2. 添 加 混 凝 劑 所 產 生 之 污 泥 量 (CMD) 添 加 單 位 混 凝 劑 所 產 生 之 污 泥 乾 固 體 量 DS( 鋁 鹽 鐵 鹽 等 ) 可 參 考 下 表 換 算 而 得, 例 如, 每 天 添 加 劑 量 100 kg 多 元 氯 化 鋁 (Al 2 O 3,10%) 溶 液 所 產 生 之 鋁 鹽 污 泥 乾 固 體 量 為 15.3kg; 再 依 據 該 化 學 污 泥 含 固 率 實 測 值 ( 假 設 含 固 率 3%, 污 泥 比 重 為 1) 反 算 即 可 得 污 泥 量 =0.51 CMD (=15.3/0.03*1,000)
化 學 混 凝 處 理 單 元 - 理 論 加 藥 量 / 化 學 污 泥 量 計 算 案 例
三 化 學 處 理 單 元 加 藥 操 作 機 制 - 化 學 沉 降 化 學 沉 降 (Chemical Precipitation) 法 : 是 利 用 化 學 藥 品 與 溶 解 性 離 子 反 應, 控 制 反 應 達 成 使 得 離 子 與 添 加 藥 劑 形 成 不 溶 解 性 沉 降 物, 加 以 沉 澱 去 除 的 處 理 方 法 因 此 與 化 學 混 凝 處 理 程 序, 如 加 藥 設 備 藥 品 配 置 加 藥 量 計 算 等 相 似 目 的 : 1. 去 除 廢 水 中 重 金 屬, 增 加 生 物 處 理 的 適 用 性 2. 去 除 廢 水 中 磷 酸 鹽, 減 少 河 川 優 養 化 現 象 ( 詳 計 算 案 例 ) 3. 操 作 過 程, 廢 水 溶 液 程 飽 和 狀 態, 可 同 時 去 除 其 他 之 污 染 物 質, 例 如 : 含 色 度 的 有 機 或 無 機 物 質
三 化 學 處 理 單 元 加 藥 操 作 機 制 - 化 學 沉 降 原 理 : 利 用 水 中 溶 解 性 離 子 的 濃 度 ( 即 溶 解 度 ) 達 飽 和, 易 生 成 不 溶 解 結 晶 物 質 之 特 性, 於 廢 水 中 添 加 藥 劑, 使 離 子 與 添 加 藥 劑 濃 度 乘 積 大 於 其 溶 解 度 積 常 數 (Ksp, Solubility Product Constant), 而 形 成 結 晶 沉 降 物, 加 以 沉 澱 去 除, 考 慮 之 反 應 如 下 : A x B y(s) < = = = > x A y+ + y B x- K sp = A y+ x B x- y *Ksp 愈 小 表 示 化 合 物 愈 容 易 沉 澱, 因 此 應 用 上, 常 選 擇 能 和 重 金 屬 產 生 較 小 溶 解 度 積 之 化 學 藥 劑 為 沉 澱 劑 如 氫 氧 化 物 等
三 化 學 處 理 單 元 加 藥 操 作 機 制 - 化 學 沉 降 常 用 的 重 金 屬 化 學 沉 澱 法 : 1. 氫 氧 化 物 沉 澱 法 : 以 NaOH 或 石 灰 提 昇 ph 使 得 廢 水 中 重 金 屬 與 氫 氧 化 物 之 乘 積 大 於 其 Ksp 形 成 沉 澱 物 去 除 優 點 : 普 遍 於 存 在 於 一 般 水 處 理 混 凝 程 序, 價 格 低, 去 除 效 率 令 人 滿 意 缺 點 : 無 法 去 除 +6 價 鉻 與 某 些 特 殊 複 合 金 屬 ( 含 螯 合 劑 ) 廢 水, 且 產 生 化 學 污 泥 量 較 大, 涉 有 害 廢 棄 物 處 理 問 題 2. 碳 酸 鹽 沉 澱 法 : 以 碳 酸 鹽 為 沉 降 劑, 產 生 金 屬 沉 澱 物 加 以 去 除 3. 硫 化 物 沉 澱 法 : 分 可 溶 性 硫 化 物 沉 澱 法 (SSP 法 加 入 硫 化 鈉 或 硫 化 氫 鈉 ) 和 不 溶 性 硫 化 物 沉 澱 法 (ISP 法 加 入 硫 化 亞 鐵 泥 漿 ) 與 廢 水 中 重 金 屬 形 成 沉 澱 物 去 除
重 金 屬 採 用 化 學 沉 降 法 最 佳 ph 控 制 點
計 算 案 例 : 某 廠 加 入 大 量 石 灰 處 理 磷 系 廢 水, 以 達 除 磷 之 目 的, 請 估 算 在 去 除 過 程 中 之 污 泥 產 生 量 ( 已 知 廢 水 量 300CMD;[ 磷 ] 2,000mg/L; 石 灰 投 入 量 3000kg/ 日 ; 石 灰 濃 度 =10% 一 廢 水 中 的 磷 一 般 係 以 正 磷 酸 鹽 (PO 4-3 ) 形 態 存 在, 加 入 石 灰 以 氫 氧 化 鈣 (Ca(OH) 2 ) 形 態 存 在, 兩 者 反 應 形 成 低 溶 解 度 的 磷 酸 鹽 鈣 其 化 學 反 應 方 程 式 表 示 如 下 : 由 計 量 方 程 式 得 知 :3 莫 耳 - 磷 與 5 莫 耳 - 鈣 反 應 生 成 1 莫 耳 - 磷 酸 鹽 鈣 ( 沉 澱 固 體 物 ) 即 所 謂 的 化 學 污 泥 ( 原 子 量 Ca=40,P=31,O=16,H=1) 二 計 算 形 成 磷 酸 鹽 鈣 污 泥 量 如 下 : (1) 已 知 廢 水 量 :300CMD 加 入 石 灰 濃 度 10%, 石 灰 投 入 量 3 公 噸 / 天 情 況 下, 計 算 得 到 石 灰 劑 量 =(3 噸 / 日 *0.1)/300CMD = 1000mg/L-as[Ca(OH) 2 ( 分 子 量 74) =1000*40/74=541 mg/l-as [Ca +2 ] (2) 對 應 實 際 投 入 之 石 灰 劑 量 (as Ca +2 ), 計 算 可 以 去 除 之 正 磷 酸 鹽 濃 度 (as P)=5*[PO 4-3 ]/31 = 3*[Ca +2 ]/40 將 [Ca +2 ]=541 mg/l 代 入, 求 得 [PO 4-3 ] =252 mg/l (as P) 表 示 參 與 石 灰 沉 降 反 應 之 正 磷 酸 鹽 實 際 劑 量, 亦 即 可 以 從 廢 水 中 去 除 的 磷 濃 度, 理 論 上 此 時 放 流 水 中 尚 含 有 極 高 未 參 與 反 應 磷 濃 度 ( 即 2000-252=1748 mg/l), 原 因 在 於 加 入 石 灰 劑 量 不 足 (3) 計 算 沉 澱 之 化 學 污 泥 ( 磷 酸 鹽 鈣 ) 濃 度 ( 分 子 量 =502) 3* [ ]/502 = 1*[PO 4-3 ]/31 將 [PO 4-3 ] =252 mg/l 代 入, 求 得 [ ]=1360 mg/l (4) 計 算 每 日 產 生 污 泥 量 ( 已 知 Q=300CMD=300000L/day) 1360 mg/l*300000l/d*10-6 kg/mg=408kg/day( 乾 重 ) 換 算 每 日 實 際 排 放 污 泥 體 積 量 =408/(0.02)/1.01=20198 L/day ( 假 設 含 水 率 98 %, 比 重 約 1.01 即 1.01 kg/l)
三 化 學 處 理 單 元 加 藥 操 作 機 制 - 化 學 中 和 中 和 處 理 : 為 化 學 處 理 中 最 普 遍 使 用 的 一 種 由 於 各 種 工 業 廢 水 ( 尤 其 是 化 學 工 業 廢 水 ), 一 般 均 具 酸 鹼 性, 而 此 酸 鹼 性 之 廢 水 非 但 影 響 河 川 水 質, 且 對 於 廢 水 處 理 時 之 處 理 效 果 影 響 甚 巨, 因 此 須 加 以 中 和 其 酸 鹼 應 用 : 即 在 於 利 用 各 種 中 和 劑 使 與 此 等 酸 鹼 性 之 廢 水 起 中 和 反 應, 調 節 ph 值 於 適 當 範 圍 內 例 如 有 機 及 食 品 工 業 廢 水 常 需 加 鹼 中 和 ; 鞣 革 棉 絲 光 處 理 反 金 屬 處 理 等 廢 水 需 用 酸 中 和 其 原 理 : [ 酸 性 水 溶 液 ] + [ 鹼 劑 ] [ 中 性 ] H + + OH - H 2 O [ 酸 性 水 溶 液 中 含 重 金 屬 離 子 ] + [ 鹼 劑 ] [ 中 性 ] H + + Me 2+ +3OH - H 2 O + Me(OH) 2 ** 說 明 : 調 整 水 溶 液 之 ph 值 時, 有 時 即 使 同 一 ph 值 而 其 調 整 所 需 之 藥 劑 量 並 不 一 定, 此 乃 水 溶 液 中 所 含 之 酸 或 鹼 為 強 酸 強 鹼 或 弱 鹼 等 而 異, 且 水 溶 液 中 是 否 含 有 金 屬 離 子 等 緩 衝 物 質 亦 有 影 響
三 化 學 處 理 單 元 加 藥 操 作 機 制 - 化 學 中 和 中 和 處 理 之 目 的 : 1. 調 整 ph 值, 使 廢 水 適 合 於 後 續 生 物 或 化 學 處 理 程 序 2. 調 整 ph 值, 使 廢 水 合 乎 放 流 水 水 質 標 準 3. 求 得 最 佳 之 化 學 加 藥 量, 合 乎 經 濟 原 則 操 作 程 序 : 有 關 加 藥 設 備 藥 品 配 置 加 藥 量 計 算 等, 也 與 化 學 混 凝 處 理 程 序 相 似, 但 需 特 別 考 慮 的 因 素 如 下 : 1. 調 整 槽 之 容 積 2. 中 和 成 本 3. 化 學 特 性 4. 污 泥 量 及 污 泥 特 性 5. 化 學 中 和 曲 線 之 建 立 實 驗 室 制 訂 中 和 滴 定 曲 線, 拓 展 至 污 水 處 理 之 滴 定 曲 線 ; 此 外 欲 發 揮 中 和 處 理 之 功 能, 更 需 依 賴 良 好 的 儀 控 監 測 系 統 與 完 善 的 QA/QC 操 作 維 護 制 度
三 化 學 處 理 單 元 加 藥 操 作 機 制 - 化 學 中 和 1. 化 學 中 和 滴 定 曲 線 之 建 立 藉 由 現 場 實 際 水 樣 之 中 和 滴 定 實 驗 ( 如 圖 示 ) 預 估 加 藥 濃 度 與 劑 量, 並 作 為 未 來 應 變 之 參 考
三 化 學 處 理 單 元 加 藥 操 作 機 制 - 化 學 中 和 2. 酸 鹼 中 和 藥 劑 之 選 擇 一 般 常 用 酸 鹼 中 和 藥 劑 及 其 中 和 因 子 如 表, 在 選 擇 酸 鹼 中 和 藥 劑 時, 須 考 慮 酸 鹼 中 和 藥 劑 是 否 與 酸 鹼 廢 水 起 有 害 反 應 ( 加 成 或 不 相 容 ) 及 其 經 濟 性, 以 達 到 廢 水 中 和 目 的 3. 一 般 操 作 注 意 事 項 (1) 廢 水 收 集 系 統 - 應 利 用 酸 性 廢 水 中 和 鹼 性 廢 水, 在 廢 水 中 和 後 尚 無 法 達 到 適 宜 ph 後, 再 進 行 加 入 酸 鹼 性 藥 劑, 避 免 引 起 過 量 加 藥 之 情 形 (2)pH 值 加 藥 控 制 - 設 定 ph 加 藥 控 制 範 圍, 以 符 合 經 濟 加 藥 之 原 則 (3)pH 值 電 極 校 正 及 清 洗 - 操 作 時 ph 電 極 須 保 持 在 水 面 下, 以 防 止 ph 電 極 劣 化, 另 ph 電 極 須 定 期 校 正 及 清 洗, 以 準 確 測 得 廢 水 實 際 ph 值
一 般 常 用 酸 鹼 中 和 藥 劑 中 和 因 子 對 照 表 (as CaO)
三 化 學 處 理 單 元 加 藥 操 作 機 制 - 化 學 氧 化 目 的 : 1. 使 水 中 有 機 物 快 速 氧 化 轉 變 為 CO 2 H 2 O NO 2 等, 減 少 BOD,COD 產 生 2. 將 不 易 被 生 物 氧 化 物 質, 經 化 學 氧 化 後 轉 變 為 可 生 物 處 理 3. 增 加 廢 水 中 之 溶 氧 性, 減 少 臭 味 4. 氧 化 水 中 色 度 物 質, 增 加 透 視 度 5. 化 學 氧 化 具 消 毒 及 殺 菌 能 力 應 用 :1. NaOCl 氧 化 含 氰 化 物 廢 水 2. 臭 氧 氧 化 廢 水 處 理 操 作 系 統 3. 電 解 氧 化 法 及 濕 式 氧 化 法 也 廣 泛 應 用 於 工 業 廢 水 之 處 理
三 化 學 處 理 單 元 加 藥 操 作 機 制 - 化 學 氧 化 化 學 氧 化 或 還 原 處 理, 通 常 運 用 於 處 理 廢 水 中 含 有 無 法 以 物 理 方 法 去 除 之 溶 解 性 無 機 有 毒 物 質 (CN- 臭 味 生 物 難 分 解 有 機 物 ) 常 用 氧 化 劑 包 括 :1. 液 氯 2. 漂 白 液 3. 臭 氧 常 用 化 學 還 原 劑 包 括 :1. 二 氧 化 硫 2. 亞 硫 酸 鹽 3. 硫 酸 亞 鐵 等 化 學 反 應 機 制 : 電 鍍 廢 水 分 流 處 理 案 例, 分 別 以 (1) 於 鹼 性 環 境 加 入 NaOCl 氧 化 含 氰 化 物 廢 水 (2) 於 酸 性 環 境 下 以 亞 硫 酸 鹽 還 原 +6 價 鉻 離 子
三 化 學 處 理 單 元 加 藥 操 作 機 制 - 化 學 氧 化 1. 次 氯 酸 鈉 處 理 氰 系 電 鍍 廢 水 程 序 以 氰 系 廢 水 一 例 說 明 如 下, 其 通 常 利 用 次 氯 酸 鈉 氧 化 操 作 程 序 如 下 : A. 進 流 水 的 水 量 及 濃 度 的 調 節 B. 氰 化 物 (cyanide) 的 氧 化 是 以 加 入 酸 或 鹼 保 持 ph 在 10.5 到 11.5 和 加 入 次 氯 酸 鈉 並 保 持 氧 化 還 原 電 位 (ORP) 在 670mV 以 上, 停 留 時 間 20 到 45 分 鐘 C. 氰 酸 鹽 (cyanate) 的 氧 化 是 以 加 入 酸 或 鹼 保 持 ph 在 8.5 到 9.5 和 加 入 次 氯 酸 鈉, 並 保 持 氧 化 還 原 電 位 (ORP) 在 800mV 以 上, 停 留 時 間 45 到 90 分 鐘 D. 在 重 力 輸 送 至 沉 澱 池 時, 加 入 聚 合 物 以 改 善 膠 凝 E. 在 放 流 之 前, 懸 浮 固 體 必 須 在 重 力 沉 澱 池 中 停 留 1 到 3 個 小 時
三 化 學 處 理 單 元 加 藥 操 作 機 制 - 化 學 氧 化 2. 化 學 還 原 鉻 系 處 理 程 序 利 用 還 原 劑 如 SO 2 FeSO 4 Na 2 SO 3 NaHSO 3 等, 六 價 鉻 離 子 還 原 成 三 價 鉻 離 子, 再 利 用 鹼 性 藥 劑 如 石 灰 消 石 灰 及 氫 氧 化 鈉 等, 以 形 成 不 溶 性 之 Cr 2 O 3.nH 2 O 沉 澱 去 除 含 鉻 廢 水 處 理 過 程 中, 在 還 原 階 段 必 須 將 ph 值 調 降 至 2.5 以 下, 加 入 還 原 劑 之 後 進 入 中 和 階 段 必 須 將 ph 值 提 高 到 8.5-10.5, 以 產 生 金 屬 氫 氧 化 物, 進 入 膠 羽 階 段 時 必 須 加 入 助 凝 劑 高 分 子 凝 結 劑 (polymer), 使 金 屬 氫 氧 化 物 比 重 增 加, 然 後 在 沉 降 分 離 階 段 使 水 和 重 金 屬 分 離, 最 後 進 入 ph 調 整, 將 ph 調 整 至 中 性 (6-8), 然 後 排 放 鉻 在 還 原 後 加 入 鹼 性 藥 劑 沉 澱, 含 鉻 廢 水 經 一 階 段 調 整 常 未 能 穩 定, 造 成 沉 澱 狀 況 不 佳, 可 利 用 二 階 段 調 整 方 式 處 理, 第 一 階 段 利 用 消 石 灰 將 ph 調 整 至 5-6, 第 二 階 段 再 利 用 氫 氧 化 鈉 將 ph 調 整 8-9, 如 此 即 能 獲 得 良 好 沉 澱 狀 態
三 化 學 處 理 單 元 加 藥 操 作 機 制 - 化 學 氧 化 3. 氧 化 還 原 電 位 ORP 為 控 制 要 項 由 Oxidation( 氧 化 ) Reduction( 還 原 ) Potential( 電 位 ) 的 字 母 組 合 而 成 ORP 氧 化 還 原 電 位 計, 可 用 來 測 量 物 質 的 氧 化 程 度 還 原 ( 抗 氧 化 ) 程 度 以 數 值 mv 單 位 表 示 具 有 氧 化 能 力 者 以 +" ( 正 ) 表 示 具 有 還 原 能 力 者 以 -" ( 負 ) 表 示 追 逐 加 藥 將 使 水 中 鹽 類 濃 度 增 加, 造 成 二 次 污 染 ; 廢 水 處 理 中 通 常 如 鉻 系 廢 水 及 氰 系 廢 水 均 會 以 ORP 為 控 制 要 項
三 化 學 處 理 單 元 加 藥 操 作 機 制 - 實 廠 即 時 自 動 監 控 加 藥 系 統 由 於 工 廠 每 日 排 出 廢 水 特 性, 常 隨 著 生 產 製 程 成 動 態 變 化, 化 學 處 理 單 元 加 藥 系 統 之 操 作, 很 難 完 全 穩 合 原 設 計 化 學 計 量 方 程 式 所 求 之 理 論 加 藥 量 實 廠 為 兼 顧 水 質 與 水 量 變 化 操 作 因 應 之 策, 首 先 運 用 調 整 池 ( 必 須 有 足 夠 停 留 時 間 ) 進 行 調 勻 ( 常 見 ph 調 整 ) 及 穩 定 ( 藉 由 均 流 泵 定 量 ) 處 理 水 功 能, 儘 量 結 合 工 廠 既 設 製 程 自 動 控 制 系 統, 運 用 廢 水 處 理 分 散 式 儀 控 系 統, 進 行 即 時 自 動 監 控 加 藥 系 統 操 作 管 理 化 學 混 凝 加 藥 量 公 式 :
廢 水 自 動 監 控 概 要 自 動 控 制 之 定 義 : 在 一 流 程 中, 利 用 儀 器 將 量 測 部 分 所 得 之 變 數 轉 變 為 控 制 能 力, 來 調 節 程 序 操 作 使 達 到 期 望 值 擾 動 輸 入 最 終 控 制 元 件 程 序 輸 出 偏 差 偵 檢 器 量 測 元 件 期 望 值 85
廢 水 自 動 監 控 概 要 廢 水 處 理 儀 控 : 量 測 及 控 制 之 目 的 在 控 制 廢 水 之 水 質 及 水 量, 以 經 常 維 持 安 定 有 效 之 處 理 水 量 量 測 設 備 : 流 量 計 : 常 用 的 流 量 計 有 電 磁 式 超 音 波 式 輪 葉 式 孔 口 式 面 積 式 及 堰 式 液 面 計 : 包 含 浮 球 式 超 音 波 式 氣 泡 式 壓 力 / 差 壓 式 及 污 泥 介 面 計 等 水 質 量 測 設 備 : 主 要 常 見 為 污 泥 濃 度 計 DO 計 MLSS 計 ph 計 溫 度 計 及 COD/TOC 計 等 86
廢 水 自 動 監 控 概 要 廢 水 處 理 儀 控 主 要 量 測 項 目 : 調 整 池 : 水 流 量 ph 水 位 初 沉 池 : 抽 出 污 泥 量 及 濃 度, 污 泥 介 面 計 曝 氣 池 : 送 風 量 迴 流 污 泥 量,DO 及 MLSS 濃 度 終 沉 池 : 迴 流 污 泥 量 及 其 濃 度, 剩 餘 污 泥 量 放 流 渠 : 處 理 水 量,COD 濁 度 計 加 氯 流 量 計 餘 氯 濃 度 計 87
控 制 系 統 : 廢 水 自 動 監 控 概 要 曝 氣 槽 有 關 控 制 : 送 氣 量 控 制 : 以 廢 水 量 調 整 控 制 送 氣 量 鼓 風 機 輸 出 壓 控 制 : 送 風 量 以 調 節 鼓 風 機 吸 入 閥 門 之 開 度 及 鼓 風 機 之 台 數 控 制, 輸 出 壓 力 以 壓 力 控 制 於 定 值, 確 保 穩 定 送 風 量 DO 控 制 : 以 DO 之 控 制 量 調 節 送 氣 量 使 槽 內 之 DO 與 目 標 值 一 致 MLSS 控 制 : 調 整 控 制 迴 流 污 泥 量 使 槽 內 之 MLSS 濃 度 與 目 標 一 致 迴 流 污 泥 量 控 制 : 以 流 入 廢 水 量 乘 以 一 定 比 率 作 為 迴 流 污 泥 控 制 量 的 目 標 值, 以 調 整 迴 流 污 泥 量 88
控 制 系 統 : 廢 水 自 動 監 控 概 要 加 氯 量 控 制 : 以 處 理 水 量 作 比 率 調 節 加 氯 量, 也 有 以 餘 氯 測 定 計 測 定 結 果 作 回 授 控 制, 並 由 水 量 作 比 率 調 節 沉 澱 池 : 污 泥 泵 浦 刮 泥 機 浮 除 清 除 等 操 作 控 制, 主 要 以 定 時 器 配 合 順 序 控 制 操 作 89
廢 水 自 動 監 控 概 要 項 次 類 別 常 用 自 動 監 測 儀 一 二 三 物 理 測 量 Physical measurement 物 理 化 學 測 量 Chemophysic al measurement 化 學 測 量 Chemical measurement 操 作 時 間 溫 度 壓 力 水 位 流 量 測 量 ph 值 電 導 度 DO CH 4 濃 度 COD TOD TOC 總 氮 總 磷 酚 (Phenol) 氟 ( Fluorine) MLSS 濃 度 污 泥 氈 高 度 污 泥 體 積 濁 度 微 生 物 監 測 器 CO 2 濃 度 BOD Meter for respiration rate 總 汞 鎘 (Cadmium) 氰 化 物 (Cyanide) 油 鉻 (Chromium) 有 機 污 染 物 90
廢 水 自 動 監 控 概 要 監 測 對 象 ( 單 元 ) 監 測 項 目 監 測 用 途 原 廢 水 放 流 水 污 水 收 集 管 線 COD 原 廢 水 放 流 水 污 水 收 集 管 線 SS 監 視 水 質 變 化 警 報 監 視 水 質 變 化 警 報 厭 氧 處 理 污 泥 槽 ORP 污 泥 反 應 情 形 原 廢 水 放 流 水 電 導 度 監 視 水 質 變 化, 協 助 廢 水 操 作 控 制 污 泥 處 理 單 元 污 泥 濃 度 計 控 制 排 泥 生 物 曝 氣 池 混 合 液 MLSS 控 制 活 性 生 物 污 泥 迴 流 量 原 廢 水 放 流 水 初 沉 池 三 沉 ph 監 視 水 質 變 化 及 加 藥 系 統 之 控 制 池 生 物 曝 氣 池 混 合 液 廢 水 DO 控 制 曝 氣 機 轉 動, 節 省 電 力 進 流 站 調 和 池 廢 水 及 污 泥 儲 液 位 計 槽 監 控 液 位 變 化 91 91
三 化 學 處 理 單 元 加 藥 操 作 機 制 廢 水 處 理 廠 儀 控 系 統 廠 內 排 水 系 統 應 設 置 控 制 設 備, 既 可 用 於 廢 水 之 收 集 與 處 理, 且 可 對 排 入 承 受 水 體 之 量 與 質 加 以 控 制 控 制 設 備 以 自 動 控 制 系 統 為 優, 並 可 與 工 廠 製 程 操 作 之 控 制 系 統 合 併, 成 為 工 廠 操 作 上 之 一 環 一 般 廢 水 收 集 及 處 理 廠 中 最 常 需 要 使 用 到 自 動 控 制 功 能 : 流 量 (F) 液 位 (L) 壓 力 (P) 溫 度 (T) 及 ph 值 等 自 動 控 制 目 的 為 增 加 操 作 可 靠 度, 減 少 操 作 人 力 需 求 控 制 的 基 本 概 念 如 圖 所 示 92
廢 水 處 理 廠 儀 控 系 統 調 整 池 出 流 水 控 制 系 統 ( 調 整 池 水 以 出 流 幫 浦 定 量 輸 送 至 生 物 或 化 學 處 理 系 統, 出 水 流 量 以 FIC 控 制, 電 磁 或 三 角 堰 可 以 作 為 流 量 指 示 計 調 整 池 液 位 太 高 時,LI 信 號 傳 至 PLC 告 知 操 作 人 員 ; 液 位 太 低 時,LI 信 號 傳 至 PLC 告 知 操 作 人 員 並 以 LS 關 閉 出 流 幫 浦 馬 93 達 PI 指 示 出 流 幫 浦 之 啟 閉 狀 態 )
廢 水 處 理 廠 儀 控 系 統 生 物 或 化 學 處 理 系 統 進 流 水 ph 控 制 系 統 ( 生 物 或 化 學 處 理 系 統 進 流 水 ph 需 控 制 以 維 持 穩 定 處 理 效 果, 調 整 池 出 流 水 流 至 中 和 槽, 以 phic 指 示 槽 中 水 ph 值 並 控 制 加 藥 機 之 啟 閉 液 位 太 低 時,LI 信 號 傳 至 PLC 告 知 操 作 人 員 並 關 閉 攪 拌 馬 達 M LI 並 偵 94 知 酸 鹼 液 存 量 )
廢 水 處 理 廠 儀 控 系 統 化 學 反 應 槽 氧 化 劑 添 加 控 制 系 統 ( 在 一 定 ph 下, 反 應 槽 液 中 未 氧 化 污 染 物 濃 度 與 氧 化 還 原 電 位 (ORP) 高 低 成 反 比,ORP 低 於 一 定 值 時,ORPIC 將 啟 動 氧 化 劑 加 藥 機 補 充 氧 化 劑, 直 至 ORP 高 於 設 定 值 ph 須 一 併 控 制 ) 95
四 處 理 現 況 功 能 查 核 與 操 作 參 數 檢 驗 96
四 處 理 現 況 功 能 查 核 與 操 作 參 數 檢 驗 藉 由 廢 水 處 理 功 能 查 核, 將 各 處 理 單 元 設 施 原 設 計 設 定 值 及 營 運 期 間 實 際 操 作 運 轉 參 數, 進 行 合 理 性 檢 驗, 可 有 效 因 應 動 態 廢 水 特 性 變 化, 管 控 調 整 最 佳 化 操 作 模 式 有 關 各 單 元 之 功 能 查 核 項 目 及 參 數 計 算 公 式 說 明 如 下 : 設 定 值 為 該 設 施 一 開 始 採 用 設 計 參 數 及 功 能 計 算 初 始 設 計 值 實 際 值 為 經 由 功 能 驗 算 調 整 後 各 單 元 池 體 之 合 理 尺 寸 及 成 為 現 有 設 施 之 實 際 操 作 運 轉 參 數 查 核 值 為 考 量 廢 水 處 理 廠 操 作 經 年, 其 初 始 設 計 條 件 可 能 產 生 重 大 變 化, 因 此 實 際 操 作 運 轉 參 數 應 進 行 功 能 查 核 程 序 重 新 核 算 是 否 仍 介 於 設 定 值 範 圍 內, 處 理 設 施 才 能 發 揮 正 常 功 能 茲 以 調 勻 池 與 化 學 混 凝 單 元 ( 快 混 池 / 膠 凝 池 ) 設 施 功 能 查 核 表 計 算 案 例, 其 中 驗 算 調 整 值 加 上 底 線 標 示, 另 查 核 值 為 現 場 操 作 人 員 應 提 供 各 單 元 已 知 單 日 實 際 操 作 容 量, 以 作 為 重 新 核 算 之 基 本 條 件 97
調 勻 池 功 能 查 核 與 操 作 參 數 檢 驗 處 理 現 況 : 單 日 最 大 進 水 量 Qmax=4,630 CMD=193 m3/h 進 行 停 留 時 間 (DT) 之 查 核 ( 查 核 結 果 : 處 理 設 施 停 留 時 間 略 長 ) 項 目 m 3 /d m 3 /h 進 水 量 Q max 5,000 208.3 設 定 值 實 際 值 查 核 值 Q max =193CMH 停 留 時 間 DT(=6-8 h) 8.00 8.64 9.33 調 和 池 容 積 V(m 3 )=DT Q max 1,667 1,800 長 寬 比 (=2-3) 2 2 有 效 水 深 H(=2-7m) 4.00 4.00 寬 W(m) 14.43 調 整 為 15.00 長 L(m) 28.87 調 整 為 30.00 最 高 水 位 D 1 (m) 5.00 5.00 最 低 水 位 D 1 (m) 1.00 1.00 98
快 混 池 功 能 查 核 與 操 作 參 數 檢 驗 處 理 現 況 : 單 日 最 大 進 水 量 (Qmax) =18,000CMD 進 行 停 留 時 間 (DT) 之 查 核 ( 查 核 結 果 : 處 理 設 施 功 能 正 常 ) 項 目 CMD m 3 /min 進 水 量 Q max 20,000 13.9 設 定 值 實 際 值 查 核 值 Q max =18000CMD 停 留 時 間 DT(=1-3 min) 2.00 2.52 2.8 快 混 池 容 積 V(m 3 )= Q max DT 1440 27.8 35.00 有 效 水 深 D(m) 1.40 1.40 長 L(m)=(V D) 0.5 4.73 調 整 為 5.00 寬 W(m) 4.73 調 整 為 5.00 池 深 D 1 (m) 2.00 2.00 黏 滯 係 數 μ(n-s/m 2 ) 0.001 0.001 速 度 梯 度 G(=300-1,000 s -1 ) 300 300 攪 拌 動 力 P( kw)=μv(g) 2 3 3 99
膠 凝 池 功 能 查 核 與 操 作 參 數 檢 驗 膠 凝 池 (G=60 1/s) : 單 日 最 大 進 水 量 (Qmax) =18,000CMD 進 行 停 留 時 間 (DT) 之 查 核 ( 查 核 結 果 : 處 理 設 施 功 能 正 常 ) 進 水 量 Q max = 20,000 CMD (=13.9m3/min) 項 目 設 定 值 實 際 值 查 核 值 Q max =18000CMD 停 留 時 間 DT(=20-30 min) 20.0 21.17 23.52 快 混 池 容 積 V(m 3 )= Q max DT 1,440 277.8 294.00 有 效 水 深 D(m) 3.00 3.00 池 數 N 2.00 2.00 長 L(m)=(V D N) 0.5 6.80 調 整 為 7.00 寬 W(m) 6.80 調 整 為 7.00 池 深 D 1 (m) 4.29 4.29 黏 滯 係 數 μ(n-s/m 2 ) 0.001 0.001 速 度 梯 度 G(=20-80 s -1 ) 60 60 攪 拌 動 力 P( kw)=μv(g) 2 1.00008 1.1 100
沉 澱 池 功 能 查 核 與 操 作 參 數 檢 驗 處 理 現 況 : 單 日 最 大 進 水 量 (Qmax) =4,000 CMD 進 行 停 留 時 間 (DT) 表 面 負 荷 率 (OR) 之 查 核 ( 查 核 結 果 : 停 留 時 間 略 長 表 面 負 荷 率 略 低 ) 進 水 量 Q max =5,000 CMD(=208.333CMH) 項 目 設 定 值 實 際 值 查 核 值 Q max =4000CMD 停 留 時 間 DT(=1.5-2.5 h) 2.00 2.42 3.02 表 面 負 荷 率 OR(=30-50 m 3 /m 2 -d) 40.0 34.72 27.78 堰 負 荷 率 WR(=125-500 m 3 /m-d) 500.0 - 初 沉 池 容 積 V(m 3 ) 416.67 504.00 初 沉 池 每 池 表 面 積 A(m 2 )= Q max /OR 125.00 144.00 長 L(=15-90 m)=(wr) 0.5 22.36 調 整 為 24.00 寬 W(=3-24m)=L/4 5.59 調 整 為 6.00 長 寬 比 LWR(=1-7.5) 4.00 4.00 長 深 比 LHR(=4.2-25) 6.71 6.86 有 效 水 深 H(=3-5 m)=v/a 3.33 調 整 為 3.50 101
曝 氣 池 功 能 查 核 與 操 作 參 數 檢 驗 曝 氣 池 操 作 係 數 ( 二 級 生 物 處 理 單 元 ): 一 般 查 核 合 理 範 圍 參 考 方 法 食 微 比 F/M (kg.bod/kg MLVSS-d) BOD 容 積 負 荷 F/V (kg BOD/m 3 -d) 污 泥 齡 θ (d) SRT 污 泥 停 留 時 間 MCRT (d) 水 力 停 留 時 間 DT (hr) 供 氧 量 (kgo 2 /m 3 -d) 標 準 活 性 污 泥 法 延 長 曝 氣 法 階 梯 曝 氣 法 氧 化 深 渠 法 批 式 活 性 污 泥 法 0.15-0.4 0.3-1 4-15 5-15 4-8 0.8-1.1 0.15 0.1-0.4 20 20-30 16-36 1.4-1.6 0.2-0.5 0.2-0.5 3-15 5-15 3-8 0.8-1.1 0.03-0.05 0.1-0.2 20-30 24-28 - 0.05-0.5 0.15-0.4 10-40 - 8-24 - 102
五 結 語 103
五 結 語 - 健 全 操 作 與 管 理 廢 水 處 理 廠 之 操 作 管 理, 首 先 必 須 有 各 種 不 同 專 長, 適 合 之 專 業 人 才 擔 任 各 相 關 工 作, 以 發 揮 專 業 技 能, 並 隨 時 接 受 新 知, 增 進 智 能 助 益 工 作 在 工 作 上 應 以 落 實 ISO 9001 P-D-C-A ( Plan Do - - Check - Action) ) 的 精 神, 藉 持 續 改 善, 以 提 升 效 率, 包 括 內 部 有 完 善 的 評 鑑 及 外 部 評 鑑, 以 強 化 營 運 成 效 在 日 常 操 作 管 理 中, 能 防 患 不 正 常 於 未 然, 並 能 隨 時 共 同 改 善 操 作, 以 提 升 功 能 104
五 結 語 - 健 全 操 作 與 管 理 有 完 善 的 操 作 管 理 及 維 修 紀 錄, 掌 握 處 理 水 量, 降 低 能 源 消 耗 資 源 回 收 利 用 之 經 濟 效 益, 同 時 達 到 對 環 境 的 友 善, 回 收 能 源 和 資 源 之 效 益 並 達 到 對 對 周 邊 環 境 影 響 最 小, 而 成 為 一 優 質 的 清 水 生 產 園 地, 進 而 扮 演 啟 蒙 市 民 進 一 步 認 識 下 水 道 之 功 能, 共 同 關 心 水 的 問 題, 發 揮 宣 導 效 益, 將 是 未 來 操 作 管 理 人 員 之 使 命 105
報 告 完 畢!! 謝 謝 聆 聽!! 魚 兒 上 鉤 -93.4.20 下 午 17:00 拍 攝 於 內 湖 污 水 處 理 廠 基 隆 河 放 流 口 106