活性污泥系統實廠之操作評析 崑 山 科 技 大 學 環 境 工 程 系 黃 汝 賢
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活性污泥系統實廠之操作評析 崑 山 科 技 大 學 環 境 工 程 系 黃 汝 賢. 污水量及水質. 核准最大污水產生量 = 188100 m 3 /d 目前污水量 = 106600 m 3 /d pH = 7.2 ,水溫 = 28.6℃ , COD = 187 mg/L , BOD = 86 mg/L , SS = 121 mg/L ( 99 年 1 月 ~8 月平均值 ) ,大腸桿菌 = 10 7 ~10 8 CFU/100 mL. 處理流程. HRT 及表面溢流率計算依據 Q = 188100 m 3 /d ( 核准最大污水產生量 ) - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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活性污泥系統實廠之操作評析
崑 山 科 技 大 學環 境 工 程 系
黃 汝 賢
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污水量及水質
核准最大污水產生量 = 188100 m3/d
目前污水量 = 106600 m3/d
pH = 7.2 , 水 溫 = 28.6℃ , COD = 187 mg/L , BOD
= 86 mg/L , SS = 121 mg/L (99 年 1 月 ~8 月平均值 )
,大腸桿菌 = 107~108 CFU/100 mL
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處理流程
HRT 及表面溢流率計算依據 Q = 188100 m3/d ( 核准最大污水產生量 )進流污水→抽水站 (HRT = 2 min)→ 攔篩機→渦 流沉砂池 (HRT = 0.12 min)→ 巴歇爾槽→初沉 池 ( 表面溢流率 = 38 m3/m2-d , HRT = 1.6 h)→ 活性污泥曝氣池 (HRT = 4.2 h)→ 終沉池 ( 表面溢 流率 = 32 m3/m2-d , HRT = 4.5 h)→ 氯接觸池 (HRT= 22 min ; 0.2 mg Cl2/L , pH = 6.9~7.2)→ 放流至內海
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初沉池之操作
Q = 106600 m3/d
表面溢流率 = 22 m3/m2-d ;有效水深 = 2.5 m
( 一般設計值 30~40 m3/m2-d ; 3.5~4.0 m)
SS 去除率平均值約 20%
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初沉污泥體積量
計算依據 Q = 106600 m3/d , SSinf = 121 mg/L
SS 去除率平均值約 20%
一般初沉污泥含水率約 99.65% (0.35% dry solids)
106600 m3/d × 121 mg SS/L × 0.2 × 10-3 = 2580 kg dry solids/d
2580 kg/d ÷ 0.0035 ÷ (1.04 × 103 kg/m3) = 710 m3/d
3199090 m3/ 月 × 121 mg SS/L × 0.2 × 10-3 = 77416 kg dry solids/month
77416 kg/d ÷ 0.0035 ÷ (1.04 × 103 kg/m3) = 21270 m3/month
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活性污泥程序
曝氣池在供氧條件下,利用好氧菌、兼氣菌將進流廢水中膠體狀及溶解性有機物氧化分解 / 代謝成穩定物質 (CO2 、 H2O 及NH3 等 ) 及增殖微生物,微生物流入終沈池固液分離,大部份沈澱污泥迴流至曝氣池( 維持適當污泥濃度 ) ,僅少部份過剩污泥廢棄 ( 維持適當污泥齡 ) ,另行污泥處理
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活性污泥程序 好氧性分解( aerobic decomposition ) 好氧菌、兼氣菌從有機物獲得能源,亦以有機物做為細胞合成的碳源 ( 異營菌 ) ;在分解有機物過程中,以水中自由氧( O
2)做為氫 / 電子的接受者,最終產物有CO2 、 H2O 及 NH3 等 ; 以胞外酵素水解蔗糖及產氣桿菌分解葡萄糖 (C6H12O6)說明如下:
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(1) 水解反應 ( hydrolysis )
sucrose + H2O → glucose + fructose
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(2) 氧化分解
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(3) 細胞合成
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(4) 細胞氧化(內呼吸作用)
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活性污泥系統之操控1. 食微比( F/M ) : F/M 通常控制在 0.1 ~
0.5
kg COD/kg MLVSS-day ,可依下式計算: F/M = (Q × COD)/V X 式中 Q = 廢水進流量 (m3/d)
V = 曝氣池容量 (m3)
X = 曝氣池平均污泥濃度 (mg MLVSS/L)
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活性污泥系統之操控2. 維持曝氣池中溶氧濃度( DO ) 1 ~ 3
mg/L
3. 維持曝氣池中污泥濃度( MLVSS ) 1500~ 2500 mg/L
4. 監控曝氣槽中污泥沈降性,一般採用污泥 容積指標( SVI ) 80 ~ 150 mL/g
SVI = SV30 (%) × 104/MLSS (mg/L)
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活性污泥系統之操控5. 維持適當污泥齡( sludge age );污泥齡操控值會 因有機廢水之生物分解性及水溫而不同,一般範 圍為 5 ~ 30 天 污泥齡 = VX/(QwXr + QeXe) 式中 Qw = 污泥廢棄流量 (m3/d)
Xr = 廢棄污泥濃度 (mg MLVSS/L)
Qe = 出流水流量 (m3/d)
Xe = 出流水 VSS 濃度 (mg VSS/L)
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活性污泥之生長曲線
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活性污泥 / 微生物特性1. 活性污泥由細菌、真菌、原生動物及輪蟲組成2. 細菌負責有機物之降解;生物膠羽大都藉由膠團桿菌 ( 細菌及真菌 ) 的生長而形若膠團桿菌太多,會造成污泥鬆化而使污泥無法沈降3. 污泥鬆化 ( 真菌異常生長 ) 因素: F/M 太低、 DO
太低、 pH 太低、氮太少、含硫化物4. 原生動物為判定系統出流水質良好的生物指標,通常須出現適量自由游動性纖毛蟲、有柄纖毛蟲及少量輪蟲
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活性污泥中生物相之變化
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活性污泥程序常見異常現象1. 污泥鬆化( sludge bulking ) 若活性污泥發生鬆化(膨化)現象,則進入終沈 池之污泥會形成雲霧狀翻滾,污泥沈降效果非常 差,此時 SVI 值常在 200 mL/g 以上;污泥鬆化常 見原因有五: (1)F/M 太低, (2) 曝氣池 DO 太低, (3) 流入曝氣池之廢水氮太少( BOD : N : P =
100 : 5 : 1 ), (4) 曝氣池之 pH 低於 6.5 ,及 (5) 流 入曝氣池之廢水含硫化物
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活性污泥程序常見異常現象2. 污泥上浮( sludge rising ) 終沈池表面散佈著污泥塊或有氣泡產生,即表示
污泥上浮現象;可能是因污泥在終沈池之停留時
間太久 ( 厭氣狀態 ) 而產生脫硝作用 [NO3-
→NO2-
→N2(g)]或硫酸鹽還原作用 [SO42-→H2S(g)] ,所
形成之氣體會將池底污泥帶至池表面
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活性污泥程序常見異常現象3. 污泥解體 終沈池表面散佈著像針尖大小的膠羽,而從溢
流 堰流出,即表示污泥解體;可能是因污泥齡太
長 ,形成污泥老化現象而解體
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活性污泥程序常見異常現象4. 出流水混濁現象 終沈池出流水呈現雲霧狀且含懸浮固體物;可
能 原因包括:污泥鬆化、污泥上浮、污泥解體、
過 度曝氣及毒性物質流入
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活性污泥法曝氣量之估算
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活性污泥法曝氣量之估算
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活性污泥法曝氣量之估算
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活性污泥系統實廠之操作Q = 106600 m3/d ; CODinf = 100 mg/L
V = 32640 m3 ; X = 1600~800 mg MLVSS/L
2 台 400 hp鼓風機 ( 細氣泡散氣器 )交替操作,每次 1台
F/M = (Q × 進流 COD)/(V X) = (106600 m3/d × 100 mg
COD/L)/(1600~800 mg MLVSS/L× 32640 m3 ) =
0.2~0.4 kg COD/kg MLVSS-d
終沉池表面溢流率 = 18 m3/m2-d ( 一般設計值 20~30
m3/m2-d)
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活性污泥系統實廠曝氣動力
計算依據 Q = 106600 m3/d , CODinf = 100 mg/L, CODeff = 23
mg/L, X = 1600~800 mg MLVSS/L, V = 32640 m3
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活性污泥系統實廠曝氣動力計算(I)
kg O2/d = [Q (CODinf – CODeff)] × 10-3 × 1.0 kg
O2/kg COD × 1.04 (考量污泥內呼吸需氧量 )
kg O2/d =[106600 m3/d × (100 – 23 mg COD/L )] × 10-3
× 1.0 kg O2/kg COD × 1.04 = 8536 kg O2/d
曝氣動力 (hp) = 8536 kg O2/d ÷ (1.2 kg O2/kwh × 24 h/d) ÷ 0.746 kw/hp = 397 hp
曝氣量 (m3 air/min) = 8536 kg O2/d ÷ (0.21 × 1.29 kg/m3 air × 0.12 × 1440 min/d) = 182 m3 air/min
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活性污泥系統實廠曝氣動力計算(II)
kg O2/d = [aQ (CODinf – CODeff) + bXV] × 10-3
= [0.7 kg O2/kg COD ×106600 m3/d × (100 – 23 mg COD/L)
+ 0.05 kg O2/kg MLVSS-d × 800~1600 mg MLVSS/L ×
32640 m3 ] × 10-3 = 7050~8357 kg O2/d
曝氣動力 (hp) = 7050~8357 kg O2/d ÷ (1.2 kg O2/kwh × 24 h/d) ÷ 0.746 kw/hp = 328~389 hp
曝氣量 (m3 air/min) = 7050~8357 kg O2/d ÷ (0.21 × 1.29 kg/m3 air × 0.12 × 1440 min/d) = 151~179 m3 air/min
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活性污泥系統實廠過剩生物污泥體積量
計算依據 Q = 106600 m3/d , CODinf = 100 mg/L, CODeff = 23 mg/L
一般過剩生物污泥含水率約 99% (1% dry solids)
[106600 m3/d × (100 – 23 mg COD/L ) × 0.2 kg VSS/kg COD × 10-3 ÷ 0.55 kg
VSS/kg dry solids] – [106600 m3/d × 6.5 mg/L × 10-3] = 2292 kg dry solids/d
2292 kg dry solids/d ÷ 0.01 ÷ (1.01 × 103 kg/m3) = 227 m3/d
[3199090 m3/month × (100 – 23 mg COD/L ) × 0.2 kg VSS/kg COD × 10-3 ÷
0.55 kg VSS/kg dry solids] – [3199090 m3/month × 6.5 mg/L × 10-3] = 68780 kg
dry solids/month
68780 kg dry solids/d ÷ 0.01 ÷ (1.01 × 103 kg/m3) = 6810 m3/month
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實廠初沉及生物污泥餅運棄量
初沉及生物污泥經濃縮、機械脫水後污泥餅含水率為 78%
(22% dry solids)
(2580 + 2292) kg dry solids/d ÷ 0.22 = 22145 kg sludge cake/d
(77416 + 68780) kg dry solids/month ÷ 0.22 = 664527 sludge
cake/month
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活性污泥系統實廠最適 F/M 比
F/M 維持約 0.3 ~ 0.4 kg COD/kg MLVSS-d ( 較高之污泥活性 )
F/M = (Q × COD)/V X
X = (Q × COD)/V (F/M) = (106600 m3/d × 100 mg COD/L)/(32640 m3 × 0.3 ~ 0.4 kg COD/kg MLVSS-d) = 1100 ~ 800 mg MLVSS/L (2000 ~ 1500 mg MLSS/L)
污泥濃度維持約 1100 ~ 800 mg MLVSS/L (2000 ~ 1500 mg MLSS/L)
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活性污泥系統實廠最適污泥齡污泥齡維持約 15 ~ 10 d (較高之污泥活性 )
污泥齡 = VX/(QwXr + QeXe)
15 d = [32640 m3 × (2000 mg MLSS/L)/[Qw (6500 mg MLSS/L) + 106600 m3/d × 6.5 mg/L) Qw = 560 m3/d
10 d = [32640 m3 × (1500 mg MLSS/L)/[Qw (5000 mg MLSS/L) + 106600 m3/d × 6.5 mg/L) Qw = 840 m3/d
廢棄污泥量維持約 560 ~ 840 m3/d
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加氯消毒單元 該加氯消毒單元 (HRT = 22min) ,每日加氯量約 222 kg
(10%漂白水 NaOCl) ,若依目前處理之生活污水量 106600
m3/d 計算,求得之加氯濃度約 0.2 mg/L ( 一般加氯濃度 =
1~8 mg Cl2/L , pH愈高加氯濃度愈高 ) ;本廠加氯濃度不 高是因考量處理後之水須排放至安平內海,故須避免加 氯量太大而導致魚蝦死亡 (222 kg NaOCl × 0.1 × 0.953 kg Cl2/kg NaOCl) ÷ 106600
m3/d × 103 = 0.2 mg Cl2/L
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次氯酸鹽加入水中的反應
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2
1054][Cl
]][Cl[HOCl][H
.K
NaOCl ⇌ Na+ + OCl- HOCl H⇌ + + OCl-
Ka = [H+][OCl-]/[HOCl] Ka = 2.7 × 10-8 ; pKa = 7.6
在 pH = 7.6時, HOCl 與 OCl-濃度各佔 50% , pH愈低 HOCl 濃度愈
高; HOCl 分子較易滲透細胞壁 ( 細胞壁表面通常帶負電 ) , OCl-則 易受細胞壁表面的負電排斥而不易滲透細胞壁,故HOCl 之消毒效 果為 OCl- 之 80倍 HOCl 及 OCl-稱為自由有效氯 (free available chorine)
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HOCl 、 OCl- 與 pH間之關係
4
2
1054][Cl
]][Cl[HOCl][H
.K
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氯與水中氨及有機氮之反應
4
2
1054][Cl
]][Cl[HOCl][H
.K
NH3 + HOCl NH⇌ 2Cl ( 一氯氨 ) + H2ONH2Cl + HOCl NHCl⇌ 2 (二氯氨 ) + H2ONHCl2 + HOCl NCl⇌ 3 (三氯化氮 ) + H2O
NH2Cl 及 NHCl2為最主要產物 (NCl3僅存在於低 pH時 ) ,稱 為結合有效氯 (combined available chlorine) ;消毒能力 NHCl2大於 NH2Cl ,對水中致病細菌消毒仍有效,但 對 病毒則幾乎無效
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加氯消毒池藻類 /魚生長問題
該廠因流入加氯消毒池之水中含有充足之氮 (NO3- - N 約
15~18 mg/L) 、磷 (總磷約 1~2 mg/L)優養環境,造成池內
藻類及魚的生長,進而消耗氯並使消毒效率降低,可考 慮在池上方設置黑色細網,阻礙陽光直接入射,以解決 此一問題
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Thank You!