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生物活性碳廢水高級處理技術生物活性碳廢水高級處理技術

工業技術研究院

環境與安全衛生技術發展中心

曾治乾 研究員

中華民國九十二年七月三十日

事業放流水標準之演進及對應廢水處理技術

76 標準

COD 250 mg/L＊ ：

BOD 80 mg/L＊ ：

SS 100 mg/L＊ ：

…＊

82 標準

COD 200 mg/L＊ ：

BOD 50 mg/L＊ ：

SS 50 mg/L＊ ：

…＊

87 標準

COD 100 mg/L＊ ：

BOD 30 mg/L＊ ：

SS 30 mg/L＊ ：

…＊

事業放流水標準 未來標準

＊ 合理化修訂

＊ 總量管制

＊ 平均值管制

＊ 水污費 徵收

廢㈬ 放流㈬㆒級處理（前處理）

㆔級處理（高級處理）

㆓級處理（生物處理）

技術：＊ 混凝＊ 化㈻氧化＊ 沈澱＊ 浮除＊ 砂濾＊ 活性碳吸附

技術：＊ 篩除＊ 混凝＊ 浮除＊ 沈澱＊ pH 調整＊ 均勻

技術：＊ ㆖流式厭氣污泥床 （UASB）＊ 厭氣流體化床（AFB）＊ 厭氣濾床（AF）＊ 活性污泥法（AS）＊ 批式活性污泥法（SBR）＊ 固定生物法膜（FF）

功能：去除溶解性㈲機物（以COD或BOD為指標）

功能：去除殘留溶解性㈲機污染物、去除懸浮固體物，符合更高的㈬質要求

功能：去除懸浮固體物、去除油脂、pH調整

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三級處理與三級生物處理

排放水標準日趨嚴格，傳統二級處理已無法達到法規要求。

水資源短缺，使排放水回用成為製程用水考慮的水源之一，因此對水中COD的去除有更高的要求。

生物處理的操作成本遠低於其他三級處理技術，因此水中之有機物應儘可能以生物處理去除。

水資源的短缺與環評的要求

台灣地區被聯合國列為全球第18名缺水國家，我國年工業用水量由民國79年的16億噸，成長至民國89年的20.5億噸，到了民國100年將成長為每年25億噸。

環保署在「工業區開發環境影響評估審議規範」中提出工業區全區用水總回收率（含廠內用水回收、中水道系統回收及污水處理廠回收等），最少要達到70％以上。

廢水排放也要進行總量管制，如果工業區污水處理廠容量已經飽和，就不能再引進產業。

工業局提出[我國工業發展政策]，將工業用水回收率由民國89年的35%提昇至民國95年的52%，至民國100年的65%。

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台灣工業用水回收率統計

台灣未來工業用水價實施策略

水污費即將開徵，將採總污染量收費，排放水COD達到100mg/L以下者仍需付費。

自來水價格的修訂已規劃完成，漲幅將達到50%~100%。

水權費開徵已在規劃中，抽取地下水將要收費。

經濟部大力推動各項工廠的節水措施，也積極研發低成本的回收水處理技術。

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水回收處理技術篩選原則

將溶解性污染物轉換成非溶解性固體物，以利污染物去除。

將微細固體物變成粗大固體物，以利固液分離。

儘量避免化學藥品添加，以免增加

回收水電導度或其他污染物。

生物活性碳技術簡介

生物活性碳廢水高級處理技術，為結合活性碳吸附、生物膜處理程序及活性碳生物再生之優點，開發成功之三級處理程序。

– 利用活性碳吸附功能，增加污染物的反應停留時間。

– 利用活性碳上增殖的生物膜，提昇生物難分解污染物的去除率，並進行活性碳生物再生作用。

– 提升生物處理比率，降低整體操作成本。

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有機物的吸附

與生物膜形成

微生物的附著

有機物之分解

生物易分解性

之脫附與分解

難分解性有機物

有機物之再吸附

釋出之活性基對

延長活性碳使用期

生物作用持續進行

生物活性碳分解與再生機制

生物活性碳分解與再生機制

有機物吸附於活性碳表面，增加有機物於反應槽之停留時間。

微生物附著於活性碳上，並形成生物膜，對於同時附著在其上之有機物可進行生物分解作用，分解後之代謝產物乃自活性碳上脫附，除部份轉化為氣相產物外，部份溶入液相中可被系統中懸浮生長之微生物分解。

有機物被分解並自活性碳上脫附後，可騰出活性吸附空間(active site)再行吸附水中之有機物，故活性碳循環使用。

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生物活性碳分解與再生機制

水中之難分解有機成份被活性碳吸附為自水相中被移除之第一步驟，再由微生物形成之生物膜以進行分解。因大部份易分解有機物被吸附後可分解脫附，故慢慢的活性碳上的活性吸附空間乃以吸附難分解有機物為主。

推廣實績

業主/工程名稱 廢水種類 處理水量 處理廠形式 運轉時間

台灣華可貴公

司

染整 2000CMD 實廠（契約工服） 88.3

台灣巴斯夫公

司

農藥及染整助

劑

35CMD 實廠（契約工服） 88.9

沈氏藝術印刷 照相製版 150CMD 實廠（技轉廠商

承做）

88.1

雙雄電子公司 研磨廢液 30CMD 實廠（技轉廠商

承做）

90.1

凱霖公司 染整 24 CMD 模廠試驗完成

友鵬公司 染整 100 CMD 實廠（契約工服） 92. 4興毅公司 食品 200CMD 實廠（契約工服） 92. 1榮成紙業 造紙 36CMD 模廠試驗完成 87.8富泰公司 染整 20CMD 模廠試驗完成 90.6倍利公司 皮革 24CMD 模廠試驗完成 90.5大安公園 景觀水池 150CMD 模廠試驗完成 89.3

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案例介紹

染整廢水生物活性碳三級生物處理應用實例

染整廢水特性介紹

由於染整廢水具有溫度高、BOD/COD比值偏低、廢水量與水質隨製程改變而不穩定等特性，傳統之染整廢水廢理，最普遍使用者為併用生物活性污泥法與化學混凝法進行處理，經生物活性污泥法處理後之二級出流水BOD/COD比值經常可降至 0.1以下，但色度去除率僅達10~20 %；化學混凝法則對溶解性反應性染料去除效果不佳，且有大量化學污泥的產生；所以國內目前染整業所面臨的最大問題為如何去除廢水中所殘留的有機物與色度，以符合87年的環保標準。

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染整產業的回收水使用需求將逐年增高

染整產業的用水量佔整體紡織工業用水量的50%。所使用的水源以自來水（64%）及地下水（29%）為主，回收水僅佔7%。

在可見的未來由於地面水源的日益污染與地下水抽取管制漸趨嚴格，回收水勢必成為工業用水主要的水源之一。

三級處理所需的操作成本大約等於目前化學混凝處理與生物處理和污泥清運等操作成本的總和。

染整產業回收水處理標準及採用程序評估

染整產業用水之水質標準因用途而有所不同，其用途可分為冷卻、洗淨、原料、溫濕調節、製品處理等。一般除了少數幾樣物質有特別規定外（如鐵、錳），其餘沒有明確規定。

日本及美國染整業用水水質標準對水質的要求並不一致，對廢水處理常見的標準如COD、SS、及色度並未規定。但對水中硬度、總溶解性固體（TDS）、及鹽類和金屬離子（鐵、錳）則有所要求。

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日本與美國染整業用水水質標準比較 10

日本工業用水水質標準。

染整業日本毛整

理協會冷卻用 洗淨用 原料用

溫濕調

整用

製品處

理用

日本染色

協會

TextileChemical

&Auxiliarie

s硬度

(CaCO3)20 50 100 10 20 10 18~53 0~25

Fe 0.1 0.1 0.05 0.01 0.05 0.05 0.1 0.02~0.1Ca 3 10~20Mg 1Al矽酸 5~30Cu 20Mn 0.1 0.05 0.01 0.05 0.05 0.02

TDS 50~100 100 50 50 50 50 65~150SSpH 6.8~7 7 7 7 7 7 6.5~7.4

Color(units) 2~25

濁度

(NTU) 20 1 1 1 1

鹼度

(CaCO3)30~50 50 50 50 50 50 35~65 35~65

餘氯 100 20 10 10 10亞硝酸鹽 0.05 0.05硫酸鹽 3~5 25~30

NH3 0.05 0.05COD

水回收處理技術成本比較

回收處理技術 主要去除功能 處理成本（元 /噸）

化學混凝 懸浮固體 9.2

砂濾 300um 以上之懸浮

固體

1

聚電浮除 懸浮固體 5.3-13

離子交換 溶解性鹽類 33-53

活性碳吸附 溶解性有機物 40

超濾膜 0.005um 以上之懸浮

固體

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逆滲透 溶解性有機物、溶解

性鹽類

14

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可應用於染整業之水回收技術

現行的水回收處理技術中能達到染整業用水水質標準的程序有離子交換與逆滲透2項。

逆滲透膜是其中比較便宜的技術（14元/CMD)。

薄膜程序常見問題--薄膜阻塞

在淨水處理上，微粒子、膠體粒子、有機物及微生物為主要之阻塞物，而工業廢水處理上，人工合成有機物、微生物、蛋白質及膠體粒子為阻塞之主要物種。因此薄膜主要阻塞物(foulants)可歸納包括：微粒子(particulats)、膠體物質(colloidal matter)、有機物(organics)、氧化物(oxides)、微生物(microorganisms)及無機鹽類(inorganic salt)等。

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薄膜程序常見問題--薄膜阻塞

– UF薄膜程序在使用上最大問題在於薄膜阻塞及材質劣化之問題，其中薄膜阻塞是薄膜程序應用上受限之主因。造成材質劣化原因有強氧化劑(如：氯)、強酸或強鹼等。

– 於廢水回收/回用上，薄膜程序常因薄膜阻塞造成產水率降低或增加操作成本，以及濃縮液(concentrate)處理或處置等問題，是RO程序在發展上必須克服之關鍵。

以回收水前處理降低薄膜阻塞

薄膜阻塞即是薄膜產水率隨著時間而減少，常發生於薄膜前處理不良之情況下，主要是水體中之膠體、懸浮固體、大分子有機物、金屬沈積物等阻塞薄膜表面，致使清水無法通過薄膜所致，薄膜阻塞是薄膜程序在應用上的最大問題。

使用樹脂交換法之優點是產水水質較高；但其缺點是需要大量酸鹼再生，運轉費高。根據經驗，導電度大於800µs/cm時，樹脂交換法已不具回收經濟價值。

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逆滲透膜濃縮液排放的問題

放流水COD若不能處理到排放標準的1/2以下，則逆滲透膜系統的濃縮液將無法直接排放。

濃縮液亦不能返送回原有廢水處理系統中。

逆滲透膜長期在放流水中接近100mg/L COD的環境下運轉將容易產生生物結垢的現象，致使脆弱的膜管在短時間內即因過量且不必要的負荷而夭折。使操作成本大幅上升。

實驗目的

以生物活性碳技術進行放流水的三級處理，做為逆滲透水回收技術的前處理步驟，可以降低放流水中之COD。透過生物活性碳/逆滲透的組合程序，成為經濟實用的水回收技術。

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調整槽 放流槽中間水池浮上分離

槽廢水

污泥收集槽

污泥脫水機

污泥餅運棄

Polymer

放流快混槽 慢混槽

NaOH PAC Polymer加壓槽

反洗廢水

生物活性碳反應槽

自動過濾槽

現有廢水處理廠流程

實驗裝置

回收水

二級處理排放水

活性碳

均流槽氣昇管

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實驗裝置

生物活性碳模型系統操作條件

進流水量為每分鐘4公升，相當於5.7CMD，水

力停留時間為2.5小時。

活性碳放置量為120kg約佔反應槽體積的

40%。

模型廠活性碳經等溫吸附試驗，吸附容量在5.6至14.5mg COD/g 活性碳之間。

裝置之活性碳總吸附量為1.74kg，實驗期間6個月，總計去除COD共45kg。

15

0

50

100

150

200

250

300

1/29 2/18 3/10 3/30 4/19 5/9 5/29 6/18 7/8 7/28 8/17

日期

CO

DS [

mg/

L]

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Pilot前

Pilot(放)

去除率 %

溶解性COD變化

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

4/19 5/9 5/29 6/18 7/8 7/28 8/17

Col

or

(A

DM

I un

it)

Pilot處理前

Pilot處理後

色度變化

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模型系統測試期間各項數據之平均值

CODmg/L

BOD5mg/L

SSmg/L

ColorADMI

Cond.µS/cm

處理前 80.4 5.6 4.1 69.4 889

處理後 36.6 1.0 3.0 36.8 883

操作成本估算

模廠試驗經6個月的運轉，所耗費的電力成本平均為1.1元/CMD。

現有日處理量2000CMD的生物活性碳系統，實際操作成本為1.1元/CMD。其中電費約為0.4~0.5元/CMD。

搭配逆滲透膜成組的套裝系統將可降低濃縮液COD 濃度，省去再處理費用，估計每噸水處理成本約15-17元。

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某染整廠採用逆滲透膜水回收成本估算實例

廢水排放量 2000 CMD 設置成本 800 萬元

逆滲透膜處

理量

自 1500CMD回收

1000CMD

操作費用 (含人事,電費,藥品費)

200 萬元/年

RO 除鹽率 >96% 每年操作 330 天

RO 造水率 67% 逆滲透膜折

舊

3 年

原水導電度 5000us/cm 造水成本 14 元/噸產水

產水導電度 <200 us/cm

結論

膨化床生物活性碳系統對於染整業排放水中殘留有機物的去除有很好的效果，對COD低於100 mg/L，BOD5平均為5 mg/L之殘留有機物仍有50%以上的去除率。

排放水中的色度可經由生物活性碳系統去除大部分，雖無法達到染整業製程用水的水準。但可結合逆滲透膜、離子交換等技術將色度、TDS降低至製程用水所需的程度。

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結論

由生物活性碳系統搭配薄膜系統組成之套裝技術，不但可大幅降低目前三級處理成本，而且可以減少濃縮液處理的問題，值得做進一步的研究。

敬請指教