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報告人：巫鴻章

生物技術開發中心環生專案

中華民國93年10月5日

高效率有機污泥生物減量技術

報告人：巫鴻章傳真：02-26958463 e-mail：[email protected]聯絡電話：02-26956933＃1508

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廢水處理技術及妥善處理率提昇---污泥產量增加

廢棄物清理法修訂(88/07)----污泥處理及處置費用大幅上揚----處置不當除罰鍰外尚有刑事責任

水保處將污泥併入水污染防治法內一併管理(第八條)

現行技術—掩埋及焚化易造成二次污染

污泥減量技術之急迫性


3

台灣地區有機污泥來源

48.5504工業廢水

18.1188畜牧廢水

33.4347生活民生污水

所佔百分率(%)有機污泥產量(噸/day)

廢水種類


4

一般的廢水及污泥處理流程

PAC添加槽酸鹼調整槽助凝劑添加槽

沈澱池生物池

污泥脫水機

放流

原廢水

污泥

生物池

沈澱池

污泥餅(70-85%含水率)

每噸污泥處置費用2500-3000元


5

廠家管末處理成本分析

61工業區納管費用

23.6污泥處置

10.3化學藥劑

5.1電力&人事費

所佔成本比例(%)

項目

60.5污泥處置

26.4化學藥劑

13.1電力&人事費

所佔成本比例(%)

項目

工業區廠家廢水自排廠家


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完整的污泥處理流程

酸鹼水解

預處理濃縮減量穩定調理消毒脫水乾燥堆肥熱處理最終處置

超音波水解

高壓水解


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有機污泥減量的策略

•減少污泥餅含水率---提升污泥中自由水的比例---改善凝絮狀態---提升脫水機脫水效率---增加溶融態有機質比例

•減少biomass---污泥水解微生物再作用


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污泥含水率高的主要原因

有機污泥(尤其是活性污泥池的生物污泥)脫水性極差，其主要原因在於所含的水分當中有相當大的比例屬於bound Water，此部分的水無法以傳統的脫水方法加以去除。

bound water

bacteria exopolymer


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如何提升污泥中自由水的比例？

破壞污泥中的細胞結構，使原本存在intracellular間的結合水釋放出來，轉變成自由水或表面水，則脫水的容易程度可大幅提高。目前破壞污泥中細胞結構(或稱污泥水解)的方式大致可分為下面幾種：

反應時間短，適合連續操作超音波水解

藥劑成本不高，初設成本低；增加電導度影響後續水回收

酸鹼水解

臭氧成本過高；次氯酸鈉亦產生生物抑制氧化水解

能量需求高，且>200OC容易產生後續生物分解抑制性

加熱水解

SRT時間過長傳統微生物水解

優缺點污泥水解方法


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污泥減量方式分類

污泥減量

物化方法

污泥乾燥

污泥調理

污泥水解

脫水效率改善

厭氧消化

好氧消化有機污泥

無機污泥

生物方法

物化方法

綜合方法

污泥酸化(回收硫酸鋁)

物化水解+生物再分解


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污泥加鹼水解後脫水率之變化

CST： capillary suction time

05

101520253035404550

Untreatedsludge

0.036g/gDSNaOH

0.045g/gDSKOH

0.068g/gDSCa(OH)2

0.055g/gDSCa(OH)2

CST

(sec

)

Neyens et al.(2003)


12

污泥水解過程上澄液COD之變化

0100200300400500600700800

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

hydrolysis time (hr)

supe

rnat

ant C

OD

(mg/

L)


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文獻中相關之研究


14報告人：巫鴻章傳真：02-26958463 e-mail：[email protected]聯絡電話：02-26956933＃1508

化學污泥酸化減量

針對廢水處理過程中化學混凝單元所產生之鐵鋁鹽氧化物污泥，利用硫酸加以酸化，除可回收混凝劑硫酸鋁之外，並可使化學污泥的體積與重量減少，同時提昇污泥之穩定性與脫水性。

2Al(OH)3+3H2SO4→ Al2(SO4)3+6H2O 2Fe(OH)3+3H2SO4→ Fe2(SO4)3+6H2O

影響污泥酸化之因素：

1.pH值2.酸化劑種類與加藥量


有機污泥好氧消化

當基質耗盡後，污泥中的微生物利用細胞基質的自營消化作用，取得能源來消化污泥中部亦分解的有機物質，並氧化變成CO2、H2O及NH3，氨最後則轉變為硝酸鹽類。此法可減少污泥臭味和生物可分解固體物，同時可增進污泥的脫水性。

(1)有機物氧化CxHyOz+O2→ CO2+H2O

(2)細胞合成CxHyOz+O2 +NH3→ C5H7N2O+CO2+H2O

(3)細胞質氧化(體內分解)C5H7NO2+O2→ CO2+H2O+NO3-+H+

水解


有機污泥厭氧消化

複雜的有機物諸如：碳水化合物、蛋白質、脂肪等可經由厭氧分解成為簡單的穩定物質，如：甲烷及二氧化碳。厭氧過程可分為二階段，第一階段，酸形成菌將複雜的有機物水解醱酵成簡單的有機酸；第二階段，甲烷形成菌再將有機酸轉化成CH4及CO2。

(1)有機物氧化成有機酸

CxHyOz+O2 CH2O+CO2+H2O

(2)有機酸轉化

CH2O CH4+CO2甲烷生成菌

酸生成菌

Sludge (substrate)

Fragments

hydrolysis

Acid producer

Amino acid, alcohol, H2

CH4, CO2

Methanogen

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深度改良式好氧消化污泥減量技術


有機污泥酵素催化水解

O2溶解性細胞物質

細菌

O2污泥穩定減量

有機污泥物化處理水解

溶解性細胞物質細菌

O2污泥穩定減量

有機污泥溶解性細胞物質

植種

O2

菌種槽

生物曝氣池污泥濃縮

(I) 傳統好氧消化

(II) 初步改良式好氧消化

(III)本計畫改良式污泥好氧消化

污泥穩定減量

物化處理水解

特殊水解劑

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深度改良式好氧消化污泥減量技術重點


現場生物池溶氧值(DO)污泥水解完後，水解污泥會連同原廢水一起匯入生物池處理，因此有機負荷驟升，生物池中溶氧與處理能量是否足夠，將影響放流水水質。現場生物池MLSS值污泥減量過程中，原本污泥中的有機質將被再次分解，而殘餘的無機質將持續累積於生物池中，若不適度排泥將導致池中MLSS值持續上升，最終倒槽。菌種增殖槽之設立由於有機負荷增加且成份因水解污泥的加入而有所變化，微生物若未先加以培養，則在生物池中需要額外的時間來增殖，降低生物池處理容量，影響出流水水質。

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特殊水解劑相較於傳統微生物水解方法之優點

主要針對終沈池所得之有機污泥經由水解劑加以水解，破壞污泥其殘餘固體有機物之結構，提昇生物可分解的有機質與自由水比例，再輔以生物促進劑，提高微生物活性，將污泥連同廢水由微生物再次進行分解，達到污泥減量的目的，並同時提昇污泥的穩定性與脫水率。

水解過程污泥膠羽大小變化

原污泥 2小時 4小時


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污泥水解暨菌種培養前後之變化


A B C D

21

各種有機污泥減量技術優缺點比較

1. DO>2mg/L2. 溫度>15oC3. SRT=1天

1. DO=1-2 mg/L2. 溫度>15oC3. SRT=10-20天

1.29-37oC pH=6.4-7.42.厭氧且無毒性物3.SRT=30-60天

SRT=10-20天(HF)

操作條件

總污泥減量介於50-70%揮發性固定物去除率約在50%

揮發性固定物去除率約在40-50%

處理效能

1.以特殊水解藥劑取代酵素進行污泥水解時間短。

2. 化學水解除破壞細胞質體外，同時可破壞殘餘有機物的結構，提昇BOD值。

3..利用生物池既有菌種，免去菌種培養與倒槽發生。

1. 曝氣耗電量高。

2. 細胞合成，殘餘污泥體積大。

3. 低溫時效率低。4.水解時間較長，系統體積大。

1.除CH4及CO2產生外需機械攪拌加強混合效果。

2.需隔離、加熱及覆蓋等設備。

3.污泥停留時間長，消化槽大。

設備

本計畫改良式

好氧消化

好氧消化厭氧消化減量方法

比較


22

案例A---光電廠污泥減量


23

選擇改良式好氧消化污泥減量技術之原因

1. 空間因素：現場對於新增設備所能提供的空間有限，針對其他方法由於SRT值高，消化槽體積龐大，空間不足。

2. 生物池溶氧值：現場生物池溶氧值前段約為0.5mg/L，後段高達4mg/L，足以提供水解污泥生物再分解時所需。

3. 廢水量與濃縮污泥比值：目前整體廢水量與濃縮污泥的比值約為(7000:50=140:1)，水解過後的污泥，進入生物池所增加的有機負荷遠低於實驗試驗的65:1。

4. 處理能量：本技術處理一批次所需的時間僅約一天(含生物再分解)，污泥處理容量足以負荷現場100%所需。

5. 操作費用：水解藥劑，相較於臭氧、超音波、熱與壓力等方法更為經濟。


24

光電廠管末處理現況分析

8-10(81-88%)

有機污泥產量(CMD)

6,500-7,00050SS:2-3%

前段：0.5後段：4-5

30-60700-800

每日廢水量

(CMD)濃縮污泥產量

(CMD)

生物池溶氧值DO(mg/L)

生物池流水

COD(mg/L)原進流水

COD(mg/L)


25

現地模場設備圖


26

現場採樣點與流程配置


•

• 2

•

•

• 1

•

•

• 2

•

•

• 1

•

水

菌

菌

水

A

O

A

O

原廢水

LINE I LINE II

終沈池

•

27

水解污泥進入後生物池DO變化


進口段中段出口段0.000.250.500.751.001.251.501.752.002.252.502.753.003.253.503.754.00

DO

(mg /

L )

LINE I (AM 10:00)

LINE II (AM 10:00)

LINE I (PM 13:00)

LINE II (PM 13:00)

28

水解污泥進入後生物池pH變化


進口段中段出口段6.0

6.2

6.4

6.6

6.8

7.0

7.2

7.4

7.6

7.8

8.0

8.2

pH

LINE I ( AM 10:00)

LINE II (AM 10:00)

LINE I ( PM 13:00)

LINE II (PM 13:00)

29

水解污泥進入後生物池放流水COD變化

5 10 15 20 25 30 35time elapsed after hydrolysis sludge input (hr)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

CO

D (m

g/L)

LINE I-1 (output)

LINE I-2 (output)

final effluent


30

光電廠污泥減量之經濟評估

6,500-7,000

6,500-7,000

每日廢水量(CMD)

540

1,100-1,500

污泥處理費用(萬元/年)

13-17(81-88%)

50SS:4-5%

前段：0.5後段：4-5

30-60700-800

6(80-84%)


25SS:5-6%

前段：0.2後段：1.4

5-60700-800

濃縮污泥產量(CMD)


生物池流水COD(mg/L)

原進流水COD(mg/L)

6,500-7,000

6,500-7,000

每日廢水量(CMD)

540

1,100-1,500

污泥處理費用(萬元/年)

13-17(81-88%)

50SS:4-5%

前段：0.5後段：4-5

30-60700-800

6(80-84%)


25SS:5-6%

前段：0.2後段：1.4

5-60700-800

濃縮污泥產量(CMD)


生物池流水COD(mg/L)

原進流水COD(mg/L)


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案例B---工業區聯合污水處理廠污泥減量


32

污水處理中心現況分析

Item material

pH COD (mg/L)

MLSS (mg/L)

MLVSS (mg/L)

MLVSS/MLSS(%)

總生菌數(CFU)

原廢水 6.73 194 131 89 68 生物池－－ 1225 931 76 105 混合汙泥－－ 11528 7396 64 107 化學汙泥－－ 20976 10148 48.4 108 排放水－ 43 －－－－

總污泥產量約450噸/月，分為化學及混合兩種污泥


33

污泥水解曝氣前後總生菌數之變化

Item Material

水解前總生菌 (CFU)

水解後總生菌

(CFU) pH

混合汙泥 107 107.5~8 9.1 化學汙泥 108 108.5~9.5 8.8


34

菌種增培養菌種增殖情況

0小時 8小時


35

污泥水解後排放水水質變化

(A) 原廢水→生物作用→化混(仿現場程序)(B) 原廢水+水解化學污泥→生物作用→化混(C) 原廢水+水解混合污泥→生物作用→化混

Item Material

分解前

pH 分解後

pH 原水及混合

COD(mg/L) 生物上澄液

COD(mg/L) 化混後

COD(mg/L) 現場－－ 194 － 43 A(1) 7.28 7.87 194 57 34 B(1) 7.59 7.91 367 88 58 C(1) 7.57 7.89 247 64 47


36

污泥水解後排放水水質變化(續)

Item Material

分解前

pH 分解後

pH 原水及混合


COD(mg/L) 化混後

COD(mg/L) 現場－－ 194 － 43 A(3) 7.28 7.80 122 44.3 32.5 B(3) 7.59 7.78 275 49 35 C(3) 7.57 7.93 193 52.3 29

Item Material

分解前

pH 分解後

pH 原水及混合


COD(mg/L) 化混後

COD(mg/L) 現場－－ 194 － 43 A(5) 7.28 7.80 116 58 48 B(5) 7.59 7.78 281 63 51 C(5) 7.57 7.93 214 60 50


37

污泥減量後生物作用時間與排放水水質關係

0 1 2 3 4 5 6 7Elapsed time (hr)

0

25

50

75

100

125

150

175

200

225

250

275

300

CO

D (m

g/L)

● A■ B▲ C


38

污泥減量過程中生物池MLSS變化情形

0 1 2 3 4 5 6Run number

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

MLS

Sor

MLV

SS( m

g/L)

A-process MLSS

B-process MLSS

C-pocess MLSS適度排泥的必要性


39

案例C-民生污水處理廠污泥減量


40

民生污水處理廠水質與污泥特性分析

總污泥餅產量約360噸/月，以生物污泥為主

240－6.97生物池污泥

4903877.8原水

電導度(μs/cm)COD(mg/L)pH

水質分析

0.761770023300濃縮污泥

MLVSS /MLSSMLVSS(mg/L)MLSS(mg/L)濃縮污泥


41

濃縮污泥水解過程pH值變化

A.濃縮污泥加鹼(0.67%)至pH=12，曝氣8hrs。B.濃縮污泥＋生物池污泥＝1：1加鹼(0.5%)至pH=12曝氣8hrs。p.s. 曝氣時氣泡嚴重需加消泡劑

9.1112濃縮污泥＋生物池污泥

9.0812濃縮污泥

pH(8hr)pH(0hr)


42

生物再分解試驗結果

A. 原水：水解污泥(1)＝100：0.5＝200：1B. 原水：水解污泥(2)＝100：1

71406.5433229407.44875B

43905.5012839607.32665A

電導度(μs/cm)pHCOD(mg/L)電導度(μs/cm)pHCOD(mg/L)

6hrs0hr

44105.1011837707.41875B

46105.058639307.22665A


18hrs0hr


43

生物再分解試驗結果(續)

C. 原水：水解污泥(1)＝100：0.2＝500：1D. 原水：水解污泥(2)＝100：0.4＝250：1

15405.041056107.94629D

15105.17826107.92397C


12hrs0hr

p.s. 現場原廢水與水解污泥比值為37000:120≒300:1


44

民生污水處理廠污泥減量流程實際規劃

污泥水解系統


45

污泥減量初步流程規劃

目前處理量：都市生活污水：37000CMD濃縮污泥量：120CMD(2-3%)

預估減量效率：50-70%

處理流程：

污泥濃縮污泥槽菌種培育槽污泥水解槽

生物曝氣池

污泥水解減量系統

鹼性水解劑菌種培育


預估僅需一年多便可回收所有投資成本

46

技術測試結果

(1)將水解污泥經過菌種培養連同原廢水，進行生物處理，經過連續的批次試驗，仍可在不影響出流水水質的情況下，達到污泥減量的目的。

(2)水解污泥先經過菌種特殊培養與增值(菌種槽設立)，除可大幅縮短生物池水力停留時間，提昇處理容量外，更可穩定生物槽處理功能，避免異常現象發生。

(3)污泥減量操作久後，生物池MLSS會有些許升高，可配合污泥減量比率(測試中採100%減量)，進行適當之排泥調整，以確保生物處理效能。

(4)污泥中有機成份去除與自由水比例增加，可提昇脫水機脫水功能，降低污泥餅含水率，進一步達到污泥減量。


47

結論

目前生技中心已針對有機污泥減量開發完整的方法，除可在不影響排放水質的前提下，可使污泥產生量至少減少一半以上(一般可達70%左右)之外，更可提昇污泥的脫水效率，並節省廠家化學藥劑的使用量，大大地節省廢水管末處理所需之成本。


48

技術補充

由於添加水解劑將使得廢水的電導度上升，降低後續水回收的潛力，欲避免這點可在污泥水解步驟進行改良，改以熱解、超音波來取代水解劑。其中超音波適合連續污泥水解且無二次污染，對污泥量大的廠家適用性及經濟性均佳。


49

謝謝聆聽 & 敬請指教

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