廢水物化處理與氨氮問題

協京環保工程 有限公司 蔣o茂

貳、固體物去除

一、攔污柵

二、沉砂池

三、沉澱池

四、過濾池

攔污柵

http://www.bamboo.hc.edu.tw/workshop/session10/visit/wastewater/pictorial.html

攔污柵基本原理

•攔污柵通常為廢水處理的第一步驟

- 去除大型固體物，保護機械、防止管路阻塞及減少對水流之阻礙

•攔污柵型式

- 平行棒、格柵、金屬網及有孔平板，開孔圓形或矩形

往復式攔污柵(柵欄式攔污柵)

運作 水流中直接攔渣

除渣 鉤耙往復運作，清除攔渣，至收集箱

規格 柵距50 mm以上為粗攔污柵，20 mm以下為細攔污柵

林口南區污水處理廠

循環移動式水篩機

運作 具橫式攔板的帶狀金屬網，藉由馬達鏈條的帶動，以直立而傾斜的方向循環運行

除渣 高壓水將自內部噴出，清除攔渣

規格 設置於渠道中可深達30 m，寬為0.6 ~ 4.3 m ，網格為2 ~ 19 mm

http://www.singhome.com.tw/work03-1.php3

肉品市場水車式篩除機

• 篩除物直接以子車裝運

固定式水篩機

運作 為靜止固定式的網格，廢水自篩網上部均勻流下，透過斜面，篩渣則被阻留在網格上

除渣 高壓清洗或刷子由上而下沖刷移除

規格 水篩機寬度0.6 ~ 1.8 m，網格0.25 ~ 2.5 mm

固定式水篩機

密閉防臭自動沖洗螺旋擠壓 篩除物經螺旋擠壓篩物承接藍

旋轉筒式水篩機

運作 以筒為軸連續旋轉，廢水自筒中心進流而濾出筒外

除渣 隨著旋轉桶之旋轉，篩渣被帶離水面，並於旋至頂部時，自行掉下或以噴水設施沖洗至攔渣斗

規格 柵距為0.25 ~ 2.5 mm，圓筒直徑為0.3 ~ 1.2 m，寬度為0.3 ~ 3.6 m

醫院污水進流輪篩機兩台交替使用

攔污柵及細篩設計參數

人工清除式攔污柵 機械清除式攔污柵 轉動式鼓形細篩 柵棒尺寸(bar size) 厚(cm) 0.5-1.5 0.5-1.5 寬(cm) 2.5-3.8 2.5-3.8

柵間隙(cm) 2.5-5.0 1.5-7.6 0.025-0.25 斜度(水平夾角) 45-60 60-90 進水流速(m/s) 0.3-0.6 0.6-1.0

水頭損失(cm水柱) 15

(容許最大值) 15

(容許最大值) 80-140

維護重點:1.鍊條張力的維持2.軸承潤滑3.卡機上篩物清除

沈砂池

http://www.ttia.gov.tw/03/02/01.html

http://www.bamboo.hc.edu.tw/workshop/session10/visit/wastewater/pictorial.html

沉砂池基本原理

• 藉由重力沉降或慣性力將比重較水大之顆粒物自水中移除

• 去除粒徑於0.2 mm以上，比重1.3 ~ 2.7之顆粒

• 保護水處理系統之機動設備，減少管路沉積、沖蝕及減少處理設施之清理次數

水平流式沉砂池

範圍 一般

流速 24 ~ 40 cm/sec 30 cm/sec 停留時間 45 ~ 90 sec 60 sec 附屬設備 刮泥輸送帶或鏟泥機

矩形溢流堰之沉砂池斷面

‧ 為使水流在沉砂池斷面流速均一，設矩形溢流堰之重力式沉砂池斷面，理論上應為拋物線型，實際上為梯形

渦流式沉砂池4 ~ 24 ft (1.2 ~ 7.3 m)

3 ~ 6 ft (0.9 ~ 1.8 m)

9 ~ 16 ft (2.7 ~ 4.9 m)

http://www.goepe.com/productshow/yxxj-11168.html

反沖洗管線

利用曝氣

使有機物與砂礫分離

曝氣沉砂池

林口南區污水處理廠

曝氣沉砂池設計參數

範圍 一般

停留時間 2 ~ 5 min 3 min

長寬比 3：1 ~ 5：1 寬深比 1：1 ~ 5：1 污泥斗 約90 cm深

供氣量 0.19 ~ 0.46 m3/min-m槽長

維護重點:1.累積死角積砂地時清除2.排砂不順時以空氣或高壓水柱沖散

沉澱池

圓形沉澱池 鍊條式舉行沉澱池

6. Sludge Scraper 21

半桥式周边传动刮泥机

http://www.gsepe.com

6. Sludge Scraper 22http://www.gsepe.com/images/pic/cp81.jpg

6. Sludge Scraper 23http://www.gsepe.com/images/pic/cp79.jpg

全橋式沉澱池驅動設備

維護重點:1.轉動部位潤滑維護2.底部積泥定時大量排除3.刮板與池底間隙調整

沉降試驗

H

1

2

3

4SS去除率(%)

採樣口

時間

1 2 3 4

t1 42 44 51 79

t2 52 56 68 90

t3 59 68 80 92t4 70 77 85 95t5 76 81 89 97

所得數據用於排泥時間的設定

矩形沉澱池

長寬比 3：1 ~ 5：1 寬度 3 ~ 6 m 深度 2 ~ 2.5 m

底部坡度 1/100 ~ 2/100

堰負荷 124 ~ 500 m3/d-m

表面溢流率 24 ~ 32 m3/m2-d

www.ftis.org.tw/eta/train/PDF/2005062201.pdf

底泥及浮渣清除設備

http://www.nordicwater.se/ZICKERT/ZICKERT_ENG.pdf

刮泥設備 浮渣清除設備

圓形沉澱池

直徑 9 ~ 46 m 進流井直徑 槽體直徑之

15 ~ 20% 槽體外圍深度 2 ~ 4 m

漏斗壁之傾斜角 60o以上

堰負荷 124 ~ 500 m3/d-m

表面溢流率 24 ~ 32 m3/m2-dhttp://www.westech-inc.com/product.cfm?ItemID=23&Cat=6

http://www.environmentalleverage.com/Clarifier%20Optimization.htm

傾斜板沉澱池

http://www.th-ee.com/proinfo/2005618194522.htmlhttp://www.environet.org.tw/products/物理處理設備.html

用於自來水廠 居多

浮除池

www.ftis.org.tw/eta/train/PDF/2005062201.pdfhttp://www.environet.org.tw/products/物理處理設備.html

用於小型污水處理廠

過濾池

過濾池基本原理

•顆粒介質過濾(granular-medium filtration)

- 槽體中填裝一種或多種顆粒介質，藉由各種機制，將懸浮顆粒去除

•攔顆粒的去除機制

- 直接過濾篩除、沉澱、攔截、慣性碰撞及吸附等作用

過濾機制

• 水流方向 - 上流式、下流式

• 操作方式• 半連續式 - 必須停機進行反沖洗• 連續式 - 反沖洗時不須停機，反洗與過濾同時進行

• 濾料種類• 單層濾料 - 深床單層介質過濾器，濾除顆粒多累積在濾床頂部• 雙層濾料、多層濾料 - 水流中之顆粒可穿透至濾床內部，提高其固體貯存能力，但也因此須注意顆粒貫穿濾床之問題

• 過濾型態• 重力式 - 開放型，過濾狀況監視及檢查維修容易，常用於大型廢水處理廠• 壓濾式 - 密閉系統下操作，具較高之水頭損失極限，故有較長之濾程，反洗需求較低，過濾速度較高

• 過濾濾速• 固定濾速 -以閥控制出流，當達一定水頭損失，則開閥出流，由於控制閥價格昂貴，後多以泵或堰取代• 遞減濾速 -濾速隨過濾水頭損失之增加而變慢

過濾操作型態

下流式、連續式 上流式、連續式

半連續式、壓濾式

半連續式、重力式、雙層濾料

http://www.th-ee.com/proinfo/2005618205637.html

6 m

mschou(2006/09)

(b)

操作參數(3/3)

‧ 反沖洗

- 當達一定損失水頭時，過濾層就必須以空氣及水沖洗

- 以水中粒子不隨過濾液流出之程度的水頭損失為條件，

一般約為2 ~ 3公尺左右為宜

- 反沖洗時，以能使濾層膨脹20 ~ 30%，洗滌效果較佳，

故宜以目測該值決定洗滌速度

- 一般反沖洗以流速0.6 ~ 1.0 m/min，沖洗10分鐘

空氣沖洗，多以0.5 ~ 1.0 m/min之流速進行數分鐘

(用於生物沉澱池出水過濾可當助生物膜脫離)

消 毒

消 毒

• 消毒反應機構分兩階段(1) 消毒劑破壞細胞膜(2) 消毒劑作用於細胞之酵素，使細胞質直接退化

• 消毒的方法(1) 化學藥劑法 - 如投加氧化劑(氯及其化合物、溴、碘與

臭氧)等(2) 物理法 - 如加熱法(3) 機械法(4) 幅射法 - γ輻射及紫外線照射法

• 影響消毒的因素(1) 微生物種類與數量(2) 消毒劑本質特性(3) 消毒劑濃度(4) 接觸時間(5) 溫度(6) 其他水質特性

※反應槽攪拌混合強度

• 常用消毒劑種類(1) 自由氯(2) 結合氯(氯/氨反應) (3) 臭氧(4) 二氧化氯(5) 紫外光

消毒劑種類及影響因素

消毒劑種類 自由氯 結合氯 二氧化氯 臭氧 紫外光

消毒有效性

細菌 極佳 好 極佳 極佳 好

病毒 極佳 失效 極佳 極佳 失效

病原菌 失效至不佳 不佳 好 好 極佳

內芽孢 不佳至好 不佳 失效 極佳 失效

殘餘量管制 4 mg/L 4 mg/L 0.8 mg/L -- --

應用劑量(mg/L) 1-6 2-6 0.2-1.5 1-5 20-100 (mJ/cm2)

常用消毒劑之特性

次氯酸鈉消毒

• 次氯酸鈉NaOCl即俗稱之漂白水。

• 一般含有效氯為6-12 %，有效氯會隨時間增加而遞減，導致消毒力減弱。

• 漂白水中OCl-為自由有效氯，其反應受pH與溫度影響，必須存放於陰冷及防蝕設備中。考慮腐蝕與有毒氣體釋出之問題，在實際操作時pH值一般以7.5為佳。

氯錠

• 氯錠即為含70-90%有效氯之固體鹽類(如次氯酸鈣與三氯異氰尿酸等)

• 使用時氯錠與廢水接觸而溶解出有效氯。

• 一般使用自動溶解裝置，氯鹽從上部加入，下部則與水接觸溶解，維持0.2-0.4 mg/L之餘氯濃度，並可利用水流閘門開度調整其溶解率。 使用方便費用高小型污水廠適用

臭氧消毒• 常強的氧化劑，比氯更能有效地殺死一般細菌及病毒，

且不會產生溶解性固體物及不受水中氨氮濃度及pH的影響，但其性質不穩定，通常是在現場製備。

• 水質對臭氧之消毒效率有很大的影響，因廢水中的成份不同，對臭氧所造成的競爭效應亦不同，即耗臭氧量(ozone demand)不同。

• 對於經二級或三級處理排放之廢水消毒所需之需臭氧量為1 - 5 mg/L，而對於初級處理之廢水的需臭氧量則超過10 mg/L以上。

各類消毒系統比較

http://www.environet.org.tw/publication/monthly20_m2.htm

肆、生物除氮與除磷

生物除氮

• 氨氮來自工廠排放、肥料使用、生活污水、蛋白質之水解等。ㄧ般氨氮之生物去除程序包括硝化及脫硝。

主要亞硝化反應由硝化菌Nitrosomonas促成：

55 NH4+＋76 O2＋109 HCO3-

C5H7O2N＋54 NO2-＋57 H2O＋104 H2CO3主要硝化反應由硝化菌Nitrobactor促成：

400 NO2-＋NH4+＋4 H2CO3＋HCO3-＋195 O2

C5H7O2N＋3 H2O＋400 NO3-

氧化1 mg氨氮至硝酸態氮，需耗用4.6 mg溶氧及8.64 mg HCO3- (相當於7.14 mg CaCO3鹼度)。

• 硝化反應之適當pH範圍為7.5-8.6，微生物如經馴養，pH可低於該範圍。

• 硝化反應可共同於去除有機物之活性污泥池中進行，亦可接續於去除有機物之活性污泥池後單獨用一生物反應器進行。

• 硝化反應僅轉換廢水中氨氮至硝酸鹽氮，並無法有效去除廢水中總氮。欲有效去除總氮，尚需藉助脫硝反應。

• 生物脫硝反應由異營性脫硝菌促成：

NO3- NO2- NO N2O N2• 脫硝反應產生鹼度，適當pH範圍為7-8，溶氧可能抑制脫硝菌之酵素。

• 脫硝可在如活性污泥之懸浮性生物反應器中進行，但因脫硝需額外有機碳源參與反應，故以柱塞流活性污泥池為佳，因柱塞流反應器出流端廢水中有機物濃度極低，系統可有效將氨氮硝化，迴流污泥液中含高濃度亞硝酸及硝酸氮，利用進流水中有機碳進行脫硝2.86COD/ NO3- 。

• 脫硝亦可在生物膜中進行。 (現場操作會有質傳問題)

柱塞流反應器活性污泥系統脫硝

生物膜脫硝

硝化過程鹼度的需求• 範例：• 水量Q=1000 m3/day• 氨氮濃度NH3-N = 400 mg/L•• 1000 m3/day × 400 mg NH3-N/L × 10-3 ＝ 400 kg NH3-N/day• 400 kg NH3-N/day × 7.2 kg Alk/ kg NH3-N ＝ 2880 kg Alk/day• 2880 kg Alk/day ÷ 50 kg/k.eq ＝ 57.6 k.eq/day•• NaHCO3：57.6 k.eq/day × 84 kg NaHCO3/ k.eq ＝ 4838 kg NaHCO3/day• 4838 kg NaHCO3/day × 23元/kg ＝ 111,274元/day• 111,274元/day ÷ 1000 m3/day ＝ 112元/ m3 /0.4kg NH3-N=280元/kg NH3-N

• Na2CO3：57.6 k.eq/day × 53 kg Na2CO3/ k.eq ＝ 3053 kg Na2CO3/day• 3053 kg Na2CO3/day × 30元/kg ＝ 91,590元/day• 91,590元/day ÷ 1000 m3/day ＝ 92元/ m3/0.4kg NH3-N=230元/kg NH3-N

• NaOH：57.6 k.eq/day × 40 kg NaOH / k.eq ÷ 0.45(純度45%)• ＝5120 kg NaOH /day• 5120 kg NaOH /day × 9元/kg ＝ 46,080元/day• 46,080元/day ÷ 1000 m3/day ＝ 46.08元/ m3 /0.4kg NH3-N=115.2元/kg NH3-N•

硝化不完全NO2-N對COC貢獻

硝化不完全NO2-N對COC貢獻

生物除磷

‧廢水中之無機磷多以磷酸鹽 (PO43-) 及多磷酸鹽(polyphosphate, P2O7)存在來源亦包括生物處理程序中由有機磷所轉化(即生物釋磷) 。

‧一般無機磷的去除方法包括化學沉澱及生物吸收，鋁鹽、鐵鹽常被用以沉澱無機磷，而傳統之生物除磷僅能去除20 – 40 %之進流磷，成為生成新細胞之所需。

厭氧狀態 – 磷蓄積菌代謝細胞內之聚磷酸鹽，轉化成PHB貯存，並釋出磷酸鹽

好氧狀態 - 磷蓄積菌攝取水體中的磷酸鹽，以胞內貯存之PHB作為能量，合成新細胞

.混凝沉澱去除

生物處理沉澱池單元問題原因

• 硝化脫硝現象 現象判斷 終止硝化發生• 污泥上浮• 絲狀菌• 污泥老化• 污泥齡

硝酸鹽呈色試劑及儀器檢測

生物沉澱池污泥上浮

• 污泥成片狀上浮• 厚度可達50cm

• 污泥內含有大量氣泡

生物沉澱池不同污泥上浮狀況

• 脫硝-拳頭大成團上浮 • 厭氧-塊狀大團上浮

停止曝氣後前脫硝池與消化池差別• 活性污泥池 前脫硝池

SV30沉降觀察

• 先期污泥沉澱 • 數小時後內呼吸脫硝上浮

生物沉澱池出水SS過高+二次混凝

• 活性污泥鬆化污泥流出

• 藉二次混凝沉澱後出水

以缺氧控制絲狀菌生長環境

• 發生時 • 改善後

深槽曝氣脫氣槽

生物沉澱池紫色硫光合菌

生物沉澱池呈現紫色

生物沉澱池紫色硫光合菌