以活性污泥膜濾法（ MBR ）作為五股工業區旋轉生物圓盤（ RBC ）出流三級處理可行性研究

1. 以活性污泥膜濾法（MBR）作為五股工業區旋轉生物圓盤（RBC）出流三級處理可行性研究以活性污泥膜濾法（MBR）作為五股工業區旋轉生物圓盤（RBC）出流三級處理可行性研究 班級：四環四A 學號：4960N061 姓名：黃一峰

2. 摘要 1.目前全球水資源匱乏，各國相關單位積極研發水資源回收再利用技術，活性污泥膜濾法為近20年來創新之技術，本研究以市售薄膜直接應用於工業區污水處理廠之處理程序中，評估實廠運用之可行性，進而達到節省用地取得成本，取代傳統三級處理之目的。 2.本實驗探討MBR於實廠運作之最佳操作條件，導入五股工業區經旋轉生物圓盤(RBC)未沉降之處理水，模擬MBR安置於終沉池中進行試驗。

3. 3.透過初期植種培養與薄膜操作特性試驗等，將透膜壓力控制TMP在9.8kpa條件下，觀察產水通量LMH/TMP（Bar）及反應槽MLSS與SV30、產水水質SDI對COD、SS去除成效。3.透過初期植種培養與薄膜操作特性試驗等，將透膜壓力控制TMP在9.8kpa條件下，觀察產水通量LMH/TMP（Bar）及反應槽MLSS與SV30、產水水質SDI對COD、SS去除成效。 4.從實廠變異性高之處理水化驗分析產水之COD、SS、SDI、產水通量關係，得知反應槽MLSS濃度控制10,000~12,000 mg/L時有穩定的產水通量118~120LMH/Bar，產水COD＜20 mg/L、SDI＜2.5以下，但反應槽MLSS 濃度超過12,000 mg/L產水通量開始有下降趨勢，推估胞外聚合物造成阻塞。

4. 5.二級處理放流水中大腸桿菌分析4.1~7.4*105（CFU/100mL），經過MBR 處理後之產水中水大腸桿菌＜10（CFU/100mL），故本系統對大腸桿菌去除高達99.98%以上。 6.處理水中COD、SS去除率分別為95％、99.98 ％，採用MBR處理每噸污水相較於RBC二級處理程序，污泥產生量減少約0.12kg/M3，約減少70.5％污泥產生量，污泥處置費由357,820元/月下降至105,628元/月成效良好。 關鍵字：旋轉生物圓盤、活性污泥膜濾法、水資源回收

5. 一、前言 1.採用旋轉生物圓盤 (RBC)二級處理程序，處理五股工業區綜合廢水已超過20年，期間放流水質穩定，均能符合87年放流水標準。 2.如果將每日5,239CMD之放流水經過妥善處理程序，作為替代水資源，可以降低承受水體污染量、節約操作成本、實際推動中水道供水，輸送至鄰近工廠作為次級製程用水、冷卻水、澆灌或沖廁用途，早日實現水資源再生利用目標。

6. 3.Berthold et al.，1998 指出活性污泥膜濾法處理程序主要概念為結合傳統生物處理單元及薄膜分離單元之整合系統，不僅保留傳統生物處理程序對水中有機物去除之優點，亦結合薄膜分離單元有效之固液分離特性，是以提昇傳統生物處理程序之處理效能，更彌補了傳統生物處理程序長久以來無法改善之缺點。 4.(Stephenson et al., 2000) 指出傳統活性污泥法二級生物處理廠，在操作控制上容易發生真菌繁殖導致污泥產生膨化，使污泥漂浮在水中無法藉由重力沈澱分離，進而造成處理水水質的惡化，活性污泥膜濾法則可以解決上述問題。

7. 5.MBR是近20 年來歐美國家快速發展及應用於廢(污)水回收再利用之重要技術，以傳統活性污泥法曝氣池中加裝數組薄膜組合而成生物處理方法，操作時主要運用透膜壓力作為驅動力，將活性污泥的混合液透過壓力過濾機制讓水分子，透過薄膜過濾而得到出流產水(如圖1) 所示，一般於MBR 中使用的薄膜其孔隙約僅有0.1~0.4μm，因此所得之放流水質甚佳，若再經過逆滲透膜(ReverseOsmosis，RO)的處理程序，其出流水甚至能達到所有回收再利用水的水質標準(Stephenson et al., 2000)。

8. 6.比較生物薄膜程序與傳統二級、高級生物處理效能，(如表1)所示，可以去除大部份廢水中難分解之物質，產水中存在微量顆粒性物質，並以溶解性有機物及無機鹽類為主，若要回收再利用，則需進一步採用RO處理程序，依據（Richard.2004）藉由SDI 指數判斷是否為膠體累積造成RO 膜阻塞等問題，SDI＜3.0 可操作數個月再進行清洗。

11. 二、 實驗模型廠介紹與方法 1.MBR（membrane bioreactor）活性 污泥膜濾模型廠規劃與建置 1.本實驗模型廠裝置地點，位於五股工業區污水處理廠經旋轉生物圓盤(RBC)處理流程之後續單元(如圖2)所示，RBC圓盤剝落生物污泥SS 濃度約109~280 mg/L、COD 濃度約153~520 mg/L；藉由沉水式抽水機抽送進MBR 反應槽設備進流/缺氧槽中進行缺氧脫硝反應，再藉由沉水式抽水機抽送處理水進入好氧曝氣槽、MBR 反應槽中，由鼓風機引入空氣進行好氧反應、與薄膜過濾反應(如圖3)，MBR 反應槽使用0.08μm 孔隙之平板 膜，總表面積為7 M2 過濾出放流作為回收用水。

14. 2.本模型廠對於薄膜阻塞清除機制 本模廠設計採用三種方式預防薄膜之阻塞機制： 1.散氣盤氣升裝置以運用手動控制曝氣管曝氣迴路管球塞閥，將反應槽底部散氣管之阻塞物利用氣升原理將阻塞之污染物排出(如圖4)表示，使好氧槽與MBR 反應槽中之有充足曝氣量，以增加水流速度提升水流剪力，藉以掃流附著於薄膜表面之積垢物質。

15. 2.間歇式定時器控制產水頻率，控制薄膜過濾產水抽停時間，當產水電磁閥處於Off 狀態時則暫停產水，在無壓力狀態下污染物吸附於薄膜表面附著力降低，藉由散氣管之曝氣裝置，掃流附著於薄膜表面之污染阻塞物質，每隔8~10 分種停止產水1~2 分鐘，進行薄膜表面之污染物去除。 3.運用產水閥上方漏斗進行藥洗(CIL,clean in line )，配置清洗藥劑0.5 ％（NaOCl）漂白水及2 ％ 檸檬酸溶液，以重力方式從產水管導入藥劑對薄膜內部進行清洗，進行產水管累積胞外聚合物或薄膜表面生物體積垢、無機鹽類造成累積。

17. 3.本模型廠操作參數條件與實驗設計 1.本模型廠以設計處理容量2.0 CMD 處理能力之薄膜生物反應器，薄膜孔徑0.08μm，透膜壓力為，1,000mmH2O，9.8Kpa，0.098Bar，薄膜平均比滲透率為102~255(LMH/bar)，薄膜穩定時操作通量約為10~25L/m2-hr（LMH）作為實驗設備MBR 生物反應器處理設備核心。

18. 2.為進行薄膜性能測試操作參數控制圖(如圖5)，由廠商提供之建議操作參數與文獻資料進行研究，設定產水頻率停止抽水時間(9分鐘on、1 分鐘off、8分鐘on、2分鐘off；10分鐘on、3 分鐘off)，曝氣強度則以(55~114 Nm3/h)為控制範圍、硝化率迴流率(3.9Q~12.9Q)為控制範圍。 3.最後進行最佳化操作條件實驗，以批次試驗控制反應槽MLSS濃度6000~10000mg/L、10000~14000 mg/L、14000~18000 mg/L 等三種不同污泥濃度探討本模廠對於COD、SDI、SS、最佳去除效率與最佳產水通量與分析相關性，並紀錄排泥量，計算污泥減量成效，作為實廠操作調整之參考。

20. 三、結果與討論 1.本MBR模廠操作性能測試實驗結果 1.進行觀察不同產水產水頻率與通量變化，經連續3 天控制條件反應槽MLSS：濃度控制7500~8000 mg/L 曝氣量為75 NL/min，硝化液回流量3.9Q，試驗以不同產水頻率9分鐘on、1分鐘off、8分鐘on、2分鐘off；10分鐘on、3分鐘off；產水閥on 時進行產水，產水閥off則relax則釋壓，藉由曝氣掃流去除薄膜表面附著污染物，經產水10分鐘後總產水量換算每一分鐘之平均流量，再換算為LMH/Bar表示之與紀錄經過24小時之通量衰減情形統計(圖6)不同產水頻率與通量變化統計圖。

21. 2.以9分鐘on、1分鐘off為1.98噸為最高；8分鐘on、2分鐘off為1.75噸次之；10分鐘on、3分鐘off為1.68噸，產水總量最低，因此控制9 分鐘on、1分鐘off可獲至最大產水通量，(如圖7)，顯示以每運轉10分鐘有1分鐘relax進行釋壓掃流清除薄膜表面污染物有良好效果。 3.再以控制反應槽MLSS：濃度控制7500~8000 mg/L，硝化液回流量7.6Q，產水頻率9分鐘on、1分鐘off條件下連續3天，觀察產水通量變化，其中以曝氣強度0.012（min-1）即80L/min 風量有最佳產水通量效果。

22. 4.最後試驗不同之硝化液回流率，將反應槽MLSS 濃度控制7500~8000mg/L，產水頻率9分鐘on、1分鐘off條件下、以曝氣風量80NL/min，連續3天觀察產水通量24小時後衰減量之變化，以(圖9)表示，初期8小時通量均無明顯變化，俟次日觀察產水通量衰減情形時以3.9Q 時每分鐘產水量約1.37 L/min；107.8LMH/Bar為最佳，高於7.68Q 與12.89Q，每分鐘產水量約1.28 L/min、1.32L/min；Flux100.8LMH/Bar、103.9LMH/Bar。

23. 5.綜合上述三個操作參數控制條件當反應槽MLSS 濃度控制7500~8000mg/L，以產水頻率9分鐘on、1分鐘off、以曝氣風量80NL/min、硝化液回流率以3.9Q時，獲得本模組特性操作最適條件。綜合上述三個操作參數控制條件當反應槽MLSS 濃度控制7500~8000mg/L，以產水頻率9分鐘on、1分鐘off、以曝氣風量80NL/min、硝化液回流率以3.9Q時，獲得本模組特性操作最適條件。

28. 2.本MBR模廠最佳操作參數實驗結果 1.連續操作46 天（X 軸）之進流水質COD、SS、（L-Y 軸）；放流水質COD、SS、SDI 為（R-Y 軸），以(圖10)表示，MBR之處理水COD：153~520 mg/L 平均值315mg/L，顯示進流水質變異性大，MBR產水COD：12.5~22 mg/L平均值17.4 mg/L，平均去除率高達94.4 ％；進入MBR之處理水SS：109~280 mg/L平均值183 mg/L，MBR 產水SS：N.D.，均低於方法偵測極限1.5 mg/L 以下，平均去除率高達99.8 ％；產水SDI 污泥密度指標2.36~2.72 平均值2.5，產水水質穩定。連續操作46 天（X 軸）之反應槽 MLSS 以g/L（L-Y 軸）＆SDI；產水Flux 以（R-Y 軸），以(圖11)表示，MLSS 由6.4 g/L 增加至17.8 g/L，在MLSS在13.8 g/L 時有最佳產水通量126.7LMH/Bar。

31. 2.以(圖12)表示，以MBR反應槽之產水水質濃度COD、與產水通量為 (L-Y軸)，出流出MBR反應槽之產水水質濃度SS、SDI為(R-Y軸)，從圖中發現產水SDI值在MLSS濃度在14 g/L起有上升趨勢，推估胞外聚合物溶解於產水中之影響，不過仍符合RO前置處理水SDI＜3.0，可操作數 個月再進行清洗標準，產水通量在MLSS濃度在8~12 g/L時有穩定產水通量約113LMH/Bar以上，產水COD則穩定維持在20 mg/L以下。

32. 3.反應槽MLSS 濃度為X 軸，MBR 反應槽COD、SS 去除率 (L-Y 軸)，出流出MBR 反應槽之產水與產水通量為(R-Y 軸)，以(圖13)所示，由於薄膜孔隙為0.08μm 水中懸浮固體物與大腸桿菌可以完全去除，COD 去除率則會隨著反應槽MLSS 濃度增加而增加，顯示反應槽MLSS 濃度越高微生物進行分解水中難分解有機物能力越強，當反應槽MLSS濃度高於12,000 mg/L 時，產水通量開始有下降趨勢，得知本實驗模型廠反應槽MLSS 污泥濃度控制在10,000~12,000 mg/L 有最佳產水效率。

35. 3.本實驗MBR產水水質與其他用途水質比較 1.得知採用MBR 處理程序產水主要水質項目優於環保署95 年公告之建築物生活污水回收再利用於沖廁使用者景觀、澆灌、灑水抑制揚塵、洗車或清洗地板者建議水質標準，若進一步RO 處理程序前置用水亦可符合建議標準，因此於五股工業區污水處理廠二級處理程序後之處理水，採用MBR 處理程序作為三級處理之替代程序有其發展潛勢，。

37. 4.本模廠MBR處理程序污泥減量成效 1.以本實驗模廠MBR 污泥產生量，計算進流量以2.0CMD 計每天排泥量為8~16L 以12L計→ 0.012m3；MLSS：8000~12000mg/L以10000 mg/LMBR污泥產生量0.012*10000/1000= 0.12 kg/day，0.12/2.0=0.06 kg/m3。

38. 2.計算五股工業區污水處理廠每單位廢水污泥產生量為0.16~0.18kg/m3以0.17kg/m3；若使用MBR則處理每噸污水污泥產生量相較於RBC二級處理約減少0.17-0.06=0.12kg/m3，實際污水污泥產生量減少70.5 ％。若以換算為含水率75％之污泥餅，則RBC二級處理0.68kg/m3（含水率75 ％），以每天處理量5239CMD，則每月污泥餅產生量約106噸，計算每噸污泥處置費為3336元/噸，則每月356,530元/月污泥處置支出。

39. 3.採用活性污泥膜濾法之處理程序，則每月污泥產生量約31.8噸，所需要之污泥處置費用則僅需106000元/月，污泥產生量少又可以降低污泥脫水機操作人力，運轉動力費、與污泥調理藥劑使用量，如果能有效降低污泥含水率與污泥減量，則可以減少最終處理場造成二次污染，同時降低污水處理廠營運支出。3.採用活性污泥膜濾法之處理程序，則每月污泥產生量約31.8噸，所需要之污泥處置費用則僅需106000元/月，污泥產生量少又可以降低污泥脫水機操作人力，運轉動力費、與污泥調理藥劑使用量，如果能有效降低污泥含水率與污泥減量，則可以減少最終處理場造成二次污染，同時降低污水處理廠營運支出。

41. 四、結論 1.以活性污泥膜濾法處理程序作為五股工業區污水處理廠RBC 後續處理單元，取代三級處理程序經證實具有長期操作穩定性， 產水水質穩定COD＜25mg/L 、SS<ND 、SDI＜3 大腸桿菌為＜10（CFU/100mL），優於環保署95年公告之建築物生活污水回收再利用，作為沖廁、景觀、澆灌、灑水抑制揚塵、洗車或清洗地板者等污水回收再利用建議標準，若再經RO 處理具有替代水資源之潛勢。

42. 2.從本實驗本模廠最佳化操作條件為將反應槽MLSS濃度於10000~12000mg/L時，其它控制參數，曝氣量為80NL/min，硝化液回流量3.9Q，產水頻率9分鐘on、1分鐘off時，則產水Flux穩定維持118 LMH/Bar以上，產水管內胞外聚合物較不易發生，產水效率高且穩定；當MLSS濃度高於14000mg/L，雖然對於水質COD去除率更加提昇，顯示活性污泥膜濾法反應槽MLSS濃度高可以容忍水質變異性，但產水通量則有降低趨勢，因此得知最佳操作參數與控制點為MLSS濃度於10,000~12,000 mg/L，可以為將來實廠運用參考。

43. 3.採用活性污泥膜濾法之處理程序可以直接運用於現有二級處理程序中，或在現有污水處理廠內進行改裝，解決傳統活性污泥二級沉澱池污泥澎化之問題，或因污泥漂浮在水中，產生處理水水質惡化問題，而且可以在不改變原有處理流程情形下，直接在現有二級沉澱池進行改裝，以膜過濾機制產水，勿需增加處理單元與設施用地。3.採用活性污泥膜濾法之處理程序可以直接運用於現有二級處理程序中，或在現有污水處理廠內進行改裝，解決傳統活性污泥二級沉澱池污泥澎化之問題，或因污泥漂浮在水中，產生處理水水質惡化問題，而且可以在不改變原有處理流程情形下，直接在現有二級沉澱池進行改裝，以膜過濾機制產水，勿需增加處理單元與設施用地。

44. 4.經本實驗採用活性污泥膜濾法處理程序污泥沉降性良好，污泥密度高，比較傳統RBC二級處理污泥產生量0.17kg/m3；與MBR處理程序其污泥產生量為：0.06 kg/m3，實際污泥減量為0.12kg/m3平均削減污泥率達70.5 %，顯示減量效果極佳；從污泥減量之觀點而言，可以降低後續污泥處理費用、污泥脫水機操作藥劑調理費用、操作人力，降低最終處理之二次污染，如果將減少之污泥操作單元（濃縮池、消化池等）土地，改設置污泥乾燥床或貯存場，再降低污泥含水率，則能更節約營運成本。

45. 【參考文獻】 1.第19 屆下水道與水環境再生研討會論文集-活性污泥膜濾法(MBR)技術手冊，2009 水資源再生協會論文集技術手冊。 2.范姜仁茂、莊連春、曾迪華、廖述良、游勝傑、梁德明(2009)薄膜生物反應器(MBR)於廢水處理之技術評析，工業污染防治，109 期，49-96 頁。 3.Asano,T.lanning and Implementation of Water reuse Projects.Wat.Sci.Tech.,24(9),1-10(1991). 4.Membrane Technologies for Industrial and Municipal Wastewater Treatment and Reuse. , Water Environment Federation(2000)

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