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好氧活性污泥程序

好氧活性污泥程序. 崑山科技大學環境工程系 黃汝賢. 概說. 廢水好氧處理 為在供氧條件下 ， 利用好氧菌 、 兼氣菌的代謝作用將廢水中的微細有機物及溶解性有機物氧化分解 好氧菌 、 兼氣菌從有機物獲得能源，同時亦以有機物做為細胞合成的碳源 ( 圖 1). 好氧性分解 （ aerobic decomposition ） 好氧菌在分解有機物的過程中，以水中自由氧（ O 2 ）做為氫或電子的接受者，最終產物有 CO 2 、 H 2 O 及 NH 3 等 ; 以產氣桿菌分解葡萄糖（ C 6 H 12 O 6 ）說明如下：. 圖 1 異營菌之代謝作用.

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好氧活性污泥程序

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Presentation Transcript

  1. 好氧活性污泥程序 崑山科技大學環境工程系 黃汝賢

  2. 概說 廢水好氧處理為在供氧條件下，利用好氧菌、兼氣菌的代謝作用將廢水中的微細有機物及溶解性有機物氧化分解 好氧菌、兼氣菌從有機物獲得能源，同時亦以有機物做為細胞合成的碳源(圖1)

  3. 好氧性分解（aerobic decomposition） 好氧菌在分解有機物的過程中，以水中自由氧（O2）做為氫或電子的接受者，最終產物有CO2、H2O及NH3等;以產氣桿菌分解葡萄糖（C6H12O6）說明如下：

  4. 圖1 異營菌之代謝作用

  5. (1) 氧化分解 (2) 細胞合成 (3) 細胞氧化（內呼吸作用）

  6. 兼氣性分解（facultative decomposition） 兼氣菌在有氧或厭氧環境下都可進行有機物的分解作用

  7. 若依微生物生長方式，好氧生物處理程序可分為懸浮生長式（如活性污泥法）及附著生長式（如接觸氧化法）(表1)若依微生物生長方式，好氧生物處理程序可分為懸浮生長式（如活性污泥法）及附著生長式（如接觸氧化法）(表1)

  8. 表1　懸浮生長式與附著生長式之比較

  9. 　活性污泥法 活性污泥法之定義 原廢水經預先處理（如攔污柵、曝氣沈砂池、調和池）及初級處理（如初沈池、浮除池）後，仍含溶解性有機物，這種廢水流入曝氣槽內與懸浮性好氧性微生物接觸（同時槽內曝有氧氣），溶解性有機物即被微生物分解成穩定物質及增殖微生物，微生物流入終沈池沈澱分離，沈澱污泥大部份都迴流至曝氣槽（稱迴流污泥），僅少部份過剩污泥廢棄（稱廢棄污泥）並另行污泥濃縮、消化、調理 、機械脫水處理

  10. 圖2　活性污泥系統

  11. 活性污泥系統之操控： • 食微比（food to microorganisms ratio，F/M），又稱有機負荷（organic loading）或BOD-MLSS負荷；F/M通常控制在0.2～0.4 kg BOD/kg MLSS-day，可依式(9-24)計算：

  12. 維持曝氣槽中之溶氧（DO），約控制在1～3 mg/L • 監控曝氣槽中之污泥濃度（MLSS），使維持約1,500～3,000 mg/L • 監控曝氣槽中之污泥沈降性，一般採用污泥容積指標（sludge volume index，SVI），並維持SVI = 80～150 mL/g

  13. 維持適當的污泥齡（sludge age），又稱平均細胞停留時間（MCRT）；污泥齡之操控制值會因有機廢水之生物分解性及水溫差異而不同，一般範圍為8～30天

  14. 圖3 比基質去除速率與液相基質濃度之關係

  15. 活性污泥代謝有機物過程之生長曲線 活性污泥系統中微生物代謝有機物過程可分為四個主要階段（圖4） ： (1) 遲滯期（lag） (2) 對數生長期（logarithmic growth ） (3) 減衰生長期（declined growth ） (4) 內呼吸期（endogenous respiration）

  16. 圖4 活性污泥代謝有機物過程之生長曲線

  17. 活性污泥/微生物特性 • 細菌主要是負責有機物之降解穩定與生物膠羽之成長，大部份生物膠羽為藉由膠團桿菌（zooglea）的生長而形成，zooglea大都為細菌及真菌，若zooglea太多，會造成污泥鬆化而使污泥無法沈降 • 活性污泥由細菌、真/覃菌、原生動物及輪蟲組成 • 真菌異常生長的因素有五：(1)F/M太低，(2)DO太低，(3)pH太低， (4)氮太少及(5)含硫化物 • 原生動物為判定活性污泥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（圖5）

  18. 圖5　活性污泥中生物相之變化

  19. 各種活性污泥處理程序 1. 傳統活性污泥法(conventional activated sludge process） 水流狀況為柱/栓塞流（plug flow），進流水與迴流污泥皆於曝氣槽的前端注入，而於尾端流出 食微比 0.2～0.4 kg BOD/kg MLSS-d

  20. 圖6　傳統活性污泥法

  21. 2. 階梯曝氣法（step aeration） 將廢水及迴流污泥由曝氣槽數處位置流入，可使槽內氧利用率及BOD之去除達均勻效果（即改善傳統活性污泥法曝氣槽內DO及有機負荷不均勻的缺點） 水流狀況亦較接近柱塞流 食微比0.2～0.4 kg BOD/kg MLSS-d

  22. 圖7　階梯曝氣法

  23. 3. 遞減曝氣法（tapered aeration） 此法與傳統活性污泥法略同，主要不同在於散氣器之配置方式，在曝氣槽進流端由於氧需要量大，散氣器之配置間隔較小，而隨著水流方向，其間隔就較大 水流狀況亦較接近柱塞流 食微比0.2～0.4 kg BOD/kg MLSS-d

  24. 圖8　遞減曝氣法

  25. 4. 接觸穩定法（contact stabilization） 微生物在接觸槽(曝氣混合)內吸附進流廢水中之有機物，而於終沈池沈澱，迴流污泥在送回接觸槽之前，先在穩定槽 (主要之曝氣反應槽)內，使吸附於污泥上之有機物氧化穩定 食微比約0.2～0.6 kg BOD/kg MLSS-d

  26. 圖9　接觸穩定法

  27. 5. 純氧曝氣活性污泥法（pure-oxygen activated sludge process） 通常是空間受到限制時使用 使用100%純氧代替空氣 (21% O2) 水流狀況可為完全混合或柱塞流 食微比高（0.6～0.8 kg BOD/kg MLSS-d） 污泥濃度高（5000～6000 mg MLSS/L） 密閉式曝氣槽；槽內 pH會因CO2之累積而 降低至6.0，故沉澱池出流水須曝氣 祛離CO2以提高pH

  28. 圖10　純氧曝氣活性污泥法

  29. 6. 氧化深渠法（oxidation ditch） 水流狀況為柱塞流(渠道流速＞40 cm/sec) 以旋轉滾輪曝氣機或噴射式曝氣設備供氧 通常不設置初沉池 食微比低(0.05～0.15 kg BOD/kg MLSS-d)， 接近延長曝氣法之設計理念

  30. 圖11　氧化深渠法

  31. 7. 高率曝氣法（high-rate aeration） 食微比高(0.4～1.5 kg BOD/kg MLSS-d)，微 生物處在對數生長期，以致形成分散性膠 羽，不易在終沈池沈降 有機物去除率不高，出流水之SS濃度高 水流狀況通常為完全混合

  32. 圖12　高率曝氣法

  33. 8. 延長曝氣法（extended aeration） 食微比低（0.05～0.15 kg BOD/kg MLSS-d），微生物處在內呼吸期狀態 由於曝氣時間長，過剩污泥量較其他型態 的活性污泥程序少 污泥膠羽可能因長時間曝氣及處於內呼吸 期而被分解，故處理水之SS濃度較高

  34. 圖13　延長曝氣法

  35. 表2 各種活性污泥處理程序之設計操作規範

  36. 活性污泥法曝氣量之估算 依式(9-29)～式(9-30)或式(9-31)估算

  37. 活性污泥系統之供氧量計算例 操作條件：Q = 110000 m3/d , BODinf = 18 mg/L , CODinf = 80 mg/L, X = 1600 mg MLVSS/L, V = 30000 m3, Qw = 800 m3/d, Xr = 4000 mg MLVSS/L kg O2/d = [Q (CODinfl – CODeffl)] × 10-3 × 1.0 kg O2/kg COD × 1.05 (考量污泥內呼吸需氧量) =[110000 m3/d × (80 – 20 mg COD/L )] × 10-3 × 1.0 kg O2/kg COD × 1.05 = 6930 kg O2/d

  38. 活性污泥系統之供氧量計算例 kg O2/d = [aQ (CODinfl – CODeffl) + bXV] × 10-3 = [0.6 kg O2/kg COD × 110000 m3/d × (80 – 20 mg COD/L ) + 0.05 kg O2/kg MLVSS-d × 1600 mg MLVSS/L × 30000m3 ]×10-3 = 6360 kg O2/d kg O2/d = [Q (BODinfl – BODeffl)/BOD與COD比值] × 10-3– [1.42 Qw Xr ] × 10-3 = [110000 m3/d× (18–1 mg BOD/L )/0.2] × 10-3 – [1.42 kg O2/kg MLVSS × 800 m3/d × 4000 mg MLVSS/L] × 10-3 = 4800 kg O2/d

  39. 活性污泥系統之曝氣動力及曝氣量計算例 曝氣動力(hp) = 6000 kg O2/d ÷ (1.0kg O2/kwh × 24 h/d) ÷ 0.746 kw/hp = 335 hp 曝氣量(m3 air/d) = 6000 kg O2/d ÷ (0.21 × 1.29 kg/m3 air × 0.1 × 1440 min/d) = 154 m3 air/min

  40. 活性污泥系統之曝氣方式 擴散空氣系統（diffused air system） （圖14；表3） 機械曝氣系統 (mechanical air system） （圖15；表4）

  41. 圖14 擴散空氣系統之各種散器設備

  42. 圖14 擴散空氣系統之各種散器設備 (續)

  43. 表3 擴散空氣曝氣方式

  44. 圖15 機械曝器系統之各種曝氣設備

  45. 圖15 機械曝器系統之各種曝氣設備 (續)

  46. 表4 機械曝氣方式

  47. 曝氣之設計要領 • 曝氣池之有效水深通常為3.5～4.5 m（出水高度free board = 50 cm） • 為利維修及曝氣更完全，一般都採用兩個以上之曝氣槽，且每一曝氣槽都有獨立的曝氣系統 • 曝氣槽底部應有1%之坡度，以利排水 • 若曝氣槽長邊太長，可利用隔板以增加混合效果 • 在曝氣槽之入口及出口應設有繞流或關閉設施，以利例行性保養 • 曝氣槽長邊兩側應設有噴嘴灑水器消除因曝氣所產生的泡沫

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