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活性污泥系統實廠之操作評析 崑 山 科 技 大 學 環 境 工 程 系 黃 汝 賢

活性污泥系統實廠之操作評析 崑 山 科 技 大 學 環 境 工 程 系 黃 汝 賢. 污水量及水質. 核准最大污水產生量 = 188100 m 3 /d 目前污水量 = 106600 m 3 /d pH = 7.2 ，水溫 = 28.6℃ ， COD = 187 mg/L ， BOD = 86 mg/L ， SS = 121 mg/L ( 99 年 1 月 ~8 月平均值 ) ，大腸桿菌 = 10 7 ~10 8 CFU/100 mL. 處理流程. HRT 及表面溢流率計算依據 Q = 188100 m 3 /d ( 核准最大污水產生量 )

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活性污泥系統實廠之操作評析 崑 山 科 技 大 學 環 境 工 程 系 黃 汝 賢

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  1. 活性污泥系統實廠之操作評析 崑 山 科 技 大 學 環 境 工 程 系 黃 汝 賢

  2. 污水量及水質 核准最大污水產生量=188100 m3/d 目前污水量=106600 m3/d pH = 7.2，水溫= 28.6℃，COD = 187 mg/L，BOD = 86 mg/L，SS = 121 mg/L (99年1月~8月平均值) ，大腸桿菌= 107~108 CFU/100 mL

  3. 處理流程 HRT及表面溢流率計算依據 Q = 188100 m3/d (核准最大污水產生量) 進流污水→抽水站(HRT = 2 min)→攔篩機→渦 流沉砂池 (HRT = 0.12 min)→巴歇爾槽→初沉 池(表面溢流率= 38 m3/m2-d， HRT= 1.6 h)→ 活性污泥曝氣池(HRT= 4.2 h)→終沉池(表面溢 流率= 32 m3/m2-d，HRT= 4.5 h)→氯接觸池 (HRT= 22 min；0.2 mg Cl2/L，pH = 6.9~7.2)→ 放流至內海

  4. 初沉池之操作 Q = 106600 m3/d 表面溢流率= 22 m3/m2-d；有效水深=2.5 m (一般設計值 30~40 m3/m2-d；3.5~4.0 m) SS去除率平均值約 20%

  5. 初沉污泥體積量 計算依據 Q = 106600 m3/d , SSinf = 121 mg/L SS去除率平均值約 20% 一般初沉污泥含水率約99.65%(0.35% dry solids) 106600 m3/d × 121 mg SS/L × 0.2 × 10-3 = 2580 kg dry solids/d 2580 kg/d ÷ 0.0035 ÷ (1.04 × 103 kg/m3) =710 m3/d 3199090 m3/月× 121 mg SS/L × 0.2 × 10-3 = 77416 kg dry solids/month 77416 kg/d ÷ 0.0035 ÷ (1.04 × 103 kg/m3) =21270 m3/month

  6. 活性污泥程序 曝氣池在供氧條件下，利用好氧菌、兼氣菌將進流廢水中膠體狀及溶解性有機物氧化分解/代謝成穩定物質(CO2、H2O及NH3等)及增殖微生物，微生物流入終沈池固液分離，大部份沈澱污泥迴流至曝氣池(維持適當污泥濃度)，僅少部份過剩污泥廢棄(維持適當污泥齡)，另行污泥處理

  7. 活性污泥程序 好氧性分解（aerobic decomposition） 好氧菌、兼氣菌從有機物獲得能源，亦以有機物做為細胞合成的碳源(異營菌) ；在分解有機物過程中，以水中自由氧（O2）做為氫/電子的接受者，最終產物有CO2、H2O及NH3等;以胞外酵素水解蔗糖及產氣桿菌分解葡萄糖(C6H12O6）說明如下：

  8. (1)水解反應 ( hydrolysis ) sucrose + H2O → glucose + fructose

  9. (2)氧化分解

  10. (3)細胞合成

  11. (4)細胞氧化（內呼吸作用）

  12. 活性污泥系統之操控 1.食微比（F/M )：F/M通常控制在0.1～0.5 kg COD/kg MLVSS-day，可依下式計算： F/M = (Q × COD)/V X 式中 Q = 廢水進流量 (m3/d) V = 曝氣池容量(m3) X = 曝氣池平均污泥濃度(mg MLVSS/L)

  13. 活性污泥系統之操控 2.維持曝氣池中溶氧濃度（DO）1～3 mg/L 3.維持曝氣池中污泥濃度（MLVSS）1500～2500 mg/L 4.監控曝氣槽中污泥沈降性，一般採用污泥 容積指標（SVI）80～150 mL/g SVI =SV30 (%) × 104/MLSS (mg/L)

  14. 活性污泥系統之操控 5.維持適當污泥齡（sludge age）；污泥齡操控值會 因有機廢水之生物分解性及水溫而不同，一般範 圍為5～30天 污泥齡= VX/(QwXr+QeXe) 式中 Qw =污泥廢棄流量 (m3/d) Xr =廢棄污泥濃度(mg MLVSS/L) Qe =出流水流量 (m3/d) Xe =出流水VSS濃度(mg VSS/L)

  15. 活性污泥之生長曲線

  16. 活性污泥/微生物特性 1.活性污泥由細菌、真菌、原生動物及輪蟲組成 2.細菌負責有機物之降解；生物膠羽大都藉由膠團 桿菌(細菌及真菌)的生長而形若膠團桿菌太多，會 造成污泥鬆化而使污泥無法沈降 3.污泥鬆化(真菌異常生長)因素：F/M太低、DO太 低、pH太低、氮太少、含硫化物 4.原生動物為判定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

  17. 活性污泥中生物相之變化

  18. 活性污泥程序常見異常現象 1.污泥鬆化（sludge bulking） 若活性污泥發生鬆化（膨化）現象，則進入終沈 池之污泥會形成雲霧狀翻滾，污泥沈降效果非常 差，此時SVI值常在200 mL/g以上；污泥鬆化常 見原因有五：(1)F/M太低，(2)曝氣池DO太低， (3)流入曝氣池之廢水氮太少（BOD：N：P = 100：5：1），(4)曝氣池之pH低於6.5，及(5)流 入曝氣池之廢水含硫化物

  19. 活性污泥程序常見異常現象 2.污泥上浮（sludge rising） 終沈池表面散佈著污泥塊或有氣泡產生，即表示 污泥上浮現象；可能是因污泥在終沈池之停留時 間太久(厭氣狀態)而產生脫硝作用[NO3-→NO2- →N2(g)]或硫酸鹽還原作用[SO42-→H2S(g)]，所 形成之氣體會將池底污泥帶至池表面

  20. 活性污泥程序常見異常現象 3.污泥解體 終沈池表面散佈著像針尖大小的膠羽，而從溢流 堰流出，即表示污泥解體；可能是因污泥齡太長 ，形成污泥老化現象而解體

  21. 活性污泥程序常見異常現象 4.出流水混濁現象 終沈池出流水呈現雲霧狀且含懸浮固體物；可能 原因包括：污泥鬆化、污泥上浮、污泥解體、過 度曝氣及毒性物質流入

  22. 活性污泥法曝氣量之估算

  23. 活性污泥法曝氣量之估算

  24. 活性污泥法曝氣量之估算

  25. 活性污泥系統實廠之操作 Q =106600 m3/d；CODinf = 100 mg/L V = 32640 m3；X = 1600~800 mg MLVSS/L 2台400 hp鼓風機(細氣泡散氣器)交替操作，每次1台 F/M = (Q × 進流COD)/(V X) = (106600 m3/d × 100 mg COD/L)/(1600~800 mg MLVSS/L× 32640m3 ) = 0.2~0.4 kg COD/kg MLVSS-d 終沉池表面溢流率= 18 m3/m2-d(一般設計值 20~30 m3/m2-d)

  26. 活性污泥系統實廠曝氣動力 計算依據 Q = 106600 m3/d , CODinf = 100 mg/L, CODeff = 23 mg/L, X = 1600~800 mg MLVSS/L, V = 32640 m3

  27. 活性污泥系統實廠曝氣動力計算(I) kg O2/d = [Q (CODinf – CODeff)] × 10-3 × 1.0 kg O2/kg COD × 1.04 (考量污泥內呼吸需氧量) kg O2/d =[106600 m3/d × (100 – 23 mg COD/L )] × 10-3 × 1.0 kg O2/kg COD × 1.04 = 8536 kg O2/d 曝氣動力(hp) = 8536 kg O2/d ÷ (1.2kg O2/kwh × 24 h/d) ÷ 0.746 kw/hp = 397 hp 曝氣量(m3 air/min) = 8536 kg O2/d ÷ (0.21 × 1.29 kg/m3 air × 0.12 × 1440 min/d) = 182 m3 air/min

  28. 活性污泥系統實廠曝氣動力計算(II) kg O2/d = [aQ (CODinf – CODeff) + bXV] × 10-3 = [0.7 kg O2/kg COD ×106600 m3/d × (100 – 23 mg COD/L) + 0.05 kg O2/kg MLVSS-d × 800~1600 mg MLVSS/L × 32640m3 ]×10-3 = 7050~8357 kg O2/d 曝氣動力(hp) = 7050~8357 kg O2/d ÷ (1.2kg O2/kwh × 24 h/d) ÷ 0.746 kw/hp = 328~389 hp 曝氣量(m3 air/min) = 7050~8357 kg O2/d ÷ (0.21 × 1.29 kg/m3 air × 0.12 × 1440 min/d) = 151~179 m3 air/min

  29. 活性污泥系統實廠過剩生物污泥體積量 計算依據 Q = 106600 m3/d , CODinf = 100 mg/L, CODeff = 23 mg/L 一般過剩生物污泥含水率約99% (1% dry solids) [106600 m3/d × (100 – 23 mg COD/L ) × 0.2 kg VSS/kg COD × 10-3 ÷ 0.55 kg VSS/kg dry solids] – [106600 m3/d × 6.5 mg/L × 10-3] = 2292 kg dry solids/d 2292 kg dry solids/d ÷ 0.01 ÷ (1.01 × 103 kg/m3) =227 m3/d [3199090 m3/month × (100 – 23 mg COD/L ) × 0.2 kg VSS/kg COD × 10-3 ÷ 0.55 kg VSS/kg dry solids] – [3199090 m3/month × 6.5 mg/L × 10-3] = 68780 kg dry solids/month 68780 kg dry solids/d ÷ 0.01 ÷ (1.01 × 103 kg/m3) =6810 m3/month

  30. 實廠初沉及生物污泥餅運棄量 初沉及生物污泥經濃縮、機械脫水後污泥餅含水率為78% (22% dry solids) (2580 + 2292) kg dry solids/d ÷ 0.22 = 22145 kg sludge cake/d (77416 + 68780) kg dry solids/month ÷ 0.22 =664527 sludge cake/month

  31. 活性污泥系統實廠最適F/M比 F/M 維持約 0.3～0.4 kg COD/kg MLVSS-d (較高之污泥活性) F/M = (Q × COD)/V X X = (Q × COD)/V (F/M) = (106600 m3/d× 100 mg COD/L)/(32640 m3× 0.3～0.4 kg COD/kg MLVSS-d) = 1100～800 mg MLVSS/L (2000～1500 mg MLSS/L) 污泥濃度維持約1100～800 mg MLVSS/L (2000～1500 mg MLSS/L)

  32. 活性污泥系統實廠最適污泥齡 污泥齡維持約 15～10 d (較高之污泥活性) 污泥齡= VX/(QwXr+QeXe) 15 d = [32640 m3 × (2000 mg MLSS/L)/[Qw (6500 mg MLSS/L) + 106600 m3/d × 6.5 mg/L) Qw = 560 m3/d 10 d = [32640 m3 × (1500 mg MLSS/L)/[Qw (5000 mg MLSS/L) + 106600 m3/d × 6.5 mg/L) Qw = 840 m3/d 廢棄污泥量維持約560～840 m3/d

  33. 加氯消毒單元 該加氯消毒單元(HRT= 22min)，每日加氯量約222 kg (10%漂白水NaOCl)，若依目前處理之生活污水量106600 m3/d計算，求得之加氯濃度約 0.2 mg/L (一般加氯濃度= 1~8 mg Cl2/L，pH愈高加氯濃度愈高)；本廠加氯濃度不 高是因考量處理後之水須排放至安平內海，故須避免加 氯量太大而導致魚蝦死亡 (222 kg NaOCl × 0.1 × 0.953 kg Cl2/kg NaOCl) ÷ 106600 m3/d × 103 = 0.2 mg Cl2/L

  34. 次氯酸鹽加入水中的反應 NaOCl ⇌ Na+ + OCl- HOCl ⇌ H+ + OCl- Ka = [H+][OCl-]/[HOCl] Ka = 2.7 × 10-8 ；pKa = 7.6 在pH = 7.6時，HOCl與OCl-濃度各佔50%，pH愈低HOCl濃度愈 高；HOCl分子較易滲透細胞壁(細胞壁表面通常帶負電)，OCl-則 易受細胞壁表面的負電排斥而不易滲透細胞壁，故HOCl之消毒效 果為OCl-之80倍 HOCl及OCl-稱為自由有效氯(free available chorine)

  35. HOCl、OCl-與pH間之關係

  36. 氯與水中氨及有機氮之反應 NH3 + HOCl ⇌ NH2Cl (一氯氨) + H2O NH2Cl + HOCl ⇌ NHCl2 (二氯氨) + H2O NHCl2 + HOCl ⇌ NCl3 (三氯化氮) + H2O NH2Cl及NHCl2為最主要產物(NCl3僅存在於低pH時 )，稱 為結合有效氯(combined available chlorine)；消毒能力 NHCl2大於NH2Cl，對水中致病細菌消毒仍有效，但 對 病毒則幾乎無效

  37. 加氯消毒池藻類/魚生長問題 該廠因流入加氯消毒池之水中含有充足之氮(NO3-－N約 15~18 mg/L)、磷(總磷約1~2 mg/L)優養環境，造成池內 藻類及魚的生長，進而消耗氯並使消毒效率降低，可考 慮在池上方設置黑色細網，阻礙陽光直接入射，以解決 此一問題

  38. Thank You!

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