废水处理技术概论

廢水處理技術概論資源與環境管理胡子陵水污染的定義Pollution源自拉丁字pollutus，即沾污的意思。污染物：任何導致水污染之物質、生物、能量。污染源：主要是人類活動，直接或間接的將污染物帶入水體。水的病媒危害：細菌、寄生蟲、原蟲及病毒散播。經人為利用而排棄之廢水，其中介入污染物質於水中，改變水質之原有面貌，引起水質物理、化學或生物特性改變，背離常態，致影響水正常用途或危害人類健康及生活環境。廢（污）水相關定義廢水(Wastewater)指事業於製造、操作、自然資源開發過程中或作業環境所產生含有污染物之水污水(Sewage)指事業以外所產生含有污染物之水廢(污)水處理設施(Wastewaterandsewagetreatmentfacility)指廢（污）水為符合水污染防治管制標準，而以物理、化學或生物方法處理之設施水污染的分類耗氧物質(oxygendemandingwastes)病源物質(diseasecausingagents)植物營養份(plantnutrients)有機化合物(organiccompounds)油脂(oil)無機化合物(inorganicchemicals)沉積物(sediments)放射性物質(radioactivematerials)熱(heat)污染物_氨氮指以氨或銨離子形式存在的化合氨，亦即水中之氮以NH4+(NH4+-N)，NH3(NH3-N)形態存在者，單位為mg/l主要來源：於人和動物的排泄物，生活污水、雨水逕流以及農用化肥的流失也是氮的重要來源。另外，氨氮還來自化工、冶金、石油化工、油漆顏料、煤氣、煉焦、鞣革、化肥等工業廢水中。當氨溶于水時，其中一部分氨與水反應生成銨離子，一部分形成水合氨，也稱非離子氨NH3-N。非離子氨是引起水生生物毒害的主要因數，而氨離子相對基本無毒。氨氮是水體中的營養素，可導致水富營養化現象產生，是水體中的主要耗氧污染物，對魚類及某些水生生物有毒害。耗氧物質含生物可分解的有機物及還原性的無機物C+O2→CO2C需要3倍氧量始可完全分解，即一加崙水中溶氧只夠一滴油作用。BOD：生化需氧量，指耗氧物質在氧化時需用掉的溶氧(一般將樣水培養五天測定DO變化)魚殖生物：典型需至少有5~6ppm的溶氧在20℃時，水中DO之飽和量約9.1ppm(隨水溫、高度而異)來源BOD(ppm)未處理都市廢水農場和畜圈放流水食品製造廢水100–400100–10000100-10000水污染與水體自淨能力自淨能力亦即涵容(assimilation)能力，其作用如下物理：稀釋擴散、混合及沉澱化學：伴隨物理作用過程中發生氧化、還原、吸附或凝聚現象生物化學：有機物被水中微生物分解而發生氧化、還原等現象水污染與水體自淨能力大部分的有機物和簡單的無機離子(不含重金屬)，所含的碳、氫、氧、氮、硫、磷等元素，在天然環境或廢水處理廠中，可被微生物分解成CO2、H2O、NO3-、SO42-、PO43-等無害的小分子或離子。然而水中的重金屬無法被微生物所分解，有些甚至於可因生物作用而生成毒性更大的物質累積於生物體中。水污染與水體自淨能力_現象自淨作用之現象水中之自淨稀釋、擴散、生物化學分解大氣與水之間自淨放出CO2、H2S等氣體水與底泥之自淨沉澱及吸附作用底泥之中的自淨微生物分解水污染與水體自淨能力_分解生物分解作用好氧性分解含碳有機物→CO2+H2O含氮有機物→NH3→NO2-→NO3-含硫有機物→H2S→SO42-厭養性分解複雜有機物有機酸中間產物CH4+CO2酸形成菌甲烷形成菌CO2，H2O水污染與水體自淨能力厭養性分解含碳有機物→CH4+CO2含氮有機物→NH3→N2含硫有機物→SO42-→H2S河川溶氧平衡袪氧(deoxygenation)作用：微生物分解有機物再氧化(reaeration)作用：水面曝氣及水棲植物之光合作用運用氧垂曲線公式，可以預測在河流中下游任何地點之溶氧及生化需氧量情況，並可估計廢污水所應採之處理程度及稀釋所需程度。廢水處理的基本原理廢水處理的技術方法盡管有許多，但其最基本的作用原理卻只有三項，即：分離、轉化和利用分離，採用各種技術方法，把廢水中的懸浮物或膠體微粒、微滴分離出來，從而使廢水得到淨化，或者使廢水中污染物減少到最低限度轉化，對於已經溶解在水中，無法“取”出來或者不需要“取”出來的污染物，採用生物化學的的方法、化學和電化學的方法，使水中溶解的污染物轉化成無害的物質（如轉化成H2O、CO2、CH4、NO3-等等），或者轉化成容易分離的物質（如沉澱物、附著物、上浮物、不溶性氣體等等）。總之，使水中污染物發生有利於處理的化學、生物化學變化利用，有些廢水（主要是高濃度的廢液），未經處理或者稍加處理有可能找到新的用途，可以成為有用的資源，用於再製造、再加工廢水處理之目標分類廢水處理法大致可分成兩類一類是從流入都市下水道的污水和雨水中除去砂、浮游物、有機化合物(碳氫化合物)等之後，再放流於公共水域的下水處理另一類則是處理酸、鹼、浮游物質、無機鹽、有毒物質，以及微生物等的產業廢水處理生物化學方法利用微生物或植物來淨化廢水的技術，稱之為生物化學法。包含厭氧法、好氧法、氧化塘等厭氧法係利用的微生物有兩大種群一是兼性微生物。這種細菌在有一點氧的水中生存繁殖，它能把大分子的有機物斷裂成小分子有機物，進一步使這些小分子有機物轉變成有機酸另一個種群的細菌是甲烷菌。它們是絕對厭氧菌，只能在完全沒有氧的水中生存繁衍。它們能把有機酸進一步分解為CH4、CO2以及少量的NH3、H2S等氣體產物，回收沼氣以上兩種微生物往往共處同一個設施之中，協同作用生物化學方法_好氧法好氧法中之微生物必須在水中溶解氧很豐富的條件下纔能生存繁衍好氧微生物以廢水中的有機物作為它們進行新陳代謝的基質（營養物），通過好氧微生物的代謝活動，把有機物轉化為H2O和CO2以及少量的硝酸鹽好氧生化處理的廢水，有機物濃度不能太高。如果是高濃度有機廢水，最好先經過厭氧處理再進入好氧池，也可以用好氧池出水(好氧處理過的廢水）來稀釋好氧生化反應過程中，好氧微生物大量消耗水中的溶解氧，因而必須不間斷地向廢水中供給氧，稱之為曝氣生物化學方法_穩定塘穩定塘建造或者利用一個原有的面積廣大的水塘，廢水放於其中，讓塘中繁殖起的微生物乃至植物來淨化廢水，就是穩定塘水深在2.5m以上的是厭氧塘；水深在0.5-2.5m之間的是兼性塘，即有厭氧作用，也有一定的好氧作用；水深在0.5m以下的是氧化塘，具有一定的降解有機污染物的能力，而且運行費用非常低，但是占地面積大，只有在若干特殊的地點纔能採用無論什麼類型的穩定塘，都必須經過專門的計算、設計和科學論證，不能把排污單位所存放廢水的大水坑，任意命名為氧化塘、穩定塘生物治理方法經過專門設計建造的濕地以及蘆葦塘、其水生植物及林地都有一定的淨化廢水的能力，屬於生物化學法的一種，稱做生態學方法物理化學方法重力沉降法機械過濾法離心分離法膠凝沉澱法溶氣浮除法萃取法吸附法離子交換法物理化學方法(續)電解法化學氧化-還原和消毒法超臨界流體萃取法滲透膜分離法蒸發濃縮與焚燒法高梯度磁分離法廢水的聲、光、電輔助處理廢污水處理之方法廢水的處理方式一般可分成物理、化學和生物學的方法，不過，實際上單以物理方法或者生物方法處理的情形很少，大多利用各方法組合來進形處理。(一)物理處理方法_沉澱法※沉澱為污水及廢水處理最普遍廉價的方法，沉澱法可去除沉降懸浮固體物質，如砂、無機固體物、懸浮性有機，以減少有機物質。最終沉澱池用以分離污泥與廢水之混合水，濃縮生物性污泥，排出澄清之廢水。(一)物理處理方法_沉澱法沉澱由懸浮固體物質之濃度及顆粒凝聚性而分成四種單獨沉澱(discretesettling)：係保持單顆粒之沉降性，其大小、形狀、密度不變，沉砂池屬於此種混凝沉澱(flocculantssettling)：其特點為顆粒有凝聚作用，沉降速度隨之變化層沉澱(zonesettling)：層沉澱大都使顆粒成塊狀沉降，上澄液與沉澱固體物出現明顯之界面壓密(compression)：壓密係固體物向下壓縮，孔隙中液體被壓出,減少固體物體積。在沉澱法的操作過程中，可加入凝聚劑，以提高沉澱效果。污水經初級處理後約可去除百分之三十的BOD和百分之三十到四十的SS(污泥)。去除後的污泥經消化處理後成為安定性物質，再經脫水晒乾後，可供作有機肥料用。而污水可加氯消毒後即可放流，或再提高處理程度。(一)物理處理方法_過濾法過濾為流體穿過多孔質濾料，使懸浮物與液體分離的方法，一般較沉澱池價高，但佔地小且操作迅速，去除之固體物質易於乾燥(一)物理處理方法_過濾法過濾分為重力壓力真空離心力重力法用於去除懸浮物濃度低之廢水，可直接通過濾床。真空過濾用於懸浮物濃度較高時，污泥之脫水應用。離心式用於易過濾之固體物，如含水率低的泥餅過濾的材料過濾的材料方面有砂、粗目和細目濾網，或一些柔軟材料。一般工業用水(包括自來水)的處理都使用砂過濾，砂過濾槽可分為使廢水直接通過濾槽來進行的慢砂濾法使用藥品來進行凝聚和沉澱處理為前題的標準過濾法在此所產生的污泥則要先進行脫水處理後再廢棄(二)化學處理法_中和法PH值為放流水之重要標準之一，而廢水處理時，PH高低對處理效果影響甚大酸性、鹼性廢水均需利用化學藥劑起中和反應，調節PH值到適宜範圍內，係化學處理法中最普遍使用的一種中和劑之選擇，應考慮價格、反應速度、生成之污泥、沉澱能力，及其它各種中和劑之特性、廢水性質、廢水量等。其中氫氧化鈉和碳酸鈉很快就會溶解於水中，與酸的反應速度又快，所生成的污泥量也少。而生石灰所生成的沉澱物則要比消石灰生成的少中和反應所生成的大量污泥則必需再經過沉澱、過濾、乾燥等步驟的污泥處理(二)化學處理法_氧化還原法氧化作用對各種廢水之處理，具有很高之價值，不但能有效地去除生化需氧量，能破壞廢水中合成物之構造，且產生無害之物質如二氧化碳、氮、亞硝酸鹽和硫酸鹽等還原作用在廢水處理上之應用較少，但對某些廢水如電鍍廢水甚具價值，如鉻酸鹽還原為低毒性之三價鉻(三)生物處理方法_活性污泥法活性污泥系統必須具備下列條件曝氣槽內污泥負荷要維持一定維持一定值以上的溶氧量最終沈澱池分離出之污泥應濃縮至比曝氣槽活性污泥濃度還高為維持曝氣槽內污泥濃度一定，應連續迴流污泥至曝氣槽去除SS、分解BOD所增殖之微生物，為維持一定污泥停留時間，應予以排出處理(三)生物處理方法_活性污泥法(三)生物處理方法_滴濾池法為接觸性生物處理法之一種，經最初沉澱池之處理水，以間斷或連續散水方式通過濾料層（卵石、礦渣、無煙煤或塑膠），利用濾料上生長之微生物膜氧化分解下水中之有機物，而生物膜連續或間斷剝落後，引入最終沉澱池沉殿分離污泥之處理方法。其生物膜之反應狀況如下頁所示(三)生物處理方法_滴濾池法(三)生物處理方法_滴濾池法(三)生物處理方法_生物轉盤法生物轉盤法(RotatingBiologicalContactor)簡稱RBC法，為生物處理的一種，由於其可在短時間接觸下獲得高處理效率，對負荷變動較具彈性設計簡單，產生污泥量少，無活性污泥之鬆化(bulking)、發泡(foaming)、及滴濾法之散發臭氣、濾池阻塞等缺點，且噪音小，操作上不必如活性汙泥法需迴流污泥、調節污泥濃度及曝氣槽之溶氧量等高度技術，所需動力亦較活性污泥法少近年來歐、美、日本等國漸加重視，而積極開發為有機工業廢水及都市污水處理之用(三)生物處理方法_生物轉盤法(四)污泥的利用及最後處置(disposal)污泥的最後處置方法在經濟性的考量，一般可分為地上處置：有土地填築、土地改良、堆化肥等水中處理：有海洋擴散、集中投入(由於污泥加工物形成人工魚礁)固體處理：以水泥或柏油使之固體化焚化處理：污泥與垃圾混合投入焚化爐焚化廢污水處理之程序－補充