废水生物处理

廢水生物處理周信賢崑山科技大學環境工程系中華民國97年2月29日綱要廢水特性概論水質污染指標河川自淨作用廢水生物處理廢水生物處理原理廢水好氧性生物處理廢水厭氧性生物處理生物硝化/脫硝、除磷污染物主要來源市鎮污水(家庭污水)工業廢水畜牧廢水台南縣河川各項污染源所佔比例名稱市鎮污水(%)工業廢水(%)畜牧廢水(%)八掌溪591427急水溪373330將軍溪192061曾文溪351748鹽水溪424216二仁溪223939資料來源：台南縣水污染防治實施方案，康城顧問公司規劃報告污染物特性化學性：pH、生化需氧量(BOD)、化學需氧量(COD)、氮(N)、磷(P)、懸浮固體物(SS)、溶氧(DO)、油脂、重金屬、農藥物理性：溫度、濁度、色度、臭味生物性：大腸菌數、病原體pHpH=-log[H+]放流水pH標準：6~9酸性、鹼性廢水：具腐蝕性、危害魚類等水生生物、不適於灌溉及給水生化需氧量(BOD)水中有機物在一特定時間、溫度下，好氧性微生物之生化作用所耗用的氧量。BOD濃度的高低可表示生物可分解有機物的多少，表示有機廢水的污染強度。若廢水BOD濃度高，排入河川後，易造成缺氧狀況。有機物耗氧曲線化學需氧量(COD)水中有機物在一特定時間、溫度下，化學氧化劑(K2Cr2O7)氧化有機物之當量，並轉換成氧的當量。COD濃度的高低可做為有機性廢水污染的指標。如BOD5/COD0.6，則易為生物分解之廢水如BOD5/COD0.2，則為難生物分解之廢水如BOD5/COD≒0，則為有毒性之廢水一般COD/TOC≒3~4BOD5/TOC≒1.35~2.62，且在處理後值會下降理論COD及TOC之計算•1升水中含90毫克的葡萄糖(C6H12O6)，假設可全被分解，其BOD=?又其COD和TOC各為多少?答:BOD=96mg/L;COD=96mg/L;TOC=36mg/L•廢水中酚(C6H5OH)含量為1000mg/L，試求其理論COD/TOC之比值=?答:COD=2383mg/L;TOC=766mg/L;COD/TOC=3.1溶氧(DO)20℃純水飽和溶氧9.2mg/L溫度升高，氣體溶解度降低水中鹽類、雜質亦使氣體溶解度降低污水中有機物分解會消耗掉溶氧，致使DO降低固體物(Solid)水中固體物包含：懸浮性固體物(SS)、溶解性固體物(DS)，可再細分成VSS、FSS、VDS、FDS懸浮性固體物有礙觀膽、阻礙水體曝氣作用、影響水生植物之光合作用、損傷魚鰓使魚類死亡、消耗水中溶氧氮(N)總氮包含：有機氮(org-N)、氨氮(NH3-N)、亞硝酸鹽氮(NO2--N)、硝酸鹽氮(NO3--N)氨具毒性，數ppm濃度會讓敏感的魚蝦死亡Nitrification：硝化菌會將水中的氨氧化成硝酸鹽並消耗水中溶氧(4.6gO2/gNH3-N)Denitrification：脫硝菌將水中的硝酸鹽還原成氮氣氮的循環磷(P)總磷包含：有機磷、正磷酸鹽、多磷酸鹽主要來源：合成清潔劑造成水體優養化(藻類大量繁殖)硫酸鹽(SO42-)•臭味•腐蝕皇冠腐蝕油脂來自餐廳、船舶、煉油、加油站、機械加工、羊毛洗滌、煉脂、屠宰、食品工廠浮油會有礙觀膽、阻礙日光入射、阻礙氧的傳輸(降低水中溶氧，使水中魚類死亡)清潔劑硬性清潔劑(ABS界面活性劑)：生物不易分解、引起泡沫及臭味問題、阻礙氧的傳輸清潔劑中的磷酸鹽：造成水體優養化(藻類大量繁殖)大腸菌類重要之生物指標；若水中無大腸菌類，可認為無致病菌(傷寒、霍亂、痢疾)存在大腸菌類存在於人體的排泄物中病原體溫血動物之糞便排泄物，除含有一般細菌外，可能還會有病原體(如傷寒、霍亂、痢疾、小兒麻痺病毒等)若市鎮污水或糞便處理不當，可能造成病原體污染，導致疾病的傳播河川自淨作用(涵容能力)稀釋、擴散、沉澱、分解曝氣作用/溶氧：擾動、水溫其他主支流流入的溶氧水生植物光合作用水中微生物分解有機物一有機污染源下游之溶氧狀況，曲線A為沒有厭氧狀況下的氧垂曲線，曲線B則表示嚴重污染造成的厭氧狀況氧垂曲線台灣省河川污染程度分類表未受污染項目稍受污染輕度污染中度污染嚴重污染溶氧量（DO）（mg/L）6.5以上4.6~6.52.0~4.52.0以下生化需氧量（BOD）（mg/L）3.0以下3.0~0.95.0~1515以上懸浮固體物（SS）（mg/L）20以下20~4950~100100以上氨氮（NH3-N）（mg/L）0.50以下0.50~0.991.0~3.03.0以上點數13510積分2.0以下2.0~3.03.1~6.06.0以上說明：1.表內之積分數為DO、BOD、SS及NH3-N點數之平均值。2.DO、BOD、SS及NH3-N均採用平均值。台南縣主要河川污染現況台南縣主要河川嚴重污染河段長度比例總長度未(稍)受污染輕度污染中度污染嚴重污染(km)長度(km)%長度(km)%長度(km)%長度(km)%八掌溪80.9028.5135.248.019.9022.1627.3922.2327.47急水溪65.10----22.3534.3342.7565.67曾文溪138.50113.0081.598.706.2816.8012.13--鹽水溪41.3011.7328.390.631.510.631.5128.3368.58二仁溪65.20------65.20100.00以溶氧、生化需氧量、氨氮、懸浮固體四項水質監測項目評析資料來源：環保署環境保護統計年報，民國92年統計資料AerobicAnoxicAnaerobicCombinedBiologicalTreatmentProcesses廢水生物處理廢水生物處理生物處理（biologicaltreatment）為利用微生物的代謝作用將污水中的微細有機物及溶解性有機物氧化分解一、化學異營性細菌（chemoheterotrophicbacteria）之代謝作用此類細菌從有機物獲得能源，同時亦以有機物中的碳做為細胞合成之碳源1.好氧性分解（aerobicdecomposition)(1)氧化分解e24H24CO6OH6OHC226126)244(622OHeHOOH6CO6O6OHC2226126（氧化反應，oxidation）（還原反應，reduction）（氧化還原反應，redox）(2)細胞合成OHCO)NOHC(ONH)OHC(n22n275236126(3)細胞氧化（內呼吸作用）3222275255NHOHCOONOHC2.厭氧性分解（anaerobicdecomposition)(1)脫硝菌（denitrifies）)242466(5226126eHCOOHOHC+)610122(12223OHNeHNOOH42N12CO30H24NO24OHC522236126（oxidation）（reduction）（redox）(2)甲烷菌（methanogens）eHCOOHCOOHCH8822223OH2CHe8H8CO242243COCHCOOHCH（oxidation）（reduction）（redox）二、化學自營性細菌（chemoautotrophicbacteria）之代謝作用2CO此類細菌從還原態無機物獲得能源，以CO2（無機碳）做為細胞合成之碳源，通常都以水中的氧做為氫或電子的接受者（即屬於好氧菌），如：亞硝酸菌（Nitrosomonas）、硝酸菌（Nitrobacter）、氫菌（hydrobacter）、硫磺菌(sulfurbacteria)、鐵細菌(ironbacteria)能量OHHNOONHasNitrosomon22232232能量HNO2OHNO23rNitrobacte22能量OH2OH22rhydrobacte22能量S2OH2OSH22eriasulfurbact22能量CO4)OH(Fe4H6OFeCO423iaironbacter223•依需氧量分好氧性處理、無氧性處理、厭氧性處理•依菌生長方式分懸浮生長式附著生長式422222222243243222)()(CHOHCO微生物量OHOrganicsHS或HNOHCO有機酸微生物量或SONOOrganicsSONOOHCO微生物量OOrganics厭氧氧兼氣菌好氧氧廢水生物處理廢水處理流程例水處理污泥處理活性污泥法QBOD5SSBOD5SSMLSSMLVSSDOSVI活性污泥法之重要參數•食微比(F/Mratio)一般在0.2–0.4kgBOD5/kgMLSS-day•溶氧(DO)一般在1–3mgO2/L•懸浮固體(MLSS)一般在1500–3000mg/L•污泥齡(sludgeage)平均細胞停留時間5-15天•營養鹽BOD5:N:P=100:5:1•pH在6–8.5間•污泥容積指標(SVI)控制在100mg/L以下QBOD5SSBOD5SSMLSSMLVSSDOSVIQBOD5SSBOD5SSMLSSMLVSSDOSVIMLSS分鐘後的體積每公升污泥沈澱gmLSVI30)/(曝氣池設計準則(標準活性污泥法)參考值單元與參數單位營建署(1)M&E(2)Qasim(3)WEF(4)污泥停留時間day3～65～155～155～15MLSSmg/L1,500～2,0001,500～3,0001,500～3,0001,500～3,000食微比(最大日)*kg-BOD/kg-MLSS-d0.2～0.4---------食微比(平均日)kg-BOD/kg-MLVSS-d---0.2～0.40.2～0.40.2～0.4水力停留時間(最大日)*hr6～8---------水力停留時間(平均日)hr---4～84～84～8資料來源：(1)內政部營建署，「下水道工程設施標準」。(2)MetcalfandEddy，WastewaterEngineering，第四版(2003)。(3)Qasim，WastewaterTreatmentPlants，第二版(1999)。(4)WEF，DesignofMunicipalWastewaterTreatmentPlants，MOP-8(1991)。註：「*」表示計畫污水量或污泥量二沉池設計準則參考值單元與參數單位營建署(1)M&E(2)Qasim(3)WEF(4)表面溢流率(最大時)CMD/m2---40～5040～4841～65表面溢流率(最大日)*CMD/m220～30---------表面溢流率(平均日)CMD/m2---16～3215～3216～34水力停留時間(最大日)*hr3～5---------水深m2.5～43.6～64～63～5.5溢流堰負荷(最大日)*CMD/m80～150---------資料來源：(1)內政部營建署，「下水道工程設施標準」。(2)MetcalfandEddy，WastewaterEngineering，第四版(2003)。(3)Qasim，WastewaterTreatmentPlants，第二版(1999)。(4)WEF，DesignofMunicipalWastewaterTreatmentPlants，MOP-8(1991)。註：「*」表示計畫污水量或污泥量。污泥鬆化(bulking)•發生原因絲狀菌的增生沉澱池有脫硝反應•控制方法適量的F/M比適量的DO提高pH至6以上加入H2O2增加迴流污泥或污泥廢棄率CausativeCondition(1)FilamentTypesLowDissolvedOxygen(fortheappliedorganicloading)S.natans,type1701andH.hydrossis.LowOrganicLoadingRate(lowF/M)M.pa