既設廢污水處理廠除氮技術研發與驗證(2/2)

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既設廢污水處理廠除氮技術研發與驗證(2/2)

  • 編/著/譯者 / 經濟部水利署
  • 出版機關 / 經濟部水利署
  • 出版日期 / 2013-12
  • 主題分類 / 水利
  • 施政分類 / 其他
  • ISBN / 9789860390070
  • GPN / 1010202739
  • 頁數/張數/片數 / 450
  • 裝訂 / 平裝
  • 定價 / NT$ 500
  • 9 折優惠價 / NT$ 450
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簡介

新興水源為台灣重要之水資源,都市污水與工業廢水回收之再生水為穩定之新興水源,就效益與風險考量,將再生水運用於工業冷卻類用水應是可以發揮良好之效益與風險管理,然偏高之氮化合物經由化學之錯合反應將造成冷卻與鍋爐系統銅鋅金屬管材元件之腐蝕,另水中氮化合物亦為生物營養源而致在水中衍生生物積垢造成水質惡化與水再生薄膜淨水單元之阻塞,影響水再生整體操作效率與效益,水中氨氮也會產生再生水毒性問題,間接影響下游生態安全。現行放流水標準並未完全管制氨氮與總氮,既設廢污水處理廠建置時並未規劃除氮處理單元,目前亦無法為提昇除氮功能而變更土木工程與其他硬體,故如何在既設廢污水處理廠之單元流程架構與土建設施上,提昇原設計無法達成之除氮功能,研發適用於既設生水源除氮處理技術,提升和改善再生水源水質,是為本計畫目標。計畫分年的工作項目為: 第一年, 調查國內外運用於廢污水再生之除氮技術,評估厭氧/無氧/好氧程序(Anaerobic/Anoxic/Oxic, A2O)、厭氧氨氮氧化(Anaerobic Ammonium Oxidation)或稱Anammox法,以及固定生物處理程序(Entrapped Mixed Microbial Cells)除氮技術之處理效能,調查國內廢污水廠放流水之氮質量變異特性,建立實驗室規模模型單元,測試去氮技術;第二年, 現址模型廠試驗;建立適合國內既設廢污水處理廠應用除氮技術之選用評估、設置、操作維護技術參考;建立適合國內既設廢污水處理廠應用除氮技術之經濟成本與效益分析,建議國內提昇除氮之再生水源廠址優先名單。

  目前使用於廢污水處理之生物除氮技術為好氧硝化/厭氧脫硝與厭氧氨氧化脫硝,典型之程序為厭氧/缺氧/好氧程序(A2O)及固定污泥法技術 (EMMC),皆可藉由外加鹼度與碳源提升其除氮效能;另有厭氧氨氧化脫硝除氮之ANAMMOX 程序可以在厭氧環境直接氧化還原氨氮為氮氣;固定污泥法技術 (EMMC)將活性污泥包埋成污泥體,此程序於單槽即能同時進行好氧硝化及厭氧脫硝反應,進而達到同時去除氮碳之效果。三種生物除氮技術(A2O, EMMC, ANAMMOX)對於國內既有污水處理廠活性污泥法之系統而論,技術面上A2O與EMMC可以同時去除BOD/COD與氨氮總氮,技術成熟;ANAMMOX有低耗能資源及處理高氨氮能力,但無法去除BOD/COD且菌種培養不易且耗時(年以上),系統操控多屬商業專利;就適用國內既有污水處理廠之活性污泥法之系統而論,A2O系統需要修改活性污泥曝氣槽曝氣與內部迴流硬體,ANAMMOX系統無法架設於活性污泥曝氣槽,其也無法接續於活性污泥法二沉池之後;EMMC系統可以直接架入活性污泥曝氣槽內,不衍生曝氣與土木硬體工程,在活性污泥曝氣槽創造A2O的系統,適合應用於國內既有之廢污水處理廠之除氮技術。國外應用好氧硝化/厭氧脫硝技術並非所謂之A2O程序,而是利用生物活性污泥法之曝氣槽進行好氧硝化將氨氮反應為硝酸鹽氮,而後在二沉池後再增加一厭氧脫硝反應槽將硝酸鹽氮反應為氮氣已達除氮效果,而其在厭氧脫硝反應槽前亦有投入甲醇做為厭氧脫硝反應之碳源,此與國內傳統A2O程序大不相同,及國外好氧硝化/厭氧脫硝技術(類A2O)之除氮效率較優之原因。國內都市污水與工業廢水處理廠的含氮化合物濃度,都市污水廠進流氨氮16.3~26.0 mg/L;進流總氮19.6~28.4 mg/L;出流氨氮0.3~12.3 mg/L;出流總氮6.1~16.6 mg/L。石化專業區污水廠進流氨氮13.3~64.0 mg/L;進流總氮37.2~95.6 mg/L;出流氨氮0.3~34.5 mg/L; 出流總氮43.2~83.6 mg/L。科學園區廢水廠進流氨氮53.5~97.0 mg/L;進流總氮59.9~102.1 mg/L;出流氨氮65.0~85.3 mg/L; 出流總氮72.6~88.0 mg/L。調查結果顯示國內都市污水與工業廢水處理廠的含氮化合物濃度均須再予提升除氮效率以強化都市污水與工業廢水再生為新興水源用途之潛勢。

  傳統活性污泥程序結合固定污泥(EMMC)得以強化硝化效能,固定污泥(EMMC)分工進行脫硝反應,提升硝化與總氮去除功能。以反應槽體積1.2 m3之實廠都市污水進行模廠試驗,使用固定污泥量為6.0 m2/m3(每單位立方公尺反應槽體積)放置6平方公尺(厚度1公分)之固定污泥板(槽體填充率10%),建議操作條件為溶氧4-6 mg/L,水力停留時間6小時,間歇曝氣1小時停止曝氣1小時,可以獲得優良的COD去除率與近90%氨氮硝化效率,而其總氮去除率為 47-68%,相當於總氮負荷為 6~10 g TN/m2 day;提升固定污泥使用量與適量補充碳源更可以將總氮去除率與總氮負荷提升至近70%與12~17 g TN/m2 day。既設廢污水處理廠可以應用A2O/AO處理程序及活性污泥法結合固定污泥生物處理程序以提昇除氮效能,將既設廢污水處理廠處理10,000 CMD的活性污泥單槽曝氣池改成A2O處理程序,所需投入的建設成本約為5,687,000元,增加的年操作維護成本為8,100,000元,可提昇除氮效率約8~55%,但A2O處理程序增加內部迴流及總水力停留時間,會產生降低每日處理水量之影響及因施工停止運轉問題;活性污泥法結合固定污泥生物處理程序所需投入的建設成本約為8,000,000 ~ 10,000,000元,但不致影響原處理容量與停止運轉,增加的年操作維護成本約為600,000元,可提昇除氮效率約47~68%。水再生廠利用薄膜處理具有良好的除氮效果,其建造與營運所需的單位成本約在20~40元/m3之間,A2O處理程序的建造與營運所需的單位成本約需6.1元/m3,活性污泥法結合固定污泥生物處理程序所需之單位成本約5.4元/m3。篩選廢污水處理廠以提升除氮效能乃依據下列四項原則研選:(1) 區域用水需求,(2) 污水處理量,(3) 用水需求標的,(4) 處理廠進放流水的氨氮質量與除氮效益。研選步驟以用水需求區域和水處理量進行初步篩選,篩選後的處理廠進行優先順序評估,最後篩選民生和工業污水處理廠各5家,作為建議優先改善方案,建議優選之廢污水處理廠為: 工業區優選廠址為:中部科學園區台中基地、南部科學園區台南基地、林園工業區、大發工業區、彰濱工業區線西及鹿港園區;民生污水處理廠為:楠梓污水處理廠、鳳山溪污水處理廠、高雄市臨海污水處理廠(預計103年底完工)、安平水資源回收中心、金城水資源回收中心及豐原水資源回收中心(預計104年完工)、柳營水資源回收中心。推動國內水再生事業,落實水源多元化目標,是未來重要水源開發之重點項目,再生水之工業用途各有其用水水質標準,冷卻用水與鍋爐用水為水再生之工業主要用途,再生水中殘留之氨氮影響再生水推廣與用途,實就此議題進行除氮技術推廣,建立國內廢污水處理廠污水處理廠除氮技術參考,作為廢污水處理廠水再生除氮及水資源規劃參考;技術手冊參考闡述除氮現狀、法規、生物除氮原理及機制、除氮技術規劃設計、除氮技術選用評估,並介紹國內廢污水處理廠除氮實例,供理解現今發展的除氮技術與應用。

  原水之有機碳是可以做為脫硝菌之碳源,然除相對好氧菌之競爭外,此原水碳源並非全數可資做為脫硝之用,固定污泥板內之脫硝菌實因外無充足供應碳源以進行脫硝反應,添加碳源明顯提升總氮的去除率,由此可見工程應用固定污泥技術是可以控制微生物來達成脫硝之特定目標。碳源與鹼度添加又可再提昇總氮的去除率,使活性污泥運作之硝化反應成效更佳;提升鹼度提升硝化反應,促進固定污泥板內部之脫硝反應;實務上如果進流廢污水中的碳源與鹼度充足,更可顯示活性污泥與固定污泥板的除氮成效。使用活性污泥法結合固定污泥生物處理程序,使兩者分工進行,提升硝化與總氮去除功能,考量廢污水的狀態,添加碳源或鹼度,使活性污泥法與固定污泥,更可顯示其除氮成效。既設廢污水處理廠運用不同的除氮技術所需的成本及產生的效益不盡相同,國內既設廢污水處理廠處理程序多數使用活性污泥法,此處理程序對於含氮物質的去除效果依不同水質與操作當有其限制;為提昇既設廢污水處理廠除氮效能,以A2O處理程序及活性污泥法結合固定污泥生物處理程序為有效可應用之除氮技術,將既設廢污水處理廠的活性污泥單槽曝氣池改成A2O處理程序,需有土建工程施工,三槽的污泥菌群馴養與啟動在營運初期需要考慮處理效率,三槽的水力停留時間不同會增加水力停留時間,減少處理水量。將既設廢污水處理廠的活性污泥單槽曝氣池改成EMMC處理程序,不致影響既有操作流程,不須回流,不會增生廢棄污泥量,不會降低處理水量,雖然初期建設成本高,但提升除氮與降解BOD/COD效果佳且增加的操作維護費用低,不僅改善除氮效率外,亦可增加水再生利用潛勢及產生水資源節約效益。決策進行提升實廠總氮去除工程,建議除區域用水需求、實廠污水處理量、用水需求標的、實廠進放流水的氨氮質量與除氮效益,應將特定用水單位之意願與需水量再予細部考量評估。


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