廢水處理實驗報告 活性污泥活性試驗 組員: 曾奕超 10125088 鍾易融 10125010 徐連生 10125036 陳孟霖 10125040 呂翰武 10125054 陳羿豪 10125048 韓宗余 10125070 陳世玄 10125110 林智雄 10125114 胡鈞遠 10165612 環境工程與管理系2 B 組別:第4組 指導老師: 莊順興、陳瑞昌、黃春财 老師 中 華 民 國 一 零 三 年 五 月 三 十 日
目錄 一、實驗目的 二、實驗原理 三、實驗設備、材料與方法 四、實驗步驟 五、實驗結果 六、結果與討論 七、參考文獻
實驗目的 本實驗目的在於測定、比較及利用出攝氧率(OUR)與比攝氧率(SOUR)分析活性污泥的活性。此外也探討一定濃度的葡萄糖基質之量對活性污泥測定的影響。
實驗原理 活性污泥代謝過程: 1)遲滯期 lag phase 微生物開始接觸有機廢水時,為了適應環境而未顯著增加微生物量。 2)對數增殖期 log growth phase 微生物適應後開始分解有機物,將其利用為營養鹽。微生物量呈幾何級數增加,氧利用率也增大。用於高率曝氣法,以降低停留時間。 3)衰減增殖期 declining growth phase 有機物減少,微生物增殖也開始減少,且微生物的增殖速率與殘餘有機物成比例。一般活性污泥法利用此階段操作。 4)內呼吸期 endogenous respiration phase 當廢水中有機物缺乏時,微生物開始利用體內儲存養分開始進行代謝,直到死亡為止。適用於延長曝氣法。
實驗原理 氧總利用量 微生物細胞量 BOD5 氧利用率
實驗原理 污泥活性參數 1)溶氧 Dissolved Oxygen, DO 即溶於水中的氧量。來源有大氣溶入、人工曝氣及微生物的光合作用。DO 提供水中生物所需的氧量,所以只要有充足的DO,微生物可以生長及處理水中有機物。一般進水口量為1mg/L;放流口量為2~3 mg/L。 DO與其他參數關係。 1. 與 ORP :進流水含大量有機物,DO氧化其使ORP維持一定負值範圍 不變;反之,DO降低時,ORP就會變高,接近正值。 2. 與 pH :DO降低,CO2增加,pH降低。 3. 與總菌數 :DO量多時,提供微生物分解有機物與增長,故菌數增加。 4. 與 DHO :DO增加,微生物分解速率越快,DHO濃度也增加。 5. 與 SS :兩者關係變化少,可視為相對穩定。
實驗原理 污泥活性參數 2)攝氧量 Oxygen Uptake/Utilization Rate, OUR b) 批次抽樣:不需連續供應污泥,但需加入大量基質來測最大污泥活性。 c) 連續測試:從曝氣槽取活性污泥置於另一槽,並連續及成比例供應進流 水。由於進流物使用率高,此方法會顯著地低估OUR。
實驗原理 OUR重要性: 1. 評估好氧生物處理法的適用性。 2. 選擇植種污泥。 3. 鑑定廢水對微生物的抑制效應。 4. 評估反應槽內污泥的活性、組成變化及污泥負荷。 - BOD越高,OUR隨著增加,表示污泥活性越佳 5. 檢測毒物及高濃度有機物的存在。 - 比基質利用率降低時表示毒性已增加。 6. 監測廢水處理單位的績效及控制廢棄污泥量。 7. 提供有關不同廢水處理單元的相對生物可降解性值訊息。 - 當易降解的碳源加入污泥時,OUR將增加,當碳源被分解完後恢復 原來數值。因此越容易降解的碳源,OUR越高,直到達到最高值,即所有能分解有機物的污泥以最快速度成長。
實驗原理 3)比攝氧率 Specific Oxygen Uptake/Utilization Rate, SOUR 攝氧率除廢液MLSS 濃度,為單位污泥量之攝氧率,即比攝氧率。換言之,為廢水中攝氧率與揮發性固體物之比值。簡單而言,為微生物的呼吸/代謝率 (respiration rate, RR)。綜合前兩者參數可知污泥的活性及穩定性,但不能當成成熟度的指標。 重要性: 1. 比較兩個或以上的曝氣池之操作表現。 2. 比較放流口在河川上流與下流中微生物活性之差別。 3. 放流水SOUR的變化表示處理時污泥負荷有變化。 控制: 太高時SRT短,不能分解有機物;污泥難沉降;會造成膨化作用。 太低時SRT長,進入內呼吸期;污泥沉降太快;氧化過度使污泥老化。
實驗原理 4)污泥清洗/淘洗 (Sludge elutriation) 淘洗是消化過的污泥在脫水前的清洗污泥步驟,目的在於去除干擾脫水的因子。實際操作上以2:1體積的放流水逆流向消化污泥。 好處: - 清洗污泥可稀釋污泥中的碳酸氫鹽鹼度,並降低 所需要的酸性金屬鹽(如FeCl3 )達50%。 壞處: - 雖然如此,由於清洗會從污泥流中去除10~15%的 SS,且循環該污泥將增加系統負荷而造成放流水 水質不良,所以目前淘洗逐漸被淘汰了。 - 淘洗過的污泥氮成分少,不適當肥料。
實驗設備、材料與方法 主要設備: - DO meter (EcoSense DO200) 其他: - 曝氣機 (Shiruba K8000) - 真空瓶與過濾裝置 - Rocker 300真空抽氣馬達 其他: - 四方玻璃槽 - 1000mL量筒 - 天平 - 烘乾箱 - 25mL吸管與吸球 - 鑷子 - 計時器 - 標籤紙 - 鋁盤與濾紙 (Whatman glass micro fibre filters Grade GF/A 47 mm) - 鋁箔紙 (Diamond Aluminum Foil)
實驗設備、材料與方法 - 全興污水處理廠活性污泥 材料: 方法: - 去離子水 - 1000ppm 葡萄糖溶液 方法: 本次實驗主要分成兩大步驟:污泥清洗及使用DO計測水中的DO。過後測出MLSS後可進一步計算OUR及SOUR。雖然如此,本次實驗不使用BOD瓶及批次反應槽進行,而以四方玻璃槽及曝氣機(可使污泥懸浮及均勻混合)各取代之。 好氧或厭氧菌群利用廢棄污泥中之碳、氮、磷等成份為生長基質, 以達到污泥減量與破壞膠羽高孔隙結構之目的。所以葡萄糖基質主要 為提供養分給污泥使用。
3. 污泥沉降10 min後,將上層清澄液體移除並添加去離子水。再經10 min後重複此步。 實驗步驟:清洗污泥 1. 利用四方玻璃槽取一定量的活性污泥。 2. 在水面貼上標籤,表示污泥的體積已固定。 3. 污泥沉降10 min後,將上層清澄液體移除並添加去離子水。再經10 min後重複此步。
實驗步驟:混合與曝氣 5. 利用鋁箔紙密封開口,放入曝氣機曝氣10min使DO飽和。 4. 取970mL污泥倒入量筒,混合均勻後再倒回四方槽。 5. 利用鋁箔紙密封開口,放入曝氣機曝氣10min使DO飽和。 6. 加入30mL 1000ppm葡萄糖基質,稍微攪拌後關機。
9. 取20mL污泥進行MLSS分析。完畢後濾紙經後乾稱出末重。 實驗步驟:DO 測量與MLSS分析 7. 放入DO計,再封密開口防止大氣干擾。 8. 在10min 內每10s 記錄DO。 9. 取20mL污泥進行MLSS分析。完畢後濾紙經後乾稱出末重。
實驗結果(計算公式) MLSS: MLSS (mg/L) = = OUR: OUR (mgO2/L-s) = SOUR: SOUR (mgO2/MLSS-day) =
表1:DO原始數據 單位:ppm or mg/L Time (min) (s) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 6.54 4.71 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 6.54 4.71 4.25 4.07 3.83 3.76 3.47 3.39 3.13 2.95 20 6.13 4.63 4.17 4.06 3.82 3.70 3.45 3.33 3.10 2.94 30 5.59 4.54 4.16 4.04 3.80 3.62 3.29 3.07 2.93 40 5.17 4.46 4.12 3.99 3.79 3.57 3.04 50 4.96 4.39 4.09 3.92 3.78 3.54 3.46 3.21 3.02 60 4.81 4.31 4.08 3.87 3.77 3.52 3.17 3.00 初始 DO: 7.02 mg/L
圖1:DO 變化曲線圖
表2:OUR原始數據 單位:mgO2/L-s Time (min) (s) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0.048 0.010 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0.048 0.010 0.006 0.001 0.004 0.005 0.007 20 0.041 0.008 0.002 0.003 30 0.054 0.009 40 0.042 50 0.021 -0.001 60 0.015
圖2:OUR 變化曲線圖
表3:SOUR原始數據 單位: mgO2/MLSS-day Time (min) (s) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0.7840 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0.7840 0.1633 0.0980 0.0163 0.0653 0.0817 0.1143 20 0.6696 0.1307 0.0327 0.0490 30 0.8820 0.1470 40 0.6860 50 0.3430 -0.0163 60 0.2450
圖3:SOUR 變化曲線圖
問題與討論 1. DO 變化曲線圖中,DO變化為什麼呈現此種趨勢? 10 min 內,DO值 從開始到結束都是在下降的。例外狀況有如在380~400 s、570~600 s是保持不變;甚至在410~420 s時 DO值增加0.01 mg/L。下降的趨勢是由於微生物在分解有機物及生長的過程中,所以會耗氧。對於例外狀況可能是因為DO計沒有校正好,或者不顯示出更多有效數字而忽略少量的變化。 只要一開始DO保持在5mg/L以上就表示樣品曝氣足夠,也要確保DO值沒有降到1mg/L 以下,否則不能計算OUR。最佳的DO變化範圍為0.002~0.003 g/L。
問題與討論 2. OUR 變化曲線圖中,OUR變化為什麼呈現此種趨勢? 3. SOUR 變化曲線圖中,SOUR變化為什麼呈現此種趨勢? OUR在開始 60 s中變化大,急速從最高點下降,隨後維持一定範圍 (0~0.15 mg/L-s) 內的變化率。急速變化的部分是由於微生物獲得的食物多的時候就開始急速分解,耗氧量突增,然後就開始比較節儉分解食物。假設污水廠採用一般活性污泥法,這個趨勢是合理的。對於負值的部分,是因為DO變化為0所造成的,實際上任何一個代謝階段之OUR一律不能為負值。 3. SOUR 變化曲線圖中,SOUR變化為什麼呈現此種趨勢? 由於兩者成比例,SOUR 變化圖趨勢與OUR圖一模一樣,只是縱軸單位與刻度不相似。60 s後的 SOUR也是維持在固定範圍內。
問題與討論
問題與討論 4. 由上述幾項原因,如何推導基質量對污泥活性之影響?基質提供微生物所需要的營養,故可以不用耗氧分解有機物產生污泥,可減少剩餘污泥量。所以基質越多,OUR就會降低,活性也降低。 根據張勝等人的研究,添加基質的污泥可去除較多的污染物。 5. 實驗誤差來源及改進之處。 在DO測量方面,數值會增加和保持不變而造成不意料的結果。來源有兩個:在曝氣過程中,鋁箔紙易撕破,而且不能完全封閉開口,所以也許也使大氣中的氧氣溶入水中;DO計可能沒校正好,或者使用不當。此外MLSS比較大是因為樣品取得較少,建議在0.025mL以上。
參考資料 Butler, A.J., “Oxygen Utilization Rate (OUR) Test”, Mercer University. Haandel A.V. and Lubbe, J.V.D., “Handbook Biological Waste Water Treatment - Design and Optimisation of Activated Sludge Systems”, Webshop Wastewater Handbook, 2007: Appendix 1- Determination of the Oxygen Uptake Rate. Long, H., “Extended Aeration Activated Sludge Plant”, Mountain Empire Community College Water/Wastewater Distance Learning Website. Staffordshire University Municipal Wastewater Treatment Unit, “Activity 5 : Biological Wastewater Treatment Processes; Secondary Treatment”. Stentiford, E., “The Specific Oxygen Uptake Rate”, University of Leeds. Turovskiy, I.S. and Mathai, P.K., “Wastewater Sludge Processing”: 80-81. US EPA, “Method 1683: Specific Oxygen Uptake Rate in Biosolids”. Hagman, M. and Jansen, J.L.C., “Oxygen Uptake Rate Measurements for Application at Wastewater Treatment Plants”, VATTEN 63: 131-138. Sanin, F.D., Clarkson, W.W. and Vesilind P.A., “Sludge Engineering: The Treatment and Disposal of Wastewater Sludges”: 268. Young, J.C., “Oxygen Uptake Rate as a Monitoring and Control Parameter for Activated Sludge Processes”, WEF/IAWPCA/Purdue Uni. Industrial Wastes Technical Conference. 張勝 等,“不同基質培養条件下的好氧颗粒污泥特性研究”,環境科學研究,第21卷,第2期:136-139。 張錦松、黃政賢,《環境工程概論》 楊振成,“科技工業區廢水特性對生物反應槽污泥活性之影響研究”,工業污染防治 第88 期:1-16。 楊萬發,“污水處理技術與操作參數設計運算”,台灣環保技術交流協會。 百度百科,“污泥淘洗”。
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