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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