以無氧/好氧生物程序 處理TFT-LCD之 含氮有機廢水

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1 以無氧/好氧生物程序 處理TFT-LCD之 含氮有機廢水
報告者 : 林允立

2 前言 薄膜電晶體液晶顯示器(TFT-LCD)製程中，需要使用到大量的純水及化學藥品；一般光電產業會在其製程中排放出為數可觀，且種類繁雜的廢水。 目前，多數的光電廠大多以生物接觸曝氣法，來去除水中之有機物；但是此法並未能對水中的氮類物質妥善處理(廖，2003)。

3 TFT-LCD廢水 分為製程廢水(例如：有機廢水、酸鹼性廢水等) 純水系統廢水(例如：樹脂塔再生廢液、鹼性再生廢液等)
洗滌塔廢水(例如：廢氣洗滌廢水) 一般生活廢水(顏，2006)

4 研究目的 評估以無氧/好氧生物程序(Anoxic-Oxic Process, AO Process)處理常見於光電和半導體製程廢水中的含氮有機溶劑(NMP、MEA)。 評估於A/O程序下，混合菌種對於單一污染物及混合污染物之去除效率。最後，並將驗證A/O系統運用於實場廢水處理中之效能。 除A/O處理效率外，A/O系統的最適化操作參數，包括水力停留時間、pH、溫度等，均將在實驗中測試

5 實驗流程圖 圖1.實驗流程圖

6 無氧/好氧程序連續流實驗 探討不同水力停留時間(8、10、12、24hrs)對含氮有機廢水的微生物降解作探討
好氧槽之溶氧控制值於3.2~3.5mg/L 之間 污泥齡SRT為30days 硝化液迴流比為0.2。

7 MEA及NMP生物降解實驗 探討不同廢水初始濃度，無氧/好氧程序對目標污染物降解情形，其水力停留時間為12hrs
好氧槽之溶氧控制值於3.2~3.5mg/L 之間 污泥齡SRT為30days 硝化液迴流比為0.2 。

8 A/O 生物反應槽槽體設計 圖2. 實驗槽體示意圖

9 槽體是採用透明壓克力材質，具有耐高溫及耐酸鹼之特性
槽體包含：實驗原水槽、生物厭氧槽、生物好氧槽及沉澱槽四個槽體，體積分別為100L、6L、18L、8L 在原水槽部分設置有進樣幫浦，可將實驗原水導入生物厭氧槽中，可調整進流量範圍為1mL/min至100mL/min。 生物厭氧槽槽體為圓柱體設計，槽體側邊預留監測電極插入孔，可隨時監測水質酸鹼值、導電度值及溫度，槽體內裝置污泥攪拌器可調整攪拌轉速使污泥均勻分散。 好氧槽為18L長方體設計，槽體內設有二個散氣盤可自由調整曝氣量，實驗中溶氧量控制於3.2左右。 沉澱槽為8L圓錐體設計，槽體內有污泥刮板裝置以防止污泥於槽體側邊淤積，並且設有污泥迴流裝置，可固定時間讓污泥迴流至生物厭氧槽。

10 氨氮分析 參考環檢所公告之氨氮檢測方法-靛酚比色法(NIEA W448.51B)。
此法係在含有氨氮及銨離子水樣中，加入次氯酸鹽(hypochlorite)及酚(phenol)反應，生成深藍色之靛酚(indophenol)，此溶液之顏色於亞硝醯鐵氰化鈉溶液(sodiumnitroprusside) 催化後，會更加強烈。 此時，可使用分光光度計於波長640nm處進行比色分析，即可求得水樣之氨氮濃度。

11 凱氏氮分析 參考環檢所水中凱氏氮檢測方法(NIEAW451.51A)。
在硫酸、硫酸鉀及以硫酸銅為催化劑的消化條件下，樣品中許多含氨基氮的有機物質會轉換為硫酸銨[(NH4)2SO4]。 樣品在消化過程中，先形成銅銨錯合物，而後被硫代硫酸鈉（Na2S2O3）分解。 分解產生的氨，在鹼性條件下會被蒸餾出，並吸收於硫酸溶液。 此時，再依前述水中氨氮檢測方法測定，所得的濃度即為凱氏氮(TKN)。

12 總磷分析 參考環檢所公告之水中總磷之線上UV/過氧焦硫酸消化與流動注入分析法-比色法(NIEA W442.51C)。
有機磷在線上經加熱、紫外線照射及過氧焦硫酸鉀之消化轉換成正磷酸鹽；同時無機多磷酸鹽（Polyphosphate）在硫酸之線上消化亦被轉換成正磷酸 鹽，此消化過程完成後始注入流動分析系統（Flow injection analysis, FIA）系統中，以正磷酸鹽之型態被測定。 正磷酸鹽與鉬酸銨（Ammonium molybdate）和酒石酸銻鉀（Antimony potassium tartrate）在酸性條件下反應成錯合物，接著此錯合物被維生素丙溶液（Ascorbic acid solution）還原為另一藍色高吸光度之產物，於 880 nm 波長量測其波峰吸光值並定量水樣中之磷化物含量。

13 總有機碳分析 是利用濕式氧化法有機碳分析儀，廠牌及型號為O-I-Analytical Aurora Model 1030，分析技術為加熱之過硫酸鹽氧化法。 原理係利用非擴散性紅外線(NondispersiveInfrared，NDIR)偵測器，直接偵測酸化及氧化過程中無機碳(IC)及有機碳(OC)所產生之CO2濃度；再以此反推TIC及TOC的濃度。 在TIC反應過程中，樣品預先加入磷酸(H3PO4)使樣品pH小於2，再以高純氮曝氣，使樣品中的磷酸鹽及過碳酸鹽分離出CO2。 隨著無機碳(IC)被偵測後，樣品再加入過硫酸鈉(Na2S2O8)，溫度上升至98℃，進行偵測TOC反應。

14 MEA及NMP分析 MEA及NMP水樣分析須先使用二氯甲烷進行萃取，再經真空濃縮後，進GC-FID 分析之。

15 結果

16 在不同的HRT下電導度及MLSS並無太大的差異，電導度值約介於2.2至2.5 mS/cm
MLSS於厭氧槽約3250mg/L ，在好氧槽約為2500 mg/L 酸鹼值介於7.2至7.5 除HRT=8hrs之數據外，其他條件之酸鹼值在無氧槽中因脫硝作用而皆有上升的情形。

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18 圖8及圖9顯示出在不同的水力停留時間(8、10、12、24HR)下氨氮濃度、凱氏氮濃度在生物系統中各槽體的變化，原水氨氮濃度約為介於18~21mg/L，進入厭氧槽中經由生物脫硝作用使得氨氮濃度值略為上升，到好氧槽再經好氧菌硝化作用降解水中氨氮濃度，而不同HRT之氨氮去除率分別為79％、85％、87％及90 ％ 。 在凱氏氮測定結果顯示，原水濃度約為122至135 mg/L之間，經過無氧/好氧生物系統處理後，廢水之凱氏氮值皆能下降至75mg/L以下，而凱氏氮去除率分別為65％、75％、71％及75％，與氨氮分析數據比較可得知，此光電廠製程廢水含有較高的有機氮濃度。