資源化多孔陶瓷擔體處理工業區綜合廢水之研究

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楊淑鉢(Shu-Po Yang) 查詢紙本館藏

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環境工程研究所在職專班

論文名稱

資源化多孔陶瓷擔體處理工業區綜合廢水之研究
(Evaluation of waste-derived porous ceramic as microbial carrier of biofilter to treat industrial wastewater)

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摘要(中)

工業廢水以傳統的生物處理法處理時，因廢水中含有難被生物所分解之合成有機物質，常常造成出流水之化學需氧量(COD)值偏高，致無法達到放流水標準。為能有效解決此問題，遂有許多研究利用固定式生物膜法的微生物菌種類多樣化的特性，及提供細胞較長的停留時間，開發新型廢水處理程序，藉以提昇生物處理之效果。其用來作為微生物附著生長之擔體，目前多為原物料所生產，如紅木、ABS、氯乙烯、聚丙烯…等材質製成，雖然能解決廢水處理的問題，但隨之衍生的是使用後擔體廢棄所造成之廢棄物清理與最終處置問題。
本研究乃應用無機性污泥資源化之多孔陶瓷，作為廢水固定生長式生物處理之擔體，因其具有高比表面積與再生使用之特性，進行工業區綜合廢水處理特性研究。建置填充陶瓷擔體之反應槽廢水實驗模型，形成陶瓷擔體表面附著生物膜之好氧性系統，引入台中工業區聯合污水處理廠之進流廢水，控制氫離子(pH)濃度在6.5-7.5，比較反應槽之多孔陶瓷擔體填充率10 %及30 %系統之處理效果，另變換不同水力停留時間(HRT 4, 6, 8, 12 hrs)以增加污染物負荷，進行實場之探討。
根據本研究實驗，可獲得下列結果：
1. 反應槽擔體之微生物培養，以工業區污水廠二沉池活性污泥植種培養較以廢水直接培養為快，故陶瓷擔體以活性污泥植種可在較短的時間使系統正常運作，並達到設定之去除效率。
2. 不同進流容積負荷條件下，反應槽擔體填充率30 %系統之污染物去除率高於10 %系統，當容積負荷增加時更益顯著，顯示陶瓷擔體含量高之系統具有活性較大及較高之微生物量。
3. 擔體填充率30 %系統在不同污染物容積負荷下，為能獲得良好之出流水質，控制COD容積負荷≦1.11 kg/m3-day、BOD容積負荷≦1.12 kg/m3-day、SS容積負荷≦0.43 kg/m3-day，其處理後之出流水可符合92年之放流水標準。
4. 本系統於負荷高時出現許多細菌及鞭毛蟲。在正常操作時之外觀呈現灰褐色，微生物菌相以輪蟲及鐘形蟲為主。
5. 本研究使用之資源化多孔陶瓷擔體，具有粗糙表面及開孔之特性，以實驗模型連續操作三個月後將擔體作顯微觀察，發現擔體表面及內部剖面皆有微生物附著生長，無發現一般不規則形狀擔體之阻塞問題。
6. 以台中工業區污水處理廠廢水進廠限值條件下，反應槽擔體填充率30 % 系統，控制 HRT 12 hrs，處理後之出流水大抵可符合放流水標準，較現行台中工業區聯合污水處理廠生物池之 HRT 15 hrs為短，顯示資源化多孔陶瓷擔體處理工業區綜合廢水確有其應用之潛力。

摘要(英)

This study investigated the feasibility of using waste-derived porous ceramic as microbial carrier to treat industrial wastewater. The waste-derived carrier (WDC) was prepared from sintering mixed inorganic wastes including waste ceramics, fiberglass, calcium fluoride sludge, waste molecular sieve, and processing aids. A lab-scale research was conducted using industrial wastewater from Taizhong Industrial Park with the packing ratio of WDC to the volume of the bioreactor varied from 10 to 30%. The removal of COD, BOD, and SS was monitored and related to the effects of packing ratio, influent loading, inflow concentrations, and hydraulic detention time (HRT). The development of the active microorganisms to the WDC was also observed.
It was found that at a 30% packing ratio and a 12-hour HRT, approximately 91% of the influent COD was removed, this rendering the effluent in compliance with the effluent standards, as compared to the traditional activated sludge process with 15 hour HRT. Moreover, no clogging of the carrier was observed during the tests. The results indicate that this biofiltration system using waste derived carrier has great potential as a considerably downsized system with better performance.

關鍵字(中)

★ 多孔陶瓷
★ 實場
★ 擔體
★ 固定式生物膜
★ 資源化

關鍵字(英)

★ porous ceramics
★ packing ratio
★ biofilter
★ waste-derived carrier

論文目次

目　錄
第一章緒論 1
1.1 研究源起 1
1.2 研究目的 2
第二章文獻回顧 3
2.1 廢水生物處理原理 3
2.1.1 懸浮生長式生物處理 7
2.1.2 附著生長式生物處理 8
2.1.3 懸浮生長式與附著生長式之特性比較 12
2.2 微生物菌相觀察 14
2.3 影響生物處理效率的因素 17
2.4 固定化擔體相關文獻 20
第三章研究方法與設備 25
3.1 研究方法 25
3.1.1 實場廢水來源與特性 25
3.1.2 實驗流程 27
3.1.3 操作參數 29
3.1.4 生物膜的培養 30
3.2 實驗設備 31
3.2.1 資源化多孔陶瓷材料 31
3.2.2 實驗模型設備 33
3.2.3 使用之多孔陶瓷擔體 34
3.2.4 分析儀器與方法 36
第四章結果與討論 37
4.1 本研究之工業區實場進流廢水濃度變化 37
4.2 多孔陶瓷擔體微生物培養 40
4.3 不同填充率對污染物去除之關係 41
4.3.1 不同填充率對COD去除之關係 41
4.3.2 不同填充率對BOD去除之關係 44
4.3.3 不同填充率對SS去除之關係 46
4.3.4 小結 48
4.4 污染物容積負荷對污染物去除之關係 49
4.4.1 COD容積負荷對COD去除之關係 49
4.4.2 BOD容積負荷對BOD去除之關係 51
4.4.3 SS容積負荷對SS去除之關係 53
4.4.4 小結 54
4.5 進流濃度變化對污染物去除之關係 55
4.5.1 進流COD濃度變化對COD去除之關係 55
4.5.2 進流BOD濃度變化對BOD去除之關係 57
4.5.3 進流SS濃度變化對SS去除之關係 59
4.5.4 小結 60
4.6 陶瓷擔體顯微觀察 61
4.7 微生物菌相觀察 65
第五章結論與建議 71
5.1 結論 71
5.1 建議 72
參考文獻 73
圖目錄
圖 2-1 微生物的好氧代謝與厭氧代謝模式圖 4
圖 2-2 標準活性污泥法處理流程圖 7
圖 2-3 生物膜附著於載體過程圖 10
圖 2-4 生物膜代謝模式圖 12
圖 2-5 活性污泥法與生物膜法之生物相構造比較 14
圖 3-1 台中工業區行業別分佈圖 26
圖 3-2 實驗流程圖 28
圖 3-3 實驗模型設備流程圖 33
圖 3-4 生物反應槽照片 33
圖 3-5 多孔陶瓷擔體模擬之反應器照片 35
圖 3-6 反應槽填充多孔陶瓷擔體示意照片 35
圖 4-1 台中工業區第三期廢水抽水井水質變化 39
圖 4-2 台中工業區第三期廢水抽水井進流濃度概率圖 39
圖 4-3 多孔陶瓷擔體生物膜附著之照片 41
圖 4-4 不同填充率對於COD去除率之關係 43
圖 4-5 不同填充率對於COD出流水之關係 43
圖 4-6 不同填充率對於BOD去除率之關係 45
圖 4-7 不同填充率對於BOD出流水之關係 45
圖 4-8 不同填充率對於SS去除率之關係 47
圖 4-9 不同填充率對於SS出流水之關係 48
圖 4-10 COD容積負荷對於COD去除率之關係 50
圖 4-11 COD容積負荷對於COD出流水之關係 51
圖 4-12 BOD容積負荷對於BOD去除率之關係 52
圖 4-13 BOD容積負荷對於BOD出流水之關係 52
圖 4-14 SS容積負荷對於SS去除率之關係 53
圖 4-15 SS容積負荷對於SS出流水之關係 54
圖 4-16 COD濃度變化對於COD去除率之關係 56
圖 4-17 COD濃度變化對於COD出流水之關係 57
圖 4-18 BOD濃度變化對於BOD去除率之關係 58
圖 4-19 BOD濃度變化對於BOD出流水之關係 58
圖 4-20 SS濃度變化對於SS去除率之關係 59
圖 4-21 SS濃度變化對於SS出流水之關係 60
圖 4-22 多孔陶瓷擔體外觀照片 61
圖 4-23 陶瓷擔體顯微觀察照片 62
圖 4-24 附著生物膜之陶瓷擔體照片 63
圖 4-25 附著生物膜之陶瓷擔體顯微觀察照片 64
圖 4-26 不同陶瓷擔體填充率之微生物菌相照片 67
圖 4-27 細菌及原生動物照片 68
圖 4-28 原生動物及後生動物照片 69
表目錄
表 2-1 廢水生物處理程序 6
表 2-2 標準活性污泥法的問題及研究項目 8
表 2-3 固定性生物膜構造 10
表 2-4 懸浮生長式與附著生長式之處理特性比較 13
表 2-5 生物膜法處理負荷與微生物相關聯表 15
表 2-6 常使用之接觸濾材類型 20
表 3-1 台中工業區各行業設廠家數統計表 26
表 3-2 廢水處理實驗計畫 29
表 3-3 多孔陶瓷組成 31
表 3-4 資源化多孔陶瓷特性 32
表 3-5 實驗模型裝置項目與功能表 34
表 3-6 本實驗之水質分析項目及檢測方法 36
表 3-7 本實驗之水質檢測採樣保存方法 36
表 4-1 台中工業區第三期廢水抽水井採樣分析 38
表 4-2 進流廢水水質平均表 37
表 4-3 不同填充率對COD處理之效果 42
表 4-4 不同填充率對BOD處理之效果 44
表 4-5 不同填充率對SS處理之效果 47
表 4-6 污染物負荷對處理之效果之特性 50
表 4-7 進流污染物濃度對處理之效果之特性 56
表 4-8 不同負荷下生物反應槽之生物相與處理狀況 70

參考文獻

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指導教授

王鯤生(Kuen-Sheng Wang)

審核日期

2005-7-21

推文