臺灣博碩士論文加值系統

本實驗是藉由在PACT系統前增設固定生物膜反應器(FFR)及流動生物膜反應器(MBBR)等方式，來從事現場操作之驗證，以評估其對於特殊難處理之石化工業廢水是否具有提昇生物處理效率之可行性。並透過將實驗室篩選過之生物製劑定量添加於固定式生物膜反應槽，監測其生物活度及水質改善情況，來探討生物製劑對提昇PACT系統廢水之處理成效，作為日後污水處理廠增加廢水處理量、降低操作成本之參考。
由大社石化工業區污水處理廠的原廢水水質分析結果得知，BOD會隨時間及稀釋倍數之增加而增加，顯示水中含有較難分解之有機物質，並且可能含有毒性抑制的現象。經過攝氧率分析實驗後發現，在累計時間20小時前、稀釋倍數5倍以下時，比攝氧率會隨時間之增加而增加，而且廢水中微生物似有受到抑制的現象。而稀釋倍數在8倍以上時，微生物的攝氧量並不受到影響。
根據FFR操作實驗結果，BOD5進流濃度在20 ∼45 mg/L間，放流濃度在11∼38 mg/L間。當HRT＝12 HR時有較高的去除率，平均SS去除率為40.8 ± 18.5％(n＝14)，VSS平均去除率為40.5 ± 18.5％(n＝14)，SCOD平均去除率為28.14 ± 8.46 ％(n＝14)，BOD5的平均去除率為43.5 ± 12.7％(n＝14)。MBBR在HRT＝35.2 HR時，其平均SS去除率為45.1 ± 21.8％(n＝12)，VSS平均去除率為44.5 ± 26.6％(n＝12)，SCOD平均去除率為44.7 ± 20.9 ％(n＝12)，BOD5的平均去除率為53.9 ± 32.1％(n＝12)。在HRT＝12 HR時FFR每日添加5 ppm生物製劑B後，SS 去除率提升至59.7 ± 8.6％(n＝5)，VSS平均去除率為63.8 ± 7.8％(n＝5)，SCOD平均去除率為57.6 ± 14.3 ％(n＝5)，BOD5平均去除率為66.9 ± 17.4％(n＝5)。
每日定量添加5 ppm生物製劑B後，發現放流水平均VSS/SS為0.58 ± 0.09(n＝5)，小於進流水的平均VSS/SS值 0.65 ± 0.08(n＝5)。顯見添加生物製劑可以有效提升FFR其VSS的去除效果。SCOD與TCOD去除比例相近，應是加入生物製劑後提升了SCOD的去除率。BOD5/SCOD的比值更能進一步降低（由進流的0.16降至出流的0.12）。而添加生物製劑A後，BOD5/SCOD的比值由進流的0.23降至出流的0.13，代表著生物製劑能將系統中生物可分解的比例進一步的提昇。
本實驗研究結果發現，FFR具有傳統生物處理法之廢水處理能力與效率，並可作為初沈池後之前處理，降低後續生物處理之負荷。在配合添加生物製劑後，能更進一步降解生物難分解之石化廢水，提昇排放水水質至放流水標準以內。由於其成本低、操作簡易、佔地面積小，且可搭配其他單元使用，以降低後續生物處理程序之負荷。在HRT＝12 HR下，其TCOD去除率為31.5 ± 11.1％(n＝14)，若配合添加生物製劑使用，其TCOD去除率可提昇至57.1 ± 16.7％(n＝5)。

In this study, pilot-scale Fixed Film Reactor (FFR) and Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR) were installed in the field to test if these pretreatments could effectively help promote the biodegradation of a petrochemical industry wastewater in a Powdered Activated Carbon Treatment (PACT) process. Biological agents were first screened in the laboratory using respirometer to determine the type and dosage to be added in the FFR. Through biological activity and pollutant removal efficiency, performance of the biological agents in the FFR was evaluated, and this evaluation will be used in the future to promote the treatment performance, increase the treatment capacity, or reduce the operation cost.
Analysis of the raw wastewater from the Ta-She Industrial Wastewater Treatment Plant showed a sliding BOD effect, i.e., the BOD value increased with the dilution ratio. This indicated that there might have refractory compounds in wastewater or that biological degradation was somehow inhibited. Respirometry analysis showed that in the first 20 hours of experiment with dilution ratio less than 5, Specific Oxygen Uptake Rate (SOUR) increased with time with a slight inhibition of the biological degradation was observed. When the dilution ratio was increased to more than 8, this inhibitory effect was not visible.
In the continuous operation of the FFR in the field, data indicated that the influent and effluent BOD5 were between 20-45 mg/L and 11-38 mg/L, respectively. The FFR had a better performance when operated under a Hydraulic Retention Time (HRT) of 12 hours than under 22 hours. Removal efficiencies of SS, VSS, SCOD, and BOD5 were 40.8±18.5% (n =14), 40.5±18.5% (n =14), 28.14±8.46 (n =14), and 43.5±12.7% (n =14), respectively. When the MBBR was operated under a total HRT of 35.2 hours, results showed the averaged removal efficiencies of SS, VSS, SCOD, and BOD5 were 45.1± 21.8% (n =12), 44.5± 26.6% (n =12), 44.7±20.9 (n =12), and 53.9±32.1% (n =12), respectively. When the FFR was operated under a HRT of 12 hours with an addition of 5 ppm bioagent B, results showed a significant improvement in the performance, with the averaged removal efficiencies of SS, VSS, SCOD, and BOD5 were increased to 59.7±8.6% (n =5), 63.8±7.8% (n =5), 57.6±14.3 (n =5), and 66.9±17.4% (n =5), respectively.
After daily addition of 5 ppm bioagent B in the FFR, the VSS/SS (0.58 ±0.09, n =5) was found to be less than effluent VSS/SS (0.65 ±0.08, n=5). This indicated that the addition of the bioagent could improve degradation of the VSS in the FFR. The ratio of SCOD/TCOD remained almost identical between the influent and the effluent indicated
SCOD/TCOD remained almost identical between the influent and the effluent indicated that degradation of soluble COD was improved by the addition of bioagent. Similar trends were observed in the BOD5/SCOD. When bioagent B was added, this ratio from the influent to the effluent was decreased from 0.16 to 0.12, and when bioagent A was added, this ratio was significantly decreased from 0.23 to 0.13.
It was found from this study that, FFR had the traditional biological treatment capability and rational removal efficiency, and could be applied after the primary sedimentation tank to reduce the organic loading to the PACT process. When bioagent was added, further degradation of refractory compounds could be expected. Due to its low initial cost, easy operation, and small land requirement, FFR can be applied in combination with other processes to reduce the organic loading to subsequent treatment processes. When operated under a HRT of 12 hours, the averaged TCOD removal efficiency was 31.5 ± 11.1% (n =14). When the bioagent was added, the TCOD removal efficiency could be increased to 57.1 ± 16.7% (n =5).

目 錄
頁次
中文摘要
I
英文摘要
I V
誌謝
V I
目錄
V I I
表目錄
XI
圖目錄
XII I
第一章 前言
1
1.1 研究緣起
1
1.2 研究目的
3
第二章 文獻回顧
4
2.1 石化工業廢水
4
2.1.1石化廢水產生來源
5
2.1.2 石化廢水的特性
6
2.1.3 常見石化廢水處理方式
8
2.2 PACT處理技術
10
2.2.1 PACT系統之原理及特性
11
2.2.2大社污水處理廠現況說明
12
2.3接觸曝氣法
16
2.3.1接觸曝氣法之型式
17
2.3.2接觸曝氣法之特性
18
2.3.3生物膜之附著性及水理特性
19
2.3.4 接觸材料之種類
20
2.4 固定生物膜反應器
22
2.4.1固定式生物膜濾床操作原理及機制
24
2.4.2 固定式生物膜的特徵
26
2.4.3 生物膜內的硝化及脫硝反應
26
2.5廢水生物處理功能診斷技術
29
2.6 生物製劑
33
2.6.1生物製劑的分類
34
2.6.2 影響生物製劑使用效果的因素
36
2.6.3 微生物添加技術及經濟效益
37
第三章 實驗設備與方法
39
3.1 實驗方法
39
3.2 實驗設備
39
3.3 實驗項目
42
3.4 分析儀器
46
3.5 分析方法
49
第四章 結果與討論
56
4.1大社污水處理廠水質現況分析
56
4.1.1大社污水處理廠運轉之水質水量背景調查
57
4.1.2進流水分析結果
60
4.1.3生物質量推估
62
4.1.4氨氮轉換之推估
62
4.1.5攝氧率
63
4.2實驗室生物製劑篩選結果
64
4.2.1 定性試驗
64
4.2.2 定量試驗
65
4.3固定式生物膜反應槽分析結果
68
4.3.1生物質量推估
68
4.3.2 固定式生物膜之懸浮固體物
69
4.3.3 TCOD、SCOD、BOD5
75
4.3.4含氮化合物的分解
80
4.4流動式生物膜反應器實驗結果
83
4.5 SEM觀察固定式生物濾床生物膜
86
第五章 結論與建議
89
5.1 結論
89
5.2 建議
92
參考文獻
94
附錄
99
作者簡介
表目錄
頁次
表2-1 活性碳等溫吸附實驗
14
表2-2 繩狀濾材之基本物性
21
表2-3 懸浮式生長與固定式生長之特性比較
23
表2-4 接觸曝氣法生物相（繩狀接觸材料）
33
表3-1各觀察項目所需之倍數
45
表4-1大社污水處理廠基本設計條件
56
表4-2大社污水處理廠系統設計值
57
表4-3大社污水處理廠各單元尺寸及操作參數
57
表4-4 進流水BOD分析表
60
表4-5大社污水廠水質採樣分析結果
61
表4-6不同稀釋倍數對活性污泥攝氧率的影響
63
表4-7 生物製劑 B 定量添加試驗前後SCOD去除率
67
表4-8 生物製劑 A 定量添加試驗前後SCOD去除率
67
表4-9固定式生物膜反應槽SS及VSS統計參數表
74
表4-10固定膜生物反應槽COD/BOD統計參數
80
表4-11 MBBR各項水質去除率
84
表4-12 FFR與MBBR平均去除率比較
92
表4-13 FFR與MBBR平均放流水水質
92
附表1細菌SEM觀察前處理
99
附表2臨界乾燥機之操作程序
100
附表3呼吸儀量測前、後分析數據
101
附表4現場量測數據
102
附表5固定膜反應槽（FFR）SS及VSS分析數據
103
附表6固定膜反應槽(FFR)分析數據
104
附表7流動式接觸濾床（MBBR）水質操作分析數據
106
圖目錄
頁次
圖2-1典型PACT系統流程
11
圖2-2 Freundlich 方程式
14
圖2-3 Freundlich 方程式對數座標上之線性圖
14
圖2-4 繩狀濾材的形狀
21
圖2-5 生物膜之代謝模式
25
圖2-6 生物膜周邊之濃度曲線圖
25
圖2-7 氣泡式呼吸儀系統主要單元
31
圖2-8 生物製劑之製造方法
34
圖3-1 固定生物膜處理系統配置圖
41
圖3-2 MBBR之處理流程
42
圖3-3 實驗室用氣泡呼吸儀
47
圖3-4 掃描式電顯微鏡（SEM）
49
圖3-5 血球計數器
55
圖4-1 大社污水處理廠處理流程圖
58
圖4-2 92年5月份大社污水處理廠COD濃度變化圖
59
圖4-3 92年5月份大社污水處理廠SS濃度變化圖
59
圖4-4 不同稀釋倍數活性污泥攝氧率變化圖
64
圖4-5 五種生物製劑活性測試
65
圖4-6 製劑 B 低濃度定量添加活性試驗
66
圖4-7 製劑 B 高濃度定量添加活性試驗
66
圖4-8 製劑 A 定量添加活性試驗
67
圖4-9 生物質量推估圖
69
圖4-10 FFR之SS的濃度變化圖
71
圖4-11 FFR之VSS的濃度變化圖
71
圖4-12 FFR之SS及VSS去除率圖
72
圖4-13 TCOD的濃度變化圖
75
圖4-14不同水力停留時間下SCOD的濃度變化曲線
76
圖4-15 TCOD及SCOD之去除率變化圖
77
圖4-16 FFR之BOD5的濃度變化圖
78
圖4-17 FFR之BOD5之去除率變化圖
78
圖4-18 FFR之TKN的濃度變化圖
81
圖4-19 FFR之NH3-N的濃度變化圖
82
圖4-20 FFR的NH3-N去除率變化圖
82
圖4-21 MBBR的TCOD濃度變化圖
84
圖4-22 MBBR的SCOD濃度變化圖
85
圖4-23 MBBR的BOD5濃度變化圖
85
圖4-24 SEM所拍攝到之桿菌（3000倍）
87
圖4-25 SEM所拍攝到之桿菌（4000倍）
87
圖4-26 SEM所拍攝FFR細胞外部型態（3500倍）
87
圖4-27 SEM所拍攝FFR細胞外部型態（3000倍）
87
圖4-28 SEM所拍攝FFR細胞緊密型態（1200倍）
87
圖4-29 SEM所拍攝FFR細胞外部型態（3000倍）
87
圖4-30 SEM所拍攝游動纖毛蟲（1800倍）
87
圖4-31 SEM所拍攝細胞外部緊密型態及依約可見之球菌（3500倍） 87
圖4-32 SEM所拍攝FFR生物膜細胞外觀型態（3000倍）
88
圖4-33 SEM所拍攝FFR生物膜細胞外觀型態（1500倍）
88
圖4-34 SEM所拍攝FFR生物膜細胞外觀型態（1500倍）
88
圖4-35 SEM所拍攝FFR生物膜細胞外觀型態（1500倍）
88
圖4-36 SEM所拍攝原生動物（2000倍）
88
圖4-37 SEM所拍攝原生動物（600倍）
88
圖4-38 SEM所拍攝杯狀微生物（1200倍）
88
圖4-39 SEM所拍攝杯狀微生物（1200倍）
88
附圖1 固定式生物膜現場實驗槽
107
附圖2 現場使用之簡易生物製劑活化裝置
107
附圖3 生物製劑B包裝外觀
108
附圖4 生物製劑A包裝外觀
108
附圖5 MBBR裝置之現場配置
109
附圖6 MBBR之流動濾床操作情形
109
附圖7 MBBR之曝氣池操作情形
110
附圖8 MBBR之沈澱池操作情形
110

參考文獻
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