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研究生:劉復淳
論文名稱:以固定氮細菌之方式促進硝化及脫硝功能之研究
指導教授:曾四恭曾四恭引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:環境工程學研究所
學門:工程學門
學類:環境工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
中文關鍵詞:硝化脫硝固定氮細菌包埋
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摘 要
本研究目的為將硝化污泥及脫硝污泥分別經過固定化處理,以促進其在有機物及溶氧環境中硝化及脫硝功能之提升。並以連續流實驗探討評估經固定之硝化污泥或脫硝污泥之硝化及脫硝功能。
硝化部分
懸浮硝化污泥生長緩慢,遠不及異營菌,故在有機負荷的環境
下,硝化污泥濃度會被稀釋,造成硝化效率降低。雖然固定之硝化污泥在有機物環境下,受到固定劑質傳之限制,硝化效率比懸浮硝化污泥為低,但硝化菌受到固定劑的保護而不流失,仍可進行硝化作用。
固定之硝化污泥在不含有機物環境中,於體積填充率5%及氨氮負荷為0.1 g/l/day以下,其硝化效率可達80%以上;於有機物環境下,固定硝化污泥之硝化效率會受有機負荷的影響,有機負荷越高,硝化效率越低,而且在低氨氮負荷的環境下,有機負荷對硝化效率的影響較大。在相同之氨氮負荷下,硝化效率隨有機負荷的增加而減少,但氨氮降解率及COD去除率反而隨有機負荷增加而增加,因而使出流水之NOx-N、COD、氨氮及總氮均比不含有機物之反應槽出流水濃度為低。
脫硝部分
固定化技術使得溶氧不是好氧環境下進行脫硝作用的主要限制因子,在溶氧高達4~5 mg/l之環境下固定之脫硝污泥仍可進行脫硝作用。
在連續實驗中可以發現,固定之脫硝污泥於溶氧在1.5~2.5 mg/l、NO3--N負荷1.56 g/l/day以下及足夠碳源量環境下,脫硝效率可高達98%以上。脫硝效率隨DO濃度之增加而減少,氨氮及COD去除率隨DO濃度之增加而增加。DO對脫硝效率之影響程度與COD/N比值有關,COD/N比值高者,DO對脫硝效率之影響較小,且氨氮及COD降解效率比DO濃度低者為高。
由此可知,固定化技術可以使硝化污泥在有機物環境中仍維持一定的硝化效率,增加脫硝污泥對溶氧的忍受程度,可做為未來評估同槽硝化脫硝的基本數據。
目 錄
摘要……………………………………………….………………….....I
目錄……………………………………………………...….….V
表目錄…………………………………………………………IX
圖目錄………………………………………………………….X
第1章 前言………………………………………………1-1
1-1 研究緣起…………………………………………………….1-1
1-2 研究內容………………………….…………………………1-3
第2章 文獻回顧…………………………………………2-1
2-1 氮及其化合物對環境的影響………………………………..2-1
2-2 硝化反應……………………………………………………..2-3
2-2-1 硝化原理………………………………………………...2-5
2-2-2 硝化作用影響之因子……………………………...……2-6
2-3 脫硝反應……………………………………………………..2-8
2-3-1硝酸鹽的還原反應……………………………………...2-8
2-3-2脫硝作用…………………………………………………2-9
2-3-3 脫硝原理……………………………………………….2-11
2-4 脫硝作用之影響因子.………………………..……...…….2-12
2-4-1 溶氧……………..……………………………….…….2-12
2-4-2 氧化還原電位…………………………………..……..2-13
2-4-3 酸鹼度(pH)及溫度…………………………………..2-16
2-4-4 電子供給者…………………………………………..2-17
2-4-5 硝酸鹽及中間產物…………………………………..2-17
2-5 微生物固定化技術及應用…………………………………2-18
2-6 同時硝化脫硝反應槽……………………………………....2-24
第3章 材料及方法
3-1 研究內容………………………………………………….....3-1
3-2 菌種來源、廢水組成及污泥馴養……………………………3-3
3-2-1 菌種來源……………………………………………….3-3
3-2-2 廢水組成……………………………………………….3-3
3-2-3 污泥之馴化…………………………………………….3-4
3-3 污泥固定化及活化……………………………………….3-4
3-3-1 污泥固定化…………………………………………….3-4
3-3-2 固定化污泥活化……………………………………….3-5
3-4 硝化實驗………………………………………………...….3-7
3-4-1 好氧環境中懸浮硝化污泥在不同有機物濃度下之硝化功能比較(批次實驗) ………………………….....….3-7
3-4-2 懸浮硝化污泥先在不同有機物濃度馴養後之硝化功能
比較(批次實驗) ………………..………..………....3-7
3-4-3 固定硝化菌在不同有機物濃度下之硝化功能比較(批次
實驗) ……………………...………………………..3-8
3-4-4 固定硝化污泥在不同有機物濃度以批次馴養後之硝化功能比較(批次實驗)……………………………….3-8
3-4-5 固定之硝化污泥硝化功能回復評估(批次實驗)…..…3-9
3-4-6 固定之硝化污泥在不同有機負荷中之硝化功能實驗(連續實驗) ………………..………………………….3-9
3-5 脫硝實驗……………………………….…………………….3-9
3-5-1 懸浮脫硝污泥在不同溶氧之脫硝功能比較(批次實驗)
…...…………………………………………………….3-9
3-5-2 固定之脫硝污泥在不同溶氧之脫硝功能比較(批次實驗)
…...……………………………………….………….3-10
3-5-3 固定之脫硝污泥在不同溶氧之脫硝效率實驗(連續實驗)
…...……………………………………………….….3-10
3-6 實驗設備及分析方法………………………………………3-11
3-6-1 實驗設備……………………………………………..3-11
3-6-2 分析方法……………………………………………..3-12
第4章 結果與討論………………………………………………..4-1
4-1自營硝化污泥之硝化實驗……………………………..…..4-1
4-1-1 懸浮硝化污泥之批次硝化實驗……………………....4-1
4-1-2 固定之硝化污泥之批次硝化實驗…………………....4-8
4-1-3 綜合討論……………………………………………..4-15
4-1-4固定化硝化污泥在連續流反應槽在不同操作條件之硝化功能評估……………………………………………...4-16
4-1-5連續流操作實驗結果討論……………………………..4-23
4-2無氧脫硝污泥之脫硝實驗…………………………………..4-35
4-2-1懸浮脫硝污泥在不同溶氧之脫硝功能比較(批次實驗)
…………………………………………………….…..4-35
4-2-2固定之脫硝污泥在不同溶氧之脫硝功能比較(批次實驗)
…………………………………………………….…...4-38
4-2-3固定之脫硝污泥在不同溶氧之連續流反應槽之脫硝效率
實驗……………………………………………………4-43
第5章 結論與建議……………………………….…………5-1
5-1結論……………………………………………………………5-1
5-2 建議……………………………………………………………5-4
參考文獻……………………………………………………….a
附圖………………………………………………….……………….附1
表 目 錄
表2-1硝化菌的種類及其特性……………………………………….2-4
表2-2 可進行脫硝作用及異化硝酸鹽還原作用之細菌……..……2-10
表2-3 在以硝酸鹽為氮源下之理論氧化還原平衡式……………..2-12
表2-4 氧化還原電位與去除碳、氮及磷化合物反應之間的關係.
………………………………………….....………...……….2-15
表2-5各種固定酵素之固定化技術比較………………………..….2-22
表3-1 硝化污泥增殖培養基組成…………………………………....3-3
表3-2 脫硝污泥增殖培養基組成…………………………………....3-3
表3-3 脫硝污泥增殖培養基組成…………………………………....3-4
表4-1 不同操作條件之有機負荷及氨氮負荷…………..…………4-17
表4-2 不含有機負荷、不同水力停留時間及氨氮濃度下,不同氨氮
負荷之硝化效率…………………………….....……………4-25
表4-3 各相同氨氮負荷隨有機負荷變化之出流水質、COD去除率、氨
氮去除率及硝化效率………………………………….…….4-32
表4-4 有機負荷相同下,不同氨氮負荷之硝化效率……..………4-34
表4-5在連續流脫硝反應槽(固定脫硝污泥)操作達穩定後之出流水質表……………………………………………………………..4-44
圖 目 錄
圖2-1 Reversed electron flow…………………………………….2-4
圖2-2 硝化與脫硝的pH與氧化還原電位關係圖…………………2-16
圖2-3 固定化技術示意圖………………………………………..…2-18
圖3-1 硝化實驗流程圖………………………………………………3-1
圖3-2 脫硝實驗流程圖…………………………………………...….3-2
圖3-3 PVA-核藻膠共聚包埋法流程圖……………………………....3-6
圖3-4 硝化實驗反應槽設計圖…………………………..…………..3-8
圖3-5 脫硝實驗反應槽設計圖………………………………..…...3-11
圖4-1 懸浮硝化污泥在批次操作下,在不同有機物濃度之時間水質
變化曲線……………………………………………………4-3
圖4-2 懸浮硝化污泥在重複7次不同有機物濃度馴養,每次批次時
間12小時之水質變化曲線……………………….………..4-6
圖4-3 懸浮硝化污泥在重複7次批次不同有機物濃度馴養後之污泥,
所進行批次反應之時間水質變化曲線……………………4-7
圖4-4 固定硝化污泥在批次操作條件下,不同有機物濃度之時間水質變化曲線………………………………………………..4-11
圖4-5 固定硝化污泥在重複8次不同有機物濃度馴養,每次批次時間12小時之水質變化曲線……………………………….4-12
圖4-6 固定硝化污泥在重複8次批次不同有機物濃度馴養後之污泥,所進行批次反應之時間水質變化曲線………….…....4-13
圖4-7 固定之消化污泥在經過有機物馴養一段時間後,在改以不含
有機物培養液馴養,每次批次培養24小時之水質變化曲線…………………………………………………………..4-14
圖4-8 不含有機物負荷下,氨氮濃度60 mg/l及120 mg/l在不同水
力停留時間之硝化效率………………………………..…4-24
圖4-9 不含有機物負荷下,氨氮濃度60 mg/l及120 mg/l在不同水
力停留時間之氨氮去除率……………………………..…4-24
圖4-10 不含有機負荷下,不同氨氮負荷之硝化效率變化曲線
…………………………………………………………..…4-26
圖4-11 氨氮濃度為60 mg/l,不同氨氮負荷下,不同有機負荷之硝化效率、氨氮降解率及COD去除率……………………4-28
圖4-12 氨氮濃度120 mg/l,不同氨氮負荷下,不同有機負荷之硝化效率、氨氮降解率及COD去除率………………………..4-29
圖4-13 氨氮濃度60 mg/l,不同氨氮負荷下,不同有機負荷之總氮(T-N)、NH4+-N、NOx-N及COD濃度.…………...………..4-30
圖4-14 氨氮濃度120 mg/l,不同氨氮負荷下,不同有機負荷之總氮(T-N)、NH4+-N、NOx-N及COD濃度…………………..…4-31
圖4-15 懸浮脫硝污泥在批次操作下,在不同DO濃度之時間水質變化曲線…………………………………………………..…4-37
圖4-16 固定脫硝污泥在批次操作下,DO = 0 mg/l之時間水質變化曲線………………………………………………………..4-39
圖4-17 固定脫硝污泥在批次操作下,DO = 0.5 ~ 1.5 mg/l之時間水
質變化曲線………………………………………………..4-40
圖4-18 固定脫硝污泥在批次操作下,DO = 2 ~ 3 mg/l之時間水質變化曲線……………………………………………………..4-41
圖4-19 固定脫硝污泥在批次操作下,DO = 4 ~ 5 mg/l之時間水質變化曲線…………………………………………………..…4-42
圖4-20 COD/N比值5.2,硝酸鹽負荷為3.12 g/l/day及1.56 g/l/day在不同DO濃度之脫硝效率、氨氮降解率及COD去除率之相關曲線………………………………………………..…4-49
圖4-21硝酸鹽負荷為3.12 g/l/day,COD/N比值分別為5.2及3.08在不同DO濃度之脫硝效率、氨氮降解率及COD去除率之相關曲線………………………………………………..…4-50
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