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研究生:林修德
研究生(外文):Hsiu-Te Lin
論文名稱:推估自然循環水處理方式之設計參數研究
論文名稱(外文):Study on the design parameters of natural recycle treatment system
指導教授:邱金火邱金火引用關係陳獻陳獻引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:土木工程研究所
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:124
中文關鍵詞:污水處理設計參數再生水
外文關鍵詞:Reclaimed WaterSewage Treatment.Design Parameter
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I
本研究採用「自然循環水處理方式」作為生活污水淨化方法,於農業工程研究中心
為實驗地點,並分析出流水之水質、水量及設備操作維護費用。再生水實驗槽設計佔地
約8 m2,容積為4.70 m3,設計處理水量為10 m3/day,設計水力停留時間為10.2 hr。本
處理設備經三年測試共119 筆數據,其水質處理效果良好;處理後水質SS 平均可降至
10 mg/L 以下,BOD 平均可降到5 mg/ L 以下,NH4
+-N 平均可降至1 mg/L 以下,可作
進一步探討水處理系統各槽之功能,降解實驗結果顯示,第一槽之主要功能為去除
水中懸浮固體物與水中既有之硝態氮(NOx),第二槽之主要功能為去除水中有機物質,
第三槽之功能為吸附色度與臭味物質。本系統主要進行生物反應之槽體為第二槽;根據
本研究實驗結果顯示去除NH4
+-N 及BOD 之設計參數組分別為(0.6079, 0.9027)、(0.5122,
實驗槽連續操作四個月後須進行一次反沖洗,本研究以反沖洗之最終污泥濃度判斷
反沖洗效果。水沖洗其最終洗出污泥濃度為4 種方式中最高,效果最差;最終洗出污泥
濃度最低者為綜合批次沖洗,使用沖洗水量亦為4 種方式中最低者,故反沖洗建議以氣
洗5 分鐘、氣水同步沖洗5 分鐘與水沖洗5 分鐘之綜合批次方式進行反冲洗。
The study used the facilities of “Natural Recycle Treatment System” to do reclaimed
water from sewage. The experiment place locates in the Agricultural Engineering Research
Center (AERC). The water quality, water quantity, and operating cost were analyzed from the
facilities. The tank for “Natural Recycle Treatment System” occupies the land area of 8 m2,
and has the volume of 4.70 m3, and the capacity treatment quantity of 10 m3 per day, and the
design hydraulic retention time (HRT) of 10.2 hr. This system had been operated for 3 years
to treat 119 data, and the water quality after treatment was good. The SS average can be
reduced below 10 mg/L, the BOD below 5 mg/L, the NH4
+-N below 1 mg/L. The system can
solve the environment problem of sewage pollution.
The functions for each subtank of this treatment system were studied further. In decay
test showed that the main function in the first subtank is to remove the SS, NOx from the
sewage; the main function in the second subtank is to remove the organic matter from the
sewage; the main function of the third subtank is to adsorb apparent color and odour. The
primary biotechnology reaction in this system is in the second subtank. The results showed
that the removed design parameter groups for the NH4
+-N and BOD are (0.6079, 0.9027) and
(0.5122, 1.1697) respectively.
The system needed to be backwashed after completed processing for four months in
succession. In this research, the final sludge concentration was used to infer the effect of the
backwash. Water-backwash had the highest final sludge concentration among the 4 studied
types, and this was the worst type. The lowest of the final sludge concentration was in the
synthetic batch backwash type which used the least water among the 4 types. The study
suggested that the synthetic batch backwash type of 5 minutes air-backwash, 5 minutes
air-water-backwash, and 5 minutes water-backwash in turn could be used as the backwash for
the system.
摘要....................................................................................................................................... I
Abstract ...................................................................................................................................II
誌謝.................................................................................................................................... III
目錄.................................................................................................................................... IV
表目錄.....................................................................................................................................VI
圖目錄................................................................................................................................. VIII
第一章前言..............................................................................................................................1
1.1 研究動機......................................................................................................................1
1.2 研究目的......................................................................................................................2
1.3 研究方法......................................................................................................................2
1.4 研究流程......................................................................................................................4
第二章文獻回顧......................................................................................................................5
2.1 常見廢污水種類及特性..............................................................................................5
2.2 廢污水再生處理技術..................................................................................................7
2.3 國內外各種水質標準比較.......................................................................................12
2.4 國外再生水使用案例...............................................................................................14
第三章基本理論....................................................................................................................25
3.1 廢污水再生................................................................................................................25
3.2 水質淨化機制與原理................................................................................................26
3.3 污染物降解相關模式................................................................................................26
3.4 反沖洗操作...............................................................................................................28
第四章現地實驗....................................................................................................................31
4.1 場址概述...................................................................................................................31
4.2 水質污染特性說明...................................................................................................33
4.3 再生水處理系統模型................................................................................................32
4.4 實驗設計...................................................................................................................37
第五章結果與討論................................................................................................................55
5.1 各項水質實驗結果...................................................................................................55
5.2 自然循環方式水處理系統去除模式推估...............................................................62
5.3 污泥產量分析...........................................................................................................66
5.4 再生水再利用分析...................................................................................................70
第六章結論與建議................................................................................................................85
6.1 結論............................................................................................................................85
6.2 建議...........................................................................................................................86
參考文獻.................................................................................................................................88
附錄一各國再生水水質標準................................................................................................94
附錄二農工中心初期調查報告............................................................................................99
附錄三再生水槽規格..........................................................................................................101
附錄四實驗數據紀錄..........................................................................................................103
表目錄
表2-1 各類廢污水所含污染物質一覽..................................................................................17
表2-2 國內外家庭污水水質特性一覽..................................................................................17
表2-3 不同畜牧廢水水質特性..............................................................................................18
表2-4 生物處理技術可去除之污染物質一覽......................................................................18
表2-5 生物處理法研發相關資料..........................................................................................19
表2-6 各種處理方法可去除之污染物質一覽......................................................................19
表2-7 各國廢污水再生利用方式一覽..................................................................................20
表2-8 世界各地開始進行污水再生利用相關行動一覽......................................................21
表3-1 污水處理單元操作......................................................................................................29
表3-2 不同生物接觸濾材處理家庭污水之設計參數..........................................................29
表4-1 桃園縣內污染源分佈情形..........................................................................................43
表4-2 新街溪流域內各行政區人口數量..............................................................................43
表4-3 新街溪流域內各行政區工商產業分佈情形..............................................................43
表4-4 新街溪流域內各行政區畜牧情形..............................................................................44
表4-5 新街溪流域各測站監測值..........................................................................................44
表4-6 再生水實驗槽各槽之處理單元設備..........................................................................44
表4-7 生物接觸材料參數一覽..............................................................................................44
表4-8 各樣站採樣頻率及檢測項目一覽..............................................................................45
表4-9 各槽體積及水力停留時間一覽..................................................................................45
表4-10 降解實驗每日水質採樣時間及採樣位置一覽........................................................45
表4-11 反沖洗操作方式一覽................................................................................................45
表4-12 水質項目測定之使用儀器型號及檢測方法............................................................46
表5-1 各槽去除污染物分析實驗水質採樣記錄一覽..........................................................73
表5-2 第二槽NH4+-N 負荷量計算結果一覽......................................................................73
表5-3 第二槽BOD 負荷量計算結果一覽...........................................................................73
表5-4 設計參數比較一覽表..................................................................................................74
表5-5 反沖洗流出污泥濃度紀錄-氣水聯合沖洗.................................................................74
表5-6 反沖洗流出污泥濃度紀錄-水沖洗.............................................................................74
表5-7 反沖洗流出污泥濃度紀錄-氣水批次沖洗.................................................................74
表5-8 反沖洗流出污泥濃度紀錄-綜合批次沖洗.................................................................75
表5-9 不同反沖洗方式結果比較一覽..................................................................................75
表5-10 各次底泥濃度分析結果一覽....................................................................................75
表5-11 各類水質標準與檢測結果整理比較........................................................................75
表5-12 辦公室與新街溪原水處理後之再生水水質檢測結果一覽....................................76
表5-13 污水再生之處理成本單價一覽.................................................................................76
表5-14 不同建造條件下之污水再生單價一覽.....................................................................76
圖目錄
圖2-1 植生處理法使用案例示意圖......................................................................................22
圖2-2 污水於自然界淨化機制圖..........................................................................................22
圖2-3 自然循環方式水處理系統-「四万十川方式」........................................................22
圖2-4 歐洲地區再生水應用現況..........................................................................................23
圖2-5 污水及再生水回收利用演進圖..................................................................................23
圖2-6 污水再生循環利用示意圖..........................................................................................24
圖3-1 各級水體分類示意圖..................................................................................................30
圖3-2 氮類物質於自然循環方式水處理系統中之反應路徑..............................................30
圖4-1 農工中心平面配置圖..................................................................................................47
圖4-2 桃園縣環保局各監測站於新街溪流域之相對位置圖...............................................47
圖4-3 新街溪各測站污染變化圖..........................................................................................48
圖4-4 污水貯存槽..................................................................................................................48
圖4-5 污泥貯留槽..................................................................................................................48
圖4-6 再生水實驗槽整體......................................................................................................48
圖4-7 再生水實驗槽內部......................................................................................................48
圖4-8 流量調整槽..................................................................................................................48
圖4-9 流量調整槽(三角量水堰) ...........................................................................................48
圖4-10 沈澱分離槽................................................................................................................49
圖4-11 接觸曝氣槽................................................................................................................49
圖4-12 過濾槽........................................................................................................................49
圖4-13 再生水處理後流入壓克力筒....................................................................................49
圖4-14 再生水儲槽................................................................................................................49
圖4-15 電氣設備控制箱........................................................................................................49
圖4-16 再生水處理系統-水處理主槽構造示意圖(含污水貯儲槽)....................................49
圖4-17 再生水處理系統-水處理主槽填充材料示意圖......................................................50
圖4-18 塑膠接觸濾材............................................................................................................50
圖4-19 生物炭........................................................................................................................50
IX
圖4-20 石灰石........................................................................................................................50
圖4-21 木炭............................................................................................................................50
圖4-22 再生水槽水質採樣點示意圖(農工中心辦公室廢水) .............................................51
圖4-23 新街溪現場抽水位置................................................................................................51
圖4-24 再生水槽水質採樣點及取水流程示意圖(新街溪生活污水) .................................51
圖4-25 再生水槽降解實驗水質採樣點示意圖....................................................................52
圖4-26 各槽底泥排出示意圖................................................................................................52
圖4-27 單槽反沖洗示意圖.....................................................................................................52
圖4-28 pH Meter .....................................................................................................................53
圖4-29 EC Meter .....................................................................................................................53
圖4-30 DO Meter ....................................................................................................................53
圖4-31 低濃度氨氮分光比色儀............................................................................................53
圖4-32 高濃度亞硝酸鹽氮分光比色儀................................................................................53
圖4-33 硝酸鹽氮分光比色儀................................................................................................53
圖4-34 乾燥皿(SS 用)............................................................................................................53
圖4-35 SS 測定組...................................................................................................................53
圖4-36 烘箱............................................................................................................................54
圖4-37 真空過濾器(SS 用)....................................................................................................54
圖4-38 抽真空馬達(SS 用)....................................................................................................54
圖5-1 水質實驗期間(2006 年10 月~2007 年10 月)再生水槽每日處理水量...................77
圖5-2 辦公室廢水實驗結果(DO) .........................................................................................77
圖5-3 辦公室廢水實驗結果(SS)...........................................................................................77
圖5-4 入水口與出水口SS 濃度、去除率分配關係...........................................................77
圖5-5 辦公室廢水實驗結果(NH4
+-N) ..................................................................................78
圖5-6 入水口與出水口NH4
+-N 濃度、去除率分配關係...................................................78
圖5-7 辦公室廢水實驗結果(BOD).......................................................................................78
圖5-8 入水口與出水口BOD 濃度、去除率分配關係.......................................................78
圖5-9 辦公室廢水實驗結果(pH) ..........................................................................................79
圖5-10 辦公室廢水實驗結果(EC) ........................................................................................79
圖5-11 水質實驗期間之新街溪逕流量及再生水槽每日處理水量....................................79
圖5-12 生活污水實驗結果(DO) ...........................................................................................79
圖5-13 生活污水實驗結果(SS).............................................................................................80
圖5-14 入水口與出水口SS 濃度、去除率分配關係.........................................................80
圖5-15 生活污水實驗結果(NH4
+-N) ....................................................................................80
圖5-16 入水口與出水口NH4
+-N 濃度、去除率分配關係.................................................80
圖5-17 生活污水實驗結果(NO2
--N).....................................................................................81
圖5-18 生活污水實驗結果(NO3
--N).....................................................................................81
圖5-19 生活污水實驗結果(BOD).........................................................................................81
圖5-20 入水口與出水口BOD 濃度、去除率分配關係.....................................................81
圖5-21 生活污水實驗結果(pH) ............................................................................................82
圖5-22 生活污水實驗結果(EC) ............................................................................................82
圖5-23 各槽污染物濃度變化趨勢圖-氮源污染物..............................................................82
圖5-24 各槽污染物濃度變化趨勢圖-BOD、SS 及DO......................................................82
圖5-25 NH4
+-N 洞澤修正經驗式...........................................................................................83
圖5-26 BOD 洞澤修正經驗式...............................................................................................83
圖5-27 各槽反沖洗過程之污泥濃度變化-氣水聯合沖洗..................................................83
圖5-28 各槽反沖洗過程之污泥濃度變化-水沖洗..............................................................83
圖5-29 各槽反沖洗過程之污泥濃度變化-氣水批次沖洗..................................................84
圖5-30 各槽反沖洗過程之污泥濃度變化-綜合批次沖洗..................................................84
圖5-31 各槽底泥濃度分佈圖................................................................................................84
參考文獻
英文部分
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網頁部分
1. 桃園縣環境保護局環境檢驗科網站:
http://labweb.tyepb.gov.tw/index.aspx
2. Google map:http://maps.google.com/
3. 行政院農委會畜牧環保主題館網頁:
http://kmbeta.coa.gov.tw/subject/ct.asp
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