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研究生:侯勝中
研究生(外文):Sheng-Jhong Hou
論文名稱:運用固定化高效率分解菌於活性污泥膜濾法處理染料廢水
論文名稱(外文):Dying Wastewater Treatment by Immobilized High Efficiency Decolorzing Bacteria in Membrane Bio-reactor
指導教授:游勝傑黃郁慈黃郁慈引用關係
指導教授(外文):Sheng-jie YouYu-Tzu Huang
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
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:99
中文關鍵詞:厭氧活性污泥膜濾法染料脫色固定化
外文關鍵詞:AnMBRimmobilizationdecolorization
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本研究由長期利用染料馴養之厭氧生物污泥反應槽中分離出Bacillus cereus,將其固定於擔體內部進行脫色試驗,並在相同條件下與B. cereus進行脫色比較,並以吸附試驗與耐久度試驗,來評估模廠或實場運用,最後將固定化擔體與純菌運用於活性污泥膜過濾法中比較之間差異。研究結果顯示,固定化擔體在於環境影響因子高的狀態下能夠有效的提高固定時間內微生物對於染料的降解量與動力反應常數K1,在固定時間內固定化擔體可以有效提高去除染料總量約200 mg/L;在耐久度試驗與包覆性試驗中,可以得到固定化擔體染料降解活性可維持16次染料降解,在脫色過程中微生物由擔體內漏出並於擔體外部溶液繁衍;將固定化擔體運用於厭氧生物污泥膜濾法中,可以延長薄膜濾程約一倍時間與降低通量下降量,但固定化擔體於好氧生物污泥膜濾法中對於薄膜積垢減量無太大影響。
A Bacillus cereus bacteria having high RB5 dye color removal efficiency was isolated from an anaerobic-aerobic reactor and utilized in this study for treatment of RB5 containing wastewater. The immobilized bacteria were prepared by immobilizing bacteria on PVA-aglinate beads (size 4-5 mm) as base substrate. In this study, the efficiency of RB5 dye removal and membrane fouling using anaerobic MBR (AnMBR) were compared with equivalent suspended and immobilized bacteria bioreactor system. Additionally, batch experiment were performed to study the dye adsorption characteristics, effect of initial dye concentration, durability and reuse capacity of immobilized cells. Results showed that immobilized system was capable of treating higher concentration (200 mg/L) as compared o suspended system. Immobilized bacteria can be reused 16 times for the dye concentration of 400 mg/L in a day. In the decolorizing experiment, it was observed that the bacteria run out from immobilization and grew in the medium. Further study using an anaerobic MBR system showed that the immobilized bio-cells system was capable of performing efficiently and equivalent to suspended bio-cells system with an advantage of lower membrane fouling. The performance of COD removal was almost similar in both type of reactor systems where as the dye removal and ADMI removal was slightly different. It was observed that the membrane fouling was faster (nearly two times) in suspended bacteria system as compared to immobilized system.
目錄
中文摘要…………………………………………………………….……....Ⅰ
英文摘要…………………………………………………………….………Ⅱ
誌 謝…………………………………………………………….………Ⅲ
目 錄…………………………………………………………….………Ⅳ
圖 目 錄…………………………………………………………….………Ⅶ
表 目 錄…………………………………………………………………….Ⅸ

第一章 前言…………………………………………………………….……1
1.1 研究動機……………………………………………………………1
1.2 研究目的……………………………………………………………3
1.3 研究架構……………………………………………………………4
第二章 文獻回顧…………………………………………………………….5
2.1 染整業廢水…………………………………………………………5
2.1.1 染料之特性…………………………………………………...5
2.1.2 現今染整業廢水之處理……………………………………...7
2.1.3 染料脫色之影響因子………………………………………...9
2.2 生物固定化技術(Immobilized Microbial)………………………..11
2.2.1 固定化種類………………………………………………….12
2.2.2 固定化擔體之保護作用…………………………………….13
2.3 活性污泥膜過濾法………………………………………...……..15
2.3.1 薄膜阻塞機制……………………………………………….17
2.3.2 厭氧污泥薄膜過濾系統…………………………………….20
第三章 實驗方法與設備…………………………………………………...23
3.1 實驗架構………………………………………………………….23
3.2 固定化擔體製作………………………………………………….25
3.3 吸附試驗………………………………………………………….27
3.4 染料脫色………………………………………………………….28
3.5 耐久測試………………………………………………………….28
3.5.1 擔體長期操作試驗………………………………………….29
3.5.2 擔體固定特性試驗………………………………………….30
3.6 模廠設計與操作………………………………………………….31
3.7 實驗設備………………………………………………………….34
第四章 結果與討論………………………………………………………..35
4.1菌種篩選及分析…………………………………………………..35
4.1.1 菌種分離……………………………………………………35
4.1.2 脫色分析……………………………………………………38
4.1.3 脫色影響因子………………………………………………41
4.2固定化擔體…………………………………………………..……47
4.2.1 擔體特性……………………………………………………48
4.2.2 固定化擔體之保護作用……………………………………54
4.2.3 擔體活性耐久度……………………………………………61
4.3 MBR模廠…………………………………………………………67
4.3.1 厭氧模廠……………………………………………………67
4.3.2 好氧系統……………………………………………………75
第五章 結論與建議………………………………………..………………78
5.1 結論………………………………………………….……………78
5.2 建議……………………………………….………………………80
參考文獻……………………………………………………………………81
附錄…………………………………………………………………………86
附錄1 民國92年發布印染整理業放流水標準……….……………86
附錄2 過去厭氧MBR之相關研究…………………………………87
附錄3 Bacillus cereus 物理與生化特性鑑定…………..…………90

圖目錄
圖 1.1實驗流程圖...........................................................................................4
圖 2.1 染料中各種形式之發色團與反應基..................................................6
圖 2.2 Reactive Black 5 之結構……………………………………………..6
圖 2.4 微生物固定化示意圖……………………………………………....13
圖 2.5 活性污泥膜濾法處理流程…………………..……………………..16
圖 2.6 薄膜積垢阻塞三個階段示意圖…………………..……………..…18
圖 2.7 固定通量操作下MBR之機構成形機制……………………….....19
圖 2.8 沉浸式MBR與側流式MBR………………………………………21
圖 3.1 實驗架構…………………………………………………………....24
圖 3.2 固定化擔體製作流程………………………………………………26
圖 3.3 重複耐久度試驗示意圖……………………………………………29
圖 3.4 固定化擔體固定性質試驗流程示意圖………………..…………..30
圖 3.5 擔體與純菌AnMBR示意圖……………………………………….32
圖 3.6 擔體與純菌MBR示意圖 …………………………………………33
圖 4.1 SS16 之脫色結果與生長曲線……………………………………38
圖 4.2 零階反應動力參數圖 …………………………………….….…....39
圖 4.3 一階反應動力參數圖 …………………………………..……..…..40
圖 4.4 二階反應動力參數圖 ……………………………….………...…..40
圖 4.5 染料起始濃度100 mg/L之脫色與ORP變化圖.…………..………42
圖 4.6 染料起始濃度3200 mg/L之脫色與ORP變化圖….……….…….43
圖 4.7 起始濃度100 mg/L與3200 mg/L之ORP曲線圖………………..43
圖 4.8 不同染料起始濃度累積去除量與時間關係圖……………………44
圖 4.9 不同起始濃度染料總去除量與微生物生長量之變化圖…………45
圖 4.10 不同起始濃度染料分解反應動力常數變化圖…………………..46
圖 4.11 固定化擔體實際拍攝圖…………………………………………..48
圖 4.12 固定化擔體對於RB5濃度為90mg/L培養基之染料吸附曲線..51
圖 4.13 利用Langmuir等溫吸附式求得固定化擔體對於RB5吸附曲線51
圖 4.14 固定化擔體與純菌之脫色比較…………………………………..53
圖 4.15 固定化擔體與純菌之一階反應動力常數………………………..53
圖 4.16 固定化擔體與純菌於起始濃度為100 mg/L之染料降解曲線…55
圖 4.17 固定化擔體與純菌於起始濃度為3200 mg/L之染料降解曲線..55
圖 4.18 固定化擔體與純菌於染料濃度100 mg/L 與3200 mg/L之ORP..56
圖 4.19 固定化擔體於不同染料濃度累積去除量與時間關係圖……..…58
圖 4.20 不同起始染料濃度對於固定化擔體與純菌之降解總量之影響..59
圖 4.21 不同起始染料濃度對於擔體與純菌一階反應動力常數之影響..59
圖 4.22 不同起始染料濃度對於擔體與純菌T1/2之影響….……………..60
圖 4.23 固定化擔體包覆性測試…………………………………………..63
圖 4.24 重複脫色固定起始濃度之染料不同次數之曲線圖……………..65
圖4.25 操作次數與一階反應動力常數之變化……………………………65
圖4.26 操作次數與半生期之變化…………………………………………66
圖 4.29 純菌與固定化擔體AnMBR系統之壓力 & 通量變化圖………69
圖 4.30 固定化擔體( a )與純菌( b )AnMBR系統薄膜表面積垢………..69
圖 4.31 純菌與固定化擔體AnMBR系統之處理效果 (COD)………….70
圖4.32 純菌與固定化擔體AnMBR系統之處理效果 (OD595)………….71
圖4.33 純菌與固定化擔體AnMBR系統之處理效果 (True color)……..71
圖4.34 固定化擔體與純菌AOMBR模廠通量與壓力變化圖…………..76
圖4.35 固定化擔體與純菌AOMBR模廠水質變化(COD) ……………..77
圖4.36 固定化擔體與純菌AOMBR模廠水質變化(OD595) …………….77
圖4.37 固定化擔體與純菌AOMBR模廠水質變化(True color)…………78

表目錄
表 2.1. 各種染料高級處理模式與其優缺點.................................................8
表 2.3 活性污泥膜過濾處理程序優缺點....................................................15
表 3.1 固定化擔體所需之化學藥品………………………………………25
表 3.2 Luria-Bertani培養基成分………………………..............................28
表 3.3 人工合成基質成分…………………………………………………32
表4.1 歷年利用Bacillus cereus 之脫色研究與使用之染料……………..24
表 4.2 單位體積之無水固定化擔體重……………………………………26
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