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研究生:許振銘
論文名稱:農業迴歸水再利用處理技術
論文名稱(外文):Reuses Technology for Agriculture Return Irrigation Water
指導教授:黃文鑑黃文鑑引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:弘光科技大學
系所名稱:環境工程研究所
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:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:157
中文關鍵詞:農業迴歸水氮化物濁度
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國內水資源日益匱乏,檢討水資源的利用及尋求水源是目前國內解決工業或民生用水的主要課題。本研究以農業迴歸水為試驗原水,探討利用淨水單元組合程序,配合原水水質特性進行現場模形場實驗,經一年期間實驗發現農業迴歸水水質特性豐、枯水期水質差異大,在枯水期濁度、氮化物(含NH3-N、TKN、NO3-N、NO2-N)及鐵、錳偏高,有機物磷、農藥及重金屬檢測與一般表面水體水質相近。鑑此,在設計淨水單元處理農業迴歸水以初沉池、硝化、加氯氧化、混凝沉澱及砂濾為重點。氮化物利用生物硝化濾床處理,發現濾料的選取除考慮粒徑、比表面積及孔隙率外,對濁度顆粒可能沉積於濾床問題應列入設計重點。以上流式生物硝化濾床可控制原水濁度沉積問題,因硝化菌不易附著生長,對NH3-N及TKN之去除效率僅能達到80%。硝酸鹽氮在硝化床出水有因NH3-N或TKN硝化產物大幅升高,另亞硝酸鹽氮濃度則未見增高,顯示硝化濾床之溶氧量充足。以加氯氧化氮化物方法,在高加氯量下可大幅降低NH3-N及TKN,且不增加NO3-N、NO2-N濃度,但因原水中鐵、錳有機物等還原性物質參與作用,實際加氯量遠高於氧化NH3-N化學計量值,且反應過程有THMs副產物生成。其中加氯單元所生成之THMs及溶解性有機物主要是在活性碳濾床去除。就原水濁度在枯水期可達近200NTU,因此在淨水場操作須在初沉池即能去除,否則後續硝化床容易造成沉積。試驗期間原水中鐵、錳濃度在枯水期頗高,在硝化及混凝沉澱單元對鐵有近80%去除,但錳去除率偏低。經由砂濾床將微細不易沉澱之氫氧化鐵或氫氧化錳膠羽過濾鐵、錳可移除至0.1mg/L以下。另針對原水若含農藥時所採因應措施,本研究以活性碳濾床及臭氧氧化實驗獲得去除滅大松及安特靈兩種代表性農藥分別可達85%及90%以上去除功效,其他傳統處理單元則幾無功效。
目 錄
摘 要…………………………………………………………………………...Ⅰ
目 錄…………………………………………………………………………...Ⅵ
表目錄…………………………………………………………………………...Ⅹ
圖目錄………………………………………………………………………..…ⅩⅡ
第一章 研究緣起及目的…………… ……………………………………….…1
第二章 文獻回顧…………………………………………………………………3
2-1台灣農業用水特性…………………………………………………….3
2-2農業用水水質標準……………………………………………………10
2-3工業用水水質標準……………………………………………………12
2-4農業迴歸水特性………………………………………………………14
2-5水中氮化物循環………………………………………………………15
2-5-1氮化合物對環境的影響………………………………………..15
2-5-2除氮方法………………………………………………………..16
2-5-3影響生物硝化作用因素………………………………………..19
2-6擔體於生物反應槽之應用……………………………………………22
2-6-1接觸濾材在選擇上的參考要件………………………………..22
2-6-2固定生物化擔體相關研究如下………………………………24
2-7生物膜生成及環境影響因子…………………………………………26
2-7-1生物膜生成原因………………………………………………..27
2-7-2生物膜在系統之影響…………………………………………..28
2-8 氯消毒/氧化應用及副產物生成…………………………………….29
2-8-1折點加氯法去除氨氮…………………………………………..30
2-8-2加氯消毒副產物………………………………………………..31
2-9臭氧對農藥的氧化降解功效…………………………………………32
2-9-1環境中常見的農藥………………….…………………………..32
2-9-2環境中農藥監測之相關研究……………………………..…….37
2-9-3臭氧氧化及催化臭氧程序……………………………………...39
2-9-4 臭氧對農藥之氧化分解 …..……………………………….....43
第三章 實驗方法與設備……………………...…………………………………45
3-1實驗規劃………………………………………………………………45
3-2模廠設計及試驗流程…………………………………………………48
3-3實驗設備及操作條件…………………………………………...…….53
3-3-1單元功能………………………………………………………..55
3-3-2單元操作參數…………………………………………………..61
3-4臭氧氧化水中有機氯農藥及有機磷農藥批式試驗…………………77
3-5分析方法………………………………………………………………79
3-5-1氨氮濃度分析…………………………………………………...79
3-5-2水中凱氏氮檢測方法…………..………………………………81
3-5-3硝酸鹽氮與亞硝酸鹽氮分析……..……………………………82
3-5-4溶解性有機碳(DOC)分析………………….…………..………84
3-5-5水中總磷分析……………………………..……………………85
3-5-6加氯消毒副產物及生成潛能分析…………………………..…85
3-5-7臭氧分析……………………………………………..…………90
3-5-8農藥分析…………………………………………..……………92
3-5-9鐵、錳分析……………………..………………………………93
3-5-10掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察……………………….…...94
第四章 結果與討論………..……………………………………………………96
4-1原水水質特性分析…………………………………………………96
4-2生物硝化濾床模組試驗結果…………………………………………99
4-2-1氨氮(NH3-N)及總凱氏(TKN)氮去除效率………………….99
4-2-2硝酸鹽氮(NO3-N)及亞硝酸鹽氮(NO2-N)………………….115
4-3加氯氧化處理原水氮化物的效率比較……………………………..128
4-4淨水模廠對原水有機物之去除效率…………………………..……133
4-5淨水模廠各單元對酌度、鐵、錳及農藥的去除率探討…….…….139
4-5-1濁度之去除效率……………………………………………….139
4-5-2鐵、錳之去除效率…………………………………………….144
4-5-3農藥去除探討………………………………………………….149
第五章 結論與建議………………………………………………………….....152
參考文獻………………………………………………………………………..154

表目錄
表2-1 灌溉用水水質標準…………………..……..……………………………11
表2-2 常用之生物接觸濾材………………………………...………………….23
表2-3 常見之有機磷農藥…………………………………..….……………….33
表2-4 常見之有機氯農藥………………………………….…..……………….36
表3-1 試驗原水水質參數………………………………………………………54
表3-2 模廠各單元設計尺寸……………………………………………………59
表3-3 淨水模廠下流式生物硝化濾床各槽體之設計及操作參數……….…...62
表3-4 淨水模廠GAC之基本物化性質…………………………………..…….67
表3-5 淨水模廠上流式生物硝化濾床各槽體之設計及操作參數……….…...68
表3-6 淨水模廠加氯氧化各槽體之設計及操作參數…………………….…...74
表3-7 硝酸鹽與亞硝酸鹽離子層析儀之條件設定……………………………83
表3-8 Purge&Trap 4560,OI-Analytical, USA操作條件……………..………..87
表3-9 GC/MS 6890N/5973, Agilent Technologies分析條件……………………88
表3-10 本研究其餘水質分析項目及分析參考方法…………..……...……….95
表4-1 雲林地區農業迴歸水一般水質分析…………………………..………..97
表4-2 雲林地區農業迴歸水重金屬分析……………………………..………..98
表4-3 雲林地區農業迴歸水農藥分析…………………….…..……..………...98

圖目錄
圖2-1雲林縣地理區位圖……………………………………………….……… 5
圖2-2雲林縣各鄉鎮位置…………………………………………….………… 5
圖2-3雲林縣地名「埤、圳、塘、井」的分佈情形………………….……… 7
圖2-4雲林縣地名「埤、圳、塘、井」的分佈情形………………….……… 7
圖2-5雲林縣水系分佈圖……………………………………………….……… 8
圖2-6雲林縣水系分佈圖…………………………………………….………… 8
圖2-7異相催化臭氧系統可能參與的反應項目…………………….…………40
圖2-8 異相催化臭氧之反應機制……………………………………….……...40
圖2-9 臭氧光催化之反應機制…………………………………………………42
圖3-1.模廠組成單原設備及流程圖………………………….…………………60
圖3-2 生物硝化濾床填充濾材Bionet…………………………………………64
圖3-3 生物硝化濾床填充濾材拉西環…………………………………………64
圖3-4 生物硝化濾床填充濾材Biopacks………………………………………70
圖3-5 生物硝化濾床填充濾材礫石……………………………………………70
圖3-6 生物硝化濾床填充濾材焦炭……………………………………………71
圖3-7臭氧產生機示意圖………………………………….……………………78
圖3-8臭氧產率與電壓之關係圖…………………………….…………………78
圖3-9 THMs氣相層析圖譜……………………………………..………………89
圖4-1 NH3-N在模廠各單元之變動(硝化濾床填充Bionet濾料)………...103
圖4-2 NH3-N在模廠各單元之變動(硝化濾床填充拉西環濾料)………….104
圖4-3 比較硝化濾床中Bionet與拉西環濾料累計處理水量之NH3-N殘餘率………………………………………………………………………………..105
圖4-4 TKN在模廠各單元之變動(硝化濾床填充Bionet濾料)……………106
圖4-5 TKN在模廠各單元之變動(硝化濾床填充拉西環濾料)……………107
圖4-6 比較硝化濾床BioNet與拉西環濾料累計處理水量TKN殘餘率……108
圖4-7 NH3-N在模廠各單元之變動(硝化濾床填充礫石、焦炭及Biopacks濾料)………………………………………………………………………………109
圖4-8 TNK-N在模廠各單元之變動(硝化濾床填充礫石、焦炭及Biopacks濾料)………………………………………………………………………………110
圖4-9 比較硝化濾床中焦炭、礫石及Biopack 濾料累計處理水量之NH3-N殘餘率………………………………………………………………….…………..111
圖4-10 比較硝化濾床焦炭、礫石及Biopack濾料累計處理水量TKN殘餘率
…………………………………………………………………………………..112
圖4-11 生物硝化濾床操作初期SEM圖(填充濾料:Bionet)………………113
圖4-12 生物硝化濾床操作初期SEM圖(填充濾料:拉西環)……………..113
圖4-13 生物硝化濾床培養3個月後SEM圖(填充濾料:Bionet)…………114
圖4-14 生物硝化濾床培養3個月後SEM圖(填充濾料:拉西環)………..114
圖4-15 比較硝化濾床中Bionet與拉西環濾料累計處理水量之NO3-N殘餘率
…………………………………………………………………………………..118
圖4-16 比較硝化濾床中焦炭、礫石及Biopack濾料累計處理水量NO2-N殘餘率…………………………………………………………………………..…119
圖4-17 NO3-N在模廠各單元之變動(硝化濾床填充濾料Bionet)……….120
圖4-18 NO2-N在模廠各單元之變動(硝化濾床填充濾料Bionet)………..121
圖4-19 NO3-N在模廠各單元之變動(硝化濾床填充濾料拉西環)……….122
圖4-20 NO2-N在模廠各單元之變動(硝化濾床填充濾料拉西環)…………123
圖4-21 比較硝化濾床中Bionet與拉西環濾料累計處理水量之NO3-N殘餘率
…………………………………………………………………………………..124
圖4-22 比較硝化濾床中焦炭、礫石及Biopack濾料累計處理水量之NO3-N殘餘率…………………………………………………………………………..125
圖4-23 NO3-N在模廠各單元之變動(硝化濾床填充濾料焦炭、礫石及Biopack)……………………………………………………………………….126
圖4-24 NO2-N在模廠各單元之變動(硝化濾床填充濾料焦炭、礫石及Biopack)……………………………………………………………………….127
圖4-25 原水折點加氯曲線(NH3-N=3.6 mg/L)…………………………….130
圖4-26 原水添加NaOCl as Cl2各淨水單元NH3-N濃度變化……………….131
圖4-27 原水添加NaOCl(as Cl2)各淨水單元Residual Cl2濃度變化………..132
圖4-28 DOC在淨水模廠各單元之變動(硝化濾床填充焦炭、礫石及Biopack)
…………………………………………………………………………………..135
圖4-29 DOC在淨水模廠各單元之變動(硝化濾床填充Bionet)………….136
圖4-30 THMs在淨水模廠各單元變動………………………………………..137
圖4-31 THMFP在淨水模廠各單元變動………………………………………138
圖4-32 濁度在淨水模廠各單元之變動(填充濾料:Bionet)……………..141
圖4-33 濁度在淨水模廠各單元之變動(填充濾料:拉西環)……………..142
圖4-34 濁度在淨水模廠各單元之變動(填充濾料:焦炭、礫石及Biopack)..143
圖4-35 鐵在淨水模廠各單元之變動(填充濾料:Bionet)…………….……145
圖4-36 錳在淨水模廠各單元之變動(填充濾料:Bionet)………….…….146
圖4-37 鐵在淨水模廠各單元之變動(填充濾料:拉西環)……………….147
圖4-38 錳在淨水模廠各單元之變動(填充濾料:拉西環)……..….…….148
圖4-39 臭氧氧化安特靈去除率........................................................................150
圖4-40 臭氧氧化滅大松去除率........................................................................151
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