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研究生:魏廷宇
研究生(外文):Ting-Yu Wei
論文名稱:以生物薄膜法研究總氮之去除-水力停留時間、平均細胞停留時間及曝氣週期的影響
論文名稱(外文):The Study of Total Nitrogen Removal with a Membrane Bioreactor: The effect of HRT, MCRT, and Aeration Periods
指導教授:盧至人
口試委員:洪俊雄胡慶祥
口試日期:2016-07-25
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:環境工程學系所
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:2016
畢業學年度:104
語文別:中文
論文頁數:76
中文關鍵詞:薄膜生物處理程序總氮氨氮水力停留時間平均細胞停留時間曝氣周期
外文關鍵詞:Membrane Bioreactortotal nitrogen removalNH3-Naeration periodshydraulic retention timemean cell residence time
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薄膜生物處理程序(Membrane Bioreactor, MBR)是由傳統活性污泥程序與薄膜過濾裝置所結合的一種處理技術,利用薄膜過濾的方式進行物理性的固液分離,除能提升出流水的水質外,亦可將污泥截流於反應系統中,有效地避免硝化及脫硝過程中生長較慢的微生物流失,以提高污染物的去除效果。
本實驗薄膜過濾裝置使用平板式薄膜模組,以沉浸式的方式進行操作,薄膜採用聚偏二氟乙烯聚合膜(Polyvinylidene fluoride, PVDF)材質的超過濾膜,平均孔徑為0.03 μm;本實驗每日進流200公升廢水,進流之高氨氮廢水以人工配製(COD濃度500 mg/L、NH3-N濃度100 mg/L),藉由不同操作參數的調整,觀察水中氮的轉變,以分析討論在何種操作條件下,出流水中總氮之去除效率為最佳。
實驗結果顯示,本實驗系統在平均細胞停留時間為40天時,出流水中氨氮平均濃度為5.25 mg/L,平均去除率可達95 %,與平均細胞停留時間為20天時之氨氮平均去除率94 %並無明顯差異。試程二的最佳總氮去除率在反應時間20小時,總氮去除率可達82 %;而試程三的最佳總氮去除率在反應時間16小時,總氮去除率可達86 %。推論本系統在無額外添加碳源的狀況下,水力停留時間在20小時(連續曝氣12小時,停止曝氣8小時)之總氮去除率為最佳;而在有額外添加碳源的狀況下則是水力停留時間16小時(連續曝氣12小時後額外添加碳源,停止曝氣4小時)之總氮去除率為最佳。


The Membrane Bioreactor(MBR)is an emerging technology that combines activated sludge process and membrane filtration apparatus resulting excellent physical solid-liquid separation. In quality of the effluent, MBR also can intercept the sludge in the reactor and can keep slow growing microorganisms in the reactor. This also can result in nitrification and denitrification in the proper operation condition to enhance the nitrogen removal.
In this study, the MBR system equipped a flat plate module with PVDF membrane of pore size 0.03 μm. The influent was controlled at 200 L/day of synthetic wastewater with COD and NH3-N concentration of 500 mg/L and 100 mg/L, respectively. The system was operated at different operating parameters to evaluate the effect of output and operating conditions on the total nitrogen removal.
The results indicated that the average effluent concentration of NH3-N was 5.25 mg/L, and the average removal efficiency was 95 % for MCRT of 40 days in comparison with 94 % at MCRT of 20 days. This results indicated MCRT did not significant effect the NH3-N removal in the MBR system. The results also indicated that the total nitrogen removal of 82% with this system was operated at HRT of 20 hours(continuous aeration 12 hours, and then kept at anoxic condition of 8 hours)without the addition of extra carbon source. However, the best total nitrogen removal of 86% with this system was operated at HRT of 16 hours(continuous aeration 12 hours with the addition of extra carbon source, and then kept at anoxic condition of 4 hours).


中文摘要 i
Abstract ii
目錄 iii
表目錄 vi
圖目錄 vii
第一章 前言 1
1-1 研究緣起 1
1-2 研究目的及內容 2
1-2-1 研究目的 2
1-2-2 研究內容 2
第二章 文獻回顧 3
2-1 氮的循環 3
2-2 氮及其化合物對環境的影響 4
2-3 高氮廢水產業及管制現況 6
2-4 含氮廢水生物處理技術 11
2-4-1 傳統生物除氮技術 11
2-4-1-1 硝化作用及影響其作用之因素 12
2-4-1-2 脫硝作用及影響其作用之因素 15
2-4-2 新穎厭氧氨氧化技術 17
2-5 薄膜生物處理程序 19
2-5-1 薄膜生物處理程序原理及分類 20
2-5-2 薄膜型式 20
2-5-3 薄膜材質 22
2-5-4 薄膜模組 23
2-5-5 薄膜配置型式 25
2-5-6 薄膜過濾機制 28
2-5-7 薄膜過濾方式 29
2-5-8 薄膜操作影響因素 30
2-5-9 薄膜阻塞與去除 32
第三章 材料與方法 35
3-1 實驗研究架構 35
3-2 實驗材料及設備 36
3-3 薄膜生物處理程序 38
3-3-1 MBR模廠實驗設備 38
3-3-2 基質與營養鹽配製 41
3-3-3 MBR模廠操作參數 43
3-3-4 水質分析項目 45
3-3-5 水質樣品保存規定 49
第四章 結果與討論 50
4-1 一般監測項目 50
4-1-1 溫度與pH之變化 50
4-1-2 MLSS與MLVSS濃度之變化 52
4-1-3 SV30與SVI之變化 53
4-2 試程一—連續曝氣操作 55
4-2-1 化學需氧量濃度與去除率之變化 55
4-2-2 氨氮濃度與去除率之變化 56
4-2-3 氨氮、亞硝酸鹽氮與硝酸鹽氮濃度之變化 57
4-2-4 總氮濃度與反應時間之變化 58
4-3 試程二—間歇曝氣操作 60
4-3-1 氨氮與硝酸鹽氮濃度之變化 60
4-3-2 氧化還原電位與硝酸鹽氮濃度之變化 61
4-3-3 總氮濃度與去除率之變化 62
4-4 試程三—額外添加碳源 64
4-5 綜合討論 66
4-5-1 水力停留時間 66
4-5-2 曝氣周期 66
4-5-3 平均細胞停留時間 66
4-5-4 實驗結果與文獻之分析討論 68
第五章 結論與建議 70
5-1 結論 70
5-2 建議 71
參考文獻 72

表目錄
表2-1 工業廢水氨氮排放總量前十名之氨氮污染來源與濃度 7
表2-2 國內相關含氮物質管制標準 9
表2-3 高科技產業、石油化學產業及化工業放流水氨氮管制作法 10
表2-4 側流式與沉浸式MBR之優缺點 28
表3-1 實驗用藥品及材料清單 36
表3-2 實驗用儀器設備清單 37
表3-3 圓型平板超濾膜組(Round Disk-Plate UF-MBR Module)規格 40
表3-4 基質與營養鹽成分 42
表3-5 MBR模廠實驗各試程及操作參數 44
表3-6 水質樣品保存規定 49
表4-1 實驗結果與文獻之比較 69

圖目錄
圖2-1 氮循環示意圖 4
圖2-2 生物處理中氮的循環示意圖 11
圖2-3 傳統活性污泥程序與薄膜生物處理程序比較 19
圖2-4 薄膜模組型式 25
圖2-5 (a)側流式MBR與(b)沉浸式MBR 27
圖2-6 薄膜過濾方式 30
圖2-7 薄膜阻塞示意圖 33
圖3-1 實驗研究架構圖 35
圖3-2 MBR模廠示意圖 39
圖3-3 MBR模廠實際照片 39
圖3-4 亞硝酸鹽氮檢量線 46
圖3-5 硝酸鹽氮檢量線 47
圖4-1 反應槽內溫度之變化圖 51
圖4-2 出流水中pH值之變化圖 51
圖4-3 反應槽內MLSS與MLVSS濃度之變化 52
圖4-4 反應槽內SV30與SVI之變化 53
圖4-5 污泥沉降狀況與污泥膠羽顏色 54
圖4-6 進流水與出流水之COD濃度及其去除率 55
圖4-7 進流水與出流水之氨氮濃度及其去除率 56
圖4-8 出流水中氨氮、亞硝酸鹽氮及硝酸鹽氮濃度之變化 57
圖4-9 試程一反應槽內氨氮、有機氮、亞硝酸鹽氮及硝酸鹽氮濃度變化 59
圖4-10 出流水中氨氮與硝酸鹽氮濃度之變化 60
圖4-11 出流水中氧化還原電位及硝酸鹽氮濃度之變化 61
圖4-12 試程二出流水中總氮去除率、氨氮、有機氮、亞硝酸鹽氮及硝酸鹽氮濃度變化 63
圖4-13 試程三出流水中總氮去除率、氨氮、有機氮、亞硝酸鹽氮及硝酸鹽氮濃度變化 65
圖4-14 試程二與試程三之總氮去除率、總氮及硝酸鹽氮濃度變化 65
圖4-15 本實驗不同MCRT之氨氮濃度及其去除率之變化 67



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