1

活性污泥系統實廠之操作評析

崑 山 科 技 大 學環 境 工 程 系

黃 汝 賢

2

污水量及水質

核准最大污水產生量 = 188100 m3/d

目前污水量 = 106600 m3/d

pH = 7.2 ， 水 溫 = 28.6℃ ， COD = 187 mg/L ， BOD

= 86 mg/L ， SS = 121 mg/L (99 年 1 月 ~8 月平均值 )

，大腸桿菌 = 107~108 CFU/100 mL

3

處理流程

HRT 及表面溢流率計算依據 Q = 188100 m3/d ( 核准最大污水產生量 )進流污水→抽水站 (HRT = 2 min)→ 攔篩機→渦 流沉砂池 (HRT = 0.12 min)→ 巴歇爾槽→初沉 池 ( 表面溢流率 = 38 m3/m2-d ， HRT = 1.6 h)→ 活性污泥曝氣池 (HRT = 4.2 h)→ 終沉池 ( 表面溢 流率 = 32 m3/m2-d ， HRT = 4.5 h)→ 氯接觸池 (HRT= 22 min ； 0.2 mg Cl2/L ， pH = 6.9~7.2)→ 放流至內海

4

初沉池之操作

Q = 106600 m3/d

表面溢流率 = 22 m3/m2-d ；有效水深 = 2.5 m

( 一般設計值 30~40 m3/m2-d ； 3.5~4.0 m)

SS 去除率平均值約 20%

5

初沉污泥體積量

計算依據 Q = 106600 m3/d , SSinf = 121 mg/L

SS 去除率平均值約 20%

一般初沉污泥含水率約 99.65% (0.35% dry solids)

106600 m3/d × 121 mg SS/L × 0.2 × 10-3 = 2580 kg dry solids/d

2580 kg/d ÷ 0.0035 ÷ (1.04 × 103 kg/m3) = 710 m3/d

3199090 m3/ 月 × 121 mg SS/L × 0.2 × 10-3 = 77416 kg dry solids/month

77416 kg/d ÷ 0.0035 ÷ (1.04 × 103 kg/m3) = 21270 m3/month

6

活性污泥程序

曝氣池在供氧條件下，利用好氧菌、兼氣菌將進流廢水中膠體狀及溶解性有機物氧化分解 / 代謝成穩定物質 (CO2 、 H2O 及NH3 等 ) 及增殖微生物，微生物流入終沈池固液分離，大部份沈澱污泥迴流至曝氣池( 維持適當污泥濃度 ) ，僅少部份過剩污泥廢棄 ( 維持適當污泥齡 ) ，另行污泥處理

7

活性污泥程序 好氧性分解（ aerobic decomposition ） 好氧菌、兼氣菌從有機物獲得能源，亦以有機物做為細胞合成的碳源 ( 異營菌 ) ；在分解有機物過程中，以水中自由氧（ O

2）做為氫 / 電子的接受者，最終產物有CO2 、 H2O 及 NH3 等 ; 以胞外酵素水解蔗糖及產氣桿菌分解葡萄糖 (C6H12O6）說明如下：

8

(1) 水解反應 ( hydrolysis )

sucrose + H2O → glucose + fructose

9

(2) 氧化分解

10

(3) 細胞合成

11

(4) 細胞氧化（內呼吸作用）

12

活性污泥系統之操控1. 食微比（ F/M ) ： F/M 通常控制在 0.1 ～

0.5

kg COD/kg MLVSS-day ，可依下式計算： F/M = (Q × COD)/V X 式中 Q = 廢水進流量 (m3/d)

V = 曝氣池容量 (m3)

X = 曝氣池平均污泥濃度 (mg MLVSS/L)

13

活性污泥系統之操控2. 維持曝氣池中溶氧濃度（ DO ） 1 ～ 3

mg/L

3. 維持曝氣池中污泥濃度（ MLVSS ） 1500～ 2500 mg/L

4. 監控曝氣槽中污泥沈降性，一般採用污泥 容積指標（ SVI ） 80 ～ 150 mL/g

SVI = SV30 (%) × 104/MLSS (mg/L)

14

活性污泥系統之操控5. 維持適當污泥齡（ sludge age ）；污泥齡操控值會 因有機廢水之生物分解性及水溫而不同，一般範 圍為 5 ～ 30 天 污泥齡 = VX/(QwXr + QeXe) 式中 Qw = 污泥廢棄流量 (m3/d)

Xr = 廢棄污泥濃度 (mg MLVSS/L)

Qe = 出流水流量 (m3/d)

Xe = 出流水 VSS 濃度 (mg VSS/L)

15

活性污泥之生長曲線

16

活性污泥 / 微生物特性1. 活性污泥由細菌、真菌、原生動物及輪蟲組成2. 細菌負責有機物之降解；生物膠羽大都藉由膠團桿菌 ( 細菌及真菌 ) 的生長而形若膠團桿菌太多，會造成污泥鬆化而使污泥無法沈降3. 污泥鬆化 ( 真菌異常生長 ) 因素： F/M 太低、 DO

太低、 pH 太低、氮太少、含硫化物4. 原生動物為判定系統出流水質良好的生物指標，通常須出現適量自由游動性纖毛蟲、有柄纖毛蟲及少量輪蟲

17

活性污泥中生物相之變化

18

活性污泥程序常見異常現象1. 污泥鬆化（ sludge bulking ） 若活性污泥發生鬆化（膨化）現象，則進入終沈 池之污泥會形成雲霧狀翻滾，污泥沈降效果非常 差，此時 SVI 值常在 200 mL/g 以上；污泥鬆化常 見原因有五： (1)F/M 太低， (2) 曝氣池 DO 太低， (3) 流入曝氣池之廢水氮太少（ BOD ： N ： P =

100 ： 5 ： 1 ）， (4) 曝氣池之 pH 低於 6.5 ，及 (5) 流 入曝氣池之廢水含硫化物

19

活性污泥程序常見異常現象2. 污泥上浮（ sludge rising ） 終沈池表面散佈著污泥塊或有氣泡產生，即表示

污泥上浮現象；可能是因污泥在終沈池之停留時

間太久 ( 厭氣狀態 ) 而產生脫硝作用 [NO3-

→NO2-

→N2(g)]或硫酸鹽還原作用 [SO42-→H2S(g)] ，所

形成之氣體會將池底污泥帶至池表面

20

活性污泥程序常見異常現象3. 污泥解體 終沈池表面散佈著像針尖大小的膠羽，而從溢

流 堰流出，即表示污泥解體；可能是因污泥齡太

長 ，形成污泥老化現象而解體

21

活性污泥程序常見異常現象4. 出流水混濁現象 終沈池出流水呈現雲霧狀且含懸浮固體物；可

能 原因包括：污泥鬆化、污泥上浮、污泥解體、

過 度曝氣及毒性物質流入

22

活性污泥法曝氣量之估算

23

活性污泥法曝氣量之估算

24

活性污泥法曝氣量之估算

25

活性污泥系統實廠之操作Q = 106600 m3/d ； CODinf = 100 mg/L

V = 32640 m3 ； X = 1600~800 mg MLVSS/L

2 台 400 hp鼓風機 ( 細氣泡散氣器 )交替操作，每次 1台

F/M = (Q × 進流 COD)/(V X) = (106600 m3/d × 100 mg

COD/L)/(1600~800 mg MLVSS/L× 32640 m3 ) =

0.2~0.4 kg COD/kg MLVSS-d

終沉池表面溢流率 = 18 m3/m2-d ( 一般設計值 20~30

m3/m2-d)

26

活性污泥系統實廠曝氣動力

計算依據 Q = 106600 m3/d , CODinf = 100 mg/L, CODeff = 23

mg/L, X = 1600~800 mg MLVSS/L, V = 32640 m3

27

活性污泥系統實廠曝氣動力計算(I)

kg O2/d = [Q (CODinf – CODeff)] × 10-3 × 1.0 kg

O2/kg COD × 1.04 (考量污泥內呼吸需氧量 )

kg O2/d =[106600 m3/d × (100 – 23 mg COD/L )] × 10-3

× 1.0 kg O2/kg COD × 1.04 = 8536 kg O2/d

曝氣動力 (hp) = 8536 kg O2/d ÷ (1.2 kg O2/kwh × 24 h/d) ÷ 0.746 kw/hp = 397 hp

曝氣量 (m3 air/min) = 8536 kg O2/d ÷ (0.21 × 1.29 kg/m3 air × 0.12 × 1440 min/d) = 182 m3 air/min

28

活性污泥系統實廠曝氣動力計算(II)

kg O2/d = [aQ (CODinf – CODeff) + bXV] × 10-3

= [0.7 kg O2/kg COD ×106600 m3/d × (100 – 23 mg COD/L)

+ 0.05 kg O2/kg MLVSS-d × 800~1600 mg MLVSS/L ×

32640 m3 ] × 10-3 = 7050~8357 kg O2/d

曝氣動力 (hp) = 7050~8357 kg O2/d ÷ (1.2 kg O2/kwh × 24 h/d) ÷ 0.746 kw/hp = 328~389 hp

曝氣量 (m3 air/min) = 7050~8357 kg O2/d ÷ (0.21 × 1.29 kg/m3 air × 0.12 × 1440 min/d) = 151~179 m3 air/min

29

活性污泥系統實廠過剩生物污泥體積量

計算依據 Q = 106600 m3/d , CODinf = 100 mg/L, CODeff = 23 mg/L

一般過剩生物污泥含水率約 99% (1% dry solids)

[106600 m3/d × (100 – 23 mg COD/L ) × 0.2 kg VSS/kg COD × 10-3 ÷ 0.55 kg

VSS/kg dry solids] – [106600 m3/d × 6.5 mg/L × 10-3] = 2292 kg dry solids/d

2292 kg dry solids/d ÷ 0.01 ÷ (1.01 × 103 kg/m3) = 227 m3/d

[3199090 m3/month × (100 – 23 mg COD/L ) × 0.2 kg VSS/kg COD × 10-3 ÷

0.55 kg VSS/kg dry solids] – [3199090 m3/month × 6.5 mg/L × 10-3] = 68780 kg

dry solids/month

68780 kg dry solids/d ÷ 0.01 ÷ (1.01 × 103 kg/m3) = 6810 m3/month

30

實廠初沉及生物污泥餅運棄量

初沉及生物污泥經濃縮、機械脫水後污泥餅含水率為 78%

(22% dry solids)

(2580 + 2292) kg dry solids/d ÷ 0.22 = 22145 kg sludge cake/d

(77416 + 68780) kg dry solids/month ÷ 0.22 = 664527 sludge

cake/month

31

活性污泥系統實廠最適 F/M 比

F/M 維持約 0.3 ～ 0.4 kg COD/kg MLVSS-d ( 較高之污泥活性 )

F/M = (Q × COD)/V X

X = (Q × COD)/V (F/M) = (106600 m3/d × 100 mg COD/L)/(32640 m3 × 0.3 ～ 0.4 kg COD/kg MLVSS-d) = 1100 ～ 800 mg MLVSS/L (2000 ～ 1500 mg MLSS/L)

污泥濃度維持約 1100 ～ 800 mg MLVSS/L (2000 ～ 1500 mg MLSS/L)

32

活性污泥系統實廠最適污泥齡污泥齡維持約 15 ～ 10 d (較高之污泥活性 )

污泥齡 = VX/(QwXr + QeXe)

15 d = [32640 m3 × (2000 mg MLSS/L)/[Qw (6500 mg MLSS/L) + 106600 m3/d × 6.5 mg/L) Qw = 560 m3/d

10 d = [32640 m3 × (1500 mg MLSS/L)/[Qw (5000 mg MLSS/L) + 106600 m3/d × 6.5 mg/L) Qw = 840 m3/d

廢棄污泥量維持約 560 ～ 840 m3/d

33

加氯消毒單元 該加氯消毒單元 (HRT = 22min) ，每日加氯量約 222 kg

(10%漂白水 NaOCl) ，若依目前處理之生活污水量 106600

m3/d 計算，求得之加氯濃度約 0.2 mg/L ( 一般加氯濃度 =

1~8 mg Cl2/L ， pH愈高加氯濃度愈高 ) ；本廠加氯濃度不 高是因考量處理後之水須排放至安平內海，故須避免加 氯量太大而導致魚蝦死亡 (222 kg NaOCl × 0.1 × 0.953 kg Cl2/kg NaOCl) ÷ 106600

m3/d × 103 = 0.2 mg Cl2/L

34

次氯酸鹽加入水中的反應

4

2

1054][Cl

]][Cl[HOCl][H

.K

NaOCl ⇌ Na+ + OCl- HOCl H⇌ + + OCl-

Ka = [H+][OCl-]/[HOCl] Ka = 2.7 × 10-8 ； pKa = 7.6

在 pH = 7.6時， HOCl 與 OCl-濃度各佔 50% ， pH愈低 HOCl 濃度愈

高； HOCl 分子較易滲透細胞壁 ( 細胞壁表面通常帶負電 ) ， OCl-則 易受細胞壁表面的負電排斥而不易滲透細胞壁，故HOCl 之消毒效 果為 OCl- 之 80倍 HOCl 及 OCl-稱為自由有效氯 (free available chorine)

35

HOCl 、 OCl- 與 pH間之關係

4

2

1054][Cl

]][Cl[HOCl][H

.K

36

氯與水中氨及有機氮之反應

4

2

1054][Cl

]][Cl[HOCl][H

.K

NH3 + HOCl NH⇌ 2Cl ( 一氯氨 ) + H2ONH2Cl + HOCl NHCl⇌ 2 (二氯氨 ) + H2ONHCl2 + HOCl NCl⇌ 3 (三氯化氮 ) + H2O

NH2Cl 及 NHCl2為最主要產物 (NCl3僅存在於低 pH時 ) ，稱 為結合有效氯 (combined available chlorine) ；消毒能力 NHCl2大於 NH2Cl ，對水中致病細菌消毒仍有效，但 對 病毒則幾乎無效

37

加氯消毒池藻類 /魚生長問題

該廠因流入加氯消毒池之水中含有充足之氮 (NO3- － N 約

15~18 mg/L) 、磷 (總磷約 1~2 mg/L)優養環境，造成池內

藻類及魚的生長，進而消耗氯並使消毒效率降低，可考 慮在池上方設置黑色細網，阻礙陽光直接入射，以解決 此一問題

38

Thank You!