• 沒有找到結果。

第四章 污水工程

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2022

Share "第四章 污水工程"

Copied!
126
0
0

加載中.... (立即查看全文)

全文

(1)

第四章 污水工程

下水道與抽水站

污水處理

污泥處理及處置

(2)

概 述

下水:污水、廢水或雨 水統稱為下水。

污水按照來源的不同可 分為生活污水、工業廢 水和雨水等三類 。

排除下水的設施則稱為 下水道 (sewer)。

下水道系統由管線系統 (pipe system) 和污水 處理系統 (sewage

treatment system) 等 組合而成。

工業廢水

污水處理廠 污水管 雨水管

抽水站 承受水體

放流水

主分支幹管

生活污水

(3)

下水道系統

管線系統:收集和輸送污水的設施,將 污水由產生地點送至污水處理廠或出水 口,包括排水設備、人孔 (manhole)、

管渠、抽水站 (pump station)。

污水處理系統:管末處理設施,它包括 處理或利用廢水的所有構造物與機具。

污水處理方式可分為物理處理、化學處 理以及生物處理。

(4)

下水道系統-- 合流制排水方式

將生活污水、工業廢水 和雨水混合在同一管渠 內排除的一種方式。

合流制排水方式

污水流 雨水流

污水處理廠

排放口

承受水體 截流管

雨 水 溢 流

(5)

下水道系統 分流制排水方式

分流制排水方式

將生活污水、工業廢水和雨水分別在兩個或兩個以 上各自獨立的管渠內排除的一種方式。

(6)

合流制或分流制之選擇

一般截流式合流制對水體污染危害環境 大,新建的排水系統一般採用分流制。

水量充沛的河流或近海,發展受限的小 城鎮;或在街道較窄、地下設施較多,

修建污水和雨水兩條管有困難的地區;

或在雨水稀少,廢水全部須處理的地區 等,採用合流制較合理。

(7)

下水道的水力特性

下水由住戶、建築物或工廠排出後,進入支管、

幹管及主幹管,管子由小至大,分布呈樹枝狀,

與自來水 ( 上水 ) 管的環狀貫通情況不同。

下水在管道中流動,在大多數情況,管內是不 具有壓力的,亦即係藉著自然重力流的形態流 ,自來水則壓力流與重力流並存。

下水中或多或少含有一定數量的污染物質,其 中比重較輕者浮於下水表面漂流,較重者則懸 浮在下水表面以下,最重者則沿管壁流動或淤 積於管壁上,這種流動方式與給水管流方式不 同。

(8)

常用的下水道管渠斷面

選擇依據

必須能承受各種負荷量包括地上車流活載重、建築物重量與土壓、

地下水壓、地下水浮力及地盤滑動等。

*斷面具有較大的排水能力,能容納尖峰時下水流量。

*一定的流速下不產生沉積物,阻礙水流。

*造價低廉,並可發揮效益。

*養護清理容易。

(9)

下水道建設-- 直接效益

污水全面納入管理,可保護河川湖泊海洋之水質。

下水不再任意排放,可改善環境衛生。

暴雨沖刷減少,可節省道路修繕費,提高土地價值。

可有效改良低漥潮濕地帶,防止水氾。

可解決水肥化糞池處理不完全的問題,併同收集處 理工礦廢水。

下水納入地下管理,可改善市容,提高國際地位。

處理水再利用,可解決日益枯竭的水資源問題。

(10)

下水道建設-- 間接效益

杜絕蚊、蠅的滋生,提高人們生活環境 品質。

減少、滅絕各種水媒疾病,尤其是消化 器官疾病。

(11)

何處設置抽水站﹖

地勢平坦,必須很深的管道才能維持最 低流速 ( 一般為0.6 m/sec,以免污染 物在管中沉澱 ),為減少施工費,必須 設置抽水站。

管線無法依重力接入已埋設好的大管或 處理廠時,須設抽水站。

地形或地理因素,有其他地下埋設物阻 隔,下水道無法通過時,須設抽水站。

(12)

下水道抽水站

〄乾式抽水站、濕式抽水站 沉水式抽水站、螺紋抽水 機抽水站。

〄通常大型的抽水站為乾井

式,污水經粗攔污柵去除 固體物後而流入抽水井內,

污水抽水機則按裝於乾井 內。

〄小型抽水站常用濕井式,

抽水機為沉水式,按裝於 濕井內。

(13)

下水抽水機之種類

雨水用抽水機

污水常用抽水機

污泥常用抽水機

加藥常用抽水機

(14)

雨水用抽水機

通常為離心式抽水機。

按其水流型式可分為輻流型 抽水機、

混流型 或稱斜流型抽水機及軸流型 抽 水機。

按安裝方式可分為沉水式及非沉水式二 種。

(15)

離心抽水機 特性曲線

0 50 100 150

0 50 100 150 200 250 300

0 50 100 150

0 50 100 150 200 250 300

0 100 0 100

0 100 0 100

水頭 水頭

水頭 水頭

能量 能量

能量 能量

效率 效率

效率 效率 1,000 ns輻流式=

4,500 ns斜流式=

6,500 ns斜流式=

13, 000 ns軸流式=

在最高效率點之流量百分率

(16)

污水常用抽水機

離心式抽水機

螺旋式抽水機

渦流式抽水機

(17)

污泥常用抽水機

離心式抽水機

螺旋式抽水機

渦流式抽水機

柱塞式抽水機 (plungler pump) 或稱 往復式抽水機 (reciprocating pump)

(18)

加藥常用抽水機

渦流式抽水機

柱塞式抽水機

隔膜式抽水機 (diaphragm pump)

(19)

典型污水廠抽水機種類之應用

(20)

污水處理之重要的原則

污水處理 (sewage / wastewater treatment) 係 使自然或人為介入水中的污染物質重新分離出 來,以減輕水污染的負荷或將其中有害物質轉 化為無害物質。採用三原則固液分離 流程 配置 污泥處理。

粗大物 中小型物 見不到之物 處理水

初級污泥 二級污泥 篩除物

化學或生物作 用後重力沉澱 重力沉澱

污水產出

污水處理之原則

˙固液分離

˙流程配置

˙污泥處理

(21)

污水處理程度

初級處理 (primary treatment)

二級處理 (secondary treatment)

三級處理 (tertiary treatment) 或高級 處理 (advance treatment)

(22)

一級處理 (預備處理和初級處理 )

將污水中呈懸浮狀的固體污染物質去除。

經一級處理後的污水, BOD

5

僅被去除 30~40%,通常還必須進行二級處理。

(23)

二級處理的對象

將污水中呈膠體狀和溶解狀的有機污染 物去除。

一般BOD

5

的去除率可達90% 以上。

(24)

三級處理的對象

去除二級處理所未能完全去除的物質,包括 微生物未分解的有機物、氮磷營養物質等。

經三級處理後的BOD5可降至5mg/L以下,

且大部分的氮、磷可去除之。

(25)

三級處理和高級處理之異同

三級處理和高級處理有時為同義語,但二者 又不完全相同;三級處理為緊接在一、二級 處理之後,所增加的一項處理工程;常採用 生物脫氮法、混凝沈殿法、砂濾法等。

高級處理則往往以污水回收再循環使用為目 的,而在一、二級處理之外所增加的處理工 程;常採用逆滲透法、電滲析法以及活性炭 法。

(26)

污水處理程序

(27)

物理處理方法

攔污柵

沉砂池

沉 澱

調 和

混 合

浮 除

逆滲透

磨 碎

油脂分離

過濾

(1) 攔污柵 通常為廢水之第一步驟處理,去除大塊、漂浮及懸浮物質,以保護 機械、防止管路阻塞;避免處理操作之干擾以及減少對水流之阻礙。

(2) 沉砂池

去除一般粒徑在 2.0 mm 以上,比重 2.0~2.5 以上之顆粒 ( 如砂粒、

礫石、煤渣及其他可沉降物 ),其功用在保護處理廠之機動設施,

減少管線之沉積及沖蝕以及降低處理設施之清除次數。

(3) 沉 澱

初級沉澱池去除可沉降之固體微粒 ( 含有機物和無機物 )、漂浮水 面之物質及油脂類,以減少生物處理單元之負荷。二級沉澱池為連 接生物處理或化學處理之後續處理程序,用以去除生物污泥或化學 污泥。

(4) 調 和 調勻污水流量及污水水質,以減輕後續處理 ( 如生物處理 ) 之負 荷。

(5) 混 合 混合水中之化學藥品及氣體,並使固體顆粒呈懸浮狀,以增進後續 處理單元的效果。

(6) 浮 除 以空氣打入污水中形成微細氣泡由水中析出,污水中和水比重相近 的微小固體微粒即黏附在氣泡上,浮到水面形成浮渣而去除。

(7) 逆滲透 利用特殊的半滲透膜,在加壓下將水分子和溶解性污染物質分離,

以達到污水濃縮的目的。

(8) 磨 碎 利用磨碎機將污水中較大塊的有機物質磨碎,以保護機械、防止管 路阻塞及水流干擾,並增進後續生物處理效率。

(9) 油脂分離 利用重力式除油裝置,借油與水的比重差,進行油水分離,以保護 機械,促進管路通暢,並避免影響後續生物處理。

(10) 過 濾

利用級配濾料 ( 如砂或無煙煤 ) 組成過濾池,以去除污水中微細 顆粒;通常接於二級沉澱池之後,成為三級處理或高級處理,處理 後可作為水回收再利用。

(28)

化學處理方法

消 毒

混 凝

化學沉降

化學氧化

還原

離子交換

中 和

電 解

吸 附

(1) 消 毒 用來去除放流水中引起水媒疾病之細菌,濾過性病毒。氯常被使 用為消毒劑。

(2) 混 凝 可用於 SS、BOD,磷化物之沉澱,常使用鋁鹽、鐵鹽或聚合物 為混凝劑。此程序應包括快混池與慢混池。

(3) 化學沉澱 係於污水中加入化學藥劑,並調整 pH 值,使溶解性有害物質產 生不溶解性的沉澱物,而加以去除的方法。

(4) 化學氧化還原 係於污水中加入氧化劑或還原劑,將有害呈溶解性有機或無機污 染物質氧化或還原成無害物質的方法。

(5) 離子交換 水中的

NH

4+ 或各種重金屬鹽類可用選擇性離子交換樹脂加以去 除。

(6) 中 和 係於污水中加入酸性藥劑或鹼性藥劑,使污水的 pH 值達到適宜 的範圍,以增進後續單元的效率。

(7) 電 解 係於廢水中插入電極,通以電流,使在陽極產生氧氣進行氧化作 用,陰極產生氫氣進行還原作用。常用於含鉻、氰廢水的處理。

(8) 吸 附

將污水通過固態吸附劑 ( 如活性碳 ),使廢水中的溶解性有機或 無機污染物吸附到吸附劑上。此法可吸附廢水中的酚、汞、鉻、

氰等物。另亦有脫色、脫臭作用。

(29)

生物處理方法

懸浮性生物反應池

接觸性生物反應池

混合性生物反應池

去除溶解性有機物,如活性污泥法、好氧或厭氧消化法等,

生物生長方式為懸浮狀。

去除溶解性有機物,如滴濾池法、迴轉生物盤法、厭氣濾床 法等,生物生長在固定材質上。

去除溶解性有機物,如接觸曝氣法、厭氣浮動床法,生物為 懸浮生長及接觸生長之混合生長方式。

(30)

各種處理方法之效果

去除率

處理方法 去除百分率 (%)

SS

BOD

5 , 20 C° 細菌

攔污柵或磨碎機 2~20 5~10 10~20

初級沉澱法 50~70 20~40 25~75

化學沉澱法 70~80 60~70 40~80

低率滴濾池 70~80 75~85 90~95

單段高率滴濾池 70~80 80~85 80~95 雙段高率滴濾池 75~85 85~90 80~95 標準活性污泥法 80~90 85~95 90~98

接觸穩固法 80~90 80~90 90~95

註:

= 進流水水質 放流水水質 × 100%

去除百分率

進流水水質

(31)

常用的物理處理單元

(1) 攔污柵;(2) 沉砂池;(3) 調和池;

(4) 混合池;(5) 沉澱池;(6) 浮除池。

另外特殊情況使用的氣提、逆滲透、凍 結法、蒸發法等亦屬物理處理。

(32)

攔污柵

一組平行的金屬棒條 制成的框架,斜置於 污水流經的渠道上。

功用在於去除大塊、

漂浮及懸浮物質,以 保護機械,防止管道 阻塞、避免處理操作 之干擾,減少對水流

之妨害。 位於進流渠道上的自動清除攔污柵

(33)

攔污柵之分類

根據柵條間隔,可分為粗篩 ( 柵條間距25~50 mm)、

中號篩 ( 柵條間距15~25 mm) 及細篩 ( 柵條間距 10~15 mm)。細篩可攔除的物質較多,唯水頭損失 較大,容易阻塞;中、粗篩可攔除的物質較少。

依篩除物 之清理方法可分為人工清理、機械清理。

人工清理時,柵條傾角為45-50

0

,機械清理約70

0

人工清理常因篩除物累積太多減少水流斷面而增大 水流流速,致降低篩除效果;機械清理可減少此現 象。

功用上可分為雨水用攔污柵 ( 設於沉砂池之後,採 用粗篩攔污柵 )、污水用攔污柵 ( 設於沉砂池之前,

採用中號篩或細篩攔污柵 )。

(34)

篩除物之清理方法

人工清理、機械清理

(35)

沉砂池

沉砂池可分為重力沉砂池 與曝氣沉砂 ,而重力沉砂池又分為水平流沉砂

池、垂直流沉砂池及水平圓形流沉砂池;

其中以水平流沉砂池較常被採用。

沉砂池乃去除粒徑0.2 mm以上,比重 2.0~2.5以上之顆粒 ( 砂粒、礫石、煤 渣及其他可沉降之固體物 ),這些顆粒 之比重及沉降度均大於有機顆粒;有機 顆粒會從沉砂池流出。

(36)

沉砂池之功用

保護處理廠之機動設備及抽水機,避免產生 磨損。

避免砂土在污泥消化槽及初步沉澱池之底部 產生沉積黏結現象。

減少在管線、渠道,處理廠的輸水管道產生 大量的砂土沉積、阻塞及沖蝕現象。

降低砂土在曝氣池和消化槽之累積而減少可 利用之空間及降低系統內各槽之清除次數。

(37)

曝氣沉砂池

污水以螺旋路徑進 入池內氣泡攪動的 方向,而以氣泡的 攪動和攪拌的速度 控制去除顆粒的大 小。

攪拌速度過大,砂 粒將被帶出沉砂池,

攪拌速度過小有機 物又會和砂粒一起 被去除,故攪拌速 度應做合理的控制。

(38)

水平流沉砂池

廢水沿槽的水平方向流動,而流速以特別的堰裝置於出 口處,予以控制在0.3 m/sec左右,而使大部分有機物不 沉澱,而其他種類的粗顆粒能得到良好的沉澱效果。

構造通常為長方形,控制堰可採用比例堰或巴歇爾水槽。

由於沉砂池係屬於單顆粒沉澱方式,故沉砂池之除砂效 率與池子表面積成正比,而與池深、池寬、水平流速及 形狀無關。

(39)

調和池

調和池又稱調整池或調勻池。

是調整水質及水量,又能保持進流水新 鮮度的處理單元。

(40)

調和池設置之目的

減少有機濃度及流量之變化,使生物處理系 統正常運轉。

減少pH值之變化,可減少中和所需的藥品量。

減少流量之變化,使初沉池及終沉池之堰負 荷或水力負荷不致超過。

當工廠停工期間,可由調整池繼續供應生物 處理系統之進水,而維持其正常的操作。

如工業廢水係排入公共下水道,則可使工業 廢水排入量較為均勻,且避免處理廠超負荷。

可避免高濃度之毒性物質流入生物處理系統。

(41)

混 合

可應用在混凝膠凝沉澱、浮除、曝氣、氧化 還原、中和等單元的操作上。

大多數廢水中的污染物如臭味、濁度、色度、

油脂、懸浮固體、酸鹼化物、重金屬、有機 物及無機物等,均須在有攪拌功能的反應池 中進行,經由混合攪拌,可使各種物化反應 均勻且能達到快速處理的目的。

混合可採用空氣壓縮機壓送空氣進入池底混 合;亦可於池表面裝置攪拌機混合。

混合有時可配合好氧性處理,提供喜氣的環 境。

(42)

沉澱池之應用

初步沉澱池:去除可沉澱的懸浮固體物、

漂浮水面之物質及油脂類。

最終沉澱池:去除曝氣池中的混合液懸 浮固體或脫落的生物膜。

混凝沉澱池:去除水中的膠體物質 。

化學沉澱池:用來去除化學氧化還原產 生的沉澱物質等。

(43)

沉澱原理

一般污水沉澱除了沉砂池屬於明顯的單一顆粒的沉澱 外,大都在沉澱過程,單一顆粒會聚集凝結成較粗大 膠羽而加速沉澱效果。

當水流進入一大斷面之池中,因整流牆使水流速度降 低,池水處於近乎靜止狀態,,質量密度較高 ( 相對 於周圍液體 ) 之顆粒會向下移動 ( 沉澱 );反之,較 低質量密度之顆粒則會向上移動 ( 浮除 )。

(44)

沉澱類型

第Ⅰ型沉澱

第Ⅱ型沉澱

第Ⅲ型沉澱

第Ⅳ型沉澱

(45)

第Ⅰ型沉澱

又稱自由沉澱或單顆粒沉澱如沉砂池屬 於此類,其污水中所含的懸浮固體濃度 (SS) 低。

沉澱過程粒子間不互相干擾影響,沉澱 效率與深度無關,但與流體性質及粒子 特性有關。

沉澱速度與顆粒直徑的平方成正比;另 外,溫度越低,液體黏性越高,會影響 沉澱速度。

(46)

第Ⅱ型沉澱

又稱膠凝沉澱,化學混凝及初步沉澱池 沉澱就屬於此類。

污水中有著濃度較低的SS,在沉降過 程固體物相互銜接或膠凝,由於質量增 大,沉澱速度也加速。

粒子間碰撞機會隨溢流率、池深、速度 梯度、顆粒大小分佈與濃度,流體特性 等而變,另外,適時的清除污泥可增加 效率。

(47)

第Ⅲ型沉澱

又稱層沉澱。

污水中有著中等濃度之SS,沉澱過程

粒子間之引力足以妨害鄰近粒子之沉澱。

固液間有明顯之界面。

常應用在終沉池、污泥濃縮及污泥消化 之設計。

(48)

第Ⅳ型沉澱

又稱壓密沉澱

當污水中粒子濃度很高時,會形成結構、

污泥氈,若要使沉澱發生,必須藉上面 粒子的重量壓縮粒子之結構,底下形成 之壓密質量支撐上面粒子之重量,在壓 密過程中,就會將顆粒間孔隙的水分擠 出,而達到固體物濃縮的現象。

常應用在終沉池、污泥濃縮及污泥消化 之設計。

(49)

沉澱池種類(1)

依外型而分,可分為長方形、正方形或 圓形。相同大小容積的沉澱池,以採用 長方形效果較佳,尤其是長、狹、淺的 長方形沉澱池。

上圖為長方形沉澱池,下圖為圓形沉澱池。

(50)

沉澱池種類(2)

依流向而分,可分為水平流及垂直流,

如圖。水平流式沉澱池,效果較佳。

(51)

浮 除

利用釋壓原理或攪拌作用在處理槽中形成氣 泡,以吸附廢水中懸浮狀、膠體狀、乳化狀 以及溶解狀等物質,形成比水輕的漂浮物質,

而自液體中分離出來。

(52)

浮除吸附機構

微細氣泡與粒子間的接觸吸附機構有二種:

Δ一是凝聚粒子間具有微細氣泡,當處在釋壓 情況後,微細氣泡長成大氣泡,而將凝聚粒 子藉由浮力作用往池子表面帶上並刮除。

Δ二是氣泡向粒子吸附,這種吸附力是由兩相 間的界面張力所引起,並作用在兩相界面上 的分子引力;當氣泡與粒子吸附結合後,即 可往池子表面帶上並刮除。

(53)

過濾

將進流污水通過有如管束的濾料 ( 濾砂、

無煙煤 ) 級配

過濾池

(filter),將水中 較細的懸浮性固體予以去除的方法。

有關污水過濾的原理、方式與前章給 水工程中淨水單元的過濾無異

(54)

污水之化學處理

▲酸鹼中和

▲氧化還原

▲化學混凝

▲化學沉降

▲離子交換

▲消 毒

(55)

化學處理

添加化學藥劑於污水中,而使污染物質 發生化學反應,將有害物質轉化為無害 物質,予以去除的方法 。

▲酸鹼中和

▲氧化還原

▲化學混凝

▲化學沉降

▲離子交換

▲消 毒

(56)

酸鹼中和反應

水中酸性化合物與鹼性化合物反應形成水和鹽 類的一種反應。

中和程度可用pH meter加以控制。

大部分中和要求均有相當廣的控制範圍,如生 物處理之pH要求在6.5至8.5之間,放流水則 要求在6.0至9.0之間。

(57)

酸鹼中和目的

防止金屬腐蝕或破壞污水處理系統設施。

保護承受水體中之水生物和水的育樂用途。

做為預備處理,使後續生物處理正常的運作。

提供中性水質,以利循環再利用。

可利用中和池添加營養物質,增進後續生物 處理的效率。

(58)

中和酸性廢水--鹽基性化合物

苛性鈉和蘇打灰為使用最廣的藥劑。

其優點是組成均勻;溶解度高;易貯存 和添加;供應方便;反應迅速;所生的 污泥量少。

價格昂貴是其缺點。

2 4 2 4 2

2 4 2 3 2 4 2 2

H SO 2NaOH Na SO 2H O

H SO Na CO Na SO H O CO

+ → +

+ → + +

(59)

中和酸性廢水--鹽基性鹼土類化合物

生石灰、消石灰、苦土及白雲石 等屬 之,比鹽基性化合物便宜。

唯此藥劑為粉末狀易造成室內空氣污染,

對操作者造成困擾;溶解度不高;反應 較慢;污泥產生量較多;不易脫水為其 缺點。

因溶解度有限,常需裝置攪拌設備增強 反應度。

2 4 2 4 2

2 4 3 4 2 2

H SO Ca(OH) CaSO 2H O H SO CaSO CaSO H O CO

+  → +

+  → + +

(60)

中和鹼性廢水 -- 強 酸

硫酸為最便宜而且應用最廣的藥劑,其 次為鹽酸。

強酸中和之優點為反應快,作用完全且 用量少。

缺點是昂貴,腐蝕性大、控制困難。

2 4 2 4 2

2NaOH H SO + → Na SO + 2H O

(61)

中和鹼性廢水 -- 二氧化碳

焚化產生的煙氣中含有14% 以上的

CO

2

,可用來中和鹼性廢水,當注入廢 水中即產生碳酸,碳酸再與鹼作用而致 中和。

優點是操作簡單、安全。

反應較慢、費用昂貴、污染質太多是其 缺點。

2 2 3 2

2 3 2 2 3

2NaOH CO Na CO H O Na CO CO H O 2NaHCO

+  → +

+ +  →

(62)

氧化還原

氧化為一物質失去電子的反應,還原為 另一物質獲得電子的反應,在一反應池 中,氧化與還原必同時發生,獲得電子 的物質稱為氧化劑,失去電子的物質稱 為還原劑。

(63)

氧化還原處理污水的目的

使污水中有毒有害的污染物質轉變成另 一種無毒無害物質,而這些污染物質包 括無機物和有機物。

無機物中以Fe

2+

、Mn

2+

、S

2-

、CN

-

SO

3 2-

等之氧化及六價鉻CrO

4 2-

Cr

2

O

7 2-

等之還原最常見。

有機物則以去除酚、臭味、色度、毒性 有機物及一般有機物之生物氧化為主要。

(64)

常用的氧化劑及還原劑

常用的氧化劑有氯系氧化劑 ( 如液氯、

氯氣、漂白粉、漂白劑 )、臭氧、過氧 化氫、高錳酸鉀及空氣中的氧氣等。

常用的還原劑則有二氧化硫、亞硫酸鹽、

硫酸亞鐵等。

(65)

化學混凝

廢水中顆粒顆粒較小的固體如膠體粒子,由 於其本身帶有靜電荷,使得粒子在水中因互 相排斥保持穩定狀態而不易沉澱。

加入混凝劑,促使膠體粒子相互結合而凝結 成較粗大的膠羽團粒後,才容易沉澱去除。

化學混凝亦可降低廢水中的色度、高分子物 質、有機物,某些重金屬毒物 ( 如汞、鎘、

鉛 )、放射性物質、富營養物質磷;並且可 改善污泥的脫水性。

(66)

廢水處理中常用的混凝劑

石灰、硫酸鋁、硫酸亞鐵、三氯化鐵及 高分子聚合物等。

混凝處理若與其他處理法比較,其優點 為設備簡單、操作易,可做分批式處理 等,缺點則為操作費高,且產生的化學 污泥較難處理與處置。

(67)

化學沉降

添加化學藥劑,使與污染物發生化學反 應生成不溶解性沉澱物的方法。

污水處理常用於重金屬的去除。

n m

m n

n m m n

eq

M N mM nN [M ] [N ] L

+ −

+ −

 → +

←

= ⋅

式中

Mn+

為金屬陽離子,

Nm

為陰離子。

[M ]n+ m [N ]m n >

L

eq

時,溶液過飽和,超過飽和的部分將析出沉澱。

[M ]n+ m [N ]m n <

L

eq

時,難溶鹽將溶解。

(68)

重金屬氫氧化物溶解度與pH值之關係

大部分重金屬在pH8.0~11.0,其溶解 度最小。

7 8 9 10 11 12

0.001 0.01 0.1 1.0

(Zine)

(Chro- mium)

(Nickel)

(Copper)

溶解 pH 值

(mg / L)

(69)

離子交換

離子交換即是利用樹脂上的離子與污水 溶液中的污染物離子互相交換,而達到 污水淨化的方法。

此反應並不會改變樹脂本身的結構。

(70)

離子交換樹脂

可分為無機性離子交換樹脂和有機性離 子交換樹脂兩大類。其中有機性離子交 換樹脂在廢水處理上應用較廣。

無機性離子交換樹指有天然沸石和合成 沸石。

有機性離子交換樹脂則包含強陽離子交 換樹脂、弱陽離子交換樹脂、強陰離子 交換樹脂及弱陰離子交換樹脂等。

2 2

2

2 2

2Re Na Ca Re Ca 2Na ( ) Re Ca 2NaCl 2Re Na CaCl ( )

+ + + +

+ +

− + ← → − +

− + ← → − +

交換

再生

(71)

離子交換法之優點

對於低濃度重金屬廢水 ,其單位處理

成本較電透析 、逆滲透 、蒸發 等為低。

再生廢液所濃縮的離子濃度,常可達到 直接利用的程度。

再生廢液體積小。

具高選擇性的樹脂 ,能從水溶液中僅 去除所欲去除的金屬離子。

廢水可循環回收使用。

(72)

消 毒

消毒乃是將水中致病的微生物破壞或使 其失去活性,在污水處理中,一般要求 將細菌 (bacteria)、病毒 (viruses) 及 阿米巴囊 (amoebic cysts) 等三類病菌 破壞。

污水處理所採用的消毒方法一般為加氯 消毒。

(73)

加氯消毒之二種型式

液氯消毒:於氯攪拌筒內加入粉狀的漂白劑 ( 如NaClO) 並加自來水混合均勻後,再以 加氯泵抽出注入放流水氯接觸槽內消毒。

氯氣消毒。氯氣由液氯筒在高壓狀態下以液 氯儲存,經排出後揮發成氣態,然後進入濕 式真空加氯機,將定量的氯氣經由注入器,

使其溶於水中,輸送至液氯分配盤,再由液 氯分配盤送到加氯接觸槽內進行消毒。

(74)

自由有效氯

次氯酸HOCl及次氯酸鹽OCl

-

稱為自由 有效氯

二者之分配與pH有關;當pH低時,

HOCl濃度增加;反之,當pH升高,

則OCl

-

濃度增加。

通常HOCl之殺菌效率為殺菌效率之80 倍之多。

(75)

結合有效氯

水中的氨與氯結合成氯胺

(chloramine),稱為結合有效氯 (combined available chlorine) 。

消毒效率遠比自由有效氯為小。

(76)

無消毒效力的氯化物

水中還原物質 ( 如Fe

2+

、H

2

S及有機性 還原物 ) 與氯反應後形成無消毒效力的 氯化物。

加氯消毒除了安全考量外,亦有可能 氯與有機污染物質反應產生氯衍生物 如三鹵甲烷致癌性物質。

(77)

生物處理

利用微生物的代謝作用將污水中的微細 有機物及溶解性有機物氧化分解,以達 到安定化的效果。

並於最終沉澱池將生物性污泥予以分 離的處理方法。

(78)

好氧性分解

在一反應槽中供給氧氣,使廢水中的 有機物 ( 如碳水化合物、蛋白質、脂肪 等 ) 被好氧性微生物分解成穩定物質的 方法,反應溫度不得超過35°C 。

活性污泥法 ( A.S.P)、滴濾池法

( T.F.P)、旋轉生物圓盤法 (RBC) 等均 屬於好氧性處理。

2

2

2 2 3 4

( C.N.S ) O

CO H O NO

SO

+

→

好氧菌

+ + + +

有機物 含

微生物細胞

(79)

廢水生物處理

依有無供氧情況,可分為好氧性處理 (aerobic treatment) 及厭氧性處理 (anaerobic treatment)。

無論好氧或厭氧處理,依微生物生長方 式可再分為懸浮生長式 (suspended

growth type) 及接觸生長式 (attacted growth type)。

(80)

好氧性處理

在一反應槽中供給氧氣,使廢水中的有機物 ( 如碳水化合物、蛋白質、脂肪等 ) 被好氧 性微生物分解成穩定物質的方法。

活性污泥法 (簡稱A.S.P)、滴濾池法 (簡稱 T.F.P)、旋轉生物圓盤法 (簡稱R.B.C) 等均 屬於好氧性處理。

2

2

2 2 3 4

( C.N.S) O

CO H O NO

SO

+

→

好氧菌

+ + + + 有機物 含

微生物細胞

(81)

厭氧性處理(一)

在一密閉反應槽 ( 缺氧狀態 ) 中,使廢 水中的複雜有機物被厭氧性微生物分解 成穩定物質的方法。

在厭氧狀態,有機物之穩定化係由酸性 生成菌 (acid formation bacter) 及甲

烷菌 (methane bacter) 分二階段完成。

(82)

厭氧性處理(二)

反應式

厭氧接觸法 (anaerobic contact

process)、厭氧濾床 (anaerobic filter bed)、厭氧流動床 (anaerobic fluid bed) 等屬於厭氧性處理。

2

3 4

2 2 3 2

2 4 2

( NO , SO )

CO H O NH H H S CH CO

− −

+  →

+ + + + +

+ + + ←

酸性生成菌

甲烷菌

有機物 結合氧 如 酸菌細胞 有機酸

甲烷菌細胞

(83)

懸浮生長式

用來分解有機物的微生物,在反應槽中 保持懸浮狀態生長的方法。

活性污泥法及厭氧接觸法。

活性污泥系統中的曝氣槽

(84)

接觸生長式

用來分解有機物的微生物,在反應槽中 附著在惰性物質 ( 如PVC盤、玻璃纖維 或礫石 ) 上生長的處理方法。

旋轉生物圓盤法、滴濾池法。

(85)

活性污泥法

原污水經前處理 ( 如攔污柵、沉砂池、最初沉澱池、

調整池或中和池等 ) 後,仍含溶解性有機物之廢水。

這種廢水流入曝氣槽內與池內呈懸浮生長式的好氧性 微生物群相接觸,溶解性有機物即被微生物分解成穩 定物質及增殖微生物。

經增殖的微生物於最終沉澱池沉澱分離,沉澱分離之 污泥,一部分連續迴流至曝氣槽 ( 又稱迴流污泥;另 一部分排出另行處理 ( 又稱廢棄污泥)。

(86)

活性污泥法之 微生物特性(1)

活性污泥是由細菌 (bacteria)、菌類 (fungi)、

原生動物 (protozoa)、輪蟲 (rotifers) 所組成,

有時亦會有線蟲 (mematodes) 出現。

細菌為最重要之微生物,負責有機物之穩定 與膠羽之成長。

(87)

活性污泥法之 微生物特性(2)

真菌類通常不希望出 現在活性污泥中,但 在高BOD之廢水、

低pH值及營養不足 之廢水,會促進真菌 (fungi) 的成長。

處理廢水時,原生動 物並無直接穩定有機 物質之用。但纖毛蟲 大量出現,可判斷活 性污泥處於成熟期,

這時污泥淨化達到最 佳效果,而輪蟲則被 用來判斷良好放流水 水質的一項重要指標。

輪 蟲 絲狀菌

(88)

滴濾池處理法

為接觸性生物處理法之一種。

原污水經最初沉澱池處理後之處理水,以間 斷或連續散水方式通過濾料層 ( 卵石、礦渣、

無煙煤或塑膠 ),利用濾料上生長之微生物膜 氧化分解污水中之有機物,生物膜厚度逐漸 增加,底層則會因缺乏氧氣及營養物,而發 生厭氧生物層。

最後細菌細胞自行分解死亡後,生物膜對濾 料的附著力消失,遂自濾料剝落,然後引入 最終沉澱池沉澱分離污泥之處理方法。

(89)

滴濾池處理法生物膜之反應狀況

(90)

滴濾池之斷面

(91)

滴濾池處理法(TFP) 之流程

大致與活性污泥法相當,其中由最終沉 澱池沉澱的污泥通常不需迴流至滴濾池,

惟可能迴流至初沉池幫助沈澱。

最終沉澱池之放流水則須一部分迴流至 滴濾池,以稀釋濃度太高的進流水及補 充滴濾池生物之用。

(92)

旋轉生物圓盤(RBC)法

為接觸性生物處理法的一種。

具有一連串的圓板,分成數段,板之40~70% 浸於接 觸反應槽之水中,當一面進水,一面緩慢旋轉圓板,

流經一段時間後,圓板表面開始成長了一群微生物。

這些微生物隨著圓板之旋轉自空氣中吸收氧,並自水 中吸收有機物進行好氧分解。微生物膜經數日後漸厚,

底層則呈厭氧性。微生物失去活性後會由旋轉的剪力 作用剝落流經最終沉澱池沉澱分離污泥之處理方法。

其生物膜之反應狀況與滴濾法之生物膜反應很類似

(93)

RBC法 生物膜之反應狀況

(94)

RBC法系統流程

(95)

接觸曝氣法(1)

將曝氣槽內的接觸材料浸於水中,並在槽內 給予充分曝氣,使流入之污水充分攪拌循環 流動,而與接觸材料相接觸,經一段時間後,

接觸材料開始生長出生物膜,利用該生物膜 在好氧狀態下吸附氧化廢水中有機物之處理 方法。

本法與RBC,滴濾池法同為接觸性生物膜法 的一種,惟本法為於水中強制供給溶氧,並 有部分生物保持懸浮生長方式,故其構造及 生物培養方式則介於活性污泥法與滴濾池之 中間型處理方式。

(96)

接觸曝氣法(2)

塑膠PVC材質製成之多孔蜂巢管接觸材料

(97)

厭氧消化法

當高濃度的複雜有機物 ( 如碳水化合物、蛋 白質、脂肪等 ) 投入密閉的消化槽中,厭氧 微生物以有機物為食物並將之分解成簡單的 穩定物質。

厭氧消化之過程有

(1)液化 (Liquification)

利用外細胞酵素將污泥中較粗大或複雜的 有機物變為簡單 之有機物,然後利用酸性形成菌 (acid former) 將簡單之有 機物分解成低分子之有機酸,pH值約為5~6左右,並會產生 強烈的腐敗臭。

(2)氣化 (Gasification)

由甲烷生成菌將第一階段產生的中間物進一步分解為甲烷、

二氧化碳等最終產物,pH約為7.5左右。

(98)

厭氧消化法程序示意

有機物 微生物+

酸性生成菌 ( 或稱酸性腐化菌 )

2 3 2

CO NH H S+

有機酸、醇、

能量

甲烷菌

4 2

CH CO +能量

酸性消化階段 鹼性消化階段

(99)

厭氣接觸法

(Anaerobic Contact Process)

厭氧接觸法或稱厭氣活性污泥法,處理程序與活性 污泥法相同,如圖所示。反應槽為密閉式,並利用 機械攪拌混合,反應槽中之混合液懸浮固體 (MLSS) 進入沉澱池之前,先進行脫氣 ( 厭氣過程產生的氣 體 ),以利沉澱。

(100)

污泥來源

由初級沉澱池或浮除池產生之可沉降固 體或上浮固體產生的初級污泥

(primary sludge) 。

生物處理過程中最終沉澱池產生的生物 污泥又稱二級污泥 (secondary

sludge) 。

由混凝沉澱及化學沉降過程中產生的化 學污泥 (chemical sludge)。

(101)

污泥處理與處置之目的

減量化:將污泥中的水份予以分離出來,以減少污 泥體積、重量並利於最終處置 。

安定化:將有機物變成穩定的有機物、無機物,以 合乎衛生及安全。

無害化:去除污泥中的寄生蟲及致病菌或將污泥固 化,並遠離生態活動區。

資源化:將處理後之污泥用作肥料,改良土壤,以 出售回收部分污水處理成本。

減量化 安定化 資源化 無害化 污泥處理目標

(102)

污泥的分類

有機性污泥

主要來自初步沉澱池及二級沉澱池所 排出的污泥。

無機性污泥

主要來自沉砂池、化學沉澱池以及混 凝沉澱池。

(103)

有機性污泥特性

有機性污泥的特性為有機物含量高、容 易腐敗發臭、污泥顆粒較細、比重較小、

含水量高、易於管道輸送。

惟有機性污泥不易脫水,主要係因污泥 構造大都屬親水性膠狀體。

(104)

無機性污泥特性

無機性污泥為無機物含量高、顆粒較粗,

比重較大、含水率較低且易於脫水。

惟流動性較差、不易用管道輸送。

(105)

一般廢水之污泥處理及處置流程

由污水廠廢棄 之污泥 ( 包含 初沉池及終沉 池之污泥 )

濃縮 (Thickening) 1. 重力式

(gravity) 2. 浮除式 (flotation) 3. 離心式

(centrifugation)

1. 氯氧化

(chlorine oxidation) 2. 石灰穩定

(lime stabilization) 3. 熱處理

(heat treatment) 4. 好氧消化

(aerobic digestion) 5. 厭氧消化

(anaerobic digestion) 6. 濕式氧化

(wet oxidation) 穩定 (Stabilization)

1. 化學混凝

(chemical coagulation) 2. 淘洗

(elutriation) 3. 熱處理

(heat treatment)

調理 (Conditioning) 脫水 (Dewatering) 1. 真空過濾

(vacuum filter) 2. 壓力過濾 (filter pressure) 3. 水平帶狀式過濾 (horizontal belt filter) 4. 離心式過濾

(centrifugation) 5. 乾燥床

(drying beds)

處置 (Disposal) 1. 土地利用

(land application) 2. 堆肥

(composting) 3. 填地

(land filling) 4. 焚化

(incineration) 5. 海洋棄置 (ocean disposal) 6. 固化

(solidification) 濃縮

污泥

消化 污泥

調理

污泥 污泥餅

(106)

典型污泥處理流程

初級污泥

終沉池污泥

重力 濃縮池

好氧

消化池 乾燥床

上澄液接 回處理廠

上澄液及浮渣 接回沉澱池

脫離液接回 沉澱池

污泥餅

(a)

上澄液接 回處理廠

初級

污泥 下澄液接 回處理廠

終沉 污泥

上澄液接 回處理廠

甲烷 及 其他 氣體

過濾液接 回處理廠

污泥餅 重力

濃縮池

溶解空氣 浮除法

厭氧消化 過濾

( 加壓、真空 )

(b)

初級污泥

終沉池污泥

重力

濃縮池 化學調理 離心脫水 石灰固化

加焚化 上澄液接

回處理廠 藥劑 脫離液接回

處理廠 液體再碳化作用

飛灰 處置

固化石灰 接回石灰 (c) 快混池

結合污泥

(107)

污泥濃縮處理

濃縮乃是設法將存在於污泥顆粒間的孔隙水 驅除,以降低污泥的體積;可達到以下目的:

當污泥經濃縮後,體積減小,可減少消化槽 的容積並改善污泥消化槽之操作、降低其工 程費。

可減少污泥調理劑量、提高污泥脫水之經濟 性。

降低污泥含水量,減少污泥體積,以利最終 處置。

(108)

污泥濃縮處理法 --重力濃縮

重力濃縮:係於一圓形池中裝有一轉動 速度緩慢的迴轉耙子,破壞污泥間的 架橋作用,使產生沉澱和壓實作用,

以達到固液分離的方法。

(109)

污泥濃縮處理法 --浮除濃縮

於一池底釋放空氣泡,使與污泥接觸並 拌住污泥膠羽,如此氣泡與污泥混合物 因浮力增加而升至液面,再將之刮除的 方法。

浮除濃縮對於沉澱速度小或不易壓縮的 廢水污泥特別有效,同時浮除過程可提 供空氣,使池子保持好氧狀態,減少臭 味產生。

本法有關之原理與設備和污水之浮除法 相似。

(110)

污泥穩定處理

污泥穩定處理可分為生物穩定法及其他 穩定法。

目的為減少揮發性固體物及含水量、減 少病原菌及臭味、使有機物成為穩定物 質、使污泥易於脫水等。

(111)

生物穩定法

生物穩定法主要有厭氧消化法及好氧消 化法二種。

厭氧消化係污泥在厭氧狀態下進行消化,

使之達穩定的方法,消化時間約需15 天~30天左右。

好氧消化係採延長曝氣 (10~15天 ) 方 法,藉好氧性細菌的作用使污泥達穩定 的方法。

(112)

污泥其他穩定處理

化學氧化:污泥中加入化學氧化劑如Cl2 H2O2及O3,可減少污泥中病原菌,惡臭及 控制污泥之腐敗。

石灰穩定:於污泥中加入超量石灰,使pH值 增至12或更高,可減少污泥的腐敗、臭味或 對健康的危害。

濕式氧化:污泥於高溫(150-325℃)及高

壓 (2069~20,690 KPa) 液相狀態下進行焚化。

熱解:污泥於370-385℃無氧狀況,將有機

污泥轉化成能源或副產物,以減少固體體積。

(113)

污泥調理

目的:在於改善污泥的脫水性質

常用的方法 污泥淘洗 化學調理 熱處理

(114)

污泥淘洗

污泥淘洗係利用鹼度較低的水或放流水洗滌污泥,

以減少鹼度,袪除膠狀物質,可使調理時減少化 學藥劑的用量。

通常污泥淘洗接於消化污泥之後,此因厭氧消化 之後,由於消化而產生含有重碳酸鹽之鹼度達 2000-3000mg/L,而重碳酸鹽會與調理劑如 FeCl

3

產生如下反應,而消耗大量調理劑:

經淘洗後產生之廢水含有甚高的SS,須再回流 到廢水處理系統處理。

3 3 2 3 2 2

3 4 3 3 4 2

2FeCl 3Ca(HCO ) 2Fe(OH) 3CaCl 6CO FeCl 3NH HCO Fe(OH) 3NH Cl 3CO

+  → + +

+  → + +

參考文獻

相關文件

皇宮可在 EBAS 門出戶口。門出 EBB 且可在明知告〈旦宮。啥叫自主吉普』閻明自立...。此經如本經般,以從喜慨 (BBC 出自) 師生的喜 (BF) 起續經文。

4、設施工程類:污水處理廠、礫 間處理設施、焚化廠、環境工 程設備設施組裝系統、電業設

Abstract:Aseries of tests about the content of heavy

輸入內容【充氣堤壩:在元朗排水繞道和錦田河新河道交匯處前約一百八十

其污染源分佈以上游畜牧廢水為最大宗,下游匯合三爺宮溪後入海,下游之污染源為燃

• 三級處理 (tertiary treatment) 或高級處理 (advance treatment)..

Soil or groundwater pollution monitoring standards.

使得廢水中含有殘留的 DMSO,若不加以處理 DMSO 又會被厭氧 分解還原成具有惡臭的物質-二甲基硫(Dimethyl Sulfide,