以上流式厭氧污泥床處理養猪廢水之效能

(1)

1

中華民國九十九年十一月十二、十三日屏東縣國立屏東科技大學環境工程與科學系

以上流式厭氧污泥床處理養猪廢水之效能

黃慶昌*，崑山科技大學環境工程系碩士班研究生林龍富，崑山科技大學環境工程系副教授

摘要

本研究以高效率之 UASB 反應器現地處理經固液分離後之猪糞尿廢水。

UASB 反應器之有效體積為 11.4 L，操作時間長達 663 天，跨越春、夏、秋及冬四季，並跨越兩個不同年度，其反應器之操作條件以無控溫方式，藉由提升水力負荷(5~15 L/d)縮短水力停留時間(54.7~18.2 hrs)。研究結果顯示，進流水 COD 濃度介於 2,160 至 14,000 mg/L 之間，平均值為 5,886 mg/L；有機負荷介於 1.89

~12.28 kgCOD/m

³

-d 之間，平均值為 4.58 kg COD/m

³

-d；經處理過後之出流水 COD 介於 429 至 4,170 mg/L 之間，平均值為 1,168 mg/L；COD 去除率介於 55 至 93%

之間，平均值為 80%。進流水 SS 濃度介於 600 至 6,885 mg/L 之間，平均值為 2,150 mg/L，經處理過後之出流水 SS 濃度介於 46 至 2,680 mg/L 之間，平均值為 442 mg/L；SS 去除率介於 31 至 97%之間，平均值為 81%。

關鍵字：養猪廢水、生物處理、上流式厭氧污泥床

(2)

2

一、前言

台灣傳統畜牧養猪業在農業中佔有相當高之產值，依據農委會統計資料，

2009年11月底，台灣地區猪隻養殖頭數達614萬頭(行政院農委會，2009)。畜牧業在台灣地區之總產值為142,034,401千元，占國內農業總產值之35%。而畜牧業生產總值中，猪之生產總值約65,897,983千元，占畜牧業之46%為最高。台灣之養猪型態規模大且密集度高，每頭猪每日產生之廢水量約為30 L (洪嘉謨與張定偉，1994)，亦即台灣地區猪隻業每日所產生之廢水量約184,200 m

³

。徐亞同(1996) 及朱淑琴等(1999)指出猪糞尿廢水之特點為高懸浮物、高有機物及高氨氮，且臭味重及水質變化較大。猪糞尿廢水含有大量的養分，若未經適當之處理即直接排放會導致環境污染，造成水體優養化，破壞生態平衡，且猪糞尿臭味會影響人類的生活品質與身體健康。

含高濃度有機污染物之廢水以厭氧生物技術處理，具有能源消耗低、可有效回收沼氣、處理負荷高、污泥產量少及耐衝擊負荷等諸多優點，已成為近年來水處理領域研究之熱點(余金蓮，2000)。台灣現行之猪糞尿廢水大多以農委會推廣之三段式流程處理，包括固液分離、厭氧發酵及好氧活性污泥等三個階段，但因操作效能不佳，廢水排放常要擔心是否能達到排放標準。由於上流式厭氧污泥床 ( Upflow anaerobic sludge blanket, UASB )反應器已經證實為一高效率生物厭氧反應器，能在高負荷及很短之水力停留時間下操作，且能有效地處理有機廢水 (Lettinga et al., 1980)。因為反應器內部微生物呈懸浮性生長，具有高生物活性及 高沉降性，能形成較緻密之顆粒化厭氧污泥，具動力費用少、處理容量大、佔地 面積小等優點，且可有效收集沼氣(Speece, 1996； Haberts et al., 1985；Pfeffer et al., 1967；黃新田，1987)，對於處理高有機污染之猪糞尿廢水，具有相當的潛力。

但過去的操作經驗顯示，UASB 難以應付含有高懸浮固體物的廢水，這對於具有高濃度懸浮固體物的猪糞尿廢水是一大挑戰。

本研究擬在養猪場現地以無控溫之方式操作，藉由改變水力負荷，以控制水力停留時間（Hydraulic retention time, HRT）及有機負荷，探討 UASB 反應器對於猪糞尿廢水中有機物及懸浮固體物之去除效能。

二、實驗設備與方法

2.1 實驗設備

本研究採用自行設計之上流式厭氧污泥床反應器，反應器為壓克力材質，內徑 12 cm、高 101 cm、有效體積為 11.4 L。反應器上部設置固、液、氣三相分離系統並設有上層液迴流系統及六個等距離採樣口，以便取樣，反應器設計示意圖，如圖 2.1 所示。

(3)

3

101cm

Ø12cm

mixer mixer Gas bag

Recirculation pump

Feed pump Feed tank

Anaerobic effluent tank Gas/Liquid/Solid

separator

Influent Recirculation Anaerobic effluent Biogas production

101cm

Ø12cm

mixer mixer

101cm

Ø12cm

mixer mixer

101cm101cm

Ø12cm Ø12cm

mixer mixer Gas bag

Recirculation pump Recirculation pump

Feed pump

Feed pump Feed tank

Anaerobic effluent tank Gas/Liquid/Solid

separator

Influent Recirculation Anaerobic effluent Biogas production Influent Recirculation Anaerobic effluent Biogas production

圖 2.1 UASB 反應器設計示意圖 2.2 實驗方法

1. 本研究從 2008 年 9 月開始於屏東縣麟洛鄉中央畜牧場現場架設 UASB 反應器進行實場試驗，廢水水質與畜牧場廢水處理設備完全相同，以求研究成果具有代表性。

2. 本研究所採用之猪糞尿廢水係由飼養種母猪及仔猪之水簾式猪舍所排出，沖洗猪舍時間在每天早上 8:00~10:30，夏季時每天沖洗約一次，而在冬天時因寒流影響通常每隔數天清洗一次。猪糞尿廢水為經過固液分離系統後之廢水，廢水中仍然含有相當高濃度之懸浮固體物，其中有 80%以上之有機物。

該 UASB 反應器之進流廢水水質與現場水質一致(已過篩之廢水)。UASB 反應器植種污泥係取自中央畜牧場現場猪糞尿廢水處理廠厭氣池內之污泥。

UASB 反應器污泥之馴化採連續流操作方式。

3. UASB 反應器操作係藉由改變不同水力負荷以調整水力停留時間。廢水以定量馬達 24 小時連續進流，水力負荷控制為 5、7.5、10 及 15 L/d 時，水力停留時間分別為 54.7、36.5、27.4 及 18.2 hrs。UASB 反應器之每個試程操作都要二個月以上，每星期測定 UASB 反應器出流水之 pH 值、化學需氧量 (COD)、溶解性化學需氧量(SCOD)、懸浮固體(SS)及揮發性懸浮固體(VSS) 二次。

2.3 實驗分析方法

水質分析項目包括：pH 值、總化學需氧量(COD)、溶解性化學需氧量 (SCOD)、懸浮固體(TSS)和揮發性懸浮固體(VSS)，均依據環保署公告之水質檢測及樣品保存方法分析及保存樣品，如表 2.1 及 2.2 所示。

(4)

4

=103%

X X

管制上限值

管制上限值(UCL) = 115%(UCL) = 115%

警告上限值

警告上限值(UWL) = 111%(UWL) = 111%

警告下限值

警告下限值(LWL) = 95%(LWL) = 95%

管制下限值

管制下限值(LCL) = 91%(LCL) = 91%

化學需氧量之回收率(%)

=103%

X X X X

管制上限值

管制上限值(UCL) = 115%(UCL) = 115%

警告上限值

警告上限值(UWL) = 111%(UWL) = 111%

警告下限值

警告下限值(LWL) = 95%(LWL) = 95%

管制下限值

管制下限值(LCL) = 91%(LCL) = 91%

化學需氧量之回收率(%)

表 2.1 水質檢測分析方法

資料來源：行政院環保署環境檢驗檢所，2009

表 2.2 水質採樣與保存方法

資料來源：行政院環保署環境檢驗檢所，2009

2.4 實驗分析之 QA/QC 1. 化學需氧量之回收效率

(1). 化學需氧量分析之品質管制結果如圖 2.2 及表 2.3 所示。查核樣品分析：KHP 之合成樣品(COD 濃度為 200 mg/L)，每批次或每 10 個樣品至少執行一次查核樣品分析，回收率應在 85 ~ 115% 範圍內。

(2). 本方法不執行添加分析。

COD 回收率(%)平均值， = 103%；標準偏差，S = 4％

表 3.7 化學需氧量(COD)查核樣品分析次數

圖 3.4 化學需氧量查核樣品分析品質管制圖

X

X X

X

(5)

5

三、結果與討論

3.1 中央畜牧場之養猪現況

本研究之 UASB 反應器架設於屏東縣中央畜牧場，研究期間該畜牧場之飼養型態、廢水特性及廢水處理流程如下：

1.猪隻飼養型態：

中央畜牧場位於屏東縣麟洛鄉，現場養猪戶飼養猪隻之猪舍採用水簾式(如圖 3.1 及 3.2 所示)，水簾式猪舍設置自動化降溫之儀器與設施，且加濕及調整風速補助溫度控制，使得猪舍室內溫度控制為 26 ~ 29℃。

圖 3.1 中央畜牧場之水簾式猪舍圖 3.2 中央畜牧場水簾式猪舍之自動化降溫設施

本畜牧場飼養頭數約 20,000 頭，包括肉猪、種母猪及仔猪，其中種母猪及仔猪占總飼養頭數 26%，本研究採用之廢水係由種母猪及仔猪所排放。

現場飼養種母猪以平面式水泥地為主，如圖 3.3 所示。種母猪分娩及仔猪生長階段則採高床式為主，如圖 3.4 及 3.5 所示。現場餵食種母猪及仔猪之方式採取限食，且一天餵食兩次，其飼料主要以蛋白質(如豆粉及玉米)、纖維素及其他成分。

圖 3.3 中央畜牧場飼養種母猪之情況圖 3.4 中央畜牧場飼養種母猪分娩 之情形

(6)

6

圖 3.5 中央畜牧場飼養仔猪生長階段之情形

種母猪及仔猪產生之糞尿，平常以抽取地下水沖洗，對於飼養在平面式水泥地之種母猪所產生的糞尿，需以大量清水沖洗猪欄，而種母猪分娩及仔猪生長階段，則以高壓幫浦沖洗高床及高床下之猪糞尿。沖洗猪舍時間都在每天早上 9:00

~ 10:30 之間進行，夏季時每天沖洗猪舍一次，冬季時通常每隔數天沖洗一次，

如圖 3.6 所示。

圖 3.6 中央畜牧場猪舍沖洗情形 2.廢水特性：

猪糞尿廢水水質，明顯受到季節性變化及飼養猪隻頭數影響，如圖 3.7 所示，

在夏、秋兩季，因天氣熱，每天沖洗猪舍，且降雨量較大，廢水收集未採雨污分流，所以化學需氧量及懸浮固體物濃度均較低；在冬、春兩季，因氣溫低，通常每隔數天沖洗一次猪舍，廢水濃度明顯偏高。

COD (mg/L) SS (mg/L)

養豬頭數(頭)

秋季冬季春季夏季秋季冬季

春季夏季

圖3.7 中央畜牧場養猪廢水水質受季節性變化及飼養頭數影響情形

COD (mg/L) SS (mg/L)

養豬頭數(頭)

春季夏季

圖3.7 中央畜牧場養猪廢水水質受季節性變化及飼養頭數影響情形

(7)

7

研究期間種母猪及仔猪飼養頭數，因市場機制有遞減之現象，2008 年時有 5230 頭，2010 年時僅剩 1980 頭，如圖 3.9 及 3.10 所示，這也是造成第二年水質濃度較第一年低之原因。

圖 3.8 還在飼養仔猪圖 3.9 部分猪舍已閒置 3.2 UASB 反應器處理猪糞尿廢水之操作效能

本研究從 2008 年 9 月開始於屏東縣麟洛鄉中央畜牧場現場架設上流式厭氧污泥床反應器進行實場試驗，UASB 反應器在無控溫之條件下操作，藉以探討 UASB 反應器在不同水力負荷暨有機負荷條件下對猪糞尿廢水中有機物及懸浮固體之處理效能。

1.在不同水力負荷下操作 UASB 反應器處理猪糞尿廢水之操作效能：

研究期間，藉由改變水力負荷為 5.0、7.5、10 及 15 L/d 時，水力停留時間分別為 54.7、36.5、27.4 及 18.2 hrs，主要目的為增加進流量，縮短水力停留時間來探討提升有機負荷率對 UASB 反應器處理猪糞尿廢水中有機物和懸浮固體效率，實驗結果如表 3.1 至 3.4 所示。

(1).當水力負荷為 5.0 L/d，UASB 反應器處理猪糞尿廢水之操作效能：

當水力負荷為5.0 L/d時，UASB反應器處理猪糞尿廢水之操作性能，如表3.1 所示。進流水COD濃度介於5,902至10,338mg/L之間，平均值為8,367 mg/L，有機負荷率介於2.61至4.57 kg COD/m

³

-d之間，平均值為3.70 kg COD/m

³

-d；處理後之出流水COD介於708至1,823 mg/L之間，平均濃度為1,349 mg/L，COD去除率介於 81至90%之間，平均值為84%；反應器去除COD速率介於2.11至3.77 kg COD/m

³

-d 之間，平均值為3.10 kg COD/m

³

-d。

進流水 SS 介於 2,220 至 3,380 mg/L 之間，平均濃度為 2,740 mg/L，處理後之出流水 SS 介於 194 至 758 mg/L 之間，平均濃度為 494 mg/L；SS 去除率介於 71 至 93%之間，平均值為 82%。

(2).當水力負荷為 7.5 L/d，UASB 反應器處理猪糞尿廢水之操作效能：

當水力負荷為 7.5 L/d 時，UASB 反應器處理猪糞尿廢水之操作性能，如表 3.2 所示。進流水 COD 濃度介於 3,541 至 7,665 mg/L 之間，平均值為 4,965 mg/L，

有機負荷率介於 2.33 至 5.04 kg COD/m

³

-d；

處理後之出流水 COD 介於 554 至 788 mg/L 之間，平均濃度為 668 mg/L；COD

(8)

8

去除率介於 82 至 92%之間，平均值為 86%，反應器去除 COD 速率介於 1.91 至 4.63 kg COD/m

³

-d。

進流水 SS 介於 1,160 至 2,960 mg/L 之間，平均濃度為 1,897 mg/L，處理後之出流水 SS 介於 108 ~ 253 mg/L 之間，平均濃度為 174 mg/L；SS 去除率介於 82 至 96%之間，平均值為 90%。

(3).當水力負荷為 10 L/d，UASB 反應器處理猪糞尿廢水之操作效能：

當水力負荷為 10 L/d 時，UASB 反應器處理猪糞尿廢水之操作性能，如表 3.3 所示。進流水 COD 濃度介於 2,929 至 5,342 mg/L 之間，平均值為 4,790 mg/L，

³

-d；

處理後之出流水 COD 介於 698 至 895 mg/L 之間，平均濃度為 795 mg/L；COD 去除率介於 75 至 87%之間，平均值為 83%，反應器去除 COD 速率介於 1.93 至 4.07 kg COD/m

³

-d。

進流水 SS 介於 600 ~ 2,010 mg/L 之間，平均濃度為 1,457 mg/L，處理後之出流水 SS 介於 48 至 193 mg/L 之間，平均濃度為 103 mg/L；SS 去除率介於 89 至 97%之間，平均值為 92%。

(4).當水力負荷為 15 L/d，UASB 反應器處理猪糞尿廢水之操作效能：

當水力負荷為 15 L/d 時，UASB 反應器處理猪糞尿廢水之操作性能，如表 3.4 所示。進流水 COD 濃度介於 4,114 至 8,247 mg/L 之間，平均值為 5,748 mg/L，

³

-d；

處理後之出流水 COD 介於 429 至 1,902 mg/L 之間，平均濃度為 1,060 mg/L，COD 去除率介於 75 至 91%之間，平均值為 82%；反應器去除 COD 速率介於 4.04 至 8.35 kg COD/m

³

-d。

進流水 SS 介於 1,260 至 2,680 mg/L 之間，平均濃度為 1,883 mg/L，處理後之出流水 SS 介於 62 至 447 mg/L 之間，平均濃度為 197 mg/L；SS 去除率介於 81 至 96%之間，平均值為 90%。

表 3.1 水力負荷為 5.0 L/d 時 UASB 反應器處理猪糞尿廢水之操作效能

表 3.2 水力負荷為 7.5 L/d 時 UASB 反應器處理猪糞尿廢水之操作效能

(9)

9

表 3.3 水力負荷為 10L/d 時 UASB 反應器處理猪糞尿廢水之操作效能

表 3.4 水力負荷為 15L/d 時 UASB 反應器處理猪糞尿廢水之操作效能

如表 3.5 及圖 3.10 所示，當進流量為 5、7.5、10 及 15 L/d 時，有機負荷分別為 3.67、3.27、4.20 及 7.56 kg COD/m

³

-d；COD 去除率分別則為 86、86、83 及 82%，有機負荷由 3.67 提升至 7.56 kg COD/m3-d 時，COD 去除率僅由 86%降為 82%，影響非常有限，可見 UASB 反應器用於處理猪糞尿廢水具有相當穩定的高處理效能。

表 3.5 在不同水力負荷下操作 UASB 反應器處理猪糞尿廢水之操作效能

(10)

10

0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 9,000 10,000 11,000

97/12/27 97/12/31

98/1/3 98/1/14

98/1/17 98/1/21

98/2/7 98/2/11

98/8/5 98/8/17

98/8/19 98/8/21

98/8/26 98/8/31

98/9/4 98/9/7

99/4/21 99/4/28

99/5/5 99/5/7

99/5/12 99/5/14

99/5/19 99/6/20

99/6/23 99/6/25

99/6/27 99/6/30

99/7/2 99/7/4

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Influent effluent Removal efficiency

C0 D ( m g /L ) CO D r e m o v a l ef fi c ien c y ( % )

5 L/d 7.5 L/d 10 L/d 15 L/d

8,357 mg/L 84%

1,349 mg/L

86%

4,965 mg/L

668 mg/L

4,790 mg/L 83%

795 mg/L

82%

5,748 mg/L

1,060 mg/L

操作流量 (L/d)

圖 3.10 UASB 反應器處理猪糞尿廢水之水力負荷對 COD 去除效率之影響如圖 3.11 所示，當進流量為 5、7.5、10 及 15 L/d 時，反應器去除 COD 速率則分別為 3.08、2.83、3.50 及 6.17 kg COD/m

³

-d，在試驗範圍內，提升反應器之水力負荷可大幅提高有機污染物之去除速率達 2 倍。

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00

97/12/27 97/12/31

98/1/3 98/1/14

98/1/17 98/1/21

98/2/7 98/2/11

98/8/5 98/8/17

98/8/19 98/8/21

98/8/26 98/8/31

98/9/4 98/9/7

99/4/21 99/4/28

99/5/5 99/5/7

99/5/12 99/5/14

99/5/19 99/6/20

99/6/23 99/6/25

99/6/27 99/6/30

99/7/2 99/7/4 Removal rate

C O D re m o v a l rat e ( ㎏ COD / m³ -d )

3.08 ㎏ COD / m³-d

2.83 ㎏ COD / m³-d

3.50 ㎏ COD / m³-d

6.17 ㎏ COD / m³-d

5 L/d 7.5 L/d 10 L/d 15 L/d

操作流量 (L/d)

圖 3.11 UASB 反應器之水力負荷對 COD 去除速率之影響

(11)

11

如圖 3.12 所示，當進流量為 5、7.5、10 及 15 L/d 時，SS 平均濃度分別為 2,740、1,896、1,457 及 1,883 mg/L，SS 去除率分別為 82、90、92 及 90%，研究結果顯示，即使 SS 在此一高濃度範圍，UASB 反應器仍可正常操作。

0 500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500

97/12/27 97/12/31

98/1/3 98/1/14

98/1/17 98/1/21

98/2/7 98/2/11

98/8/5 98/8/17

98/8/19 98/8/21

98/8/26 98/8/31

98/9/4 98/9/7

99/4/21 99/4/28

99/5/5 99/5/7

99/5/12 99/5/14

99/5/19 99/6/20

99/6/23 99/6/25

99/6/27 99/6/30

99/7/2 99/7/4

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Influent Effluent Removal efficiency

SS ( m g /L ) SS re m o v a l ef fi ci en cy ( % )

5 L/d 7.5 L/d 10 L/d 15 L/d

2,740 mg/L 82%

494 mg/L

90%

1,896 mg/L

173 mg/L

1,457 mg/L 92%

103 mg/L

90%

1,883 mg/L

197 mg/L

操作流量 (L/d)

圖 3.12 UASB 反應器處理猪糞尿廢水之水力負荷對 SS 去除效率之影響 2.在不同季節 UASB 反應器處理猪糞尿廢水之操作效能

本研究在不同季節(春季、夏季、秋季及冬季)操作 UASB 反應器處理猪糞尿廢水中有機物和懸浮固體之操作效能如下。

(1).在春季，UASB反應器處理猪糞尿廢水之操作效能：

春季時，UASB反應器處理猪糞尿廢水之操作性能，如表3.6所示。進流水COD 濃度介於2,160至9,194 mg/L之間，平均值為5,192 mg/L，處理後之出流水COD介於440至1,781 mg/L之間，平均濃度為1,015 mg/L，COD去除率介於64至91%之間，平均值為78%。

進流水SS濃度介於600至4,026 mg/L之間，平均值為1,684 mg/L，處理後之出流水 SS介於46至1,050 mg/L之間，平均濃度為363 mg/L，SS去除率介於43至97%之間，平均值為78%。

(2).在夏季，UASB反應器處理猪糞尿廢水之操作效能：

夏季時，UASB 反應器處理猪糞尿廢水之操作性能，如表 3.7 所示。進流水 COD 濃度介於 4,114 至 8,247 mg/L 之間，平均值為 5,660 mg/L，處理後之出流水 COD 介於 429 至 1,902 mg/L 之間，平均濃度為 915 mg/L，COD 去除率介於 75 至 93%之間，平均值為 84%。

進流水 SS 濃度介於 1,120 至 3,540 mg/L 之間，平均值為 1,931 mg/L，處理

(12)

12

後之出流水 SS 介於 48 至 447 mg/L 之間，平均濃度為 173 mg/L，SS 去除率介於 80 至 97%之間，平均值為 91%。

(3).在秋季，UASB 反應器處理猪糞尿廢水之操作效能：

秋季時，UASB 反應器處理猪糞尿廢水之操作性能，如表 3.8 所示。進流水 COD 濃度介於 3,541 至 7,665 mg/L 之間，平均值為 4,873 mg/L，處理後之出流水 COD 介於 554 至 1,416 mg/L 之間，平均濃度為 784 mg/L；COD 去除率介於 68 至 92%之間，平均值為 83%。

進流水 SS 濃度介於 1,160 至 2,960 mg/L 之間，平均值為 1,850 mg/L，處理後之出流水 SS 介於 68 至 493 mg/L 之間，平均濃度為 231 mg/L；SS 去除率介於 72 至 96%之間，平均值為 87%。

(4).在冬季，UASB 反應器處理猪糞尿廢水之操作效能：

冬季時，UASB 反應器處理猪糞尿廢水之操作性能，如表 3.9 所示。進流水 COD 濃度介於 3,375 至 14,000 mg/L 之間，平均值為 7,450 mg/L，處理後之出流水 COD 介於 938 至 4,170 mg/L 之間，平均濃度為 1,885 mg/L，COD 去除率介於 55 至 87%之間，平均值為 73%。

進流水 SS 濃度介於 1,129 至 6,885 mg/L 之間，平均值為 3,083 mg/L，處理後之出流水 SS 介於 266 至 2,680 mg/L 之間，平均濃度為 919 mg/L，SS 去除率介於 31 至 90%之間，平均值為 67%。

表 3.6 春季操作 UASB 反應器處理猪表 3.7 夏季操作糞 UASB 反應器處理尿廢水之操作效能猪糞尿廢水之操作效能

(13)

13

表 3.8 秋季操作 UASB 反應器處理猪糞表 3.9 冬季操作 UASB 反應器處理猪 尿廢水之操作效能糞尿廢水之操作效能

如表3.10及圖3.13至3.14所示，當春、夏、秋及冬季時，其所對應之大氣溫度分別為25.1、28.7、29.5及22.8℃；雨量分別為24、248、767.5及5 mm。進流水 COD濃度分別為5,912、5,660、6,965及9,448 mg/L； SS濃度分別為1,684、1,930、

3,045及4,926 mg/L，經反應器處理過後之出流水COD 濃度分別為1,015、915、

1,099 及1,884 mg/L；出流水SS 濃度分別為363、173、468 及1,238 mg/L，出流水之COD及SS均以夏季最低，冬季最高。

表 3.10 不同季節 UASB 反應器處理猪糞尿廢水之操作效能

(14)

14

0 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000 14,000

2009/2/7 2009/2/11

2009/3/2 2009/3/6

2009/3/13 2009/4/3

2010/2/3 2010/2/5

2010/2/24 2010/2/26

2010/3/3 2010/3/5

2010/3/31 2010/4/2

2010/4/7 2010/4/9

2010/4/14 2010/4/21

2010/4/28 2009/6/25

2009/7/4 2009/7/10

2009/7/12 2009/7/22

2009/7/25 2009/7/27

2009/7/29 2009/7/31

2010/5/5 2010/5/7

2010/5/12 2010/5/14

2010/5/19 2010/5/21

2010/5/26 2010/5/28

2010/6/2 2010/6/4

2010/6/9 2010/6/18

2010/6/20 2010/6/23

2010/6/25 2010/6/27

2010/6/30 2010/7/2

2010/7/4 2009/8/3

2009/8/5 2009/8/17

2009/8/19 2009/8/21

2009/8/26 2009/8/31

2009/9/4 2009/9/7

2009/9/9 2009/9/11

2009/9/14 2009/9/18

2009/9/22 2009/9/24

2008/12/27 2008/12/31

2009/1/3 2009/1/14

2009/1/17 2009/1/21

2009/11/18 2009/11/25

2009/11/27 2009/12/4

2009/12/10 2009/12/11

2009/12/16 2009/12/17

2009/12/18 2009/12/23

2009/12/30 2010/1/6

2010/1/13 2010/1/15

2010/1/20 2010/1/27

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Influent Effluent Removal efficiency

C OD (m g /L ) C O D re m o v al effi ci en c y ( % )

5,192 mg/L 78%

1,050 mg/L

84%

5,660 mg/L

915 mg/L

4,873 mg/L 83%

784 mg/L

67%

7,450 mg/L

1,885 mg/L

春季夏季秋季冬季

季節

圖3.13 不同季節UASB反應器去除COD之處理效能

春、夏、秋及冬季時，COD 去除率分別為 78、84、84 及 77%；SS 去除率分別為 78、91、85 及 69%。COD 及 SS 之去除率均以夏季最高，冬季最低，此乃因夏季氣溫(28.7℃)高於冬季(22.8℃)，反應器在夏季時有較佳之操作效能。

0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000

2009/2/7 2009/2/11

2009/3/2 2009/3/6

2009/3/13 2009/4/3

2010/2/3 2010/2/5

2010/2/24 2010/2/26

2010/3/3 2010/3/5

2010/3/31 2010/4/2

2010/4/7 2010/4/9

2010/4/14 2010/4/21

2010/4/28 2009/6/25

2009/7/4 2009/7/10

2009/7/12 2009/7/22

2009/7/25 2009/7/2

7 2009/7/29

2009/7/31 2010/5/5

2010/5/7 2010/5/12

2010/5/1 4 2010/5/19

2010/5/21 2010/5/26

2010/5/28 2010/6/2

2010/6/4 2010/6/9

2010/6/18 2010/6/20

2010/6/23 2010/6/25

2010/6/2 7 2010/6/30

2010/7/2 2010/7/4

2009/8/3 2009/8/5

2009/8/17 2009/8/19

2009/8/21 2009/8/26

2009/8/31 2009/9/4

2009/9/7 2009/9/9

2009/9/11 2009/9/14

2009/9/18 2009/9/22

2009/9/2 4 2008/12

/27 2008/12/31

2009/1/3 2009/1/14

2009/1/1 7 2009/1/21

2009/11 /18 2009/11/25

2009/11/27 2009/12/4

2009/12/10 2009/12/11

2009/12 /16 2009/12/

17 2009/12/18

2009/12/

23 2009/12/30

2010/1/6 2010/1/13

2010/1/15 2010/1/2

0 2010/1/27

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Influent Effluent Removal efficiency

SS ( m g /L ) S S r em o v al ef fi ci en c y ( % )

1,684 mg/L 78%

363 mg/L

91%

1,931 mg/L

173 mg/L

1,850 mg/L 87%

231 mg/L

67%

3,083 mg/L

919 mg/L

春季夏季秋季冬季

季節

圖 3.14 不同季節 UASB 反應器去除 SS 之處理效能

(15)

15

3.長期操作UASB反應器處理猪糞尿廢水之操作效能

本研究從 2008 年 9 月 22 日至 2010 年 7 月 4 日，操作時間長達 663 天，跨越春、夏、秋及冬四季，並跨越兩個不同年度，如圖 3.15 至圖 3.16 所示。本研究從 2008 年 12 月 27 日至 2010 年 7 月 4 日，UASB 反應器之操作條件藉由提升水力負荷(5~15 L/d)縮短水力停留時間( 54.7~18.2 hrs)，研究期間，進流水 COD 濃度介於 2,160 至 14,000 mg/L 之間，平均值為 5,886 mg/L，經處理過後之出流水 COD 介於 429 至 4,170 mg/L 之間，平均值為 1,168 mg/L；COD 去除率介於 55 至 93%之間，平均值為 80%。

進流水 SS 濃度介於 600 至 6,885 mg/L 之間，平均值為 2,150 mg/L，經處理過後之出流水 SS 濃度介於 46 至 2,680 mg/L 之間，平均值為 442 mg/L；SS 去除率介於 31 至 97%之間，平均值為 81%。研究期間，大氣溫度介於 19.0 至 31.3℃

之間，平均值為 26.5℃。

COD removal efficiency ( % )COD (mg/L)

5.0 L/d 7.5 L/d 10 L/d

春季夏季

15 L/d

80%

5,886 mg/L 5,886 mg/L

1,168mg/L 1,168mg/L

啟動階段操作階段

操作天數 ( Days)

圖 3.15 研究期間 UASB 反應器去除養猪廢水 COD 濃度之操作效能

5.0 L/d 7.5 L/d 10 L/d

SS (mg/L)

SS removal efficiency ( % )

春季夏季

15 L/d

81%

2,150 mg/L 2,150 mg/L

442 mg/L 442 mg/L

啟動階段操作階段

操作天數 ( Days)

圖 3.16 研究期間 UASB 反應器去除養猪廢水 COD 濃度之操作效能

(16)

16

四、結論與建議

4.1 結論

1. 猪糞尿廢水水質明顯受到季節性及飼養猪隻頭數影響。

2. UASB 反應器處理猪糞尿廢水，當水力負荷控制為 5、7.5 、10 及 15 L/d 時，

水力停留時間分別為 54.7、36.5 、27.4 及 18.2 hrs，進流 COD 濃度分別為 8,357、4,965、4,790 及 5,748 mg/L；有機負荷分別為 3.67、3.27、4.20 及 7.56 kg COD/m

³

-d；COD 去除率分別可達到 86、86、83 及 82%。有機負荷由 3.67 提升至 7.56 kg COD/m

³

-d 時，COD 去除率僅由 86%降為 82%，影響非常有限，

可見 UASB 反應器用於處理猪糞尿廢水具有相當穩定的高處理效能。

3. UASB 反應器之水力負荷控制為 5、7.5 、10 及 15 L/d 時，進流水 SS 平均濃度分別為 2,740、1,896、1,457 及 1,883 mg/L，SS 去除率分別可達 82、90、

92 及 90%，研究結果顯示，即使 SS 在此一高濃度範圍，UASB 反應器仍可正常操作。

4. 本研究之反應器操作跨越不同季節，在春、夏、秋及冬季時，進流水 COD 濃度分別為 5, 192、5,660、4,873 及 7,450 mg/L；SS 濃度分別為 1,684、1,930、

1,850 及 3,083 mg/L，經反應器處理過後 COD 去除率分別為 78、84、83 及 73%；SS 去除率分別為 78、91、87 及 69%。COD 及 SS 之去除率均以夏季最高，冬季最低，反應器在夏季時有較佳之操作效能。

4.2 建議

1. 經固液分離後之猪糞尿廢水，SS 濃度仍相當高，影響反應器處裡效能。建議在 UASB 反應器前端設置沉澱槽或於反應器操作時適當排泥，以減輕反應器負擔。

2. 本研究結果顯示，反應器之操作效能均以夏季最高，冬季最低，建議 UASB 反應器宜設置保溫或恆溫系統，以提升反應器處裡效能。

五、參考文獻

1. 行政院農委會，“98年11月底養猪頭數調查報告”，2009。

2. 洪嘉謨，張定偉，“牛排泄物處理”，第三屆國際畜牧污染防制技術研討會專輯，1994，第195頁。

3. 徐亞同，廢水中氮磷的處理，華東師範大學出版社，上海，1996。

4. 朱淑琴，韓梅，張萍，間歇式活性污泥法硝化和反硝化的試驗研究，環境工程17(2)，1999，第1-11頁。

5. 洪嘉謨，郭猛德，邱清選，林財旺，沈韶儀，鄭于烽，“猪糞尿處理與利用” ，

(17)

17

台灣省畜產試驗所30年週年所慶論文專輯，1989，第37-42頁。

6. 郭猛德，“一貫式猪糞尿處理之規劃與管理”，猪場廢水管理研討會，台灣省養猪科學研究所，1989，第 152-164 頁。

7. 余金蓮，閻寧，畜禽養殖廢水處理方法探討，給水排水，2000，(9):9。

8. G.. Lettinga and J.N. Vinken, “Feasibility of the Upflow Anaerobic-Sludge Blanket (UASB) Process for the Treatment of Low-Strength Wastes,” Proceedings of the 35

^th

Industrial Waste Conference, Purdue University, 1980.

9. R. E. Speece, “Anaerobic Biotechnology for Industrial Wastewater ”, Archae Press, Nashville, TN, 1996.

10. L. H. A. Habets, and J. N. Knelissen, “Pulp and Paper” Vol. 4, 1985, pp.66~69.

11. Pfeffer, J. M. Leiter, and J. R. Worlund, “Population dynamics in anaerobic digestion.” J. Water Pollut Control Fed. Vol. 39, 1967, pp.1305.

12. 黃新田，“淺談各種猪糞尿有機廢水研究”，農牧刊，第 839 卷，1987，第 79-81 頁。