工业废水生物处理软体技术改善实例

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1、工业废水生物处理软体技术改善实例 一,前言 生物处理为工业废水处理系统中非常重要且相对环保的单元,但国内环工界及业界长期来普遍有重硬体,轻软体的观念,使得许多生物处理单元因管理及操作不当而功能不彰.个人於十余年前进行工厂辅导时即经常遇到相关案例,马健雄先生发表的SBR 化工废水处理系统改善(1)即为当时一典型以软体技术改善工业废水生物处理系统的辅导案例.本案改善前放流水总化学需氧量(TCOD)=1,500mg/l,改善后 TCOD=239mg/l,溶解性化学需氧量(SCOD)=194 mg/l,已符合当时放流水标准.在硬体设施上仅作小部分修改,主要改善成果来自管理及操作策略的改善.故唯有在软,

2、硬体相互配合下,工业废水生物处理系统方能发挥正常功效,而软体技术相对於硬体技术在国内仍较为贫乏.除中国技术服务社工业污染防治技术服务团曾陆续出版诸如活性 污泥法操作手册及废水处理功能生物诊断技术等技术手册外其他技术资料较少见. 近年来一方面国内传统产业面临国际性严峻的竞争,亟思降低成本,另一方面传统的硬体改善工程,因缺乏软体技术的支援,常花费大量金钱却得不到相对的功效.故以软体技术改善工业废水生物处理系统已成为国内环工界及业界新的思维方向,并已具初步成效. 以下谨将近年来所亲身接触的工业废水生物处理软体改善经验,提供业界参考. 二,基本观念探讨 生物处理在处理去除废水中有机污染物的机构主要可分

3、为以下四大项: 1. 转化为微生物细胞. 2. 产生能量供微生物利用,好氧态下最终成为二氧化碳及水. 3. 生物细胞的吸附作用. 4. 终沉池污泥毯的拦除作用. 生物处理系统的功效是在四种机构综合作用下得到的整体结果.所以在现场执行工业废水生物处理软体改善时必须充分考量四种机构的作用,予以充分利用.但以第 1 项能产生微生物为必要条件. 如众所周知,一般工业废水的有机污染来源经常为不易生物分解的有1 机物,废水中微生物能简易分解,利用的有机物质含量不高;碳/氮/磷比通常偏低或不均匀且缺乏微量物质.依据欧阳峤晖教授编著下水道工程学(2),影响活性污泥之因素为:1. 营养分,2.温度的影响,3.p

4、H 的影响,4.有害物质,5.无机性废水.营养分为影响活性污泥的第一因子,在缺乏营养分的情况下,极容易成为微生物生长限制因子,无法提供生物处理系统中微生物菌群增殖所需,使生物处理系统效能不佳,造成排放水 COD 值居高不下或系统不稳定.传统上一般均采用 BOD:N:P=100:5:1 的比例 添加尿素及磷酸以补充氮,磷的不足,但对於微量元素(trace elements)通常受限於技术问题无法添加,有机营养剂的上市为微量元素的添加提供了技术上的可行性. 基本上为微生物提供了适当的生长环境如足够溶氧,适当酸碱度,足够营养素之后,微生物可利用工业废水中的碳源(即 COD)生长,达到生物处理的功用.

5、同时由於微生物对环境的适应力极强,故驯养的功能在生物处理系统极为重要,同理为微生物提供了适当的生长环境并经驯养后对难分解物质的利用效能亦应能提高.但自国外引进的有机营养剂售价偏高,业者一般无法接受,为因应国内市场需求,数年前即有国内业者开发类似产品以降低成本. 另外对於丝状菌,传统上因缺乏控制丝状菌的良好方法,废水处理厂的操作人员对丝状菌普遍具有恐惧心理,对其造成的膨化(bulking)问题常束手无策,若使用传统杀丝状菌的化学药剂,则不但丝状菌被杀死,正常微生物亦受到危害.但丝状菌亦有其功能(丝状骨架理论),胶羽本身也必需有适度的丝状菌存在,否则容易生成分散性污泥,而造成沉降性不良(3).个人

6、於十余年前受教於美国 JMM 公司时首次接受到丝状菌的於废水生物处理系统不全然是坏角色的观念,甚至某些处理厂一定得操作在丝状菌偏多的情况,处理水质才会好,而由於丝状菌的拦除作用通常在丝状菌偏多的情况下沉淀池上澄液均较清.尔后於实际工作中又体认到於工业废水的生物处理,於有限的停留时间下,往往胶羽菌及丝状菌的分解力尚不足以完全达到要求,但藉丝状菌大分子量及高比表面积所形成的网状架构,有绊除及吸附截留的能力,可提升处理效果.若能维持胶羽菌与丝状菌适当比例,可使两菌群生态共存发挥最大功效与最小困扰,目前技术上已成功利用以单纯有机营养剂的调节及已开发出的可抑制丝状菌,但不会危害正常微生物原本功能的天然有

7、机萃取物,故可充分利用丝状菌的功能,并可维持胶羽菌与丝状菌适当比例,来达到上述目的.换个角度看,若某个生物系统内丝状菌大量繁殖成为常态而非异常现象,不正表示此环2 境适合丝状菌生长,何不顺势操作,仅略微控制并调整其与胶羽菌群的比例,充分利用其特性,比硬要将它除去,技术上要容易的多.在实务上亦可利用营养剂配比的改变,调整微生物族群将原本相对粗略的工业废水生物处理系统的操作推向更微观的境界. 以下所介绍的案例中,除传统的软体技术外,以有机营养剂作为工具来调整生物处理系统中菌群,扮演了一定的角色. 三,实例一 造纸业废水因国内目前主要以废纸为原料,污染度较采用原木浆高许多,为公认的难处理工业废水,传

8、统的硬体改善工程,常花费大量金钱却得不到相对的功效,甚至碰到技术瓶颈,逼使政府放松排放限值,其中的膨化问题更是常令现场操作人员束手无策,若使用传统杀丝状菌的化学药剂,则不但丝状菌被杀死,正常微生物亦受到危害. 以下所述的造纸厂前后历经三家有机营养剂产品,前后约两年时间终获良好成果,实为研究以软体技术改善生物系统难得的资料. 本厂系国内典型以废纸为主要原料生产工业用纸的造纸厂,废水处理系统系以活性污泥法为主要处理单元的二级处理厂,其方块处理流程图如下: 废水 放流 本厂的活性污泥系统原以传统的尿素及磷肥补充营养源,整体功能可达一般水准,但放流水 COD 值无法达到放宽前的排放标准(COD100m

9、g/l),且因易受外来因素干扰而使得系统稳定度差,尤其於冬季低温环境下常常产生膨化问题,须借助大量化学性高分子助凝剂(polymer)来解决克服,但成效有限且增加成本.因硬体改善花费颇大实非利润微薄的造纸业所能负担,且根据相关经验硬体改善也无一定成功的把握,所以寻求以软体技术来改善,并以开放态度引进厂商进场测试,目标为 COD 去除率提升与克服膨化问题.以下即为改善的结果: 1.下表 3.1 为各厂商针对该纸厂改善计划的效果评比: 表 3.1 各厂商改善计划效果评比 项目 甲厂商 乙厂商 丙厂商 终沉池 曝气池 初沉池 调匀池 拦污栅 3 营养分添加种类 有机营养剂 有机菌肥 尿素与磷肥 有机

10、营养剂 膨化抑制剂 有机营养剂 (两种配方) 尿素与磷肥 膨化抑制效果 - + + 水质改善效果 + - + * +表促进 * -表无效或反效果 2.由上述结果可知,有机营养剂仅系一统称的概念,由於配方的不同会导致不同的结果,乙厂商的配方对抑制丝状菌功效良好,甲厂商的配方却会增强丝状菌,最后丙厂商找到适宜配方,施用一种有机营养剂与尿素为主配方;另一种有机营养剂与磷肥为调配剂,共同调控碳氮比与生长特性的动态平衡组合,以求掌控菌群优弱分布与增加操控稳定度来避免温度影响与老化问题,在丝状菌骨架理论下,维持稳定水质与简易现场操作性.故有机营养剂的成功应用实有赖供应商能提供整体的软体技术服务,及现场操作

11、人员的良好双向互动,有机营养剂的应用仅是多提供了一种调控方法,并非万灵丹. 3.并不一定要完全以有机营养剂取代传统的尿素及磷肥,完全取代不一定会更好,有时反而糟糕.而一般代理商引进的进口有机营养剂并无法提供因应特殊状况调整配方的服务,更遑论整体软体技术服务(因其多非环工专业人士),此实为其除价格因素外难以推广的另一重要原因.本例的三厂商均为国内厂商,但因组成人员专业背景的不同,整体技术能力仍有所差异. 4.本例造纸工业废水的生物处理系统,以传统观念於有限的停留时间下,微生物的分解力尚不足以完全达到处理要求,但因为能成功的维持胶羽菌与丝状菌各季节适当比例,使两菌群生态共存发挥最大功效,并藉丝状菌

12、大分子量及高比表面积所形成的网状架构,利用其绊除及吸附截留的能力,提升处理效果,达到要求的处理水质. 5. 本案经济上以减少使用的尿素,磷肥及化学性高分子助凝剂省下的费用支付有机营养剂的费用足足有余,充分达成以软体技术改善生物系统功能的目标. 四,实例二 4 染整业废水为除造纸业外另一公认的难处理工业废水,也面临传统的硬体改善工程,常花费大量金钱却得不到相对的功效,甚至碰到技术瓶颈的问题,逼使政府放松排放限值. 以下所述的染整厂前后虽仅历经一家有机营养剂产品,但经多次调整配方才获得良好成果,亦为研究以软体技术改善生物系统难得的资料. 本厂系专业的染整厂,废水处理系统系以活性污泥法为主要处理单元

13、的三级处理厂,其方块处理流程图如下: 废水 A A 放流 本厂的活性污泥系统原以传统的尿素补充营养源,磷肥未添加,曝气池的水力停留时间约 14 小时,有系统不稳定的问题.生物系统较正常时,靠后段三级处理大量添加化学药剂放流水 COD 值可勉强达到放宽前的排放标准(COD100mg/l).但化学药剂花费昂贵且当生物系统稍微不正常时,三级处理亦无法有效处理.本厂原系由专业的环工硕士所设计,硬体部份经评估并无重大疏失.若再作大规模改善势必朝高级处理方向,其初设费及操作费以业者目前濒临亏损的状况,实难以负担,且根据相关经验硬体改善也无一定成功的把握,所以寻求以软体技术来改善,目标为COD 去除率提升.

14、以下即为改善的历程: 1. 下表 4.1 为本厂改善各阶段的效果: 表 4.1 各阶段改善效果 项目 营养源添加 功效 三沉池 慢混池 快混池 二沉池曝气池 调匀池 拦污栅 5 测试前一个月 尿素 (理论量的 46%) 平均 COD=220mg/l 最大 COD=390mg/l 最小 COD=140mg/l 第一阶段 (第 1 至 8 天) 尿素 (理论量的 7.7%) 有机营养剂 (尿素理论量的 2.3%) 平均 COD=220mg/l 最大 COD=260mg/l 最小 COD=160mg/l 第二阶段 (第 9 至 17 天) 尿素 (理论量的 23%) 有机营养剂 (尿素理论量的 3%

15、) 平均 COD=220mg/l 最大 COD=270mg/l 最小 COD=170mg/l 第三阶段 (第 18 至 24 天) 尿素 (理论量的 46%) 有机营养剂 (尿素理论量的 3%) 平均 COD=180mg/l 最大 COD=220mg/l 最小 COD=160mg/l 第四阶段 (第 25 至 44 天) 有机营养剂 (尿素理论量的 3%) 平均 COD=220mg/l 第五阶段 (第 45 至 52 天) 尿素 (理论量的 69%) 有机营养剂 (尿素理论量的 3%) 平均 COD=170mg/l 最大 COD=240mg/l 最小 COD=140mg/l 第六阶段 (第 5

16、3 至 56 天) 尿素 (理论量的 92%) 有机营养剂 (尿素理论量的 3%) 平均 COD=110mg/l 最大 COD=129mg/l 最小 COD=101mg/l 2.本厂在改善前属於整体营养素不足的状态,但此实为传统观念上的盲点,因依一般经验染整废水中含有氮,磷,故认为完全不用补充,或如本厂般仅依理论 BOD:N:P=100:5:1 的比例,减量添加部分尿素,磷酸则完全不添加.但依本厂测试结果,证实原先的论点,即染整废水中所含的氮,磷,微生物不必然能完全吸收利用,且常呈利用率不高的现象.故本厂原本所添加的尿素即不足,非仅缺乏微量元素,最后将尿素添加量增加至理论量的 92%,再以有机营养剂补充微量元素,才得到惊人的结果. 6 3.本厂的生物相在改善前属於丝状菌偏多,但胶羽菌不足,未能形成良好的丝状菌骨架结构,有较多碎胶羽,水色混浊且原生动物量少又活动性差.经前后近两个月的调整,试出有机营养剂与尿素的适当比例及添加量,使丝状菌与胶羽菌达到本系统的平衡点,在丝状菌骨架理论下,维持稳定水质与简易现场操