污水处理微物之应用 19页

污水处理微生物之应用一、废水生物处理程序初级处理　　→二级处理　　→三级处理（物理处理）（生物处理）（生物、理化处理）烂污栅曝气池　去氮、磷初沈池终沈池→污泥消化处理二、生物处理依需氧情况区分两大类：（一）好氧处理：悬浮性－活性污泥法（ＡＳＰ），氧化塘、氧化渠、延长曝气法。固定性－滴滤法、旋转生物盘法(RBC)。（二）厌氧处理：污泥生物处理好氧消化（aerobicdigestion）。厌氧消化（anaerobicdigestion）。（三）污泥生物处理好氧消化（aerobicdigestion）。厌氧消化（anaerobicdigestion）。（四）生物三级处理微生物脱氮微生物除磷微生物吸附重金属９－２　悬浮性生物处理（活性污泥法）一、活性污泥之生物相活性污泥法为细菌类、真菌类、原生动物及后生动物等数种微生物群聚构成之异营性细菌及自由状异营性真菌，此等为最低营养阶层，而后被异营性原生动物所捕食，再则又被轮虫或圆虫类等后生动物二次捕，食达到废水净化目的。（一）细菌（bacteria）１．分解有机物常见几种有机物分解细菌有：Pseudomonas、Flavobacterium、AlcaligenesI及Bacillus菌属主要分解碳水合物－Pseudononas菌属主要分解蛋白质－Alcaligenes、Flavobacterium、Bacillus菌属２．胶羽形成活性污泥之胶羽成主要是藉胶形成菌(Zooglea)之作用，再配合其他微生物作用。（１）胶羽形成菌(Zooglearamigera)杆状、G(-)\n、具荚膜，无孢子形成，以胞外聚合体及细胞间质促使细菌凝聚。（２）适量丝状菌（包括细菌与真菌）可提供菌丝做为羽中心，使胶羽形成菌附着生长，丝状菌(filamentousbacteria):Nitrifyingbacteria硝化菌Sphaerotilus铁细菌之一Beggiatoa硫氧化菌之一Thiothrix还原菌之一（３）纤毛虫亦会分泌黏液蛋白及多醣聚合体产生桥作用。（二）真菌(fungi)１．对生物难分解性之顽抗有机物具分解能力，但分解速率较慢。２．适量存在其菌丝体可供作为胶羽中心，有助凝结沈降，但大量繁殖会造成污泥膨化，沈降不良。异常大量繁之原因可能有：（１）温度降低（２）pH值太低（３）废水C/N值太高（４）有机负荷过高（５）硫化物存在（三）藻类(algae)当有机物浓度降低（分解成CO2）且含充足氮、磷成份时，藻类会在终沈池出现，增加水中溶氧。（四）原生动物(Protozoa)常见动物种类有：变形虫(Amoeboid)鞭毛虫－Phyto0flagellate与Zoo0flagellate织毛虫－自由游动织毛虫(freeswimmingCiliate)与有柄状织毛虫(stalkedCiliate)捕食过量之细菌，使放流水清澈，同时可作为废水处理之处理之处理指标，例如判断生物处理之好，通常以织毛虫(Ciliate)之出现作为指标。而鞭毛虫(flagellate)因食物竞争能力弱，所以只能生存于较高浓度之废水中。（五）后生动物(Metazoa)以细菌及小型原生动物为食物，行二次捕食，使食物链增长，污泥量大为减少，例如轮虫(Rotifer)、圆虫、线虫等。二、污泥形成之三步骤亦为去除有机物之两步骤（一）传输－吸附作用（物理原理）及吸收作用回流污泥先间瞬间将胶体物质及不溶解性BOD自水中吸附，然后逐渐吸收溶解状有机物进入微生物细胞内进行代谢分解。（二）代谢转换－生物分解\n有机物经由水解、醣解（醣类）、脱羧、脱胺（蛋白质）、β氧化（脂质）等代谢转换，再进入TCA循环及电子传递链产生能量，并排出CO2及H2O最终产物。（三）胶凝有机物浓度降低，微生物行衰减增殖期或内呼吸期，在细胞外围产生多醣类聚化合物，而使凝聚力增加，形成沈降性良好之胶羽于况淀池中固液分离。三、分解有机物之环境条件影响活性污泥处理功能之环境因子有：１．温度：２０～３０℃，对微生物酵素活性有影响。２．营养源：BOD：N：P=100：５：１，再加微量含素K、Ca、Fe、Mg。３．溶氧：进流处0.5~1mg/1，出口处２～３mg/1，若＜0.5mg/1，则代谢速率大为降低。４．PH值6.5~7.5，稍微偏碱性(7.2~7.4)对微生物之生长佳。PH＜４或＞１０，则无法生存。５．毒性物质：重金属之毒性大小为Ag>Hg>Sn>Cu>Cd>Cr，与生物分解活性有关。四、活性污泥生物处理控制参数（一）微生物(activebiomass)之生长期。一般之设计原则采衰减增殖期或内呼吸期操作。（二）挥发性悬浮固体物浓度MLVSSMLVSS≒65~90%之MLSS，通常MLSS控制在1500~3000mg/1，通常以回流污泥控制。（三）食微比(F/M)以一定之微生物量处理废水，一般BOD负荷为0.05~0.6kgBOD/kgｍMLSS，只允许在限度范围内运转，否则会产生厌氧。故0.5kg-BOD5/kg-MLVSS-day。（四）污泥龄θc(Sludgeage)污泥平均停留时间(BSRT)包含曝气池与沈淀池回流管中之总停留时间，但θc只考虑曝气池中之污泥停留时间，通常１０～４０天。１．θc不足，微生物无法达消化阶段，污泥废弃量较多，而且微生物未能产生蛋白鞘膜(proteinsheath)，无法有效地凝聚沈降。２．θc太长，污泥会因老化而破散，使放流水中死亡菌体过多，而增加SS。冬天θc需较夏天长，因微生物分解率减慢。（五）溶氧(D.O)曝气池DO维持在2~3mg/1，若溶气下降，则代谢活性随之降低，且可能引起丝状菌。（六）SVI(SludgeVolumeIndex)\nSVI是指１克污泥所占有之容积(ml)，表示曝气池中悬浮固体之沈降性。经３０分钟沈降后之污泥体积(ml/l)×103SVI=───────────────────活性污泥浓度　(mg/l)１０６SVI≒─────MLSSSVI=５０～１００污泥沈降佳　＜５０　浓密污泥(densesludge)＞１００膨化污泥(bulking)五、活性污泥生物量试验方法１．总固体量(TS)现场取样以离心法１５分钟即可求出出固体物浓度，但仅能粗略表示活性污泥之生物量。２．悬浮固体浓度(MLSS)以0.44um之滤纸过滤后，以105℃烘干，测污泥净干重，表示其生物量，但此净干重仍包含部分无机物。３．挥发性恋浮固体浓度(MLVSS)以滤纸过滤后，先经105℃烘干称重，再经５５０℃将有机质挥发燃烧后称重，计算两次重量差，可测佑有机质用表示活性污泥之生物量，但尚无法精确表示微生物有机体。４．脱氧核醣核甘酸(DNA)经萃取等前处理后，藉精密仪器分析样本中之DNA含量，可准确颢示活性污泥之微生物量，但无法区分活细胞或死细胞。５．腺膘呤核甘三磷酸盐(ATP)测定活性污泥中之ATP含量，可精准表达其活性细胞微生物含量，但分析程续繁琐且耗时。６．总有机碳(TOC)测定进流水及回流污泥之TOC，计算两者比值可作为曝气池食微比(F/M)之快速估计。六、活性污泥活性估计１．腺膘呤核甘三磷酸盐(ATP)或ATP/VSS比值以微生物所产生之高能产物ATP含量，表示活性污泥之活性，但ATP之分析误差较大，药品昂贵，不易保存，故较不适现场应用。２．摄氧率OUR（OxygenUptakeRage）\n测量单位微生物量对氧之消耗率可反应处理系统之稳定性，并表示污泥中微生物之生长状态，当摄氧率上升时，即振示进流有机负荷突增。３．比摄氧率SOUR（Specificoxygenuptakerate）比摄氧率为单位微生物之摄氧率，此指标适合表示活性污泥在中度负荷荷操作下之污泥处理系统效率活性效率，亦可反应系统中基质利用情形。４．双醋酸荧光酵素（FDA）FDA可反应活性污泥处理系统处理能力大小及处理效率。５．生物相污泥中可发现有柄状纤毛虫及轮虫时，表示活性污泥处理系统处理效率高，放流水质佳。七、活性污泥之驯化（一）污泥之驯养原则活性污泥之形成，与化学反应不同，在化学反应中，反应条件改变立即发生不同的反应，但活性污泥之环境条件改变，微生物须先适应新条件，而后微生物种类及数量除除发生变化，渐次形成新条件之安定污泥，惟其所需时间甚长。活性污泥的驯养有下列三原则：１．先在BOD负荷0.2kg/m3以下进行，俟MLSS达到500~1,000mg/l再依设计值渐次提高。２．活性污泥形成前，污泥回流量应大于设计量，俟污泥形成后再以设计量操作。３．测定SV３０及MLSS，依污泥沈降状态，设定适当负荷量及操作方法，且维持DO在１mg/l以上。（二）污泥驯养方法１．废水直接驯养每日分批引入定量的废水，连续流入曝气池充分曝气，并全开终沉池之回流泥污泥泵，使曝气槽与终沈池的液体循环，使污泥自形成。前１０天－引入水量为设计水量的３０％次１０天－引入水量为设计水量的７０％\n后１０天－则引入设计量操作至SV３０为１０～１５％始为正常。２．植种污泥驯养小规模之废污水处理厂可采性质相同之废水处理厂污泥进行植种。特殊工业废水驯养时，植种污泥不易获取，则可自污水处理厂取少量污泥，再添加少量堆肥或土壤浸出液（土壤溶于水静置后之上澄液）作为植种污泥。于活性污泥形成达适当量后，依设计条件之范围，调整混合搅拌适度、空气量、负荷量，寻求最径济和最适当之操作条件。八、活性污泥膨化现象丝状微生物过度生长，造成活性污泥膨化的因素可能如下：１．高浓度溶解有机化合物，促使厌氧状况，产生对胶羽形成菌有毒的硫化物。２．进流水有机负荷骤变－突高或突低导致不平衡３．温度－暖和的水温有利于土壤丝菌属和分枝丝菌属之繁殖，前者为泡沬层中的支状有机体。４．PH值－低pH值会杀死胶羽形成菌，有利于能适应低pH环境之丝状真菌繁殖。５．工业废水可能含有具毒性之物质，若浓度超过正常时，将会产生问题。九、活性污泥处理数学模式（一）污泥龄θc(Sludgeage)(X)T定义θc＝──────(ΔX./Δt)T(X)T：处理系统中之总活性生物量(ΔX./Δt)T：系统中每天所排放之活性生物量（包括故意排放之排泥量及随放流水流失之污泥量）依定义，在完全混合且回流污泥功能之活性污泥处理系统中\nXVa定义θc＝──────……….(1)QWX+(Q-Qw)Xe在稳定状况下(Steadystate)，因为u=(dX/dt)g/X，恰为θc之倒数，所以　1θc＝－，因此操作上控制θc，就能控制uu在活性污泥处理系统中，欲使微生物保持在内呼吸期(即ｕ＝０)的生理状况来处理废水，在实际操作上乃以θc为控制参数，故欲使u＝０，也就是θc需长时间，处埋效果较佳。（二）活性污泥处理之动力模式(kineticModel)动力模式建立在稳定状况(steadystate)的假设基础上，故其运用需注意其假设及应用范围。活性污泥处理质量平衡(massbalance)方程式之假设如下：１．曝气槽为完全混合型式。２．进流基质浓度(So)为常数。３．进流微生物浓度（Xo）为０。４．终沈池有合理之固液分进效果且无污泥积蓄。５．终沈池有合理之固液分离效果且无污泥积蓄。６．所有生物可分解之基质为溶解型态。７．系统呈稳定状况。（三）质量平衡１．整个系统之微生物质量平衡２．曝气池基质之质量平衡３．曝气池微生物之质量平衡\n１．整个系统之微生物质量平衡系统中生物量系统中生物量系统中生物量之净变化率　＝　之产生率　－之消失率即dxdx(────)Va=(────)gVa-[QwX+(Q-Qw)Xe]dtdt由式（１）且因为dxdx(───)g＝Y（───）u-KdX……….(2)dtdt　dtdsXVa得（───）Va=[Y(──)u-KdX]-───dtdtθc经整理XdS　───=Y(──)u-KdX]…….(3)θcdt１即──=YU-Kd………..(4)θcdS　KXSe以（－）u＝────代入上式(3)dtKs+Se\n可得Ks(1+Kd×θc)Se=────────……完全理论值Θc（YK-Kd）-1若在低基质浓渡下，〔S〕＜＜Ks则ds(──)u=x×Se……(5)代入上式（３）　dt可得1+Kd×θcSe=─────……….(6)条件理论值Yx×θc２．曝气池基质之质量平衡曝气池中基量　曝气池中基量　曝气池中基量之净变化率＝之进入率　－之消失率即dSdS（－）Va=(QSe+RQSe)－(－)uVa-(1+R)QSedtdtdSQ(So-Se)经整理得(──)u=─────dtVa\n同除以X　（ds/dt）u　Q(Se-Se)则────＝U──────……(7)XVaX由式（４）及（７），消去UθcYQ(Se-Se)可得X=───────……完全理论值Va(1+Kdθc)若在低基质浓度下，[S]<