UASB串聯活性污泥系統處理養豬廢水之動力行為

出版年份: 
2002年
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本研究使用上流式厭氣污泥床(UASB)串聯活性污泥(AS)反應器之分離污泥型系統處理養豬廢水 (取自台糖虎山農場經固液分離機、兼氣塘(HRT = 2 d)處理後之廢水;進流水質COD = 1,910∼2,060 mg/L;TKN = 396∼416 mg/L),系統之操作係將後段AS反應器出流水迴流至前段UASB反應器,前段UASB反應器除了可利用迴流水所挾帶之NOx--N配合進流廢水中之有機物進行生物脫硝外,亦可藉甲烷菌降解進流廢水中其餘之有機物,後段AS反應器則進行殘存有機物之降解及氨氮之硝化反應。
本研究在忽略UASB反應器質傳項之假設條件下(另由獨立批次反應器求得break-up與intact污泥顆粒之脫硝動力參數值近乎相同獲得證實),推導出UASB串聯AS反應器系統之COD降解和硝化/脫硝動力模式,並以獨立批次實驗求得系統中UASB和AS反應器之大部分生物動力參數(僅少部分者取自文獻值),系統穩定狀態操作下之實驗數據(十一個試程)亦用以驗證動力模式之適用性。
在適宜之操作條件下(如UASB反應器和AS反應器之水力停留時間、污泥齡以及系統出流水迴流比),系統對養豬廢水之COD、TKN及TN去除率分別為94.3%∼97.0%、∼100%及54.8%∼78.3%。將系統穩定狀態下之操作條件及水質、污泥濃度實驗數據依質量平衡計算,AS反應器之比硝化速率和比COD去除速率分別為0.18∼0.35 mg TKN/mg VSS-d和0.12∼0.26 mg COD/mg VSS-d;UASB反應器之比脫硝速率和比COD去除速率分別為0.025∼0.059 mg NOx--N/mg VSS-d和0.22∼0.41 mg COD/mg VSS-d;UASB反應器N2和CH4之氣體組成分別為56.4%∼97.0%和ND∼41.6%。
UASB反應器內之污泥可有效達到顆粒化(污泥顆粒之體積分率平均粒徑範圍為0.85∼1.56 mm),且污泥床下層之顆粒粒徑、污泥濃度及顆粒比重皆為最大,其次依序為污泥床中層、下層者。依獨立批次實驗結果,AS反應器之硝化和COD降解反應、UASB反應器之脫硝和COD降解反應以及不同污泥齡(�塶)下強化培養(enrichment culture)之硝化反應皆可用Monod型動力描述。依獨立批次實驗求得系統AS反應器之硝化菌分率介於0.47∼0.66之間;依UASB反應器之脫硝速率和甲烷產率(配合脫硝菌和甲烷菌增殖係數)求得系統UASB反應器之脫硝菌分率介於0.86∼1.00之間。
最後,根據動力模式模擬結果,系統UASB和AS反應器出流水COD、TKN及NOx--N濃度之模擬值以及系統COD、TKN及TN去除率之模擬值皆與系統穩定狀態操作下之實驗值頗為相符,足證本研究提出之COD降解和硝化/脫硝動力模式可被準確地用以預測系統及UASB和AS反應器出流水之水質。