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| MBR技术应用于废水处理之案例探讨 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 作者：洪仁陽、… 文章来源：本站收集 点击数： 更新时间：2006-5-21 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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目前Membrane Bioreactor (MBR)技術雖然受到各方重視，然而早在30年前Dorr Oliver 及RHONE兩家公司即提出二級沉澱池用薄膜模組取代之兩項專利，但一直無進一步發展及應用，直到1989年日本東京大學Yamamoto教授[1]重新負予生命，產生新一代MBR，造成革命性影響，亦擴大薄膜應用領域。 MBR依其薄膜放置位置可區分為兩類，即支流式MBR及浸入式MBR，其構造如圖1所示。支流式MBR是將活性污泥在高速（通常大於2m/s，有時大於4m/s）流速下，用幫浦將污泥抽至管狀（tubular）或平版（flat sheet）模組中，會產生非常大壓降及非常高透膜壓力（transmembrane），為一種典型橫流式模組。而浸入式MBR，是將中空纖維或平版模組浸沒於曝氣槽中，使處理水以真空抽取方式穿過薄膜。一般而言，支流式MBR操作良窳依橫流速率而定，為了得到較大通量會造成較大能源消耗且對污泥會有不利影響。由於提供薄膜表面積較少，故其投資成本及操作成本較高。而在浸入式MBR中，薄膜表面積較大，較小通量即可達到所需流量，能源消耗較低且積垢問題較不嚴重。 二、案例探討
本文例舉兩個案例，予以說明不同性質之薄膜應用於不同性質廢水處理之結果，希望提供業界參考。 (一) LCD製程有機廢水處理
1.背景
案例廠為LCD專業製造廠商，生產過程中使用一些化學品如DMSO或MEA( monoethanol amine)及溶劑如IPA或醇類，為廢水主要有機物來源，其水質特性如表1中所示。Park等[2]針對半導體產業製程中產生DMSO採用生物處理，可以得到不錯去除效果。目前案例廠含DMSO等污染物之有機廢水亦採用喜氣生物流體化床處理方式，處理水與其他製程無機廢水混合後，再送至園區廢水處理場進行後續處理。 表1 案例廠水質特性
2.設備與方法 本實驗以MBR模型廠進行LCD有機廢水實驗評估，圖1為流程示意，廢水從均勻池抽送至進流水槽，再從進流水槽以定量幫浦將廢水送入MBR反應槽，處理水流經薄膜以真空幫浦進行吸取，再將處理水送至出流水槽。反應槽有效體積為140L，薄膜材質規格如表2中所示。植種污泥源來自工研院化工所SBR之濃縮污泥，濃度約8,000mg/L，使MBR反應槽MLSS濃度初期維持在8,000mg/L左右。
圖1 MBR模型廠流程示意圖 表2薄膜模組規格
3.結果與討論 MBR模型廠處理LCD製程有機廢水經過四個月期間評估，實驗結果顯示MBR與一般喜氣生物處理仍有些不同，就MBR實驗期間獲得一些結果說明如下： (1) COD濃度變化 如圖2中所示，進流水COD濃度介於1,000~4,500mg/L之間變化，平均濃度為1,800mg/L，經過MBR處理後，其出流水COD濃度介50~900mg/L之間，平均濃度為90mg/L。從圖中COD濃度變化得知，MBR處理效果受進流水COD濃度，反應槽中操作條件如溶氧之影響，尤其處理系統操作體積負荷高（3.0 kgCOD/m3.day以上）及槽中污泥濃度高時，溶氧成為COD去除之限制因子，而直接影響COD去除效果。如何提高反應槽溶氧效率，除可以確保污染物去除效率外，亦可以降低操作成本。另外，從槽中COD濃度及出流水COD濃度之間差異，可以瞭解MBR中薄膜過濾機制對COD去除影響極大。  圖2 MBR模型廠COD濃度變化 (2)槽中MLSS變化 MBR模型廠啟動初期之MLSS維持在8,000mg/L左右，在系統尚未穩定前有若干變動，但正常操作後未進行排泥，故污泥濃度增加至10,000mg/L以上（如圖3）。在高污泥濃度下操作是MBR特色之一，只是MBR模型廠曝氣系統受到限制，無法充分供應溶氧，影響處理效果，而將槽中污泥濃度從10,000降至7,000mg/L左右，但仍是一般傳統活性污泥MLSS濃度2倍左右，可維持高效率處理特性。在污泥產率方面，以每週排泥一次，每次20L及MLSS維持在7000mg/L之操作條件下，其污泥產率約為0.047 kgSS/kgCODr，較一般活性污泥系統之污泥產率（0.2~0.3 kgSS/kgCODr）低4至6倍，可大幅減少廢水處理場污泥量產生。  圖3 MBR模型廠MLSS及MLVSS濃度變化 (3)通量變化 MBR模型廠設計之通量為0.2m3/m2.day，但由於進流水COD濃度高，在模型廠操作期間，並沒有機會將通量操作在此設計值上。實驗期間MBR模型廠通量變化介於0.03~0.16 m3/m2.day之間。雖然槽中污泥濃度高，但由於通量低於設計值，並沒有發現通量隨操作時間增加而減少現象發生。另外，操作期間透膜壓力介於0~20Kpa(0~0.2大氣壓)之間變化，亦未超過系統設計值40Kpa 以上，故透膜壓力未隨通量增加而增加。四個月實驗期間，由於透膜壓力未超過設計值，故未進行膜管清洗。 (二) 衛生用品製造廢水處理
1.背景
案例廠為衛生用品製造廠商，生產過程中使用一些化學品如界面活性劑、防腐劑與香料等成分，為廢水主要有機物來源，其水質特性如表3中所示。廢水屬較難生物分解之廢水，由於採批次生產，廢水質與量變動大。舊有廢水處理程序僅使用化學混凝沈澱去除部份COD，出流水中COD仍高。新增之MBR處理程序設置於化學混凝沈澱之後，以進一步去除殘餘COD，使其達到排放標準。 表3 案例廠水質特性
2.設備與方法 本案例為MBR實廠處理衛生用品製造有機廢水，圖4為流程示意，廢水從現場均勻池抽送至混凝槽處理，經過沈澱分離，上澄液進入中繼槽，再以幫浦將廢水送入MBR反應槽，處理水流經薄膜以幫浦進行吸取，再將處理水送至放流水槽。反應槽有效體積為30m3，槽內採用康那香公司與工研院環安中心合作開發不織物薄膜，過濾模組的不織物膜的表面積為150 m2，薄膜材質規格如表4中所示。膜離生物反應槽操作條件控制為：污泥初始濃度(volatile suspended solids, VSS) 2,000 mg/L、pH：6~8、溶解氧(dissolved oxygen, DO) 2 mg/L以上、體積負荷為1.0 kg COD/m3.d等。  圖4 MBR實廠流程示意圖 表4薄膜模組規格
3.結果與討論 本實廠操作至今約2個月，出流水水質良好，尤其SS低於偵測值。依據處理結果，討論說明如下： 4.1 COD與SS濃度變化 如圖5中所示，進流水COD濃度介於300~1,600mg/L之間變化，平均濃度約為1,000mg/L，經過MBR處理後，其出流水COD濃度介20~80mg/L之間，平均濃度43mg/L。從圖中COD濃度變化得知，雖然進流水COD濃度變動範圍大，但均能達到良好的出流水質，顯見MBR技術對環境變異的忍受性強。另即使進流水SS濃度很高，由於薄膜之過濾功能，出流水SS均達到低於偵測值之效果。由於出流水質佳，出流水具有回收再利用之潛力，在目前水源缺乏之狀況下，本技術更具有實用價值。 圖5 MBR模型廠COD濃度變化
圖6 MBR模型廠MLSS及MLVSS濃度變化 4.2槽中MLSS變化 MBR處理廠起動初期之MLVSS約為2,000mg/L左右，開始操作兩個月後，並未進行排泥動作，污泥濃度增加至5,000mg/L。由於在高污泥濃度下操作是MBR特色之一，反應槽中污泥仍有增加之趨勢，提高污泥濃度除可維持高效率處理特性外，在污泥產率方面，亦較一般活性污泥系統之污泥產率（0.2~0.3 kgSS/kgCODr）低，可大幅減少廢水處理場污泥量產生。 三、結論與建議 MBR處理系統經過模型廠與實廠驗證後，具有高體積效率、低污泥產率及操作簡單等優點，相當適合產業界需求，尤其是土地資源有限、污泥處理費用節節高昇及人工成本高居不下之情況，MBR提供一個有效解決之道。事實上，近年來此技術蓬勃發展，逐漸受到環保業及產業界重視與接受，儼然成為革命性環保技術。國內由於土地及人工成本高，MBR技術具有應用潛力，亦逐漸受到業界重視，但由於MBR技術層次高，故建議業者再採用此技術時，需進行可行性評估，以確保技術可行性及避免投資浪費。 |
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