三段式廢水處理系統與批式曝氣處理系統之經濟效益比較

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研究生：馮煥杰Huan-Jie Fung

指導教授：黃文琪Wen-Chi Huang

【摘要】

   台灣隨著養豬產業規模逐漸增大，環境污染問題逐漸為人們所正視。目前200頭以上之養豬場有90%以上都設有三段式廢水處理設備，但該設備有一些缺點，如化學需氧量(COD)未能符合放流水標準，須就現行設備之操作係數修正，然而其操作繁雜；因此有必要尋求一更有處理效能之廢水處理方法。
   相形之下批次曝氣設備對於氮、磷及COD的去除有不錯的效果且可自動化操作減少養豬戶在操作上的負擔，故本研究以批次曝氣設備與三段式廢水處理設備進行經濟效益比較。本研究首先以次級資料分析了解國內毛豬產業現況，及以專家訪談了解二套設備之設置成本及其在使用上相關問題。得到以下結論：

一、養豬戶有朝向大規模經營趨勢，大規模養豬戶因具有經濟規模競爭優勢，持續呈現增加趨勢，而部分不具經濟規模效益或經營較差之養豬戶陸續退出養豬產業。但就養豬戶數而言以200~999頭及1000~1999頭之規模為最多。

二、在比較兩套系統之設置成本考量了豬場畜舍建築、豬場規模、設備資財選用、土地大小、人工、電力等六個因素，綜合評估，並在1000頭及2000頭二種規模別之比較下，得知新設批次曝氣設備(SBR)之經濟效益相對地大於三段式設備。

   在槽體建造成本方面，建造SBR之反應槽而使用三段式其他水槽作為調節槽時，和三段式比較之下，約可節省700~1000元/頭；在用地面積方面，1000頭及2000頭規模之比較基礎下，SBR分別可節省137.4平方公尺及225.3平方公尺。在電力能源比較方面，由於三段式設備中第三階段活性污泥法必需採連續曝氣方式。而SBR採間歇性曝氣，其消耗之電費較三段式設備為低。故SBR較三段式設備具財務可行性。以成效法分析亦說明了SBR較具經濟效益，原因在於SBR設置費用低，且可彈性調整處理時間以符合放流水標準。未來若是放流水標準超過反應槽之設計或是增養豬隻時，則可增設另一反應槽形成一多槽SBR系統。

李仔

SBR是序列間歇式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process）的簡稱，是一種按間歇曝氣方式來運行的活性污泥汙水處理技術，又稱序批式活性污泥法。與傳統汙水處理工藝不同，SBR技術採用時間分割的操作方式替代空間分割的操作方式，非穩定生化反應替代穩態生化反應，靜置理想沉澱替代傳統的動態沉澱。它的主要特徵是在運行上的有序和間歇操作，SBR技術的核心是SBR反應池，該池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，無污泥回流系統。正是SBR工藝這些特殊性使其具有以下優點：

1、 理想的推流過程使生化反應推動力增大，效率提高，池內厭氧、好氧處於交替狀態，淨化效果好。

2、 運行效果穩定，污水在理想的靜止狀態下沉澱，需要時間短、效率高，出水水質好。

3、 耐衝擊負荷，池內有滯留的處理水，對污水有稀釋、緩衝作用，有效抵抗水量和有機汙物的衝擊。

4、 工藝過程中的各工序可根據水質、水量進行調整，運行靈活。

5、 處理設備少，構造簡單，便於操作和維護管理。

6、 反應池記憶體在DO、BOD5濃度梯度，有效控制活性污泥膨脹。

7、 SBR法系統本身也適合於組合式構造方法，利於廢水處理廠的擴建和改造。

8、 脫氮除磷，適當控制運行方式，實現好氧、缺氧、厭氧狀態交替，具有良好的脫氮除磷效果。

9、 工藝流程簡單、造價低。主體設備只有一個序批式間歇反應器，無二沉池、污泥回流系統，調節池、初沉池也可省略，佈置緊湊、占地面積省。

SBR系統的適用範圍

由於上述技術特點，SBR系統進一步拓寬了活性污泥法的使用範圍。就近期的技術條件，SBR系統更適合以下情況：

1) 中小城鎮生活污水和廠礦企業的工業廢水，尤其是間歇排放和流量變化較大的地方。

2) 需要較高出水水質的地方，如風景遊覽區、湖泊和港灣等，不但要去除有機物，還要求出水中除磷脫氮，防止河湖富營養化。

3) 水資源緊缺的地方。SBR系統可在生物處理後進行物化處理，不需要增加設施，便於水的回收利用。

4) 用地緊張的地方。

5) 對已建連續流汙水處理廠的改造等。

6) 非常適合處理小水量，間歇排放的工業廢水與分散點源污染的治理。

SBR工藝設計與運行

SBR設計需特別注意的問題

（一）主要設施與設備

1、設施的組成

本法原則上不設初次沉澱池，本法應用於小型汙水處理廠的主要原因是設施較簡單和維護管理較為集中。為適應流量的變化，反應池的容積應留有餘量或採用設定運行週期等方法。但是，對於遊覽地等流量變化很大的場合，應根據維護管理和經濟條件，研究流量調節池的設置。

2、反應池

反應池的形式為完全混合型，反應池十分緊湊，占地很少。形狀以矩形為准，池寬與池長之比大約為1：1∼1：2，水深4∼6米。

反應池水深過深，基於以下理由是不經濟的：①如果反應池的水深大，排出水的深度相應增大，則固液分離所需的沉澱時間就會增加。②專用的上清液排出裝置受到結構上的限制，上清液排出水的深度不能過深。

反應池水深過淺，基於以下理由是不希望的：①在排水期間，由於受到活性污泥介面以上的最小水深限制，上清液排出的深度不能過深。②與其他相同BOD—SS負荷的處理方式相比，其優點是用地面積較少。

反應池的數量，考慮清洗和檢修等情況，原則上設2個以上。在規模較小或投產初期污水量較小時，也可建一個池。

3、排水裝置

排水系統是SBR處理工藝設計的重要內容，也是其設計中最具特色和關係到系統運行成敗的關鍵部分。目前，國內外報導的SBR排水裝置大致可歸納為以下幾種：⑴潛水泵單點或多點排水。這種方式電耗大且容易吸出沉澱污泥；⑵池端（側）多點固定閥門排水，由上自下開啟閥門。缺點操作不方便，排水容易帶泥；⑶專用設備潷水器。潷水器是是一種能隨水位變化而調節的出水堰，排水口淹沒在水面下一定深度，可防止浮渣進入。理想的排水裝置應滿足以下幾個條件：① 單位時間內出水量大，流速小，不會使沉澱污泥重新翻起；②集水口隨水位下降，排水期間始終保持反應當中的靜止沉澱狀態；③排水設備堅固耐用且排水量可無級調控，自動化程度高。

在設定一個週期的排水時間時，必須注意以下項目：

①上清液排出裝置的溢流負荷——確定需要的設備數量；

②活性污泥介面上的最小水深——主要是為了防止污泥上浮，由上清液排出裝置和溢流負荷確定，性能方面，水深要盡可能小；

③隨著上清液排出裝置的溢流負荷的增加，單位時間的處理水排出量增大，可縮短排水時間，相應的後續處理構築物容量須擴大；

④ 在排水期，沉澱的活性污泥上浮是發生在排水即將結束的時候，從沉澱工序的中期就開始排水符合SBR法的運行原理。

SBR工藝的需氧與供氧

SBR工藝有機物的降解規律與推流式曝氣池類似，推流式曝氣池是空間（長度）上的推流，而SBR反應池是時間意義上的推流。由於SBR工藝有機物濃度是逐漸變化的，在反應初期，池內有機物濃度較高，如果供氧速率小於耗氧速率，則混合液中的溶解氧為零，對單一的微生物而言，氧氣的得到可能是間斷的，供氧速率決定了有機物的降解速率。隨著好氧進程的深入，有機物濃度降低，供氧速率開始大於耗氧速率，溶解氧開始出現，微生物開始可以得到充足的氧氣供應，有機物濃度的高低成為影響有機物降解速率的一個重要因素。從耗氧與供氧的關係來看，在反應初期SBR反應池保持充足的供氧，可以提高有機物的降解速度，隨著溶解氧的出現，逐漸減少供氧量，可以節約運行費用，縮短反應時間。 SBR反應池通過曝氣系統的設計，採用漸減曝氣更經濟、合理一些。

SBR工藝排出比（1/m）的選擇

SBR工藝排出比（1/m）的大小決定了SBR工藝反應初期有機物濃度的高低。排出比小，初始有機物濃度低，反之則高。根據微生物降解有機物的規律，當有機物濃度高時，有機物降解速率大，曝氣時間可以減少。但是，當有機物濃度高時，耗氧速率也大，供氧與耗氧的矛盾可能更大。此外，不同的廢水活性污泥的沉降性能也不同。污泥沉降性能好，沉澱後上清液就多，宜選用較小的排出比，反之則宜採用較大的排出比。排出比的選擇還與設計選用的污泥負荷率、混合液污泥濃度等有關。

SBR反應池混合液污泥濃度

根據活性污泥法的基本原理，混合液污泥濃度的大小決定了生化反應器容積的大小。SBR工藝也同樣如此，當混合液污泥濃度高時，所需曝氣反應時間就短，SBR反應池池容就小，反之SBR反應池池容則大。但是，當混合液污泥濃度高時，生化反應初期耗氧速率增大，供氧與耗氧的矛盾更大。此外，池內混合液污泥濃度的大小還決定了沉澱時間。污泥濃度高需要的沉澱時間長，反之則短。當污泥的沉降性能好，排出比小，有機物濃度低，供氧速率高，可以選用較大的數值，反之則宜選用較小的數值。SBR工藝混合液污泥濃度的選擇應綜合多方面的因素來考慮。

關於污泥負荷率的選擇

污泥負荷率是影響曝氣反應時間的主要參數，污泥負荷率的大小關係到SBR反應池最終出水有機物濃度的高低。當要求的出水有機物濃度低時，污泥負荷率宜選用低值；當廢水易於生物降解時，污泥負荷率隨著增大。污泥負荷率的選擇應根據廢水的可生化性以及要求的出水水質來確定。

SBR工藝與調節、水解酸化工藝的結合

SBR工藝採用間歇進水、間歇排水，SBR反應池有一定的調節功能，可以在一定程度上起到均衡水質、水量的作用。通過供氣系統、攪拌系統的設計，自動控制方式的設計，閒置期時間的選擇，可以將SBR工藝與調節、水解酸化工藝結合起來，使三者合建在一起，從而節約投資與運行管理費用。

在進水期採用水下攪拌器進行攪拌，進水電動閥的關閉採用液位元控制，根據水解酸化需要的時間確定開始曝氣時刻，將調節、水解酸化工藝與SBR工藝有機的結合在一起。反應池進水開始作為閒置期的結束則可以使整個系統能正常運行。具體操作方式如下所述：

進水開始既為閒置結束，通過上一組SBR池進水結束時間來控制；

進水結束通過液位控制，整個進水時間可能是變化的。

水解酸化時間由進水開始至曝氣反應開始，包括進水期，這段時間可以根據水量的變化情況與需要的水解酸化時間來確定，不小於在最小流量下充滿SBR反應池所需的時間。

曝氣反應開始既為水解酸化攪拌結束，曝氣反應時間可根據計算得出。

沉澱時間根據污泥沉降性能及混合液污泥濃度決定，它的開始即為曝氣反應的結束。

排水時間由潷水器的性能決定，潷水結束可以通過液位控制。(潷水器是啥   偶不懂 )

閒置期的時間選擇是調節、水解酸化及SBR工藝結合好壞的關鍵。閒置時間的長短應根據廢水的變化情況來確定，實際運行中，閒置時間經常變動。通過閒置期間的調整，將SBR反應池的進水合理安排，使整個系統能正常運轉，避免整個運行過程的紊亂

一種橡膠名：丁苯橡膠,由丁二烯和苯乙烯共聚制得。按生產方法分為乳液聚合丁苯橡膠和溶液聚合丁苯橡膠。其綜合性能和化學穩定性好