林翰璘 / 工研院材化所
厭氧氨氧化技術被認為具有極高節能減碳的潛力，而於實廠應用中，可能會因為實務上的限制與理論化學劑量存在部分差異。本文以南投中正路污水處理廠之生物處理系統為基礎，模擬將現有AOMBR系統改為厭氧+單槽式半亞硝化/厭氧氨氧化系統後，逐一計算並比較其能耗、加藥及污泥產量減量帶來之減碳效益。依據模擬計算之結果，若將傳統AOMBR系統改為厭氧+單槽式半亞硝化/厭氧氨氧化+MBR系統，發現總碳排可由602.1 kg CO2e減少至355.2 kg CO2e，約減少41%碳排。
【內文精選】
前 言
厭氧氨氧化(Anammox)技術近年來逐漸被應用在處理都市污水，其處理流程主要以厭氧反應槽結合單槽式厭氧氨氧化反應槽為主，以厭氧氨氧化為基礎的除氮技術根據其生化特性，確實具有極高節能與減碳的潛力。整體而言，半亞硝化–厭氧氨氧化系統相較傳統的硝化–脫硝系統處理相同重量之氨氮，可減少57%氧氣消耗、100%有機碳源添加及84%廢棄污泥量(Waste Sludge Production)產生，僅增加約7%鹼度消耗。
單從其理論生化特性確實十分具節能減碳的潛力；然而於實廠應用中，可能會因為實際應用上的狀況與理論存在部分差異。例如半亞硝化–厭氧氨氧化系統需搭配厭氧程序處理污水中有機物，質傳攪拌的動力需求、鼓風機選型上並非隨風量需求線性增加，而為有效截留污泥採用MBR可能增加能耗等實廠因素。本文以南投中正路污水處理廠之生物處理系統為模擬對象，該污水處理廠為日處理量約700 CMD之AOMBR系統，嘗試模擬計算將AOMBR系統改為厭氧＋單槽式半亞硝化/厭氧氨氧化系統後其能耗、加藥及污泥產量，以檢視厭氧氨氧化技術之減碳效益。
處理系統說明及水質質量平衡
為比較厭氧氨氧化技術帶來的效益，圖一與圖二分別是傳統AOMBR系統與新穎厭氧＋單槽式半亞硝化/厭氧氨氧化＋MBR系統的基本槽體與機械設備配置。圖一為一日處理量為700 CMD之AOMBR系統，其中脫硝槽採用機械攪拌機為攪拌系統，硝化槽採用鼓風機與散氣盤為曝氣系統，硝化迴流＋污泥迴流為2,100 CMD，另外脫硝槽添加有機碳源為甲醇，硝化槽添加鹼度為NaOH；圖二為模擬日處理量為700 CMD之厭氧+單槽式半亞硝化/厭氧氨氧化＋MBR系統，其中厭氧槽採用內循環幫浦為攪拌系統(預設內循環幫浦選擇與脫硝槽攪拌機同能耗之規格)，單槽式半亞硝化/厭氧氨氧化槽採同樣用鼓風機與散氣盤為曝氣系統，並增設內循環幫浦作為攪拌系統(預設內循環幫浦為2,100 CMD與AOMBR之迴流量相同)，另外僅半亞硝化/厭氧氨氧化槽添加鹼度為NaOH。
圖一、AOMBR系統之槽體與機械設備配置
2022年Dow與法商Valoregen宣布合作，在法國西南部Damazan建造塑膠混合再生處理廠(圖二)，單一廠占地8.9公頃可處理7萬公噸廢塑膠。所謂「混合再生」是結合機械回收與化學回收的完整再生處理，可依據廢塑膠種類特性，採用適當的再生處理製程，以充分利用各種廢塑膠。再生後的產品將由Dow收購，再製成名為REVOLOOP™系列產品。該案獲得當地政府投資1,700萬歐元，顯示法國政府致力於塑膠減廢並推動循環再生的決心。
圖三與圖四為傳統AOMBR系統與新穎厭氧＋單槽式半亞硝化/厭氧氨氧化＋MBR系統水質與水量之質量平衡圖。共同邊界條件為進流水量700 CMD，進流污染物濃度包括：氨氮為30 mg/L、有機氮為10 mg/L、硝酸氮為0 mg/L、CODT為120 mg/L、CODb(生物可降解COD)為36 mg/L；出流污染物濃度包括：氨氮為<2 mg/L(法規氨氮為<10 mg/L)、有機氮濃度為0 mg/L、硝酸氮濃度10~15 mg/L(法規總氮<20 mg/L，厭氧氨氧化系統預設出流為14 mg/L仍符合放流水法規)、CODT為85 mg/L(法規CODT為<100 mg/L)，及CODb為0 mg/L。其餘參數為上述基礎下計算出各槽之水質變化與質量平衡 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖三、AOMBR系統之質量平衡圖
★本文節錄自《工業材料雜誌》445期，更多資料請見下方附檔。