超音波污泥減量技術：材料世界網

廢水處理產生相當多的廢棄污泥，由於其處置費用高達整個污水場操作成本的60~65%，造成經營業者相當大的困擾，因此如何減少污泥產生量是一個非常重要的議題。超音波是一種非常有效率的技術，應用在廢棄污泥的減量，尤具效果。經過現場測試，超音波污泥減量效率可達30%以上，再結合微小氣泡，則污泥減量可再提升17.3%。此結果可作為未來現場污泥減量的考量依據。

本文將從以下大綱，介紹工研院開發之超音波污泥水解系統。
‧前言
‧污泥減量技術
‧超音波技術
‧超音波污泥減量案例分析
‧結論

【內文精選】
前言
隨著都市下水道的接管率逐年上升，提升了都市污水處理的妥善率；然而，其伴隨產生的下水污泥量不斷增加，若無妥善處理與處置，容易衍生二次污染問題。以台灣而言，包括各種途徑產生的廢棄污泥，每年產生的污泥量約239萬公噸，其中一般性污泥量為227萬公噸，有害性污泥量（電鍍與含銅污泥）為12萬公噸。由於廢棄污泥的處理需要高昂的初設硬體費用與日常操作費用，根據文獻資料顯示，此費用高達60~65%的全廠操作費用，使得廢棄污泥處理與處置的議題在全球受到高度的關注，即使在台灣的廢棄污泥問題亦同。

污泥減量技術
污泥減量技術可分三方面執行：一為程序調整，包括採用延長曝氣法或生物薄膜反應器(MBR)等；二為中間處理，包括採用好/厭氧消化處理或污泥水解處理等；三為污泥乾燥，包括直接加熱、間接加熱與除濕乾燥等。

一般廢棄污泥經污泥脫水機脫水後，其污泥含水率大約為75~85%（目前還有更新的污泥脫水機可將污泥含水率降至50%左右）；再經過污泥乾燥設備的處理後，其污泥的含水率可降至30%，甚至低於20%，此時整體污泥重量的減少可超過70%以上，其污泥減量的效果甚佳。此方法是目前政府單位正積極推廣的污泥減量方法，只可惜其減量只集中在於污泥含水率的減少，對於污泥固體物本身是沒有改變重量的。

另一類的有機污泥減量，除了前面提及之「程序調整」外，還可使用「污泥水解」的技術。有機污泥由於其主要來源是微生物體，屬於固形物的一種，在處理過程中，希望能夠將固形物污泥轉換成溶解態或非常微細固形物，以達到污泥減量之目的，此過程稱為「污泥水解」。污泥水解技術如物理（機械或加熱等）、化學（加鹼、加酸或氧化劑等）、生物（酵素）或組合污泥水解技術均受到廣泛重視並有應用實例，其中又以機械法中超音波技術(Ultrasonic Technology)的水解效率為最高。

超音波技術

超音波是眾多污泥水解技術中一種非常有效率的綠色技術，其原理是利用聲波與水中微小氣泡(Micro-bubbles)作用，使其在極短的時間與極小的體積發生空穴效應(Cavitation)。當空穴效應發生時，會產生強大的衝擊力，可以有效破壞周圍細胞的外部結構，使其產生污泥水解的效果；同時，空穴效應也會形成一極端環境的熱點(Hot Spot)，在熱點中會形成高達數千度的高溫與數千atm的高壓環境，其周圍的水分子便會產生高氧化力的氫氧自由基，因此，超音波亦具有廢水高級氧化的處理能力。在廢水處理程序中，超音波在污泥減量的應用如圖一所示。

圖一、廢水處理程序中超音波在污泥減量的應用

國際上已有超音波破碎污泥的商業化產品，如德國Ultrawaves公司，已有應用於污水處理廠處理污泥的實例。然而，超音波的處理方式，雖可使污泥破碎效果達100%，然而其所消耗的能量太高，因而使其操作費用達到最高。為解決上述問題，工研院自行設計並製作一套超音波系統，其使用頻率為20 kHz，Horn直徑為5公分，材質為鈦合金，輸出功率為500 W。

超音波污泥減量案例分析

工研院自行製作的超音波系統如圖二所示。經過以實際現場廢水與污泥的測試（超音波＋活性污泥系統），分實驗組(R1)與對照組(R2)，實驗組(R1)是將每日廢棄的污泥經過超音波處理後再導入活性污泥系統，對照組(R2)則依照操作條件每日廢棄固定的污泥量以維持穩定的污泥停留時間(SRT)。由於超音波是利用微小氣泡進行空穴現象，因此試驗中也加入微小氣泡的影響，其測試條件為單純超音波的最佳操作條件。試驗條件與結果如表一與圖三所示，經過水解後的污泥導入活性污泥系統，會使活性污泥系統的出流水質包括COD、SS與VSS皆略微上升…...以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。