厭氧固定生物技術降解醣類與蛋白質合成污水之研究

Abstract

生活污水主要成分為醣類、蛋白質和脂質，它們是消耗河川水體中氧氣的主要化合物。現今民生污水處理廠普遍利用好氧活性污泥法處理污水，在該處理方法中，碳質成分被生物轉化為生物質和二氧化碳，活性污泥系統不僅消耗能量，而且還會產生過量的污泥，需要進一步消化和處置。而利用厭氧生物方法除了免曝氣動力外，還可將污水中的有機化合物轉化為甲烷氣的能量，並減少污泥量的產生，這種方法已在熱帶國家（如巴西和印度尼西亞）實行。惟實際操作生活廢水的厭氧處理效率主要取決於溫度、微生物濃度和水力停留時間，以及如何保留厭氧微生物在反應系統中避免被沖洗出，為此，近年來厭氧生物處理生活污水技術已得到了極大的發展。 有鑑於厭氧生物處理中微生物對於不同基質之利用率不同，反應程序與相對應產物也相異，本研究中使用AnIBPR（Anaerobic immobilized bio-plates reactor）系統研究了醣類和蛋白質的生物降解，以了解基質間厭氧生物降解率和產氣情形。實驗建立一單槽連續式反應槽處理合成污水，在水力停留時間HRT 12小時，恆溫水域35℃下，以不同濃度醣類（1000、750、500、250及0 mg/L）與固定濃度1000 mg/L蛋白質（50％植物性蛋白質與50％動物性蛋白質）混和比例之進流作為合成污水基質主要碳源，分析厭氧固定生物系統對於不同濃度混合基質之COD去除率、各基質去除率、甲烷產氣率與甲烷回收率，並探討醣類與蛋白質共降解之影響。 研究結果顯示，本實驗使用厭氧固定生物系統處理醣類與蛋白質合成污水，各階段處理效率達97.5％ - 90.1％，總甲烷回收率為81.0 % - 55.0 %，最佳甲烷產量為0.28 L CH4/g COD removed，回收率達81％，整體而言，本厭氧固定生物系統能有效地將進流有機物轉換成氣相及液相等不同形式的甲烷存於系統中，且相較於只有添加蛋白質進流之第Ⅴ階段合成污水，第Ⅰ至第Ⅳ階段添加醣類進流時對於總COD及蛋白質降解效率提升，經過計算後本實驗進流濃度下，第I至第Ⅳ各階段每添加1公克的醣類可增加0.05-0.08公克蛋白質的降解，經由本研究推測在生活廢水厭氧處理中，醣類基質的存在會促進蛋白質在COD去除和甲烷轉化作用，良好的甲烷回收率顯示厭氧固定生物系統處理污水具有產能及能源回收的可行性。