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奈米零價鐵對厭氧消化池硫化氫去除與 微生物菌相影響之研究

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奈米零價鐵對厭氧消化池硫化氫去除與 微生物菌相影響之研究 - PowerPoint PPT Presentation


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奈米零價鐵對厭氧消化池硫化氫去除與 微生物菌相影響之研究. 連興隆教授 國立高雄大學土木與環境工程學系. 國科會 99-100 年度技術及知識應用型產學合作計畫成果發表 環工學門 ( 計劃編號 :99-2622-E-390-002-CC3). 計畫基本資訊. 大綱. 前言 研究目標 研究方法 結果討論 水相模槽實驗 氣相脫硫實驗 結論. 污水的沼氣 ( 甲烷 ) 發酵. 沼氣:真實存在的問題 !!. 豬隻頭數: 70,000 頭 每日廢水量: 3,000 M 3 發電量 9,125,000 度 / 年

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奈米零價鐵對厭氧消化池硫化氫去除與微生物菌相影響之研究奈米零價鐵對厭氧消化池硫化氫去除與微生物菌相影響之研究

連興隆教授國立高雄大學土木與環境工程學系

國科會

99-100年度技術及知識應用型產學合作計畫成果發表

環工學門(計劃編號:99-2622-E-390-002-CC3)

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大綱
  • 前言
  • 研究目標
  • 研究方法
  • 結果討論
    • 水相模槽實驗
    • 氣相脫硫實驗
  • 結論
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沼氣:真實存在的問題!!
  • 豬隻頭數:70,000頭
  • 每日廢水量:3,000 M3
  • 發電量9,125,000度/年
  • 估算CO2減排量為:5585 tCO2/年

每一頭豬約可產生0.25 m3/天

目前每0.7 m3的沼氣可以產生一度電

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讓沼氣成為幫助…BUT

H2S

因硫化氫腐蝕而被棄置一旁的發電機

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CO2 eq

30,000

Baseline emissions

20,000

Crediting time

Carbon Credits

10\'000

Project emissions

Year

21

1

5

10

15

碳權新主張

PEy = PEy,power + PEy,ww,treated + PEy,s,final + PEy,fugitive + PEy,dissolved + PEy,upgrading + PEy,leakage,pipeline

水洗淨化設備之廢水排放中,甲烷的排放、加壓設備之洩漏

、水洗淨化設備排氣中之甲烷量

最大化

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計畫的誘因與動機
  • 以台灣大型豬場之潛在發電規模約在每年四千六百萬度,可創造溫室氣體減排達每年82.6 萬公噸之二氧化碳當量,依京都議定書之架構,國際間碳權交易之平均計價一公噸二氧化碳當量以12 歐元估計,本計畫所提供之潛在市場價值每年可達4 億台幣。
  • 碳權開發的技術性問題:養豬廢水的厭氧發酵除了生成沼氣外,也有腐蝕性氣體硫化氫。
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奈米級零價鐵的應用

Fe + HS- + H+FeS + H2

FeOOH + HS-FeO-S- + H2O

FeS + H2S  FeS2 + H2

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三種策略

氣相脫硫

直接投入

將奈米零價鐵直接投入厭氧消化池

間接處理

增設奈米零價處理池,將沼氣引入處理

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精緻農業的典範

  • 封閉式的水循環
  • 堆肥
  • 發電
  • 減碳
  • 碳權
產學合作的利基
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研究目標
  • 開發以奈米零價鐵為主要吸附材料之廢水沼氣脫硫技術
    • 水相模槽實驗
      • 開發奈米零價鐵處理池
        • pH對飽和吸附量之影響
      • 直接投入奈米鐵之研究
        • 廢水水質對吸附量之影響
        • 奈米零價鐵對微生物相之影響
    • 氣相脫硫實驗
      • 開發奈米零價鐵複合活性碳濾網及過濾器
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實驗方法: 材料製備
  • 奈米零價鐵金屬之配製
    • 濕式化學合成法(Wet Chemical Synthesis)

4FeCl3 + 3NaBH4 + 9H2O → 4Fe0 +

3H3BO3 + 3NaCl + 9HCl + 6H2

  • 奈米零價鐵複合活性碳之配製
    • 含浸法(impregnation)
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實驗方法: (I)水相模槽實驗
  • 大型養豬場養豬頭數約為5萬頭,厭氧操作池有效容積8640 m3,共八池,目前流量約為600 ~ 700 CMD,停留時間約為15天。
  • 模槽體積為1 m3,流量66 L/day,每次抽水約為1.38 L,每半小時抽水1次,水利停留時間約為15天
  • 奈米級零價鐵之添加量為1 kg
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實驗方法: (II)氣相脫硫
  • 濾材重: 60 g/filter
  • 空氣流量: 3 L /min
  • 相對濕度 50 %
  • 室內溫度 25℃
  • 硫化氫入口濃度: 500 ppm
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結果與討論
  • 水相模槽實驗
    • 奈米零價鐵處理池
      • pH對飽和吸附量之影響
    • 直接投入
      • 水質參數
      • 硫化氫的去除(吸附量分析)
      • 對微生物相之影響
  • 氣相脫硫實驗
    • CAC的除硫效能
    • CACNZVI的除硫效能
cac cac nzvi
CAC 與CACNZVI 對水中硫化物之飽和吸附量

CACNZVI

CAC

  • CACNZVI在所有pH範圍對硫化氫的吸附量高於CAC
  • CACNZVI在中性與酸性皆具穩定的高吸附量
langmuir
不同奈米零價鐵材料對水中硫化物飽和吸附量(Langmuir)之比較不同奈米零價鐵材料對水中硫化物飽和吸附量(Langmuir)之比較

1 g GACNZVI or CACNZVI = 0.23 g NZVI + 0.77 g AC

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結論
  • 研發兩種具開發潛力之產品:
    • 氣相脫硫過濾器與奈米零價鐵複合活性碳濾網
    • 水相奈米零價鐵處理槽(飽和吸附量達 800 mg/g,水利停留時間約1-5 min)
  • 沼氣再利用對大型養豬廠具有經濟與政策上的誘因,未來產品開發後的通路即已存在。
  • 不論是水相或氣相脫硫技術,奈米零價鐵皆具有良好之吸附效果。
  • 奈米零價鐵直接投入對系統中水質參數的影響不顯著
  • 奈米零價鐵直接投入對系統中微生物相的影響具顯著性
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