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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

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)



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 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


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


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


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。


奈米級零價鐵的應用

Fe + HS- + H+FeS + H2

FeOOH + HS-FeO-S- + H2O

FeS + H2S  FeS2 + H2


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


產學合作的利基



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


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)


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


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


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

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



10 mg/g

模槽水中硫化氫的去除情形




Cac cac nzvi1
CAC與 CACNZVI填充濾網對硫化氫去除效果之比較


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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