1990 11 25ebooks.lib.ntu.edu.tw/1_file/moeaidb/013057/2005.pdf · (like Local scrubber and Central scrubber) produce waste water by washed away, after also must recovering. And then

序

在經濟發展的同時，必須兼顧良好的環境品質；現今科

技不斷發展，所衍生的環境問題也日益增多。因此，本局基

於工業主管機關的立場，除積極推動工業發展外，更重視產

業綠色生產與環保技術的提升，透過技術輔導與獎勵優惠措

施，期使產業界追求永續發展，並兼顧環境保護之責任，讓

國人能享受高科技帶來的便利與高品質的生活。

為協助業界提升環保技術，增加業界對於污染防治改

善、清潔生產，以及因應國際環保趨勢能力，並能進一步落

實推廣，以達到產業之永續發展，本局自 1990 年起，每年均

舉辦產業環保工程實務研討會，透過論文發表的方式，達到

技術交流的目的。

本年度配合工安環保週活動，特於 94 年 11 月 25 日辦理

「 2005 產業環保工程實務研討會」；本研討會論文集共收錄

了 34 篇專業論文，內容涵括：案例探討、操作維護、工程實

務、資源化技術及溫室氣體減量控制等，期藉由研討會有效

提升國內產業環保技術。

在此謹對提供論文之環保先進與廠商，能毫無藏私地將

推動污染防治、綠色技術之實際經驗與心得提供各界分享，

致上由衷謝意。同時感謝負責研討會籌備工作之執行單位－

財團法人台灣產業服務基金會、論文審查委員及本局相關同

仁，由於他們的辛勞，使得本論文集能順利的付梓。

經濟部工業局謹識中華民國 9 4 年 11 月 2 5 日

序

環境保護議題，在國內外都是重要的工作。政府與業界

經多年來不斷投入與改善，環境品質持續在提升。但環保的

問題也因應科技的發展而有新的污染及議題衍生。所以，產

業必須在經濟發展外，妥善地維持環境品質的要求，確實做

好污染防治工作。因此，必須透過有效地規劃、設計污染防

治設施或改善既有的設備，並藉由製程的改善、原物料的選

擇與適當的管理，期能以經濟有效的方式來達到對環境的保

護與承諾。另外，產業如能將污染防治工作所累積之經驗加

以推廣交流，不但對台灣的環境品質改善有直接的貢獻，對

工業的永續發展也將有極大助益。

本年度財團法人台灣產業服務基金會在經濟部工業局指

導下，承辦「 2005 產業環保工程實務研討會」，提供環保相

關專業人士共聚一堂的機會，以實際的工程實例相互砌磋，

促成學術、技術與經驗的交流，藉以提升國內產業環保技

術，並對環境品質有積極的改善效果。

本屆研討會徵集 34 篇專業論文，供與會者研討。對於提

供案例的作者與廠商能毫不藏私地貢獻經驗，謹致由衷的謝

忱。同時，對研討會籌備委員的熱心參與、精心籌劃，使研

討會各項工作及論文集編輯得以順利完成，謹此一併致謝。

財團法人台灣產業服務基金會董事長

中華民國 9 4 年 11 月 2 5 日

半導體低濃度氟系處理設施操作參數最佳化之實務探討

楊名宏 *、邱德全 *、褚衍萍 *、鍾文晃 *、林怡成 *、莊永豐 **、盧益得 **

摘要半導體產品各種製程需使用大量且不同特性之化學品及氣體，最終皆會

產生廢水，需經適當處理後方能排放。半導體廢水一般可區分為酸、鹼、有

機及氟系廢水，其中以氟系為最主要之處理設施，其處理方式大致分為： 1.

傳統混凝沉降法 2.流體化床法。國內最主要仍以傳統混凝沉降法為主，以添

加 CaCl2( 或 Ca(OH)2) 將氟離子去除。傳統氟系廢水主要來自製程使用之

49%HF稀釋排放，此部份因氟濃度高且變化小，處理單純易掌控。但近年來

科學園區嚴格要求廠商提昇製程回收率 >85%，使得廢氣處理設施 (如機台端局

部廢氣處理設施及中央廢氣洗滌塔 )洗滌產生之廢水，亦必需先回收利用後，

再將衍生之低氟濃度且富含其他離子廢水，進入氟系處理設施處理方能放

流，造成處理上之巨大不穩定及改變。

本文主要討論半導體製造廠中，氟系處理系統對此股低氟濃度廢水之處

理效能、加藥量、廢污泥產生量進行分析及改善研究，藉以達到操作最佳參

數增加處理效能、減低藥品使用量。

經部門及跨部門 /廠區同仁合作，以實驗設計及 QIT 手法鑑別，再經實廠

測試求得最佳操作參數，並於執行後大幅減低加藥量。

【關鍵詞】 1.氟系廢水處理 2.局部廢氣處理設施 3.中央廢氣洗滌塔 4.製程

回收率

*聯華電子股份有限公司工程師

**聯華電子股份有限公司經理

1

The actual situation study of the low-density fluorine department processing facilities operation parameter

optimization of the semi-conductor factory

Daniel Yang*、Te-Chuan Chin*、Y .P. Chug*、Wen Huang Chung*、Yi Chen Lin*

Y.F. Chuang**、Y.D. Lu**

Abstract The semi-conductor wastewater can be classified into generally sour, alkali, organic and

the fluorine department wastewater, among them takes the fluorine department as the most main

processing facilities, it handles the way to be divided into 1. The traditional decline method

2.The fluid bed method. Home most mainly still with tradition mix sink to decline method for

lord, to increase the CaCl2 (or Ca (OH) 2) to clean the fluorine ion .

The traditional fluorine department waste water mainly comes from 49% HF dilution of

the manufacturing process usage's exhausting this path is process simplicity because of it’s high

concentration and change small. But in recent years the requests the manufacturer to promote

the manufacturing process recovery rate strictly>85%, make the waste gas processing facilities

(like Local scrubber and Central scrubber) produce waste water by washed away, after also must

recovering. And then it will produce the low fluorine density that enriches to contain other ion

wastewater, and making processing last of huge unsteady and change.

The fluorine department system to the processing effect of this low fluorine density

wastewater, the best parameter increment processing effect by operating by reach. To the best

handle efficiency, and reduce the chemical. Cause across the section/factory area colleague

cooperation, we design with the experiment and the QIT skill discriminates. Finding the best

operation parameter by solidly factory testing and reduce the chemical cause it.

【Keywords】1..Fluorine department liquid waste processing 2. Local scrubber 3. Central

scrubber 4. Manufacturing process recovery rate.

*UMC Engineer

**UMC Manager

2

一、現況說明

1.含氟廢水水量大及氟離子濃度低

本廠含氟廢水來源如圖 1 所示，主要來源為製程廢水及廢氣處理設施

洗滌水兩大類；其中我們又將製程含氟排水依氟離子濃度區分為：濃氫氟

酸廢水（CHF），其氟濃度＞ 0.5﹪，收集後直接進氫氟酸處理系統（氟系）

處理。每日約 100CMD。稀氫氟酸廢水（DHF），10ppm＜氟濃度＜ 0.5﹪，

約 150CMD。另一大類，廢氣處理設施洗滌水 Local scrubber（L/S）、Central

scrubber（C/S）排水，其氟濃度約 50ppm/978CMD，分類屬於 DHF。本廠

區位於園區三期，製程回收率需＞ 85﹪以上，所以所有 DHF 廢水（包括製

程機台排水及廢氣處理設施洗滌排水）皆需以回收設備加以處理再利用。

而本廠低濃度氫氟酸回收設備（LHF）以 RO 為主要處理設施，其特性為

濃縮端廢水量大且穩定，有別於另一主流處理設施（樹脂回收）。且本廠

LHF 系統設計處理量為 950CMD（如圖 2），但 DHF 量為 1,128CMD，故

需以氟系 Back-up 處理 178CMD 。再加上 LHF RO 濃縮端廢水 238CMD

及 CHF 廢水 100CMD，使得氟系原水量為 516CMD，佔 WW 區總排放量

32﹪以上。本廠 HF 原物料使用約為 93kg/日，比較其他 8 吋晶圓廠屬於偏

低範圍，故使得本廠氟系廢水原水氟濃度嚴重偏低（ 347ppm 如圖 3），處

理效果不佳。

H 3 P O 4 N H 4 O HH N O 3

C en tra l S cru b b er H 2 S O 4 … …H C L

洗滌廢水 H F

L o ca l S crub b er C F 4 C 3 F 8 H FC H F 3 S F 6 S iF 4C 2 F 6 N F 3 … …

製程廢水 F A B 機台 H F B O E P o ly e tchM IX (H F + … ..)

含氟廢

水處理

系統L H F 回收系

氟系

處理

圖 1 含氟廢水來源

3

含氟原水分類處理處理方式處理後方式

>0.5%HF(100CMD) 氫氟酸處理系統放流

LHF處理量不足back 178CMD 238CMD

0.5%~10PPM(1128CMD) LHF回收系統濃縮水至氟系處理處理量950CMD->不足產水再利用(C/T C/S L/S)

NAOHCaCl2 CaCl2 PA

F- sensor

F- sensor

CaCl2CaCl2 PA

NaOHC

C/HF ph sensor ph sensor F-

實驗室 vs 氟系#1 on-line sensor測值

R2 = 0.9024

0

5

10

15

20

0 5 10 15 20 25

實驗室F-測值

on-l

ine

F-測

值

圖 5 on-line sensor 與實驗室測值比較圖

2.其他離子干擾因素：

氟系原水中除了氟離子外，還存在許多其他陰離子。因為氟系是以添

加CaCl2中之Ca2+來去除氟離子，其他酸根離子 (PO4

3- SO4

2- NO3-等 )皆會損耗

添加之CaCl2藥量。經分析原水中各酸根離子濃度及依反應化學式計算出消

耗之CaCl2量如下圖 6：

根據 80/20 原則CaCl2用量異常主因為原水氟離子，其他只佔 10%。

氟系原水各酸根銷耗 CaCL2柏拉圖

0

2000

4000

6000

8000

F- PO43- SO42- NO3-0%

20%

40%

60%

80%

100%9 0 %

6 % 3 % 1 %

KG

圖 6 氟系原水各酸根消耗CaCl2柏拉圖

3.高低濃度 HF 處理效果差異驗證：

(1)高濃度 HF 成強酸性，於水溶液中會解離為：

HF F- + H+ 與Ca2+形成CaF2將 F-去除。

Ca2 + + 2F- CaF2低濃度 HF成弱酸性，於水溶液中會部分解為相當穩定之 HF2 -離子 ,

不易與Ca2 +反應。

HF H+ + F- K1=2.4~7.2*10- 4

HF+F- HF2 - K2=2.5~5*10- 4

6

故可知當HF原水濃度越低 /pH值越高時所形成之HF2 - 離子愈多，愈

難處理。

(2)反應理論最終 F-濃度：

2HF+ CaCl2 CaF2+2HCl CaF2 Ksp=8.4*10-12

理論反應最終 F-：4.87 ppm但水溶液中同時存HF/HF2 -/CaF2/CaF-等離

子，所以依共同離子效應計算，處理後 F-濃度至少 7.8 ppm。依參考文

獻資料，一般實廠氟系處理後殘存 F-濃度則在 12.8 ppm以上。所以實廠

操作氟系處理， F-濃度 12.8ppm為反應終點，欲＜ 12.8 ppm需過量添加

CaCl2。

(3)將本廠氟系原水分 200/300/500/600/800/1,000 ppm作為測試樣品 (實驗

室杯瓶測試 )，分別以CaCl2理論加藥量之 1~5 倍添加，得到處理水氟濃

度之數據與曲線如圖 7。

0

5

10

15

20

25

30

1 2 3 4 5

200

300

500

600

800

1000

原水氟濃度

添加 CaCL2倍數 (Base on理論值 )

反應後氟濃度 ppm

完全反應氟濃度12.8ppm

1.5 2.25

目標值10ppm

圖 7 實驗室杯瓶測試

由上圖實驗數據歸納出各原水氟濃度相對應之CaCl2加藥比率，如圖

8。

但本案目標為反應後＜ 10ppm，故再將反應後 12.8ppm及 10ppm所需

CaCl2加以比較，可得結果如表 1。

實驗室杯瓶實驗結論 : 氟系原 500ppm CaCl2加藥需為理論值之 1.5

倍；300ppm CaCl2加藥需為理論值之 2.5 倍；200ppm CaCl2加藥需為理論

值之 3.5 倍 (原水氟濃度越低需加藥量越多 )。欲將處理水由完全反應之

12.8ppm再降至 10ppm，需再過量加藥 1.5 倍。

7

各原水氟濃度完全反應所需理論加藥量比

3.5

2.5

1.51.2 1.1 1.05

0

1

2

3

4

200 300 500 600 800 1000

原水氟濃度ppm

圖 8 原水氟濃度 vs 加藥倍數

表 1 反應後氟濃度 12.8 vs 10ppm所需CaCl2倍數比

反應後氟濃度 12.8.vs.10ppm所需 CaCl2倍數比

原水氟濃度 12.8ppm 10ppm 倍數比

200 3.5 5.5 1.57

300 2.5 3.8 1.52

500 1.5 2.25 1.50

600 1.2 1.8 1.50

800 1.1 1.6 1.45

1,000 1.05 1.5 1.43

Ave: 1 .50

(4)本廠實廠驗證：

由實驗室測值得知：當原水濃度 347ppm(本廠氟系原水連續監測值

平均約為 347ppm)時，CaCl2加藥需為理論值之 2.25 倍，處理後水氟濃度

欲

氟系原水 v s 處理後廢水氟濃度比較

0

5

10

15

20

25

1 18 35 52 69 86 103

120

137

154

171

188

205

222

239

256

273

290

307

324

341

358

375

392

409

426

443

460

477

項次

處理

後氟

濃度

*ppm

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

原水

氟濃

度*2

0ppm

處理後氟濃度

原水氟濃度

圖 9 氟系原水氟濃度與處理後氟濃度之連續測值

原水vs處理後廢水氟濃度

y = 0.0042x2 - 0.3168x + 14.223

R2 = 0.951

y = 0.0431x2 - 2.2098x + 34.517

0

5

10

15

20

25

30

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45原水氟濃度*20ppm

處理

後氟

濃度

ppm

圖 10 原水 vs 處理後廢水氟濃度分析圖

兩方程式交點為 (9.9/15) ，故當原水氟濃度 >300ppm ，處理水

9.9ppm。所以氟系處理水欲＜ 10ppm，原水需＞ 300ppm，由上圖可知理

論處理終點 (12.8ppm)對應原水濃度約 250ppm。故從實驗室杯瓶測試及

實廠驗證數據可知，相同加藥量下，原水氟濃度越低，處理效果越差。

當氟系CaCl2第二段加藥啟動（目前設定點為處理水＞ 13pp啟動；＜ 11ppm

停止），為大量耗費CaCl2之時候。故改善氟系操作效率及減低CaCl2之

做法應從：提昇原水氟濃度（降低氟系原水量）及減少氟系處理後氟濃

度＞ 13ppm之次數（減低CaCl2第二加藥啟動次數）。

9

三、改善方法及效果

1.氟系原水量偏高原因分析

其中以洗滌廢水 (L/S，C/S)成分最複雜，應為影響之主因。再將廠內含

氟廢水分類 /處理流程加以分析可得以下結論：LHF 系統處理量不足導致低

濃度含氟廢水需以氟系 back-up 氫氟酸處理系統原水量偏高氫氟酸處理

系統原水氟濃度下降。

(1)LHF 處理量不足原因分析：

本廠低濃度氫氟酸回收系統 (LHF)，以 RO 為氟離子去除之主要機

制，前處理包括 MMF 及 ACF/1um filter，除設計量不足之因素外，RO

阻塞 PM 易造成處理量嚴重缺口。影響 RO 處理量最主要之因素為原水

量、原水 particle 量、原水微生物含量。我們利用原水污染指數 (原水各

污染物質嚴重度沉積 )，加以分析 LHF 系統各原水污染指數＝原水量

*particle 污染量 (1~5 級 )*微生物污染量 (1~5 級 )，得到圖 11 結果。

LHF系統原水污染指數

0

500

1000

1500

2000

2500

L/S FAB 2 C/S FAB 2A C/S DHF0%

20%

40%

60%

80%

100%

圖 11 LHF 系統原水污染指數

根據 80/20 原則，改善 LHF 系統操作需由 FAB 2 C/S 及 L/S 排水改

善著手。

2.FAB 2 C/S 排水改善

經連續監測 FAB2 C/S排水 F-： 42ppm/128 CMD，且以重力流加以收

集， pH控制 8~8.5 具水量水質穩定特性，可單獨分流處理。根據調查現場

測值可知氟系處理後廢水游離Ca2 +濃度約為 250~350ppm，此股游離廢水應

可再利用於處理 FAB2 C/S排水。

10

表 2 FAB 2 C/S 排水處理方案評估

FAB 2 C/S 排水處理方案評估

直接放流氟系游離鈣處理增設高級殺菌 /過濾設備

效益氟系原水濃度提

昇 100ppm 氟系原水濃度提昇

100ppm 氟系原水濃度提昇 150ppm

影響程度放流氟濃度增加

2ppm 氟系統處理需再測

試

工程費用 1,200 萬元 /工期2~3 個月

總結不可行優先測試評估中

經表 2 評估後，C/S 排水最優先處理方式為以氟系游離鈣離子處理。測

試方法為利用本廠氟系有兩套（氟系＃ 1/＃ 2）分別為實驗組及對照組加以

評析游離鈣離子對低濃度 C/S 排水之處理效能，如圖 12 所示。

氟系＃ 2 實驗組：相同加藥及操作參數下，將 C/S 排水導入系統混凝池

（第二池）中以游離鈣離子處理。

氟系＃ 1 對照組：與實驗組相同加藥及操作參數下，比較實驗效果。

F A B 2 C /S 排水游離鈣處理法實驗設計示意圖

F se n so r

F se n so r

F se n so r

F se n so r相同加藥量

T -W 2 2 氟系原水

池

F A B 2C /S

C a C L 2 藥槽

氟系 # 2 (實驗組 )

氟系 # 1 (對照組 )

圖 12 C/S 排水游離鈣處理測試示意圖

11

C / S 排水游離鈣處理法測試數據

0

10

20

30

40

50

60

70

1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101

111

121

131

141

151

161

171

181

191

201

211

221

231

241

251

261

271

281

項次

氟濃

度pp

m

C /S 排水濃度

氟系 #1處理濃度

氟系 #2處理濃度

理論氟系 #2處理濃度

圖 13 C/S 排水游離鈣處理測試結果

如圖 13 所示，其中紅色線為實驗組（C/S排水游離鈣處理），藍色線為對

照組（單純氟系處理）結果發現兩套氟系在相同加藥條件下，處理水氟濃度相

差不大，FAB 2 C/S排水氟濃度由 42ppm 11.8ppm，成果卓著。氟系原水量減

37%(190CMD)；CaCl2用量減少 39%，由 6,085kg/日 3,682kg/日。

3. L/S 排水過多改善

每台 L/S 進水量 /排水量差異不大 (可視為相同 )，供應水量約 7CMD。

依排水特性可區分為：L/S(氟濃度>10ppm) LHF 系統處理共 107 台。L/S(氟

濃度10ppm 107 LHF 740CMD 7CMD 7CMD 不合理，機台

排水完全無

揮發排放F-

>10ppm 50 WWR 295CMD 6CMD 7CMD 合理，揮發

量約 15%

明顯差異過大，表示有大量非DHF之L/S廢水誤排至LHF系統。經調查

FAB 2E W/W(100CMD F-： 3ppm)，誤排至LHF系統。於 8/E改至WWR。成

效氟系原水再減少 5% 17CMD；原水水質 /量：F-470ppm/328CMD；CaCl2減

少 19% 降至 2,917kg/日。

12

4.各改善後數據：如圖 14、 15、 16

FAB2E WW隔離後原水氟濃度測值

0100200300400500600700800900

1 16 31 46 61 76 91 106

121

136

151

166

181

196

211

226

241

256

271

286

301

316

331

346

361

376

項次

ppm

A v e : 4 7 0 p p m C p k : 0 . 5 0

O o c r a t e : 3 . 3 %U C L 8 0 0

L C L 3 0 0

C L 5 5 0

圖 14 改善後氟系原水氟濃度 (ooc：原水F-＜ 300PPM)

改善後氟系處理水監測值

0

24

68

10

12

14

16

1 22 43 64 85 106

127

148

169

190

211

232

253

274

295

316

337

358

379

400

421

442

sample size

ppm

C L 8 .8

A v e:8 .8 p p m

O o c ra te :1 .5 % U C L 1 0 .6

U C L 7 .1

圖 15 改善後氟系處理水氟濃度（ ooc：處理水F-＞ 13ppm）

0

10002000

300040005000

60007000

80009000

10000

94年5

月1日

94年5

月8日

94年5月

15日

94年5月

22日

94年5月

29日

94年6

月5日

94年6月

12日

94年6月

19日

94年6月

26日

94年7

月3日

94年7月

10日

94年7月

17日

94年7月

24日

94年7月

31日

94年8

月7日

94年8月

14日

94年8月

21日

94年8月

28日

94年9

月4日

94年9月

11日

KG

8/19 FAB 2EWW切換至WWR系統處理

6/22 FAB 2 C/S切換至氟系#2直接處理

Ave:3571kg

Ave:2917kg

6/5 調整氟系各運轉參數

圖 16 改善前後CaCl2用量推移圖

13

四、經濟效益

本案執行完畢後，各經濟效益

1. CaCl2用量： 6,438kg/日 (2005/5)-2,917kg/日 (2005/9)=3,521kg/日

3,521kg/日 *2.2 元 /kg*365 天 /年=282.7 萬元 /年

2.自來水用量減量： 2,531CMD(2004/6~8)-2,248CMD(2005/6~8)=283CMD

283CMD*12 元 /m3*365 天 /年=123.9 萬元 /年

3. WW 污水費： ( 科管局收費標準以自來水用量 *0.8 為 WW 排放量：

2002/6~2005/6 WW污水費平均 12.3 元 /m3)

283CMD*0.8*12.3 元 /m3*365 天 /年=101.6 萬元 /年

COST DOWN 總金額 :282.7+123.9+101.6=508.3 萬元 /年

降幅55%

降幅18%

每年減少提昇8%費用: 每年減少

283萬元污水費: 每年減少CW101萬元費用:124萬元

CaCL2用量 HF廢水量回收產水量

圖 17 改善後總 COST DOWN 金額及項目

五、結論

1. 隨著環保意識高昇，製程回收率逐年上升已為趨勢。屆時半導體廠此股低

濃度氟廢水將成左右回收成效關鍵。

2.本廠因 HF原物料使用量及回收系統與他廠不同之故 ,造成氟系原水水量偏

高及氟濃度低等因素，處理效果不佳，CaCl2使用量大。執行成果CaCl2用

量降至 2,917kg/日與預估理論值相當，執行成效深具理論基礎。總 cost down

成效： 508 萬元 /年。

3.本案結果及各系統參數如：低濃度氟系原水處理加藥對照表； C/S 廢水

(

每日 BACKWASH 所致，將再另案評估改善。

六、參考資料

1.楊萬發 "水及廢水處理化學 " ，茂昌書局 (1996)。

2.田福助 "分析化學 "亞美出版 (股 )公司 (1992)。

3.羅文偉 "環工單元操作 " "單元操作實驗"，高立圖書 (1998)。

4.林政紀 "降低含氟廢水氯化鈣處理費用實例研究"，2004 產業環保技術研討

論文集。

5.陳奎麟 "半導體降低中和廢水氟離子濃度實例介紹 " 2004 半導體廠務技術

研討會論文。

6.陳志雄 "半導體廠含氟廢水CaCl2加藥異常改善實例 " ， 2004 半導體廠務技

術研討會論文。

7.林義凱 "半導體廠高濃度費氫氟酸回收再利用 "，2004 永續產業發展雙月刊

17 期。

8.張玉霞 "降低廢水處理成本 -化學污泥回流操作方法與效益 "， 2004 產業環

保技術研討論文集。

9.環保署 "水中氟鹽檢測方法 -電極法 " 。

10.歐陽嶠暉 "下水道工程學"，長松出版社 (1992)。

15

光電業廢水處理廠生物污泥減量效果之探討

洪仁陽 *、邵信 *、鄒文源 *、蕭碧蓮 **、張敏超 *

摘要光電業是國內重要新興產業之一，由於產業規模大及用水多，廢水量較

大，經處理後產生廢棄污泥亦多，如何減少污泥產生量以降低污泥處理與處

置成本，是該產業努力重點之一。在本研究中，採用整合性污泥水解減量系

統即整合既有廢水處理系統及污泥水解單元，將廢水處理廠產生廢棄生物污

泥經過污泥水解單元再與廢水混合後，送入既有廢水處理系統進行處理，可

同時達到污泥減量及處理廢水效果。本研究以處理光電業有機廢水產生廢棄

生物污泥為對象，將廢棄污泥先進行水解後，再將水解污泥送入兩組生物處

理系統進行實驗。其中一組為對照組（未添加水解污泥），另一組在反應槽添

加經水解後廢棄污泥量，藉由長期實驗評估以觀察水解污泥添加對既有廢水

處理系統影響程度。實驗結果顯示，水解污泥添加量對生物處理系統而言，

會增加 10～ 20％體積負荷，槽中 MLSS 濃度會增加及其 MLVSS/MLSS 比值

會降低的現象，但兩組反應槽出流水 CODs 濃度並無明顯差異，而對於出流

水 CODt 濃度則受水解污泥添加所影響，通常較對照組為高，再經過後處理

單元如砂濾後，均可符合該行業排放水標準。因此，整合性污泥水解減量系

統可以有效減少污泥產生量，但為確保處理系統出流水水質建議需增設砂濾

單元，將可以獲得良好污泥減量效果及穩定出流水水質。

【關鍵詞】 1.廢水處理 2.污泥減量 3.污泥水解 4.整合性污泥水解減量處理

系統 5.廢棄污泥

*工業技術研究院環安中心環科組研究員

*工業技術研究院環安中心環科組副研究員

17

The reduction of sludge yield generated from TFT-LCD wastewater treatment plant

R-Y Horng*、 H. Shao*、W-Y Tzou*、P-L Shiau**、M-C Chang*

Abstract TFT-LCD is one of emerging and promising industries in Taiwan. The wastewater

generated from this industry sector was huge compared with a conventional industry, due to its

scale and consumption of water. Therefore, the wasted sludge generated from wastewater

treatment plant was also huge resulted in roaring running cost of treatment and disposal of

wasted sludge. In this study, an integrated process combined with an existing biological

wastewater treatment plant and hydrolysis tank was proposed to reduce sludge yield in the

wastewater treatment process. Two parallel experiments were conducted to compare the

performance of A/O process with or without adding hydrolyzed wasted sludge. The

experimental results indicated that A/O biological process with hydrolyzed sludge resulted in

increasing 10~20% of volumetric loading rate, increasing the concentration of MLSS and

decreasing the ratio of MLVSS/MLSS in the reactor. The soluble COD in the effluent in two

systems was not obviously different, but the concentration of total COD in the effluent with

adding hydrolyzed sludge was higher than control one (without adding hydrolyzed wasted

sludge) resulting from higher concentration of SS in the effluent. The concentration of SS then

treated by sand filtration could be satisfied by local discharge standards. The phenomena of

nitrification and denitrification in A/O process were also observed with and without adding

hydrolyzed wasted sludge. Therefore, the proposed integrated existing biological process and

hydrolysis tank could reduce the sludge yield in the wastewater treatment plant and obtain

repected water quality in the effluent.

【Keywords】1.Wastewater treatment, 2. sludge reduction, 3.sludge hydrolysis, 4.integrated

biological process, 5.wasted sludge

*Reseracher, CESH, ITRI

**Associate Reseracher, CESH, ITRI

18

一、前言

早期污泥處理與處置費用低廉，國內廢水處理廠進行設計規劃時，多數

未將污泥減量單元如污泥消化系統納入考量，廢棄污泥經過濃縮後，直接進

行污泥調理及脫水後，將污泥餅委託廢棄物清除業者進行污泥清運，除少數

進行焚化後資源化外，多數均進入衛生掩埋場作為污泥最終處理與處置方

式。而近年來，既有衛生掩埋場日益飽和及新建場址尋找不易及廢棄物處理

與處置相關法令日趨嚴格情況下，預估國內污泥處理與處置費用會由目前佔

廢水處理廠操作費用 10～ 30％左右增加至 30～ 50％左右 [ 1、 2 ]，與目前歐美國

家情況類似 [ 3、 4 ]。為了有效降低廢水處理廠操作費用，污泥減量相關技術將

漸受重視。但如上所述，國內廢水處理設計及規劃之初，並未將相關污泥處

理單元如污泥消化單元或採用低污泥產率生物處理技術如厭氣處理技術或膜

離生物反應槽技術，在既有廢水處理系統上，要進行污泥減量工作相當不易

且污泥減量有限。因此，開發利用既有喜氣生物處理系統及污泥水解單元組

合的處理技術，希望不增建既有生物處理單元的前提下，對廢水處理廠產生

污泥可以達到減量效果，而提出整合性喜氣污泥水解減量處理技術，係將一

般喜氣生物單元產生的廢棄污泥，經污泥水解槽進行污泥水解後，再將水解

污泥送入喜氣單元以進行水解污泥水解與分解，達到污泥減量之目的 [ 5 ]，應

用於人纖業污泥減量效果顯著 [ 6 ]。本研究以光電業產生廢棄生物污泥為對

象，進行整合性污泥水解減量系統評估，除能夠達到污泥減量效果外，亦希

望能夠藉由A/O程序以減少添加水解污泥衍生的氨氮問題。

二、實驗方法

本實驗以喜氣活性污泥系統探討污泥減量效果，同時進行整合性處理程

序長期測試。本實驗以光電業廢水為對象進行評估，配合廢水處理廠水質變

化特性及測試系統處理效果穩定性為考量，以獲得與實場相近情況，作為未

來應用之參考。

1.實驗設備

實驗設備是以兩組整合性喜氣污泥水解減量系統平行進行，其流程如

圖 1 中所示。其中各主要設備簡述如下：

19

進流水出流水生物處

理系統

濃縮污泥

污泥水解槽

迴流污泥

水解污泥

沉澱池調勻池無氧槽

進流水出流水生物處

理系統

污泥後續處理迴流污泥廢棄污泥

沉澱池調勻池無氧槽

圖 1 整合性喜氣污泥水解減量處理系統實驗設備示意圖

(1)喜氣活性反應槽

槽體為方形壓克力材質，共有兩槽，如圖 1 中所示。尺寸為 10 cm

（L）×10 cm(W)×110 cm(H)，有效體積為 10.0 公升。

(2)無氧槽

槽體為方形壓克力材質，共有兩槽，如圖 1 中所示。尺寸為 10 cm

（L）×10 cm(W)×30 cm(H)，有效體積為 2.0 公升。

(3)攪拌器

攪拌器共有兩組分別安裝於無氧槽內，主要是將水解污泥及廢水於

進料時能夠攪拌均勻，使微生物與廢水及水解污泥能夠充分接觸，可發

揮在無氧段的脫氮效果。

(4)污泥水解槽

此槽主要目的將濃縮污泥添加化學藥品進行水解作用。有效槽體為

2 公升，採用加鹼水解時，其操作條件為水解時間為 2 小時及 pH 值為

12 左右。槽中裝有攪拌器及 pH 控制器各一組。水解污泥備製後置於污

泥水解槽中，以定量方式，送入無氧槽與廢水混合。

20

圖 2 整合性喜氣污泥水解減量處理系統 A/O 反應槽外觀

2.實驗方法

(1)廢水來源

廢水來自 TFT-LCD 工廠之綜合廢水，平均 COD 濃度為 600～ 1,000

mg/L 左右。由於 TFT-LCD 工廠之綜合廢水含有無機廢水處理水，故原

廢水 SS 濃度較高，有時會達 100 mg/L 左右。

(2)喜氣污泥來源

污泥來自實驗室 MBR 系統之廢棄污泥，由於 MBR 系統污泥濃度約

8,000 mg/L，各槽均植入 6.0 公升污泥，使各槽初始污泥濃度維持在 4,000

mg/L。

(3)水解污泥來源

水解污泥來自本實驗喜氣活性廢棄污泥，污泥經過收集再送入污泥

水解槽，將 pH 值維持在 12 及 2 小時 HRT 之操作條件，使污泥產生水解

作用，可提供脫氮之碳源或有利喜氣活性系統中加速分解效果。

3.實驗操作

整個實驗期間操作可分為二個階段： (1)污泥馴養期及 (2)正式操作期。

分述如下：

(1)污泥馴養期

由於污泥植種來源來自 MBR 系統，該系統以檸檬酸為基質，且該系

統 SRT 較長，污泥性質較為老化。而本實驗使用廢水直接來自 TFT-LCD

工廠廢水，兩者廢水性質差異極大，先經過一週的馴養期後，開始進入

正式操作期。

(2)實驗操作期

本實驗規劃共分為二個試程。在第一試程中，兩組平行實驗組未操

21

作無氧槽，以評估兩組處理系統對添加加鹼水解污泥的去除效果。而第

二試程中，兩組平行實驗均操作無氧槽及活性污泥系統串聯實驗，以評

估污染物及氨氮去除效果。而整個實驗試程中，兩組反應槽 (A及B槽 )分

別添加不同水解污泥量 0%及 100%(以廢棄污泥量為基準 )，並儘可能維

持反應槽之體積負荷在 1 kgCOD/m3． day左右之條件下操作。

三、結果與討論

本實驗依不同水解方式及系統組合共分為兩個試程，其中第一試程採用

加鹼水解及不操作無氧槽，而第二試程採用加鹼水解及操作無氧槽，其結果

分述如下：

1.CODt 變化

在第一試程中，原廢水總 COD（ CODt）濃度如圖 3 中所示，介於

335~1,000 mg/L 之間變化，雖然進流水 CODt 濃度變化相當大，但經過整合

性喜氣污泥水解減量系統處理後，兩個反應槽出流水 CODt 濃度變化，亦如

圖 3 中所示。其中 A 槽（未添加水解污泥者）出流水 CODt 濃度範圍介於

25 至 140 mg/L 之間變化，平均 CODt 濃度為 60 mg/L。而 B 槽（添加水解

污泥者），出流水 CODt 濃度範圍介於 15 至 180 mg/L 之間變化，平均 CODt

濃度為 70 mg/L，就平均值 CODt 濃度而言，均低於 100 mg/L 左右，符合

該行業放流水排放標準。從上述實驗結果顯示，添加水解污泥的反應槽較

未添加水解污泥者增加 10 mg/L，可見添加水解污泥會對出流水 CODt 濃度

有影響，只是增加程度並不是非常明顯。而在第二試程中，其 CODt 濃度亦

如圖 3.1 中所示，介於 680~1,370 mg/L 之間變化，較試程一為高，經處理

後兩個反應槽出流水 CODt 濃度變化，亦如圖 3 中所示。其中 A 槽出流水

CODt 濃度範圍介於 15 至 75 mg/L 之間變化，平均 CODt 濃度為 40 mg/L。

而 B 槽出流水 CODt 濃度範圍介於 20 至 180 mg/L 之間變化，平均 CODt

濃度為 45 mg/L。而在此試程中，添加水解污泥的反應槽較未添加水解污泥

者約增加 5 mg/L，較試程一為低，可能與系統導入無氧槽可以將水解產物

作為脫氮碳源較不會增加既有處理系統負荷或改善污泥沈降性有關。

22

0

300

600

900

1200

1500

0 10 20 30 40 50 60 70 80

時間（天）

CODt濃

度（

mg/L)

CODinf

CODteff(B)

CODteff(A)

Run 1 Run 2

圖 3 整合性喜氣污泥水解減量系統 CODt 濃度變化圖

圖 4 中所示為整合性喜氣污泥水解減量系統處理後 CODt 去除率，A 槽

CODt 去除率介於 65 至 98％之間變化，平均去除率為 89％，而 B 槽 CODt

去除率介於 62 至 95％之間，平均去除率則為 86％，從 CODt 去除率觀點視

之，水解污泥添加對總 COD 濃度而言約會減少 3％左右去除率。而試程二

中，A 槽及 B 槽平均 CODt 去除率，分別為 96％及 95％，兩者相差僅 1％

左右，故從 CODt 去除效果而言，兩者之間差異性不大。

0

25

50

75

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80

時間（天）

CODt去

除率

（％

）

CODtr(A)

CODtr(B)

Run 1 Run 2

圖 4 整合性喜氣污泥水解減量系統 CODt 去除率變化

23

2.CODs 變化

雖然 TFT-LCD 廢水中含有 SS，但 SS 成分以無機氟化鈣化學污泥為主，

對於 COD 濃度貢獻並不大，故原廢水 CODt 及 CODs 類似，介於 335~1,000

mg/L 之間變化，平均濃度為 685 mg/L。該廢水經過整合性喜氣污泥水解減

量系統處理後，兩個反應槽出流水 CODs 濃度變化如圖 5 中所示，其中 A

槽出流水 CODs 濃度範圍介於 15 至 80 mg/L，平均出流水 CODs 濃度為 50

mg/L，而 B 槽出流水 COD 濃度範圍介於 20 至 90 mg/L 之間，平均 CODs

濃度為 50 mg/L 左右，從上述數據顯示，水解污泥添加對於平均 CODs 濃度

變化無明顯關係，故添加水解污泥並不會對出流水 CODs 造成影響。在第

二試程中，原廢水 CODs 濃度亦如圖 5 中所示，其濃度介於 680~1,370 mg/L

之間變化，平均濃度為 980 mg/L，較試程一為高。該廢水經過整合性喜氣

污泥水解減量系統處理後，其出流水 CODs 濃度變化如圖 5 中所示，A 槽出

流水 CODs 濃度範圍介於 13 至 70 mg/L，平均出流水 CODs 濃度為 35 mg/L，

而 B 槽出流水 COD 濃度範圍介於 17 至 170 mg/L 之間，平均 CODs 濃度為

40 mg/L 左右，結果據顯示，水解污泥添加對於平均 CODs 濃度約增加 5

mg/L，但兩者之間差異並不明顯。

0

300

600

900

1200

1500

0 10 20 30 40 50 60 70 80

日期(天）

CODs濃度（mg/L)

CODinf

CODseff(B)

CODseff(A)

Run 1 Run 2

圖 5 整合性喜氣污泥水解減量系統 CODs 濃度變化

而圖 6 中所示為第一試程中 CODs 去除率，從圖中數據顯示，添加不

同水解污泥量與 CODs 去除率並無明顯關係，均可維持 CODs 在 90％以上

去除率，甚至高達 95％去除效果，可見溶解性 CODs 均能夠在生物處理系

統分解，如此將有利於系統中硝化作用進行，以減少因添加水解污泥而造

24

成出流水中氨氮濃度增加。而在第二試程中 CODs 去除率亦如圖 6 中所示，

從圖中數據顯示，添加水解污泥量與否，對 CODs 去除率並無明顯關係，

處理效果與試程一類似。

0

25

50

75

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80

時間（天）

CODs去

除率

（％

）

CODsr(B)

CODsr(A)

Run 1 Run 2

圖 6 整合性喜氣污泥水解減量系統 CODs 去除率變化

3.SS 濃度變化

本系統主要目的係利用微生物將水解後污泥再次水解與分解，但部分

殘留固形物由於顆粒較小可能會隨出流水離開系統，而增加出流水中 SS 濃

度。圖 6 中所示為試程一進流水及出流水 SS 濃度變化圖。其中進流水 SS

濃度範圍介於 50～ 205 mg/L，平均 SS 濃度為 55 mg/L，處理後 A 槽出流水

SS 濃度範圍介於 0～ 130 mg/L，平均為 40 mg/L，而 B 槽出流水 SS 濃度範

圍介於 0～ 230 mg/L，平均為 45 mg/L。就出流水 SS 平均濃度而言，水解

污泥添加與否，均會使出流水 SS 濃度高於現行放流水排放標準。因此，增

加系統沈降時間或增設固液分離系統才可以有效降低出流水 SS 濃度。而在

第二試程中，進流水 SS 濃度範圍介於 0～ 70 mg/L，平均 SS 濃度為 25 mg/L，

較第一試程為低，而經過生物系統處理後，A 槽出流水 SS 濃度範圍介於 0

～ 30 mg/L，平均為 12 mg/L，而 B 槽出流水 SS 濃度範圍介於 3～ 25 mg/L，

平均為 10 mg/L。本試程水解污泥添加量與出流水 SS 濃度之間變化並不明

顯，此點可以從 CODt 去除率之間變化亦不明顯加以說明。

25

0

30

60

90

0 10 20 30 40 50 60 70 80

時間（天）

SS濃

度（

mg/L)

SSinf

SSeff(A)

SSeff(B)

Run 1 Run 2

圖 7 整合性喜氣污泥水解減量處理系統 SS 濃度變化

4.槽中 MLSS/MLVSS 濃度變化

本系統利用微生物將水解後有機成分進行分解，但由於添加水解污泥

中仍有一定比例無機性污泥會使 SS 增加而影響到污泥減量效果，故希望藉

由長期觀察以瞭解槽中污泥濃度變化。圖 8 中所示為整合性喜氣污泥水解

減量處理系統中 MLSS 濃度變化圖。本試程開始操作時，兩個反應槽初始

污泥濃度均為 4,000 mg/L 左右，在不同操作條件下，A 槽 MLSS 濃度範圍

介於 1,950～ 5,970 mg/L，平均濃度 4,320 mg/L，而 B 槽 MLSS 濃度範圍介

於 1,670～ 6,485 mg/L，平均濃度為 4,760 mg/L。就 MLSS 平均濃度而言，

控制組污泥濃度較實驗組濃度為低，此與實驗前預期結果相吻合，但經過

長期操作，兩者之間差別並不大，此點可由實驗組出流水中 SS 濃度較控制

組為高加以說明。本試程中 MLVSS 濃度變化亦如圖 8 中所示。其中，A 槽

MLVSS 濃度範圍介於 1,200～ 4,320 mg/L，平均濃度為 2,980 mg/L，而 B 槽

之 MLVSS 濃度範圍介於 1,075～ 4,295 mg/L，平均濃度為 2,830 mg/L。而

圖 9 中所示，為兩組反應槽中 MLVSS/MLSS 比值變化。在本試程中，A 槽

比值範圍介於 0.53 至 0.77 之間變化，平均比值為 0.65，而 B 槽的比值介於

0.51 至 0.72 之間變化，平均為 0.61，故水解污泥添加對於槽中 MLVSS/MLSS

比值稍有降低現象，但兩者之間差異性不大。而試程二的結果如圖 8 中所

示，其中 A 槽 MLSS 濃度範圍介於 1,885～ 7,280 mg/L，平均濃度 3,710

mg/L，而 B 槽 MLSS 濃度範圍介於 3,450～ 7,700 mg/L，平均濃度為 5,900

mg/L。就 MLSS 平均濃度而言，控制組 MLSS 濃度較實驗組濃度為低，此

與試程一情形相類似。由於實驗組出流水 SS 濃度較試程一為低，故經過長

期操作，槽中 MLSS 濃度可以累積較高濃度。至於 MLVSS 濃度變化亦如圖

8 中所示。其中，A 槽 MLVSS 濃度範圍介於 1,450～ 7,370 mg/L，平均濃度

26

為 3,010 mg/L，而 B 槽之 MLVSS 濃度範圍介於 2,700～ 6,230 mg/L，平均

濃度為 4,700 mg/L。而兩組反應槽的 MLVSS/MLSS 比值，其中 A 槽平均比

值為 0.82，而 B 槽的平均比值為 0.79。從上述 MLVSS/MLSS 比值發現，兩

槽之間差異並不明顯，此結果與試程一及以往實驗結果差異較大，推測可

能與本試程有機物負荷較高所致，可以維持微生物在較高的活性。

0

0.25

0.5

0.75

1

0 10 20 30 40 50 60 70 80

時間（天）

MLVSS/MLS

S 比

值

MLVSS/MLSS(A)

MLVSS/MLSS(B)

Run 1 Run 2

圖 8 整合性喜氣污泥水解減量處理系統 MLSS/MLVSS 濃度變化

0

2500

5000

7500

10000

0 10 20 30 40 50 60 70 80

時間（天）

MLSS/MLVSS濃度

(mg/L) MLSS(A)

MLVSS(A)

MLSS(B)

MLVSS(B)

Run 1 Run 2

圖 9 整合性喜氣污泥水解減量處理系統 MLVSS/MLSS 比值變化

5.體積負荷變化

在試程一中，以水力停留時間為 24 小時的操作條件，兩組反應槽體積

27

負荷變化圖如 10 中所示。其中， A 槽體積負荷範圍介於 0.17 ～ 0.54

kgCOD/m3.day，平均為 0.36 kgCOD/m3.day，而B槽體積負荷範圍介於 0.19

至 0.58 kgCOD/m3.day，平均為 0.4 kgCOD/m3.day。就本試程而言，體積

負荷較一般生物處理負荷為低，故更有利於水解污泥添加，對於處理系統

之負荷並不會造成困擾，可以使CODs能夠有效分解。從實驗結果顯示將廢

水處理廠產生廢棄污泥全部進行水解後再送回系統中，大約會增加 10％左

右負荷。而在試程二中，水力停留時間與第一試程相同，但由於本試進流

水COD濃度較第一為高，兩組反應槽體積負荷較高，其變化圖如 3.8 中所

示。其中，A槽平均體積負荷為 0.98 kgCOD/m3.day，而B槽平均體積負荷為

1.2 kgCOD/m3.day。而實驗組平均體積負荷較一般生物處理系統增加 20％

左右負荷，但從長期實驗數據發現並不會造成操作上困擾及明顯影響處理

效果。

0

0.4

0.8

1.2

1.6

0 10 20 30 40 50 60 70 80

時間(天）

體積

負荷

（kgCO

D/m3.day)

Lv(A)

LV(B)

Rrun 1 Rrun 2

圖 10 整合性喜氣污泥水解減量處理系統體積負荷變化圖

6.氨氮濃度變化

TFT-LCD 產業使用氨水及 tetramethyl ammonium hydroxide (TMAH)等

含氮物質於製程之中，故廢水中含有氨氮污染物。圖 11 整合性喜氣污泥水

解減量系統第一試程氨氮濃度變化圖。進流水氨氮濃度範圍介於 30 至 45

mg/L 之間變化，平均濃度為 35 mg/L 左右。經過生物處理後，A 槽出流水

氨氮範圍介於 0 至 6 mg/L，平均濃度為 2.5 mg/L，而添加水解污泥的 B 槽，

其出流水氨氮濃度介於 0 至 8.6 mg/L 之間變化，平均濃度為 3.9 mg/L。在

本試程中，由於有機物負荷較低，故 A 及 B 槽硝化效果良好，氨氮轉換效

果分別為 92.9 及 88.9％，但由於 B 槽添加水解污泥故其氨氮負荷較高，其

轉換率較 A 槽為低。而在試程二中，進流水氨氮濃度範圍介於 22 至 44 mg/L

28

之間變化，平均濃度為 32 mg/L 左右，與試程一濃度相當。經過生物處理

後，A 槽出流水氨氮範圍介於 1.4 至 3.0 mg/L，平均濃度為 2.4 mg/L，而添

加水解污泥的 B 槽，其出流水氨氮濃度介於 0.9 至 2.0 mg/L 之間變化，平

均濃度為 1.5 mg/L。本試程承續試程一進行實驗，雖然有機物負荷較試程

一為高，但由於系統中已有足夠硝化菌，故仍可以維持相當高的硝化效果，

A 及 B 槽氨氮轉換效果分別為 92.5 及 95.3％，試程中添加水解污泥對於氨

氮轉換並無不利影響。

0

15

30

45

60

0 10 20 30 40 50 60 70 80

時間（天）

氨氮濃度(mg/L)

NH4-N(inf)

NH4-N(A)

NH4-N(B)

Run 1 Run 2

圖 11 整合性喜氣污泥水解減量處理系統氨氮濃度變化

7.硝酸鹽及亞硝酸鹽濃度變化

在本試程中，以 COD 去除及氨氮硝化為主，未安裝無氧槽 (anoxic)於

處理系統之中，但硝酸氮及亞硝酸氮濃度變化仍是本研究關切項目。圖 12

中所示為硝酸鹽及亞硝酸鹽濃度變化圖。進流水硝酸氮濃度範圍介於 0 至

12.5 mg/L，平均濃度為 1.7 mg/L 左右。經過生物處理後，A 槽出流水硝酸

氮濃度範圍介於 1.4 至 22.1 mg/L，平均濃度為 10.6 mg/L，而 B 槽出流水硝

酸氮濃度介於 0 至 31.3 mg/L 之間變化，平均濃度為 13.7 mg/L。從硝化效

果得知氨氮可以有效轉換成硝酸鹽，由圖中可以發現出流水濃度遠高於進

流水濃度，且 B 槽濃度高於 A 槽濃度，此結果與氨氮轉換結果相呼應。但

從氨氮轉換量與硝酸鹽殘留量並無法平衡，此部分推測與微生物細胞合成

有關。而圖 12 中所示為亞硝酸鹽濃度變化圖，從圖中結果發現無論進流水

或出流水均無亞硝酸鹽存在。由於出流水硝酸鹽濃度仍高，則需要進行脫

氮處理，以達到除氮效果。而在試程二中，增設無氧槽 (anoxic)於處理系統

之中，希望能夠增加系統的脫氮效果，如圖 12 中所示。進流水硝酸氮濃度

範圍介於 0 至 3 mg/L，平均濃度為 1 mg/L 左右。經過生物處理後，A 槽出

29

流水硝酸氮濃度範圍介於 6.9 至 9.9 mg/L，平均濃度為 7.9 mg/L，而添加水

解污泥的 B 槽，其出流水硝酸氮濃度介於 6.0 至 10.7 mg/L 之間變化，平均

濃度為 8.2 mg/L。本試程氨氮濃度較試程一為高，但出流水硝酸鹽濃度卻

較試程一為低，可見增設無氧槽可以增加系統脫氮效果。另外，圖 12 中所

示為亞硝酸鹽濃度變化圖，從圖中結果發現無論進流水或出流水均無亞硝

酸鹽存在，與第一試程情形相當類似。

0

5

10

15

20

25

30

35

0 10 20 30 40 50 60 70 80

時間（天）

硝酸

鹽/亞

硝酸

鹽氮

(mg/L)

NO3-N(inf)

NO3-N(A)

NO3-N(B)

NO2-N(inf)

NO2-N(A)

NO2-N(B)

Run 1 Run 2

圖 12 性喜氣污泥水解減量處理系統硝酸鹽 /亞硝酸鹽氮濃度變化

四、結論與建議

整合性喜氣污泥水解減量處理系統主要係利用既有喜氣生物處理系統與

污泥水解單元組合，以達到同時處理廢水與污泥減量之效果。本實驗結果顯

示，整合性喜氣污泥水解減量處理系統增設無氧槽可以增加硝酸鹽去除效

果。實驗結果顯示水解污泥添加會降低 5 至 10％CODt 及 SS 去除效果，而對

於 CODs 去除率則差異性不大，可見水解污泥添加使一些微細水解物會隨出

流水離開系統，造成 CODt 及 SS 濃度增加，而降低其去除效果。整體而言，

添加水解污泥會有增加出流水水質如 CODt 及 SS 濃度現象，而搭配砂濾或其

他固液分離系統處理後，均可以符合該行業放流水排放標準。採用整合性喜

氣污泥水解減量處理系統可以達到污泥減量 50％以上，將可以大幅減少後續

污泥處理與處置成本。

30

五、參考文獻

1.洪仁陽、張敏超、張王冠、鄒文源、許世賢，廢水處理廠污泥減量實務探

討， 2001 產業環保工程實務技術研討會， pp338~350 (2001)。

2.洪仁陽、張敏超、邵信、張王冠、黃煌祥，污泥調理劑篩選對污泥餅含水

率影響之實務探討，2002 產業環保工程實務技術研討會，pp427~438 (2002)。

3.Jones, J.L., F.M. Lewis and J. Jacknow, Municipal sludge disposal economics,

Environmental Science & Technology, Vol.11, No. 10, PP 968~972 (1977).

4.Euan W. L.and H.A.Chase, Reducing production of excess during wastewater

treatment, Water Research, Vol.33, No.5, pp1119-1132 (1999).

5.洪仁陽，污泥水解減量技術，化工資訊與商情， 2003 年第六期， pp66~73

(2003)。

6.洪仁陽、陳誼彰、彭明鏡、鄒文源、張敏超、邵信、蕭碧蓮，整合性喜氣

污泥水解減量系統對廢水處理廠污泥減量效果之探討，2004 產業環保工程

實務技術研討會， pp251-265(2004)。

31

採用 PU 泡棉和不織布擔體之 BioNET 模廠研究

邵信*、鄒文源*、陳誼彰**、張敏超*、洪仁陽*、張王冠*

摘要本研究採用工研院環安中心開發之 BioNET 生物處理技術，分別填充不同

材質的擔體，探討對於案例廠廢水二級處理出流水中 COD 和 SS 的去除功能，

期能減少目前三級廢水處理的操作成本，藉以發揮最佳投資效益。模廠設備

主要為兩座 BioNET 反應槽，分別填充 PU 泡棉擔體和 PET 不織布擔體。經

由模廠研究，除評估 COD、SS 去除功能的差異外，而物理特性、成本和耐用

性等將是擔體選用之主要決定因素。

BioNET 模廠在約 210 天研究期間內，全程的進、出流水 COD 濃度變化，

雖然廢水來源不同，但進流水 COD 濃度相當類似，在 200～ 550 mg/L 之間變

動，試程期間 BioNET 模廠的 COD 去除率主要在 30 %以下的範圍內變動。而

現場生物單元處理水 SS 濃度明顯較高，主要在 100～ 300 mg/L 之間變動，出

流水 SS 濃度則因 BioNET 的攔截效果而降低至 50 mg/L 以下。現場混凝沈澱

後之處理水 SS 濃度明顯較低，均可維持在 20 mg/L 以下，經 BioNET 的攔截

可使出流水 SS 濃度降低至 10 mg/L 以下。

由模廠研究所獲結論指出，BioNET 單元在高負荷下操作同時能展現高效

率處理能力，對於維持後續處理單元功能的穩定性和降低操作成本定有相當

助益，建議將 BioNET 單元納入既有處理流程中，並視現場條件可採增設或

改裝的方式設置。

【關鍵詞】 1.BioNET 技術 2.PU 泡棉擔體 3.不織布擔體

*工業技術研究院環安中心研究員

**工業技術研究院環安中心副研究員

33

The pilot plant study of BioNET process filled with PU and non-woven carrier for secondary effluent treatment

Hsin Shao*、Wen-Yuang Tzou*、Yi-Chang Chen**、Min-Chao Chang*

Ren-Yang Horng*、 Wang-Kuan Chang*

Abstract BioNET technology, developed by CESH ITRI for biological wastewater treatment process,

is filled with different carriers to further remove COD and SS in secondary effluent to increase

removal efficiency and reduce running cost. Two pilot plants installed were filled with PU and

non-woven carrier, respectively. Several factors including characteristics, cost and duration were

considered to select a suitable carrier in this pilot study, excluding COD and SS removal

efficiency.

The concentration of COD in the influent was quite stable ranging from 200 to 550 mg/L in

210 days experimental periods, even the influent came from different source. The COD removal

efficiency was around 30% in pilot plant study. The concentration of SS in the influent

discharged from secondary biological process was more variation ranging from 100 to 300 mg/L.

The concentration of SS in the effluent was less than 50 mg/L. On the other hand, the

concentration of SS in the influent discharged from tertiary treatment process, i.e. chemical

coagulation process and effluent were below 20 and 10 mg/L, respectively.

The experimental results indicated that BioNET technology could achieve a high

performance in terms of COD and SS removal efficiency in shorten HRT to obtain stable water

quality for further treatment process and reduce dramatically running cost. Therefore, BioNET

technology was proposed to apply for an existing wastewater treatment process either retrofit or

new installation depending on the requirement of plant.

【Keywords】1. BioNET technology, 2. PU porous carrier, 3. non-woven carrier

*Researcher CESH/ITRI

**Associate Reseracher, CESH, ITRI

34

一、前言

CM公司以製程技術精良和生產設備創新著稱，主要產品苯乙烯系樹脂、

壓克力樹脂及丁二烯系橡膠等，品質優異且極具成本競爭力。目前，CM公司

製程廢水經由該公司第三廢水處理場 (活性污泥法 )、第四廢水處理場 (A/O

process)、第五廢水處理場 (A/O process)所組成的二級廢水處理系統進行生物

處理，出流水再利用三級廢水處理場處理以符合放流水標準。表 1為二級廢

水處理場水量水質設計值，依廢水量大小分為 2 種狀況，廢水量大時可承受

的COD濃度和COD量則較低。而三級廢水處理場處理流程由化學混凝、沈澱、

砂濾、活性碳吸附和活性碳再生等單元所組成，整個廢水處理流程和實際處

理水量示於圖 1。

表 1 CM 公司二級廢水處理場水量水質設計值

狀況設計值第三

廢水處理場

第四

廢水處理場

第五

廢水處理場合計

廢水量 (m3/day) 2,160 4,320 4,320 10,800

COD 濃度 (mg/L) 3,000 3,000 3,000 3,000 Ⅰ

COD 量 (kg COD/day) 6,480 12,960 12,960 32,400

廢水量 (m3/day) 3,060 6,120 6,120 15,300

COD 濃度 (mg/L) 2,000 2,000 2,000 2,000 Ⅱ

COD 量 (kg COD/day) 6,120 12,240 12,240 30,600

第三廢水處理場

製程廢水

第四廢水處理場

第五廢水處理場

低濃度廢水

抽水井400 m3

化學混凝沈澱

砂濾活性碳吸附放流水

三級廢水處理場

活性碳再生

調整池3,000 m3

純/軟水製程：1,600 CMD

民生洗滌用水：1,220 CMD

其他製程廢水：1,500 CMD

4,320 CMD

2,160 CMD

3,360 CMD

3,360 CMD

8,800 CMD

13,200 CMD

13,200 CMD

廢水調整二級廢水處理場

3,360 CMD

9,840 CMD

圖 1 CM 公司廢水處理流程 (實際 )

35

表 2為CM公司第三、第四和第五廢水處理場以及三級廢水處理場在近期

內的水量水質平均值。其中，三級廢水處理場處理水量約 9,000 CMD，進流

水COD約 340 mg/L，COD量約 3,060 kg/day，經過化學混凝、沈澱、砂濾、

活性碳吸附處理後出流水COD平均約 70 mg/L，COD量約 632 kg/day。雖然三

級廢水處理場的COD去除量僅約佔整個廢水處理系統COD去除總量的 8 %，

但大部分的COD去除功能由活性碳吸附和再生程序擔負，故處理成本高達總

處理成本的 50 %。顯示若能正確採用適當高級生物處理程序，經濟且有效的

去除目前三級廢水處理場進流水中殘留的生物可分解COD，預期將有助於穩

定放流水質並降低三級廢水處理場的操作成本。

表 2 CM 公司廢水處理廠水量水質平均值 (CM 公司資料 92.10.15)

進流水出流水

處理場別處理水量

(CMD) COD

(mg/L)

COD

(kg/day)

COD

(mg/L)

COD

(kg/day)

COD 去除率

(%)

第三廢水處理場 1,740 4,127 7,194 520 911 87

第四廢水處理場 3,150 3,583 11,320 356 1,124 90

第五廢水處理場 2,059 4,413 9,106 359 740 92

三級廢水處理場 8,998 338 3,060 70 632 79

基於上述，CM 公司與工研院環安中心合作進行廢水高級生物處理技術評

估工作，以工研院環安中心開發的 BioNET 生物處理技術，分別填充不同材

質的擔體，探討對於目前三級廢水處理場進流水中 COD 的去除功能，期能降

低進流水的 COD 濃度，進而減少三級廢水處理場的操作成本，藉以發揮最佳

投資效益。

二、研究方法

1.BioNET 技術簡介

BioNET技術為工研院近年所研發完成，係以『多孔性生物擔體』為核

心之新型生物處理系統。採用多孔性擔體作為反應槽之介質，提高懸浮固

體物攔截之機會，因提供廣大表面積和孔隙體積作為微生物附著、增殖之

空間，可累積大量及特定族群之生物膜微生物，有助於達到去除各種污染

物之目的。反應槽採用浮動床方式操作，具有高負荷、高效率、高穩定性

及操作簡易等特點。本技術的特性和定位示於圖 2，具有提昇處理槽效率、

降低二次污染、簡化操作、提昇穩定性等優點，尤其適合處理低負荷，高

36

流量之操作，契合目前業界之需求 (張王冠等， 2001)。基於BioNET非常適

用於低濃度廢水或二級生物處理水後處理的特性，定位上相當於所謂的高

級處理，故我們亦稱之為高級生物處理技術。

｝　符合放流水標準

　適用低濃度廢水

　在高水力負荷下操作

　污泥固液分離簡單

　設置∕操作成本低

BioNET徐

高級生物處理技術

↓

空氣

進流水

出流水

高分子多孔性擔體

微生物截留在網狀結構中

｝

BioNET徐：生物網膜技術（Biological New Environmental Technology）






BioNET徐


↓

空氣

進流水

出流水


空氣

進流水

出流水


｝







BioNET徐


↓

空氣

進流水

出流水



空氣

進流水

出流水



｝







BioNET徐


↓

空氣

進流水

出流水


空氣

進流水

出流水


｝


｝


圖 2 BioNET®技術特性與定位

Breitenbucher (1990)曾進行高效率開孔性 (open pore)擔體相關研究，其

指出高效率擔體需具備下列特性： (1)對微生物而言，需要附著速率快、提

供廣大面積以供附著、表面粗糙度、可調整孔隙大小、大孔隙體積 (儲存容

量 )、開放性孔洞 (避免質傳限制等 )、生物與化學穩定性 (避免微生物與擔體

間非必要之反應 )及表面性質可修改； (2)對工程而言，擔體幾何形狀固定、

良好之反洗再生特性、可忍受堵塞及機械強度。當然，BioNET 技術所使用

之擔體，亦需具備上述之條件，擔體材料的創新研發始終是整體技術的重

要關鍵之一。

迄今，BioNET 在實際應用上的範圍與對象，包括可串接於既有二級生

物處理系統之後，去除廢水中難分解有機物，降低三級處理成本 (洪仁陽等，

2001)。由 BioNET 的眾多實際案例指出，COD 可去除達 10-50％不等。亦

可應用於自來水原水前處理，去除有機物、氨氮及硝酸氮 (鄒文源等，1999)，

表面水與地下水整治，去除水中有機物、含氮污染物等，以及應用於廢水

回收再利用之前處理，以降低後續處理系統之成本 (邵信等， 2001， 2002，

2004a， 2004b)。

2.實驗材料

BioNET 模廠實驗的廢水處理對象分為 2 種：

(1)現場 400m3抽水井中的廢水，主要為CM公司第三廢水處理場、第四廢水

37

處理場的生物單元處理水和廠區生活污水的混合廢水。

(2)上述 400m3抽水井中的廢水，再與第五廢水處理場的生物單元處理水混合，並經混凝沈澱後的廢水。

3.實驗設備

本研究採用BioNET模廠實驗設備，如圖 3所示。設備包含進流 pump、

流量計、BioNET反應槽A槽、BioNET反應槽B槽、鼓風機、附屬桶槽等。

其中，2 座BioNET反應槽，體積同為 300 L，分別置入不同材質之高分子多

孔性擔體，A槽為 PU發泡擔體，B槽為 PET不織布擔體，擔體填充率均約為

槽體之 80 %。圖 4顯示擔體外觀相片， PU擔體為聚醚主成份為二異氰酸甲

苯酯 (TDI, toluene diisocyanate)與聚醚多元醇 (polyether polyol) 反應產生聚

胺基甲酸酯 (polyurethane)經發泡切割製成，而 PET擔體為康那香公司提供，

採用聚對苯二甲酸乙二酯 (polyethylene terephthalate)又稱聚酯 (polyester)材

質不織布結構，2 種擔體外型尺寸相同，均呈扇形，每顆擔體直徑為 2.2cm，

厚度為 2 cm，體積約 4.5cm3。

圖 3 模廠實驗用 BioNET 設備吊裝定位情形

38

圖 4 BioNET 反應槽填充的擔體

左圖為 PU 發泡擔體 (A 槽用 )，右圖為 PET 不織布擔體 (B 槽用 )

4.實驗方法

本研究以工研院環安中心的BioNET生物處理模廠實驗為主，探討單元的功能對於既有處理流程整體功能提昇的影響，作為後續進行增

設或改裝處理單元時的重要依據。本計畫的模廠實驗以現場 400 m3抽水井中的廢水和混凝沈澱後的廢水為評估對象。 (1)基本水質分析

實驗全程連續採取實驗的進、出流水水樣進行分析，項目包括 pH、

COD、 SS、VSS、導電度等，提供實驗設計與結果研判之用。

(2) BioNET 模廠實驗

BioNET 生物處理模廠實驗以現場 400 m3 抽水井中的廢水和混凝沈

澱後的廢水為評估對象，評估分別填充 PU 擔體和 PET 擔體兩種不同擔

體材料的 A 槽和 B 槽之廢水處理功能。實驗期間主要採處理槽的水力停

留時間 (HRT)和體積負荷為控制參數，探討其變化對於出流水 COD 的影

響為研究重點，並做為調整操作參數和改變試程的依據。研究期間內，

收集各項操作與分析數據結果，經彙整並針對重要發現進行討論研判。

三、結果與討論

本研究根據模廠實際操作條件，包括進流水來源、進流 pump種類、HRT、

體積負荷等歸納為 4 個試程，詳如表 3。試程 1 和 2 的進流水來源為現場 400

m3抽水池，而試程 3 和 4 的進流水來源則為混凝沈澱處理水。試程 1 期間的

進流水 pump種類為離心式，對於實驗所需的小流量控制較為不穩。試程 2 之

39

後改用隔膜式 pump，進流量的控制就始終相當穩定。至於各試程的HRT，試

程 1、 2 和 3 均約 3.33 hrs，在試程 4 期間則將HRT縮短為 2.5 hrs。全程試驗

期間約 210 天， 4 個試程的體積負荷變化不大，約在 2.2～ 3 kg COD/m3.day

之間。

表 3 模廠實驗試程條件

試程進流水來源進流 pump

種類

HRT

(hrs)

體積負荷

(kg COD/m3.day) 實驗日期實驗天數

1 生物處理水離心 pump 3.33 2.30 930512～

930629 47

2 生物處理水隔膜 pump 3.33 2.97 930630～

930919 81

3 混凝沈澱處理水隔膜 pump 3.33 2.23 930920～

931111 52

4 混凝沈澱處理水隔膜 pump 2.50 2.67 931112～

931213 31

1.pH 之變化

BioNET模廠在研究期間內的進、出流水 pH值變化，如圖 5所示。試程

1 和試程 2 期間的進流水為現場生物單元處理水 (400 m3抽水池 )，pH值平均

約為 7.5，A槽和B槽出流水 pH值平均則稍低穩定維持在 6.8～ 7.0 之間。但

在試程 3 和試程 4 期間，進流水改為現場混凝沈澱後之處理水， pH值明顯

較低平均約為 6.9，A槽出流水 pH值在試程 3 中期之後下降較明顯，試程 4

期間的平均 pH更低至約 6.4 左右。

0

2

4

6

8

10

12

14

2004/4/23 2004/5/23 2004/6/22 2004/7/22 2004/8/21 2004/9/20 2004/10/20 2004/11/19 2004/12/19 2005/1/18

Date

pH

進流水

A槽

B槽

←Run-1→ ←Run-2→ ←Run-3→ ←Run-4→

圖 5 模廠試驗期間 BioNET 進出流水之 pH 變化

40

2.導電度變化

BioNET模廠在研究期間內的進、出流水導電度變化，如圖 6所示，二

者之間的導電度值均相當高，顯見有高濃度溶解鹽類存在，將增加回收處

理的難度。試程 2 之前 (進流水為現場生物單元處理水 )其值約在 3,500～

5,500 μS/cm之間，試程 3 之後 (進流水為現場混凝沈澱後之處理水 )有降低現

象，其值約在 3,000～ 5,000 μS/cm之間，推測應為與其他水混合的影響。

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

2004/4/23 2004/5/23 2004/6/22 2004/7/22 2004/8/21 2004/9/20 2004/10/20 2004/11/19 2004/12/19 2005/1/18

Date

Con

duct

ivity

(μS

/cm

)

進流水

A槽

B槽

←Run-1→ ←Run-2→ ←Run-3→ ←Run-4→

圖 6 模廠試驗期間 BioNET 進出流水之導電度變化

3.COD 去除功能

BioNET模廠針對CM公司廢水處理廠不同單元處理水，在約 210 天研究

期間內全程的進、出流水COD濃度變化，示於圖 7。試程 1、 3 和 4 期間雖

然廢水來源不同，但進流水COD濃度相當類似，在 200～ 400 mg/L之間變

動，而試程 2 期間進流水COD濃度最高，在 300～ 550 mg/L之間變動。綜觀

實驗全程期間，可以看出出流水COD濃度因BioNET的去除效果而降低的情

形。

由圖 8 BioNET模廠實驗期間的COD去除率變化，可看出試程 2 到試程

4 期間BioNET模廠的COD去除率主要在 30 %以下的範圍內變動，而A槽和B

槽之間並無顯著差異。

41

0

100

200

300

400

500

600

700

800

2004/4/23 2004/5/23 2004/6/22 2004/7/22 2004/8/21 2004/9/20 2004/10/20 2004/11/19 2004/12/19 2005/1/18

Date

CO

D (m

g/L)

進流水

A槽

B槽

←Run-1→ ←Run-2→ ←Run-3→ ←Run-4→

圖 7 模廠試驗期間 BioNET 處理槽進出流水之 COD 濃度變化

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

2004/4/23 2004/5/23 2004/6/22 2004/7/22 2004/8/21 2004/9/20 2004/10/20 2004/11/19 2004/12/19 2005/1/18

Date

CO

D re

mov

al (%

)

A槽

B槽

←Run-1→ ←Run-2→ ←Run-3→ ←Run-4→

圖 8 模廠試驗期間 BioNET 處理槽之 COD 去除率變化

4.SS 去除功能

本研究針對CM公司廢水處理廠不同單元處理水，在約 210 天全程期間

內的進、出流水 SS濃度變化，如圖 9所示。試程 1 和 2 期間進流水為現場生

物單元處理水 (400 m3抽水池 )，SS濃度明顯較高，主要在 100～ 300 mg/L之

間變動，出流水 SS濃度則因 BioNET的攔截效果而明顯降低至 50 mg/L以

下。而試程 3 和 4 期間進流水改為現場混凝沈澱後之處理水，所以 SS濃度

42

明顯較低，均可維持在 20 mg/L以下。出流水SS濃度則因BioNET的攔截效

果而明顯降低至 10 mg/L以下。

另由圖 10 BioNET模廠實驗期間的 SS去除率變化，可看出BioNET模廠

試程 1 和 2 期間的 SS去除率在 70 %以上範圍內變動，而試程 3 和 4 期間進

流水改為現場混凝沈澱後之處理水， SS濃度明顯較低，所以 SS去除率亦相

對降低。

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

2004/4/23 2004/5/23 2004/6/22 2004/7/22 2004/8/21 2004/9/20 2004/10/20 2004/11/19 2004/12/19 2005/1/18

Date

SS

(mg/

L)

進流水

A槽

B槽

←Run-1→ ←Run-2→ ←Run-3→ ←Run-4→

圖 9 模廠試驗期間 BioNET 處理槽進出流水之 SS 濃度變化

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

2004/4/23 2004/5/23 2004/6/22 2004/7/22 2004/8/21 2004/9/20 2004/10/20 2004/11/19 2004/12/19 2005/1/18

Date

SS

rem

oval

(%)

A槽 B槽

←Run-1→ ←Run-2→ ←Run-3→ ←Run-4→

圖 10 模廠試驗期間 BioNET 處理槽之 SS 去除率變化

43

5.功能綜合評估

根據配置於CM公司廢水處理廠現場之BioNET模廠A槽 (PU擔體 )和B槽

(PET擔體 )，在約 210 天研究期間內，所獲得的各項水質分析數據結果，經

彙整平均值示於表 4和表 5。從設備開始進水，全程研究期間BioNET模廠A

槽在試程 1 時，COD和 SS的去除率最佳，平均值分別為 29.87 %和 82.42 %，

大幅減少水中生物可分解有機物和懸浮固體物，除可降低後續處理單元的

負荷，亦可相對減少操作成本。而在試程 4 時，COD和SS的去除率最低，

平均值分別為 13.21 %和 36.23 %。

另外，BioNET 模廠 B 槽的情況與 A 槽類似，試程 1 時 COD 和 SS 的

去除率亦最佳，平均值分別為 28.94 %和 81.37 %，試程 4 時 COD 和 SS 的

去除率亦較低，A 槽與 B 槽功能表現上可謂不分軒輊，顯示 PU 發泡擔體和

PET 不織布擔體均可使用。雖然， PU 發泡擔體有廣泛的有機物吸附能力

(William, et al. ,2000)，但在本研究中並未因此而產生明顯的功能優勢。多

孔性擔體的物理特性如擔體大小、視密度 (apparent density)、真密度 (true

density)、孔隙率 (porosity)等應是擔體選用的重要參數，而其他包括成本、

耐用性和毒性等亦將是主要考慮因素。

表 4 BioNET 模廠 A 槽實驗期間數據彙整

進流水 A 槽放流水

試程 COD

(mg/L) pH 值

導電度

(μS/cm)

SS

(mg/L)

COD

(mg/L)pH 值

導電度

(μS/cm)

SS

(mg/L)

COD r

(%)

SS r

(%)

1 319 7.48 4,477 516 225 6.91 4,824 120 29.87 82.42

2 412 7.73 5,378 344 329 7.21 4,548 44 19.99 78.80

3 310 6.88 3,844 8 259 6.42 3,819 2 16.85 66.33

4 278 6.94 3,868 16 248 6.13 3,841 10 13.21 36.23

表 5 BioNET 模廠 B 槽實驗期間數據彙整

進流水 B 槽放流水

試程 COD

(mg/L) pH 值

導電度

(μS/cm)

SS

(mg/L)

COD

(mg/L)pH 值

導電度

(μS/cm)

SS

(mg/L)

COD r

(%)

SS r

(%)

1 319 7.48 4,477 516 276 6.93 7,907 41 28.94 81.37

2 412 7.73 5,378 344 326 7.39 5,243 109 20.35 79.95

3 310 6.88 3,844 8 256 6.80 3,836 4 21.97 62.22

4 278 6.94 3,868 16 257 7.04 3,843 11 11.60 42.15

44

6.實廠規劃

根據模廠研究結果，以試程 2 和 3 綜合條件分為方案 1 和方案 2 兩種

狀況，BioNET高效率生物前處理系統實廠之設計基準、規格和成本估計，

歸納列如表 6。

表 6 BioNET 高效率生物處理系統實廠之設計資料

規劃參數規劃數據

方案 1 2

處理對象 400 m3抽水池混凝沈澱處理水

廢水量(CMD) 10,000 10,000

COD 進流濃度(mg/L) 400 300

COD 出流濃度(mg/L) 320 250

COD 總量(kg/day) 800 500

COD 去除率(%) 20 18

處理槽 HRT(hr) 3.33 3.33

設計

處理槽體積負荷

(kg COD /m3.day) 2.88 2.16

處理槽體積(m3) 1400 1400

處理槽尺寸(L×W×H) 20×12×6 m 20×12×6 m

槽體材質 RC RC 規格

高分子擔體填充體積(m3) 1,120 1,120

建造費(NT$) 14,000,000 14,000,000

操作費(NT$/年) 4,380,000 3,650,000

土地面積(m2) 480 480

成本

計算說明

建造費以 10,000 元/m3反應槽為基

準。

操作費以 1.2 元/m3廢水計(不含設

備攤提費)。

土地面積係以單元設備淨面積×2

計。

建造費以 10,000 元/m3反應槽為基

準。

操作費以 1.0 元/m3廢水計(不含設

備攤提費)。

土地面積係以單元設備淨面積×2

計。

四、結論與建議

1.結論

(1)BioNET 模廠在研究期間內的進、出流水導電度值約在 3,000～ 5,500

μS/cm，顯見有高濃度溶解鹽類存在，此將增加水回收處理的難度。

45

(2)針對 CM 公司廢水處理廠不同單元處理水，BioNET 模廠在約 210 天研究

期間內全程的進、出流水 COD 濃度變化，期間雖然廢水來源不同，但進

流水 COD 濃度相當類似，在 200～ 550 mg/L 之間變動。試程 2 到試程 4

期間 BioNET 模廠的 COD 去除率主要在 30 %以下的範圍內變動。

(3)試程 1 和 2 期間進流水為現場生物單元處理水 (400 m3抽水池 )， SS濃度

明顯較高，主要在 100～ 300 mg/L之間變動，出流水 SS濃度則因BioNET

的攔截效果而明顯降低至 50 mg/L以下。而試程 3 和 4 期間進流水改為現

場混凝沈澱後之處理水，所以 SS濃度明顯較低，均可維持在 20 mg/L以

下。出流水 SS濃度則因BioNET的攔截效果而明顯降低至 10 mg/L以下。

(4)兩座 BioNET 反應槽分別填充 PU 擔體的 A 槽和 PET 擔體的 B 槽，在功

能表現上可謂不分軒輊，顯示 PU 擔體和 PET 擔體均可使用，而物理特

性、成本和耐用性等將是選用之主要決定因素。

2.建議

(1)由模廠研究所獲結論，BioNET 單元在高負荷下操作同時能展現高效率處

理能力，對於維持後續處理單元功能的穩定性和降低操作成本定有相當

助益，建議將 BioNET 單元納入既有處理流程中，視現場條件可以採增

設或改裝的方式設置。

(2)建議未來其他具備適當條件的工廠或工業區，亦應進行類似模廠評估研

究，掌握 BioNET 技術應用之可行性，以確保實廠規劃和投資之實質效

益。

五、參考資料

1.Breitenbucher, K., "Open-Pore in Sintered Glass as A High-Efficiency Support

Medium in Bioreactors : New Results And Long-Term Experiences Achieved in

High-Rate Anaerobic Digestion", Wat. Sci. Tech. Vol. 22, 1990.

2.Moe, M. W., Irvine, R. L.,Polyurethane Foam Medium for Biofiltration.I:

Characterization, J. Environ. Eng.,815-825, 2000.

3.張王冠、鄒文源、洪仁陽，生物網膜技術應用於低污染水及廢水之處理，

土木技術，第 36 期， 104-112, 2001。

4.洪仁陽、張王冠、邵信、張敏超，BioNET 高級生物處理技術應用，環保月

刊，第 1 期， 7 月號， 182-192， 2001。

5.鄒文源、張王冠、洪仁陽、吳漢松及莊順興，BioNET 生物程序處理自來水

原水之研究，自來水會刊，第十八卷第四期， 22-33， 1999。

6.邵信、洪仁陽、李茂松、張敏超，工廠用水回收程序評估與工程實務，土

46

木技術，第 36 期， 92-103， 2001。

7.邵信、洪仁陽、鄒文源、陳誼彰、張敏超、彭明鏡，高級生物處理技術與

化學混凝組合之功能及效益評估， 2002 產業環保工程實務技術研討會論文

集， 13-27， 2002。

8.邵信、周珊珊、陳致君、曾治乾、陳筱華，工業區放流水回收模廠處理水

之 SDI 分析，第 9 屆水再生及再利用研討會論文集， 43-56， 2004a。

9.邵信、陳筱華、曾治乾、陳誼彰、周珊珊，工業區放流水回收之生物前處

理功能評估，2004 產業環保工程實務技術研討會論文集，185-198，2004b。

47

殺菌水生物處理工程案例研究

游惠宋*、張盛欽**、張冠甫***、吳鴻榮****、王韞清****、林信榮****

摘要國內有些食品用 PET 瓶，以過醋酸為殺菌水進行殺菌作業，其排放之殺

菌水 COD 介於 200-400 mg/L 之間，通常採用與其他廢水混合處理。本案例

之 PET 瓶利用過醋酸為殺菌水進行殺菌作業，此殺菌水主要以軟水與殺菌劑

調配而成，殺菌劑主要組成份與比例為醋酸 (35%)、過醋酸 (15%)與雙氧水

(25%)，其餘為水 (25%)，其中過醋酸與雙氧水均具有殺菌效果。因殺菌水使

用軟水調配而成，若醋酸、過醋酸與雙氧水能適當處理分解，此殺菌水非常

適合回收作為冷卻塔之補充水。

本研究之主要重點在於醋酸與過醋酸為低分子量有機物，最經濟之處理

方法為生物處理，但過醋酸與雙氧水均為強氧化劑，殺菌能力強，因此必須

先破壞其強氧化劑之特性，才能有效進行生物處理。去除氧化劑通常使用還

原劑進行化學氧化，但一般化學性還原劑 (如亞硫酸鈉 )會殘留離子 (鈉與硫酸

根離子 )，影響回用水之品質，本文經評估結論認為本案例最經濟之還原劑為

氧氣，因此選擇空氣作為還原劑。本案例之處理流程採用氧化還原與生物處

理組合程序，於生物處理單元之前，設計一座HRT為 30 分鐘之預曝氣槽，生

物處理單元之HRT為 2 小時，本工程日處理量為 500 m3，完工驗收之數據如

下：水中氧化能力之測定，以硫代硫酸鈉 (Na2S2O3)為還原劑，以碘化鉀 (KI)

為指示劑，標定結果原水、預曝氣槽出流水、生物處理槽出流水硫代硫酸鈉

之用量分別為 475(±43)、 151(±7)與 4(±2)mg/L；原水、預曝氣槽出流水、生

物處理槽出流水COD濃度依序為 211(±64)、102(±43)與 38(±18)mg/L，生物處

理槽出流水之 SS濃度介於 2-15 mg/L，經過簡單砂濾，去除 SS並殺菌後，即

可回收用於冷卻塔充當補充水。

【關鍵詞】 1.殺菌水 2.生物處理

*工研院環安中心正工程師

**工研院環安中心副研究員

***工研院環安中心研究員

****統一企業公司新市總廠工程師

49

Treatment of disinfection water by a biological process

H.S. You*、S.C. Chang*、K.F. Chang*、H.R. Wu**、W.C. Wang**、H.R. Lin**

Abstract Some of food products are stored in PET bottle in Taiwan. These PET bottles are usually

disinfected by peracetic acid (CH3COOOH). The COD of this wastewater contained peracetic acid is between 200 to 400 mg/L and this wastewater is usually treated by biological process. In this case， this disinfection water was contained 35 % acetic acid (CH3COOH)， 15 % peracetic acid， 25 % hydrogen peroxide (H2O2) and 25 % water. Peracetic acid and hydrogen peroxide are disinfectants. Because of this disinfection water was mixed by soft water， if hydrogen peroxide， peracetic acid and acetic acid can be treated well， this wastewater should be a good source of reclaim for using in the cooling tower.

This research was focused on the low molecular weight component such as acetic acid and peracetic acid. The most economic way to treat this wastewater is biological treatment. However， peracetic acid and hydrogen peroxide are strong disinfectants. Before biological process， these two contents should be destroyed the disinfected capability. To reduce disinfected capability， chemical reductant is usually used. However， reductant such as Na2SO3 usually remains ions (Na+ and SO42-) in water. And these ions can affect the quality of recycled water. After assessment， the most economic reductant O2 was chosen in this case. The processes of disinfected water treatment were oxidation/reduction process as well as biological process. Before biological process， which has 2 hours HRT， a pre-aeration tank that has 30 minutes HRT was set. The capacity of this treatment process was designed for 500 CMD. The result of this treatment process is listed below. The oxidation abilities which was titrated by Na2S2O3 with KI as indicator were 435 (±35) mL Na2S2O3，151 (±7) mL Na2S2O3 and 4 (±2) mL Na2S2O3， for raw water， effluent of pre-aeration tank and effluent of biological tank， respectively. The COD concentrations were 211 (±64)，103 (±43) and 38 (±18) mg/L for raw water，effluent of pre-aeration tank and effluent of biological tank，respectively. The SS of effluent was between 2 to 15 mg/L. The effluent was then treated by sand filtration to reduce SS as well as disinfection，then can be reclaimed for applying in the cooling tower.

【Keywords】1. disinfection water 2. biological treatment

*Center for Environmental， Safety and Health Technology Development， Industrial

Technology Research Institute (CESH/ITRI)

**President Co. Ltd. Tainan

50

一、前言

食品用之 PET 瓶，在裝填之前必須先殺菌處理，國內有些以過醋酸為殺

菌水進行殺菌作業，過醋酸殺菌劑主要組成份與比例為醋酸 (35%)、過醋酸

(15%)與雙氧水 (25%)，其餘為水 (25%)，其中過醋酸與雙氧水均具有殺菌效

果。殺菌製程排放之殺菌水，COD 介於 200-400 mg/L 之間，通常採用與其他

廢水混合處理，由於廢水之有機物濃度低，若廢水處理採用厭氧處理程序 (如

UASB)，將提昇三相分離器之水力負荷，增加 UASB 之硬體成本，若將此股

廢水分別收集，再加�

Documents

1990 11 25ebooks.lib.ntu.edu.tw/1_file/moeaidb/013057/2005.pdf · (like Local scrubber and Central scrubber) produce waste water by washed away, after also must recovering. And then