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崑山科技大學汙水處理廠生物處理單元崑山科技大學汙水處理廠生物處理單元崑山科技大學汙水處理廠生物處理單元崑山科技大學汙水處理廠生物處理單元

之效能評估之效能評估之效能評估之效能評估

指導老師：林龍富老師

班 級：四環四Ａ

學 生：蘇嘉明

中 華 民 國 九 十 九 年 五 月

目錄

一一一一、、、、 前言……………………………………….…..1

1.1 研究動機…………………………..……..…...1

1.2 研究目的………………………………….…..1

二二二二、、、、 文獻回顧…………………………………....….2

2.1影響好氧生物處理的因素........................................2

2.2影響厭氧生物處理的因素…………………….........2

2.3 A/O系統………………………………..............3

2.3.1脫硝及硝化原理…………………………….….4

三三三三、、、、 實驗設備與方法……………………………...6

3.1實驗設備………………………………...…....6

3.1.1本校汙水特性…………………………….…...6

3.2實驗方法………………………………....…..10

3.2.1 水質分析方法…………………..................10

四四四四、、、、 結果與討論…………………………………..11

4 . 1 本校汙水處理廠生物處理單元對有機物之處理效

能…………………..……………………................ 11

4 . 2 本校汙水處理廠生物處理單元對懸浮固體之處理效

能……………………………………………….…..11

五五五五、、、、 結論……………………………………...…...14

六、 參考文獻………………………………....…..15

表目錄

表 4-1 本校汙水處理廠生物處理單元對有機物及懸浮固體之處理效

能………………….……………….……………….12

圖目錄

圖 2-1 A/O 系統流程……………………………….....4

圖 2-2 硝化作用流程圖……………………………..…5

圖 3-1 崑山科技大學廢水處理流程…………………..…7

圖 3-2 計量分水槽…………………………………....8

圖 3-3 缺氧池……………………………………........8

圖 3-4 活性汙泥池…………………………………...9

圖 3-5 終沉池……………………………………….9

圖 4-1 本校汙水處理廠生物處理單元對有機物之處理效

能…………………………………………………...13

圖 4-2 本校汙水處理廠生物處理單元對懸浮固體之處理效

能…………………………………………………...13

第 1頁

一一一一、、、、前言前言前言前言

1.1 研究動機 崑山科技大學全校師生約有一萬四千人，排出之廢水量相當大，若

能妥善處理進而再利用，對水資源永續將有實質效益。 本校汙水處理廠之核心為生物處理單元，為了解生物處理單元之處

理效能，本研究於進、出流位置採樣分析 COD及 SS兩項重要的水質

指標。

1.2 研究目的 生物處理乃二級廢水處理中最重要的一環，可有效處理廢水中的有

機物，本研究主要探討本校生物處理單元是否能有效降低廢水中有機

物的含量，並期許在研究過程中能學習到各種生物處理的相關知識，

以增進未來加入職場的競爭能力。

第 2頁

二二二二、、、、文獻回顧文獻回顧文獻回顧文獻回顧

2.1 影響好氧生物處理的因素 1.溫度：微生物之生化反應速率受溫度影響甚大，溫度較高，反應

速率佳，反應速率若以比攝氧率(mg O2／g MLSS-sec)表示，則

溫度上升每 10℃時，反應速率將增加兩倍。溫度下降則微生物

活性降低，COD及 BOD之去除速率亦隨之降低，一般而言，

曝氣槽之水溫宜控制在 20至 30℃。 2.pH：pH高低亦會影響好氧池中活性汙泥的安定性，pH高於 10

或低於 4甚至會造成好氧池中的微生物無法存活而導致好氧池

的失敗，正常來說，曝氣槽之 pH宜調至 6.0至 8.5，而以 7.2~7.4為最佳。

3.溶氧：對好氧池而言，水中溶氧濃度對微生物的新陳代謝作用有

很大的影響，因活性汙泥分解有機物的脫碳及硝化反應皆是利

用水中的溶氧當成電子的接受者，若溶氧過低，則好氧池中微

生物之新陳代謝將大為降低；影響微生物對有機物之分解效

率，一般而言，控制水中溶氧值在 2.0 mg/L以上，活性汙泥的

新陳代謝及生長作用便可不受影響。 4.營養鹽：因活性汙泥中微生物所需之營養成分不盡相同，故廢水

中營養鹽的組成成份，為決定好氧池中優勢菌種的重要因子之

一，真菌形成細胞質所需的氮僅為細菌所需量之半，因此在氮

缺乏的環境中，真菌的生長將會佔優勢(徐,1990) 。此外，廢水

中的 BOD5：N：P：Fe亦會影響好氧池的處理效能，其最佳比

例約為 100：5：1：0.2。 5.毒性物質：毒性物質對活性汙泥的影響，取決於汙泥中微生物對

該物質的分解能力(姜,1989) 。以酚而言，濃度低時，好氧池中

的異營菌對其有分解能力，因此不會對處理效能造成影響，但

若濃度過高，異營菌反而受其抑制而降低處理效能；廢水中重

金屬離子亦會對活性汙泥之微生物產生負面影響，重金屬離子

對好氧池微生物的毒性強度依序為： Ag > Hg > Sn > Cu > Cd (徐,1990) 。

2.2 影響厭氧生物處理的因素 1.溫度：厭氧消化的操作溫度可分為高溫消化（> 45℃）、中溫消化

(20至 45℃)及低溫消化(＜ 20℃)，Buhr and Andrew研究高溫

消化指出其優點為：可縮短停留時間、汙泥脫水性較佳、致病

第 3頁

菌存活率低等(Buhr, 1977)。高溫消化雖具有上述優點，卻也伴

隨著耗能高，經濟性不佳的問題，且以厭氧消化產甲烷的速率

來看，溫度亦非越高越好，Van Velsen(1980)指出豬糞消化高於

55℃時，甲烷產率反而下降。以經濟因素為考量的話，則厭氧

消化之溫度維持在 30至 35℃為最佳。 2.pH：pH值的控制對厭氧消化系統十分重要，當 pH降至 6.2時會

對甲烷生成菌產生急遽毒性。但酸化菌尚可繼續分解有機物而

造成揮發性有機酸之累積，當 pH在 4.5~5.0時，有機酸亦會對

酸化菌造成抑制，影響產氣速率，甚至導致厭氧槽的失敗 (林,1988) 。一般而言，厭氧消化之 pH宜控制在 6.6~7.6，而

以 7.0~7.2為最佳。 3.氨：氨在厭氧系統中依 pH值高低分別以 NH3(高 pH)及 NH4

+(低pH)兩種型態存在。Mc Carry(1964)指出總氨氮濃度在

1500~3000 mg/L，pH高於 7.4，氨就有抑制作用，而濃度在 3000 mg/L以上時，則無論 pH值之高低，氨對系統均有毒性。

4.金屬離子與重金屬離子：各種金屬離子（Fe除外）若濃度過高皆

會對厭氧菌造成危害，若含有兩種以上高濃度之金屬離子，更

可能產生加成作用或拮抗作用，進一步影響厭氧菌的生長。各

種重金屬離子對厭氧消化系統的毒性依序如下： Ni > Cu > Pb >Cr > Zn (Thomas, 1978) 。

2.3 A/O系統

A/O 系統乃結合缺氧池脫硝及好氧池硝化的特性，衍生出的一種用

於去除廢水中含氮有機物的系統，因 A/O 單一汙泥處理系統有硝化、

脫硝之功用，A/O 系統流程如圖 2-1所示，含氮有機物在無氧槽進行脫

碳作用，在好氧槽進行硝化作用，廢水再經循環至無氧槽進行脫硝，

如此反覆循環可有效達到去除 NH4+－N 及 NO3

-－N 的效果。

第 4頁

圖 2-1 A/O 系統流程

2.3.1脫硝及硝化原理 脫硝原理：脫硝作用乃脫硝菌以 NO3

-及 NO2-為電子接受者，以有

機物或無機物如：硫、氫為能源，將氧化態氮還原成氨氣 N2之反應。

(陳,1990)，脫硝還原步驟為：NO3-→NO2

-→NO→N2O→N2↑

硝化原理：硝化菌依能源不同可分為自營性硝化菌及異營性硝化

菌，硝化作用乃異營性硝化菌先將含氮有機物轉換成氨氣，再由自營

性硝化菌中的亞硝酸形成菌及硝酸形成菌將其分別轉為 NO2-及 NO3

-，

其流程如圖 2-2所示：

汙泥迴流

含氮廢水 缺氧池 好氧池 沉澱池 放流水

廢水循環（含 NO2-、NO3

-）

NO2-→N2↑

NO3-→N2↑

NH4+→NO2

-

NO2-→NO3

-

第 5頁

圖 2-2 硝化作用流程圖

亞硝酸形成菌 硝酸形成菌 異營菌

NO3- NH3

有機氮

化合物 NO2

-

氨化作用 第一階段硝化作用 第二階段硝化作用

第 6頁

三三三三、、、、實驗設備與方法實驗設備與方法實驗設備與方法實驗設備與方法

3.1 實驗設備 本研究以本校汙水處理廠為探討對象，汙水處理流程如圖 3-1 所

示，生物處理單元之計量分水槽、缺氧池、好氧池及終沉池分別如圖

3-2、3-3、3-4 及 3-5 所示。汙水先經旋轉細篩機分離大型固體物，接

著在沉沙池讓砂粒進行沉降，而後在調整池調整廢水之水質，接著進

行無氧及好氧之生物處理去除有機物，再於終沉池進行固液分離，上

澄液流至貯存池，最後流入消毒池加氯消毒後放流。 3.1.1 本校汙水特性

本校汙水特性與家庭汙水相似，以宿舍排出生活汙水、餐廳汙水、

洗滌汙水為主，而實驗室所排出之高濃度實驗廢液則另外收集處理。

汙水處理廠設計容量以建築物汙水處理設計技術規範推估，住宿生每

人每日汙水量為 250 lpcd（公升/人-日），BOD與 SS濃度皆為 200 mg/L，由汙水量與濃度相乘積即得 BOD與 SS汙染產生量皆為 50 gpcd（公克

/人-日）；而總氮總磷汙染產生量一般估計均為 10.2 gpcd；教職員與非

住宿生之汙水量及汙染量以住宿生 25％估計。

第 7頁

進流汙水

汙泥迴流

脫

水

機

濾

出

液

迴

流

水

池

沉 池

氧池

汙泥

池

沉池

汙泥

水機

汙泥好氧 化

池

水泥

汙泥 合

汙水流

汙泥流

池

放流池

放流

2

1

3-1 廢水 流

好氧池

（ 汙泥池）

池

池

機

第 8頁

圖 3-2 計量分水槽

圖 3-3 缺氧池

第 9頁

圖 3-4 活性汙泥池

圖 3-5 終沉池

第 10頁

3.2 實驗方法

本研究進行期間為 2009年 10月 27日至 12月 24日，於汙水廠之

計量分水槽採進流水，在終沉池採出流水，分別測定水樣的 COD 及

SS，記錄生物處理前後的 COD 及 SS之數據有何不同，並計算 SS及

COD的去除率，藉此了解本校汙水處理廠生物處理系統的效能。 3.2.1水質分析方法 COD: 水中化學需氧量檢測方法 ─ 密閉式重鉻酸鉀迴流法 (中華民國 98年 7月 14日環署檢字第 0980060634D號公告自公告日起實施 NIEAW517.52B)

SS: 水中總溶解固體及懸浮固體檢測方法 ─ 103 ℃～105 ℃乾燥 (中華民國 95年 6月 2 日環署檢字第 0950043953號公告自中華民國 95年 6月 15日起實施 NIEA

W210.57A)

第 11頁

四四四四、、、、結果與討論結果與討論結果與討論結果與討論

4.1 本校汙水處理廠生物處理單元對有機物之處理效能 本校汙水處理廠生物處理單元，包含無氧池、活性汙泥池及終沉

池，對於有機物之處理效能如表 4-1及圖 4-1所示。汙水處理廠生物處

理單元進流水之 COD值介於 36至 368 mg/L之間，平均值為 121 mg/L；經生物處理後，COD值介於 15至 69 mg/L之間，平均值為 38 mg/L；本校廢水經過生物處理單元處理後的 COD值均已低於放流水標準

(100mg/L)；生物處理單元之 COD去除率介於 17至 85%之間，平均值

為 59%。 此一結果顯示，本校生物處理單元對於有機物的去除率尚有改善的

空間，建議未來可針對無氧池及好氧池的處理成效進行分別探討，以

得到更完整的數據。

4.2 本校汙水處理廠生物處理單元對懸浮固體之處理效能 本校汙水處理廠生物處理單元，對於懸浮固體之處理效能如表 4-1

及圖 4-2所示。汙水處理廠生物處理單元進流水之 SS值介於 20至 164 mg/L之間，平均值為 53 mg/L；經生物處理後，SS值介於 9至 49 mg/L之間，平均值為 21 mg/L；生物處理單元之 SS去除率介於 12至 77%之間，平均值為 52%。

此一結果顯示，本校生物處理單元對於懸浮固體的去除率偏低，甚

至有些樣品懸浮固體物的測定值還高於放流水標準(30 mg/L)，其原因

應為採樣點 2 處常有懸浮汙泥(因受場地限制，終沉池出流水採樣有困

難)，導致懸浮固體濃度過高，建議未來的研究，採樣點 2 應改為終沉

池出流水，這樣便可避開懸浮汙泥的問題，測得生物處理單元(無氧池

+活性汙泥池+終沉池)SS的代表數值，亦可針對無氧池及好氧池的處理

成效進行分別探討，以得到更完整的數據。

第 12頁

表 4-1 本校汙水處理廠生物處理單元對有機物及懸浮固體物 之處理效能

項目

日期

懸浮固體物處理效能 有機物處理效能

處理前 SS

(mg/L)

處理後 SS

(mg/L)

SS去除率

(%)

處理前 COD

(mg/L)

處理後 COD

(mg/L)

COD去除率

(%)

10/27 24 9 63 36 15 60

11/03 60 14 77 168 38 78

11/06 48 14 71 157 24 85

11/24 36 12 67 79 29 63

11/26 164 49 70 368 54 85

12/01 37 28 24 84 69 17

12/08 76 28 63 147 42 71

12/15 36 18 50 61 29 53

12/17 20 15 24 36 28 50

12/24 31 27 12 75 51 31

第 13頁

圖 4-1 本校汙水處理廠生物處理單元對有機物之處理效能

圖 4-2 本校汙水處理廠生物處理單元對懸浮固體之處理效能

第 14頁

五五五五、、、、結論結論結論結論

經本校汙水處理廠之生物處理單元處理後的廢水，其 COD值從原

來的 121 mg/L降到 38 mg/L，已能符合放流水標準(100 mg/L)，平均去

除率為 58%，尚有改善的空間；SS值則從 53 mg/L降到 21 mg/L，平

均去除率為 52%，與 COD去除率一樣仍有改善空間。

第 15頁

六六六六、、、、參考文獻參考文獻參考文獻參考文獻

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文，國立成功大學環境工程研究所， 台南。 5.姜樹成(1989)，最佳化活性汙泥系統處理 Direct Red 13染料 製程廢

水，碩士論文，國立成功大學環境工程研究所，台南。 6.Buhr,H.D. (1977),&Andrews,J.F.,”the thermophilic An aecobec

Digestion Process”,Water Research,”(2),PP.129_143. 7.Van Velsen,A F.M. (1980),”Anaerohic Digestion of Piggery

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