1、4960N52賴丙晏 本研究主要為使用一長216 cm、寬14 cm、高21.5 cm 壓克力材質製之水槽，置入有等面積的高爾夫球做為接觸材，藉由人工馴養方式，使生物膜生成於高爾夫球表面，做為探討礫間接觸氧化系統，對模擬實際生活污水比例所配製成的合成污水之淨化成效，以討論各污染基值去除效率與水流速度、水中溶氧、停留時間等因子彼此間之關係。依據行政院環保署的統計資料，台灣地區家庭污水約佔總水體污染排放之50(環保署，2003)。為了防治水體污染與削減污染負荷，興建污水下水道系統為最佳對策，不過由於污水下水道興建經費龐大、建設期程長，導致目前國內污水下水道接管率偏低，而河川上游及鄉村地區之人口密度
2、低、土地面積廣，在污水收集上更顯困難也不符合經濟效益，但水質改善問題需求迫切，故在推動污水下水道設置時，亦應同時尋找其他水質改善方法。生態工程水質自然淨化技術，由於兼具淨化水質、生態教育、景觀美化、現地取材等特點，近年來已被廣為利用於污水下水道未普及之支流或河川，截流處理生活污水，提升河川水質以達到環境生態保育之目的。考慮因地制宜、低成本、高效益的污水處理設施等因子，結合自然淨化作用與傳統廢水處理技術的水質淨化技術，依其處理型式不同又細分為(1)土壤滲濾(2)濕地(3)接觸氧化 依過去數年間，政府所推動自然淨化工程方法改善水體水質之相關研究計畫，可發現我國目前對於水質自然淨化技術，大多仍以興建
3、人工濕地為主。但由於台灣是處於多風災地區，人工濕地常因暴雨洪流所沖毀且土地需求面積龐大取得不易。由日本過去經驗，在河岸旁設置一礫間接觸氧化設施，採分離淨化方式將河水抽出，經生物處理後再排回河川內，亦可有效去除自然水體中之生化需氧量(Biochemical Oxygen Demmand,BOD)，且礫間處理設施土地面積需求小也無須設置於行水區，較無受暴雨洪流的影響。因此，本研究針對相關之礫石淨化技術、接觸氧化技術等進行研析，參考與我國有較同地理環境條件的日本，其在排水的淨化工作當中已有相當多年的推動經驗與實際成功案例，希望能以本研究操作條件與實驗結果，探討在本土應用礫間接觸氧化法對生活污水的改善
4、效果。礫間淨化處理技術源於淺型河川的自淨作用，不同於大型河川中，由於水深較深且日照、溶氧質傳等限制因素，使得水體中降解污染物的主要貢獻是懸浮性微生物，但在淺型河川中通常河川或渠道底部經長期的沉澱與沉積作用而被細菌、藻類、原生動物等微生物及輪蟲類、貧毛類等微小後生動物所組成的生物膜所覆蓋。自然河川中與生物膜接觸面積小，去除有機污染物的能力有限。所以我們使用礫間淨化處理技術為增加介質來提高生物膜與廢水之接觸面積(如圖2.2所示)，提高處理效率及縮短處理時間，其主要的污染物去除機制可分為三種：(1)接觸沉澱礫間接觸氧化法的礫間孔隙小，沉降距離短，當污水流經礫石間所組成之孔隙，水中所含的懸浮物質與礫石
5、相接觸而沉降，比起自然河川之接觸沉澱的效果更加顯著。(2)吸附礫石表面微生物附著生成之生物膜會與水中的有機物質附著、吸收並進行分解作用。(3)生物膜分解設施內所填充的礫石表面，會因微生物自然作用生成之生物膜，並與水中的有機物質進行分解作用，最終分解成水及碳酸化合物。依據日本國際建設技術開發促進事業（河川水質浄化技術）報告書中指出，礫間接觸氧化法其處理水質BOD 以介於2030 mg/L 為宜，而DO 須大於5mg/L，若為礫間曝氣接觸氧化法，則BOD 以介於5080 mg/L 為宜。而礫間接觸氧化法淨化污染水體對於溶氧及BOD 均有所限制，在日本過去操作經驗中，未曝氣之礫間接觸氧化法BOD 平
6、均去除率約2070，有曝氣之礫間接觸曝氣氧化法BOD 平均去除率約5080。高橋定雄(1982)指出礫間接觸氧化之BOD 去除率會隨著水力停留(Hydraulic retention time,HRT)時間愈久而有較佳的效實驗渠道設計實驗渠道為透明壓克力材質製成，材質厚度0.5 cm，渠道全長216 cm，寬14 cm，高21.5 cm，實驗渠道正視圖與側視圖如3.1(a)(b)所示，經實際量測容水量為54.85 L，並在側面壓克力壁上分別設計3 個採樣口。以連續流的方式，依序探討不同進流人工合成污水濃度在不同水力停留時間之自然淨化效果。實驗渠道內填充之接觸材為粒狀高爾夫球，每一單位直徑為4.
7、267 cm，體積40.68 cm3，表面積57.2 cm2，重量45.93 g。填充數量分別為長50 顆，寬3 顆，高4 顆，總數量600 顆(總表面積3.432 m2)。高爾夫球全數置入渠道後，實際容水量為31.49 L，孔隙率為57.4。實驗渠道所使用的進流設備為日本Iwaki 公司所生產之機械隔膜式SK 型定量幫浦，最大流量為1.10/1.32 L/min(50/60Hz)，最高壓力0.3 MPa。渠道內曝氣系統採24 小時連續操作，使水中溶氧能達到2 mg/L 以上，動力來源為日本HBLOW 公司生產之空氣幫浦，型號SPP-25GA，最大出風壓力0.1 MPa，最大出風量28 L，實
8、際通入渠道曝氣量為6.19 L/min。本實驗為使用友和貿易公司所販賣之BOD 植種液進行植種。生物膜馴養階段以連續迴流方式，持續供給足夠營養源，目視其生物膜在高爾夫球表面覆蓋率達90以上，且測得出流水COD 穩定時，即可進行連續流試驗。碳源為葡萄糖(C6H12O6)，氮源為氯化銨(NH4Cl)，磷則分別為磷酸氫二鉀(K2HPO4)與磷酸二氫鉀(KH2PO4)人工合成污水C：N：P 比例為100：5：另外基質濃度中微量元素鈣、鎂、鐵、氯、硫，分別由氯化鈣(CaCl2)、硫酸鎂(MgSO47H2O)、氯化鐵(FeCl36H2O)提供本研究主要為改變不同進流污水濃度與水力停留時間，並於各組試驗條件
9、下在渠道進流(第1點)與間距(第2、3、4點)及出流(第5點)分別進行採樣分析，做為探討礫間接觸氧化法對於污染基質的自然淨化效果。在進行實驗時人工合成污水將採連續進流供給，以確保進流污水濃度穩定，而經生物處理過之出流水則廢棄放流。每一組試驗裡，都將進行三次連續流，第一次連續流不採集樣品，主要是讓其渠道內污水濃度能均勻混和以達到系統穩定處理狀態，接著在第二、三次連續流，依不同採樣時間分別在渠道進流、間隔點及出流進行採樣。在人工合成污水中，除了人工添加的基質外，為防止其他污染基質的干擾，全程將使用Millipore去離子水系統所生產之一次水進行試驗。合成污水進流濃度，化學需氧量設定為50 mg/L
10、條件下，碳18.78 mg/L，氮為0.9378 mg/L，磷則為0.1875 mg/L，可依不同水力停留時間各分為1小時、2小時與3小時三組，探討其污染基質去除成效。合成污水進流濃度，化學需氧量設定為100 mg/L條件下，碳37.5 mg/L，氮為1.875 mg/L，磷則為0.375 mg/L，可依不同水力停留時間各分為1小時、2小時與3小時三組，探討其污染基質去除成效。污水進流濃度，化學需氧量設定為150 mg/L條件下，碳56.25 mg/L，氮為2.8125 mg/L，磷則為0.5625 mg/L，可依不同水力停留時間各分為1小時、2小時與3小時三組，探討其污染基質去除成效。為探討
11、生物處理方法應用於水質自然淨化之成效，本實驗將針對在生物處理上之各重要水質項目進行分析，分別為酸鹼值(pH)、溶氧(DO)、導電度(EC)、溫度(T)、氧化還原電位(ORP)、生化需氧量(BOD)、化學需氧量(COD)、總有機碳(TOC)、氨氮(NH3-N)、亞硝酸鹽(NO2-N)、硝酸鹽(NO3-N)、正磷酸鹽(PO4)以標準操作程序進行分析。pH 濃度之變化圖中將分別以run1、run2 表示之由該圖顯示，合成污水由第一採樣點至第二採樣點後pH 值下降幅度相當大，此時大部分污染基質在這區間內被迅速降解；但在經過第二採樣點至第五採樣點後，pH 值變化便維持一定的穩定狀態，且污染基質的降解情形
12、會變於趨緩。本研究中，各操作條件下的水中溶氧濃度變化關係，如圖4.2(a)(b)(c)所示。由該圖的水質數據顯示，在所設計的礫間接觸氧化渠道中，其曝氣量都足以維持渠道於好氧狀態環境下，進行污染基質之氧化作用，且各組操作條件中的溶氧濃度，皆介於6.4 mg/L 8.37 mg/L 間。如圖4.6 所示。綜合整體的BOD 水質數據顯示，不論進流合成污水濃度多寡，BOD 去除率皆在水力停留時間2hr 時，就能有平均95.71%以上之去除成效，若再將水力停留時間延長至3hr，其BOD 去除率並未有較明顯的增加。TOC 在不同進流合成污水濃度與水力停留時間下的變化關係，在不同操作條件下的平均去除率。綜合
13、整體的TOC 水質數據顯示，不論進流合成污水濃度多寡，BOD 去除率皆在水力停留時間2hr時，就能有平均96.2%以上之去除成效，若再將水力停留時間延長至3hr，其TOC去除率並未有較明顯的增加。不同水力停留時間經由Scheffe法事後比較結果，如表4.2所示，由表中可以發現水力停留時間1hr對2hr、3hr的相對比較，皆達顯著標準(p=.000.05)，且其95%上下界信賴區間內都未包含0，因此判定水力停留時間1hr對2hr、3hr的BOD去除率是有明顯差異不同水力停留時間經由Scheffe法事後比較結果，如表4.2所示，由表中可以發現水力停留時間1hr對2hr、3hr的相對比較，皆達顯著標準(p=.000.05)，且其95%上下界信賴區間內都未包含0，因此判定水力停留時間1hr對2hr、3hr的BOD去除率是有明顯差異。不同水力停留時間的COD去除率，經Scheffe法事後比較結果，如表4.5所示，由表中顯示，3組不同水力停留時間的相互比較，皆達顯著性(p=.000.05、p=.003.05)。不同水力停留時間的PO4去除率，經Scheffe法事後比較結果，如表4.11所示，由表中可發現水力停留時間1hr對2hr、3hr的相對比較，皆達顯著標準(p=.000.05)，且95%上下界信賴區間內皆包含0，故水力停留時間2hr與3hr兩者的PO4去除率是無明顯差的。報告結束謝謝觀賞
