第四章 結果與討論
4.2 生物濾床處理合成廢水效率探討
4.2.1 pH6 下之處理效率
在進流廢水酸鹼度為 pH6 之情況下，溫度及水力停留時間兩
者皆會影響水中 COD 之去除率。圖 4.2.1.1、圖 4.2.1.2 及圖 4.2.1.3 顯示在 25℃時，向上流式生物濾床 HRT 分別在 6、4 及 2 小時之 反應物濃度剖面圖。圖 4.2.1.6、圖 4.2.1.7、圖 4.2.1.8 為 30℃時向 上流式生物濾床 HRT 分別在 6、4 及 2 小時之反應物濃度剖面圖。
圖 4.2.1.11、圖 4.2.1.12 為 25℃且 HRT 為 6 小時之情況下，進流 基質中之酚分別加量至 200mg/l 及 400mg/l 之反應物濃度剖面圖。
在曝氣量方面，由於濾床本體為兩段生物濾床串聯而成，且每段 最下端皆加以曝氣，故在 180 公分處其溶氧上升。
4.2.1.1 溫度為25℃下之物種去除效果
由實驗結果中發現，在操作溫度於 25℃之情況下，水中溶氧 皆大於 2mg/l，為文獻中所述之好氧環境。在之前文獻回顧中，溶 氧被視為限制因子。而水中溶氧之提供與氣泡停留時間有關。由 實驗結果觀察，發現水中 COD 降解較高處，其溶氧皆較低，應為 微生物為進行代謝作用而消耗溶氧之速率大於氣泡中氧氣擴散至 水中之速率所導致。而水中之溶氧一旦被消耗至低溶氧狀態時，
則微生物進行代謝作用能力降低，導致 COD 降解率降低。在水中 物種分配情形下，可發現廢水 COD 降解趨勢與 phenol 之去除量為 正關係，而硫化物及硫酸鹽在水中之濃度變化則並未呈現出明顯 趨勢。圖 4.2.1.1、4.2.1.2 及 4.2.1.3 為 25℃時，生物濾床在不同停 留時間下，其物種去除率與濾床高度之關係。由三者之結果比較 發現，隨著停留時間之拉長，其 COD 去除效果越佳。其中 HRT=6 小時與 4 小時者之 COD 去除效率分別為 48.7%及 45.5%，而 HRT=2 小時之 COD 去除效率為 27.3%。由前置實驗結果，可認為其降解 機制主要為生物降解。圖 4.2.1.4、圖 4.2.1.5 是以生物濾床各區段 分解 COD 之效率為觀點。由圖中可觀察出 COD 在第一床之去除
率皆較第二床高，且前段具高去除率者皆在濾床進水端 0 至 80 ㎝ 之處，而第二段具高去除率者為 72-108 公分處。在兩濾床間連接 點 之 降 解 率 分 別 為 0.16%(HRT=6hr) ， 3.31%(HRT=4hr) 及 3.31%(HRT=2hr)。區段分解圖內並未考慮此點。
0 50 100 150 200 250 300
0 360
Height of Biofilter (cm)
conc.(mg/l)
0 1 2 3 4 5 6
DO(mg/l)
COD sulfate sulfide phenol DO
圖4.2.1.1反應物隨高度變化之趨勢圖(25℃,HRT=6小時)
0
Height of Biofilter(cm)
conc.(mg/l)
COD sulfate sulfide phenol DO
Height of Biofilter (cm)
conc.(mg/l)
COD sulfate sulfide phenol DO
圖4.2.1.3反應物隨高度變化之趨勢圖(25℃,HRT=2小時)
0 5 10 15 20 25 30
6hrs 4hrs 2hrs
HRT
COD removal percentage(%)
0-36 36-72 72-108 108-144 144-180
圖4.2.1.4不同HRT下濾床各區段COD去除百分比(25℃,第一段)
0 5 10 15 20 25
6hrs HRT 4hrs 2hrs
COD removal percentage(%)
0-36cm 36-72cm 72-108cm 108-144cm 144-180cm
圖 4.2.1.5不同HRT下濾床各區段COD去除百分比(25℃,第二段)
4.2.1.2溫度為30℃下之物種去除效果
操作溫度於 30℃時，可發現水中溶氧部分區域小於 2mg/l，形 成低溶氧環境，此對好氧菌分解 COD 具有一定之影響。而在之前 文獻回顧中，溶氧被視為限制因子。而水中溶氧之提供和水與氣 泡之接觸時間及溫度有關。在低溶氧狀態，水中 COD 降解率降低，
隨著溶氧之再次增加，去除率隨之升高。在 HRT=6 小時之結果可 發現水中溶氧雖在第二段處提升，但至 30 ㎝處卻又降低至小於 2mg/l，相對於其他兩個停留時間者並無此問題，相信是因接觸時 間較長而使得微生物能足以充分進行降解作用，但卻因溶氧限制 導致降解不完全。在降解效率方面，可由圖 4.2.1.6、圖 4.2.1.7 及 圖 4.2.1.8 可知在 HRT 為 6 小時、4 小時及 2 小時之去除效率分別 為 58.9%、65.34%及 26.7%。其中 HRT=4 小時者之去除率較 HRT=6 小時者之去除率高。其原因應為溫度提升，使得生物活性上升，
且濾床進水處之單位面積之有機負荷較高，使得微生物大量攝取 水中溶氧，但溫度提升導致水中溶氧下降，導致進水口端成為低 溶氧狀態，加上進水速度緩慢，使得微生物所需之溶氧大於能獲 取之溶氧，故去除效率下降。其溶氧對降解率之影響在 HRT=6 小 時為主要限制因子。而 HRT=4 小時則因溶氧較充足，其被影響較 小，並加上溫度提升增加微生物活性，使得去除效率提升。圖 4.2.1.9、圖 4.2.1.10 是以生物濾床各區段分解 COD 之效率為觀點。
由圖可知，其最高處理區段仍為進水區 0-30 ㎝處，其原因應為該 處是水中溶氧最高處，且該處之微生物應已適應高有機負荷之 故 。 在 兩 濾 床 間 連 接 點 之 降 解 率 分 別 為 4.19%(HRT=6hr) ， 0.19%(HRT=4hr)及 3.38%(HRT=2hr)。區段分解圖內並未考慮此點。
0
0 Height of Biofilter (cm) 360
conc.(mg/l)
COD sulfate sulfide phenol DO 圖4.2.1.6 反應物隨高度變化之趨勢圖(30℃,HRT=6小時)
0
0 Height of Biofilter (cm) 360
conc.(mg/l)
COD sulfate sulfide phenol DO
圖4.2.1.7反應物隨高度變化之趨勢圖(30℃,HRT=4小時)
0
Height of Biofilter (cm)
conc. (mg/l)
0
COD sulfate sulfide phenol DO
圖4.2.1.8 反應物隨高度變化之趨勢圖(30℃,HRT=2小時)
6hrs 4hrs 2hrs
HRT
COD removal percentage (%)
0-36cm 36-72cm 72-108cm 108-144cm 144-180cm 圖4.2.1.9 不同HRT下濾床各區段之COD去除百分比(30℃,第一
段)
0 5 10 15 20 25 30
6hrs 4hrs 2hrs
HRT
COD removal percentage (%)
0-36cm 36-72cm 72-108cm 108-144cm 144-180cm 圖4.2.1.10不同HRT下濾床各區段之COD去除百分比(30℃,第二
段)
4.2.1.3 在不同酚濃度下之降解效果
在 HRT=6 小時且溫度為 25℃之條件下，本實驗為探討不同濃 度之酚對於去除效果之影響。由文獻回顧得知，酚類為具毒性物 質，若水中存在含量超過微生物能忍受之限度，將使得微生物活 性下降。此為 Haldane equation 所描述的情形，但亦有一派學者 (Neufeld, 1978；Beltrame et al., 1979；Amstrong, 1981)認為對已馴 養過之微生物而言，酚類可被認定為一種非抑制性物質，可以用 Monod 模式描述之。
由圖 4.2.1.11 及圖 4.2.1.12 得知，水中皆為好氧環境下，提高
酚類濃度使得微生物對攝取之氧氣趨勢下降，且去除率亦下降。
在以生物濾床各區段分解 COD 之效率為觀點，可由圖 4.2.1.13 及 圖 4.2.1.14 發現較高分解率之處仍為進水端 0-30 ㎝處，而第二段 處理效果差之原因應為微生物無法適應如此高之有機負荷所導 致。在兩濾床間連接點之降解率分別為 2.14% (phenol 400mg/l)，
4.23%( phenol 400mg/l)。區段分解圖內並未考慮此點。
0 100 200 300 400 500 600
0 Height of Biofilter(cm) 360
conc. (mg/l)
0 1 2 3 4 5 6
DO(mg/l)
COD sulfate sulfide phenol DO
圖4.2.1.11反應物隨高度變化之趨勢圖 (25℃,HRT=6小時,phenol=200mg/l)
0
Height of Biofilter (cm)
conc.(mg/l)
COD sulfate sulfide phenol DO
圖4.2.1.12反應物隨高度變化之趨勢圖 (25℃,HRT=6小時,phenol=400mg/l)
0
400mg/l 200mg/l 100mg/l
phenol conc.(mg/l)
COD removal percentage(%)
0-36cm 36-72cm 72-108cm 108-144cm 144-180cm
圖 4.2.1.13不同濃度下濾床各區段之COD去除百分比 (25℃,第一段)
0 5 10 15 20 25
400mg/l 200mg/l 100mg/l
phenol conc.(mg/l)
COD removal percentage(%)
0-36cm 36-72cm 72-108cm 108-144cm 144-180cm
圖 4.2.1.14不同濃度下濾床各區段之COD去除百分比 (25℃,第二段)