1-1 緣由與目的
台灣造紙廠現為 108 家，紙與紙板總生產量每年約 480 萬噸，每日生 產超過150 萬噸之廢水 (造紙同業公會，2006)，活性污泥程序 (activated sludge process, ASP) 由於操作方便、成本低廉、技術成熟，一直為廢、污 水最普遍使用之生物處理方法 (Metcalf and Eddy, 2003)，由於生物系統易 受到各種操作條件影響，造成系統異常，特別是污泥不易沉降的問題。過 去研究著重於以生物控制的觀點改善ASP 之操作效能，如使用選種槽 (selector) (Andreasen et al., 1999)、調整曝氣池操作條件、或添加氯、過氧 化氫等物質，選擇性去除絲狀菌 (Neethling et al., 1985)，但系統異常的問 題仍時有所聞。
載體混凝技術 (ballasted flocculation) 嚐試以物理控制觀點來改善 活性污泥沉降性，利用塗布於大粒徑載體表面的高分子膠凝劑，吸附水體 中的顆粒或膠羽體，或形成架橋，過去研究證實該方法確能有效且快速改 善污泥沉降性 (Clauss et al., 1999；Vanderhasselt et al., 1999；Seka et al., 2001)，但仍存在諸多缺點，如載體 (ballasted agent, carrier) 成本過高、
需透過特殊設備回收載體、或載體添加比例過高等，本研究乃自行研發載 體嵌合 (carrier docking) 理論與技術，採用小粒徑且成本低廉不需回收之 載體，直接以嵌入膠羽結購中，增加其視密度 (bulk density)，以改善造 紙廢水活性污泥之沉降性，但目前評估載體沉降性的工具仍以1-L 量筒為 主，國外專利的即時監控沉降管柱又甚為昂貴 (Vanrolleghem et al.,
1996；Fuchs et al., 1999)，本研究乃自行開發光柵式沉降管柱 (light-grid settling column, LGSC)，前期研究已開發批次沉降管柱 (batch LGSC)，本 研究目的：(1) 分析實場長期操作數據，探討污泥沉降性在 ASP 系統失敗
時扮演的腳色，(2) 開發連續式沉降管柱 (continuous LGSC)，(3) 建構固 體通量演算法 (solid flux algorithm)，(4) 評估以載體嵌合改善造紙廢水活 性污泥沉降性之成效，探討最佳載體添加劑量，(5) 評估該沉降工具與評 估方法之可行性，建立一致且有效之評估流程。
1-2 研究架構
本研究架構與流程如 Figure 1-1，分成 Phase-I、Phase-II 與 Phase-III 三部分，Phase-I 為活性污泥系統分析，Phase-II 為固體通量分析，Phase-III 為連續式光柵沉降管柱 (C-LGSC) 試驗，詳細說明如下：
1-2-1 Phase-I 活性污泥系統分析
本研究分析台灣中部某造紙廢水處理場之 ASP 系統連續 24 個月的操 作數據，首先分析放流水懸浮固體 (suspended solid, SS) 月平均值與化學 需氧量(chemical oxygen demand, COD) 月平均值間的關聯性，其次檢視 24 個月期間，ASP 系統放流水質的階段性變動，再分析 ASP 系統為穩態 操作期間 (state period) 之操作參數與操作風險，最後探討放流水質的變 動分別與曝氣池有機負荷 (organic loading rate, OLR) 月平均值、終沉池 溢流率(overflow rate, OR) 月平均值等操作參數之間的關聯性。
1-2-2 Phase-II 固體通量分析
為準確評估活性污泥沉降性與載體改善成效，本研究乃推導固體通量 公式以建立固體通量演算法，並以演算法分析與評比本研究沉降工具 C-LGSL 與前期沉降工具 1-L 量筒、B-C-LGSL 之批次沉降試驗數據，探討不 同沉降工具之活性污泥沉降性與載體改善成效。
1-2-3 Phase-III 光柵式沉降管柱 (C-LGSC) 試驗
本研究以自行最新開發之沉降工具 C-LGSC 進行活性污泥沉降試驗，
Phase-IIIA 連續進流點試驗與 Phase-IIIB 批次沉降試驗，詳細說明如下：
Phase-IIIA 連續進流點試驗：為探討 C-LGSC 分別以三種進流點深度 (液面下 15 cm、50 cm、110 cm) 進行污泥連續進流操作時，對污泥沉降 的影響，了解是否會干擾污泥沉降行為，本研究另於液面下15 cm 的深度 連續進流清水，檢視進流流況對污泥沉降的影響。
Phase-IIIB 批次沉降試驗：本研究將 C-LGSC 批次沉降試驗分成兩部 分，首先進行污泥批次沉降試驗，先計算污泥初始沉降速度 (initial velocity, V0) 並以固體通量演算法分析沉降數據，計算出實場終沉池表面 積、迴流污泥量、廢棄污泥量等參數，再與1-L 量筒 (蔡，2004)、B-LGSL (陳，2005) 評比，探討活性污泥於不同沉降工具之沉降性，其次將 載體加入污泥中，以批次沉降的方式進行載體嵌合試驗，評估載體改善污 泥初始沉降速度與上澄液水質之成效，並以固體通量演算法分析沉降數 據，評估載體嵌合技術若實際應用於處理實場，對於終沉池表面積、迴流 污泥量、廢棄污泥量等參數的影響。
本研究共分上述三大部分，論文撰寫格式則參考本校環境醫學研究所 規定，以及台大公衛學院 (邱，1996) 與歐洲 Wageningen Agricultural Unuversity (Spanjers, 1993) 之論文模式，將部分研究成果撰寫成期刊，直 接納入本論文第四章，但仍採本校環醫所之章節格式。
1-3 研究限制
由於本研究與蔡 (2004)、陳 (2005) 等前期研究，皆取自同一處理場 曝氣池之活性污泥，但採樣時間並不相同，但活性污泥之特性可能因時 間、季節或造紙廠製程廢水於水質、水量上的變動而改變，進一步影響本 研究C-LGSC 與 1 L 量筒 (蔡，2004)、B-LGSC (陳，2005) 之評比結果，
此為本研究限制之一。
Phase-III
本研究以批次沉降試驗評估污泥於 C-LGSC 之沉降性以及載體改善 成效，進行試驗時，本研究需自 LGSC 的頂端倒入污泥，由於 C-LGSC 本身設計高達 1.6 m，倒入污泥時，可能破壞污泥膠羽結構，影響 污泥沉降性，因此產生試驗誤差，影響本研究沉降試驗的準確性，此為 本研究限制之二。