建構厭氧與兼氧微生物薄膜系統

先前文獻有關厭氧MBR 之研究（Imasaka et al., 1989; Choo and Lee, 1996a,b; Fuchs et al., 2003），不管採用沈浸式或外掛式厭 氧MBR，均無法避免薄膜表面結垢問題。另外從實用角度觀之，

將薄膜以浸沒或外掛方式與厭氧反應器結合，縱然厭氧MBR 可穩 定操作，但厭氧MBR 之透過液若無法達到回收再利用標準或達到 放流水法規要求，厭氧 MBR 之後必須再經後續處理單元處理，這 種厭氧MBR 設計方式在實用上，未必是經濟的選擇，因此沈浸式 或外掛式之厭氧MBR 從實務角度，不具備有實用性。Stahl et al.

（2004）曾探討厭氧處理槽（UASB）結合好氧 MBR 之處理程序，

該處理程序為厭氧出流水之後接好氧MBR，此系統之缺點為厭氧

處理槽與好氧處理槽為兩個獨立單元，因此厭氧處理槽必須設立 三相分離器，且無法擁有厭氧MBR 之優點具備良好之微生物截留 能力。

有鑑於此，本文開發之厭氧與兼氧微生物薄膜系統，必須揚 棄過去 30 年來厭氧 MBR 習用觀念，需另闢新的思考邏輯，在此 系統中，必須提供一個曝氣系統，達到氣提 CO2以形成碳酸金屬 結晶核，並需同時導入陽離子架橋與生物膠凝作用，達到防止薄 膜結垢之功能，為讓厭氧與兼氧微生物薄膜系統具備實用價值，

此系統僅能應用一組薄膜，同時兼具厭氧MBR 與好氧 MBR 之優 點 ， 因 此 在 厭 氧 與 兼 氧 微 生 物 薄 膜 系 統 ， 另 外 導 入 兼 氧 菌

（faculative）概念，以兼氧微生物取代習用之好氧微生物，使厭 氧與兼氧微生物薄膜系統功能更行完整，更具備經濟效益。

利用厭氧微生物與兼氧微生物為薄膜系統之主要功能性細 菌，來達到淨化污染物之功能，此系統稱為厭氧與兼氧微生物薄 膜 系 統 （ Membrane-Coupled Methanogenic and Facultative Biosystem, MCMFB），厭氧與兼氧微生物薄膜系統之流程概念如 圖 2-2所示，主要由三個單元構成，依序為厭氧槽、兼氧生物反應 槽（以下簡稱兼氧槽）與薄膜分離槽，最常用之厭氧生物反應槽 為上流式厭氧污泥床（upflow anaerobic sludge bed, UASB）處理

槽、厭氧流體化床處理槽與厭氧濾床處理槽，目前實廠應用最多 之技術為 UASB 處理槽，但此技術必須配備固氣液三相分離器，

當原廢水COD 濃度高時（如 COD 高於 2,000 mg/L），依據經驗 三相分離器佔 UASB 處理槽之 20～30％，但當原廢水 COD 濃度 低於2,000 mg/L 時，三相分離器佔 UASB 處理槽之 40～60％，使 得UASB 處理槽失去其經濟效益。

厭氧與兼氧微生物薄膜系統利用薄膜過濾之特性，因此厭氧 生物反應槽不配備三相分離器，主要為甲烷菌生化代謝場所；好 氧生物反應槽主要功能性微生物為兼氧菌，其功能在於去除厭氧 生物反應槽出流水中殘餘之有機物，並提供作為氣提 CO2、進行 陽離子架橋作用與生物膠凝作用之場所；薄膜分離槽之功能僅為 裝置薄膜之場所，不提供生化功能，好氧生物反應槽與薄膜分離 槽分開設置之主要目的，在於避免陽離子架橋作用與生物膠凝作 用為完全完成前，陽離子、碳酸金屬結晶核與薄膜表面發生有效 碰撞之機會。

Anaerobic reactor Aeration reactor

Membrane separation reactor

Air Raw wastewater

Waste sludge

Air

Effluent Biogas

厭氧槽 兼氧槽 薄膜槽

圖 2-2 厭氧與兼氧微生物薄膜系統之流程概念