3-1 實場長期操作風險分析
針對中部某造紙廢水處理場自 2000 年 11 月至 2002 年 10 月期間，
共連續24 個月之操作數據，進行以下分析：(1) 24 個月之放流水 SS 與 COD 月平均值之線性迴歸分析 (2) 針對曝氣池有機負荷率(organic loading rate, OLR) 與終沉池溢流率 (overflow rate, OR)，分析穩態期的 月平均值與樣本變異係數 (coefficient of variation, CV) (3) 統計穩態操作 期間SS 與 COD 日之違反國家放流水標準之風險與變動性。
每隔 8 小時以抓樣方式 (grab sample) 採取實場放流水，每天採樣 3 次，星期天亦採樣。SS 之檢測採用 Standard Methods 2540 D 之 103 ~ 105℃乾燥法 (APHA et al., 1998)，將待測水樣以已知重量之玻璃纖維濾 片進行抽氣過濾，過濾後將濾片置入103 ~ 105 oC 烘箱中乾燥至少 1 小 時，再移入乾燥箱平衡至恆重，最後其所增加之重量即為SS 之重量，
再除以過濾體積得出SS 之濃度；懸浮固體殘重 (∆W) 應介於 2.5 mg ~ 200 mg，樣品結果經重複試驗其變異係數 (CV) 應小於 10 %。
COD 之檢測採用開放迴流法，並參考 Standard Methods 5220 B (APHA et al., 1998)，樣品體積為 20 mL，酸化之待測水樣加入過量之過 錳酸鉀 (K2Cr2O7) 溶液，迴流加熱至 150 ℃，剩餘之重鉻酸鉀以硫酸亞 鐵銨溶液滴定，由消耗之重鉻酸鉀量求得水樣中之COD 濃度；樣品結 果經重複測試CV 應小於 6.5 %。
該場放流水量的測量是以巴歇爾流量計，讀取每日早上 8 時之累計 流量，再扣除昨日早上8 時之累計流量，即為昨日處理水量，因此本研 究之每日放流水量為一累計水量。
3-2 連續式光柵沉降管柱之設計與開發
本研究進一步參考過去所開發之批次式沉降管柱，開發連續式光柵沉 降管柱 (continuous-light grid settling column, C-LGSC)，規格如 Table 3-1，
本研究根據實場終沉池OR 及堰負荷率 (weir loading rate, WLR) 設計管柱 與溢流堰內徑，C-LGSC 配備有進流幫浦，並計算平均進流量為 0.25 L/min，並設定水力停留時間 (hydraulic detention time, Td) 為 2 小時，為 模擬終沉池流量變異的情形，C-LGSC 可承受之水力負荷最高為平均流量 的2 倍，過去研究者使用之 Settlometer 與 Schlumosed，利用光學原理測 量污泥沉降性，與本研究採用光柵相似，但光柵可藉由軟體調整監測頻 率，較前二種工具以移動式或3 點固定式更具敏感度也較為準確，由於 C-LGSC 無排泥設計，污泥層隨污泥進流時間增加而上升，本研究根據光 柵高度與污泥進流量設計C-LGSC 之污泥沉澱區，以避免干擾光柵測量污 泥的沉降，C-LGSC 之設計如 Figure 3-1：
Table 3-1. 連續式光柵沉降管柱設計規格 連續式沉降管柱規格
管壁材質 壓克力
有效高度 146 cm
管柱內徑 20 cm
攪拌手轉速 1.2 cm/ min
進流幫浦 平均流量0.25 L/min
光柵規格
波長 690 nm
監測高度 45 cm
各光源點距離 1 cm
訊號轉換介面 ADAM-4520
Figure 3-1. 本研究開發之連續式光柵沉降管柱圖
3-3
連續進流點試驗
本研究於 C-LGSC 開發完成後，即進行污泥連續進流沉降試驗，結 果顯示，污泥無法順利沉降，為探討影響沉降的原因，以模擬處理場終 沉池之操作，本研究乃進一步測試：(1) 以污泥連續進流時，進流點深 度對污泥沉降的影響 (2) 以清水連續進流時，水力流況對污泥沉降的影 響。
為評估於不同進流點深度連續進流，對污泥沉降之影響，首先進行 活性污泥批次沉降 2 小時，待沉降完成、界面穩定後，進行 1 小時之連
Inlet point Stirring motor
Stirring controller
Modular light grid
Stirring rod
Inflow pump Overflow weir (Outlet point)
Inflow tube
續進流操作，藉由觀察污泥沉降與污泥層變化情形，評估不同進流點深 度所造成的影響；三種進流位置分別為液面下 15 cm (1/10 有效水深)、
液面下 50 cm (1/3 有效水深) 及液面下 110 cm (3/4 有效水深)，液面下 15 cm 進流點試驗分成二部份，除連續進流污泥外，也連續進流清水，
以判斷水力流況對沉降之影響。
3-4 污泥沉降性評估試驗
為評比 1-L 量筒、B-LGSC 與 C-LGSC 三種工具，本研究採用與前 期研究相同來源之活性污泥進行批次沉降試驗。
為能快速檢測得出污泥 MLSS 濃度，本研究乃建立污泥離心讀值與 MLSS 濃度之檢量線，設計與建立流程如附錄 A，檢量線公式如下：
y = 2.19x...(3-1) 本研究首先以離心機獲得離心讀值，依式 3-1 推算污泥濃度，本試 驗使用之污泥以濃縮與稀釋的方式將污泥分為5 種濃度，依照濃度由高 至低分別為5.48 g/L、3.45 g/L、2.35 g/L、1.51 /L 及 1.15 g/L。
首先以原濃度污泥進行批次沉降試驗，並於試驗完成後進行稀釋，
再以稀釋過後之活性污泥繼續進行批次沉降試驗，持續上述步驟直到5 種濃度試驗完畢，每批次沉降時間為30 分鐘，沉降期間使用光柵以 4 秒一次的頻率，量測污泥層沉降界面高度，光柵接收訊號後，並經由介 面軟體將訊號轉換成沉降代碼，沉降代碼共12 位數，代碼種類分為 5 種，分別為F、E、C、8、0，比對解碼表，再利用 Excel 軟體，將代碼 轉為沉降界面數據，即能繪得沉降界面高度對沉降時間的沉降曲線。
Table 3-2. 光柵代碼解碼表
光柵沉降代碼 界面高度 (cm) 光柵沉降代碼 界面高度 (cm)
FFFFFFFFFFF8 45 FFFFFC000000 22
FFFFFFFFFFF0 44 FFFFF8000000 21
FFFFFFFFFFE0 43 FFFFF0000000 20
FFFFFFFFFFC0 42 FFFFE0000000 19
FFFFFFFFFF80 41 FFFFC0000000 18
FFFFFFFFFF00 40 FFFF80000000 17
FFFFFFFFFE00 39 FFFF00000000 16
FFFFFFFFFC00 38 FFFE00000000 15
FFFFFFFFF800 37 FFFC00000000 14
FFFFFFFFF000 36 FFF800000000 13
FFFFFFFFE000 35 FFF000000000 12
FFFFFFFFC000 34 FFE000000000 11
FFFFFFFF8000 33 FFC000000000 10
FFFFFFFF0000 32 FF8000000000 9
FFFFFFFE0000 31 FF0000000000 8
FFFFFFFC0000 30 FE0000000000 7
FFFFFFF80000 29 FC0000000000 6
FFFFFFF00000 28 F80000000000 5
FFFFFFE00000 27 F00000000000 4
FFFFFFC00000 26 E00000000000 3
FFFFFF800000 25 C00000000000 2
FFFFFF000000 24 800000000000 1
FFFFFE000000 23 000000000000 0
3-5 載體嵌合成效試驗
估之準確性，本研究嘗試將載體溶液乾燥化，首先以50 mL 離心管盛裝 載體溶液，置入離心機內 (型號 CN-5100)，以平均轉速 5,000 rpm 進行 離心約5 分鐘，完成後小心倒出上澄液後，再倒入載體溶夜進行離心，
持續上述步驟直到固態載體存積至一定體積後 (Figure 3-4)，再取出載體 置入烘箱以103 ~ 105 oC 進行乾燥至恆重，乾燥完成之載體 (Figure 3-5) 於秤重後置入防潮箱中，予以保存供後續進行載體嵌合試驗所用。
Figure 3-3. 載體與計數玻片顯微照片
進行載體嵌合試驗前，以快速離心測定方法檢測污泥 MLSS 濃度 (g/L)，乘以污泥體積 (L) 計算污泥總重量 (g)。為便於和前期研究成果 比較，本試驗採用與前期研究相同劑量比，劑量比為載體重對活性污泥 重之百分比，劑量比由低到高分別為0、8、16、25、33 及 42 %，依照 各載體添加劑量比推算所需載體重量 (g)，再以電子天平秤取所需之載 體重，為使固狀載體均勻分布於污泥中，須先以少量污泥與載體混合使 載體充分溶解後，再倒入活性污泥中並充份攪拌，讓載體與污泥膠羽充 分嵌合，再倒入沉降管柱後，以批次沉降方式進行沉降試驗，每批不同 添加劑量之污泥皆進行三重複試驗，每批次沉降時間為30 分鐘，沉降 期間使用光柵以4 秒一次之頻率量測沉降界面高度。
本研究載體嵌合技術成效之評估指標有二種，一為污泥沉降評估指 標，另一為放流水質評估指標，SVI 雖為評估污泥沉降性之標準指標 (APHA et al., 1998)，試驗設備需求亦較為簡單，但易受管壁效應或污泥 濃度等因素而影響評估之準確性，雖為多數研究者採用，但不宜作為評 估沉降性的指標。污泥沉降評估指標亦分兩部份，先以光柵測量得出沉 降界面高度，繪出沉降高度對沉降時間曲線圖，並推算污泥初始沉降速 度 (cm/min)，與 Vanrolleghem (1996) 及 Vanderhasselt (1999) 相同；另 以固體通量理論，建立固體通量演算法，再以該演算法分析載體嵌合試 驗之沉降數據，推算出廢水處理場終沉池之理論設計及操作參數，作為 第二項污泥沉降性評估指標，至於放流水質評估指標，Vanderhasselt (1999) 量測上澄液之透明度評估放流水質，本研究雖無類似評估方法，
但本研究參照我國放流水標準，檢測上澄液SS 與 COD 之濃度，作為放 流水質評估指標，是適當且合理的。完成載體嵌合試驗後，取污泥層上 方之上澄液，檢測SS 及 COD 作為成效評估指標，SS 與 COD 之檢測參 考3-1 節。
第四章造紙廢水活性污泥程序實場長期操作參數與風險分析
實場造紙廢水活性污泥程序長期操作參數與風險分析研究成果已於 2006 年 11 月 17 日發表於中華民國環境工程學會，第三十一屆廢水處理 技術研討會 (江等，2006)，本研究將研討會論文修訂後，作為本章研究 結果，修訂重點如下：
z 增修統計方法內容 z 增修實場處理流程
z 修訂放流水 SS 與 COD 關聯分析結果 z 修訂長期穩態操作參數分析結果
z 修訂放流水質與操作參數關聯分析結果
4-1 摘要
本研究針對台灣中部某造紙廢水處理場之活性污泥程序 (activated sludge process, ASP) 於 2000 至 2002 年間，進行連續 24 個月長期操作數 據分析，該廠生產再生漿且百分之百以回收廢紙為原料，研究期間ASP 曾失敗，導致放流水質不穩定，本研究主要目的為：分析ASP 長期穩態 期間的系統功能操作參數，及放流水超過國家標準之風險，作為其他處 理場設計或操作上的參考，並分析操作參數與放流水質異常的關連性。
根據放流水懸浮固體 (suspended solid, SS) 及化學需氧量 (chemical oxygen demand, COD) 兩者月平均值之線性迴歸曲線顯示，每單位 SS 貢 獻2.6 單位 COD，曝氣池溶解性 COD (soluble COD, SCOD) 之處理極限 為52.1 mg/L，SS 與 COD 之間具良好關聯性 (R2 = 0.8338)，顯示改善 SS 之沉降性為提升 ASP 系統效能之關鍵；分析該場穩態操作參數，顯
aeration) ASP 處理其製程廢水，ASP 系統於長期穩態期間，合理操作參 數之平均值與標準差如下：曝氣池有機負荷率 (organic loading rate, OLR)：2.1 ± 0.4 kg COD/m3-day、食微比 (food-to microorganism ratio, F/M)：0.7 ± 0.2、終沉池平均溢流率 OR avg：15.3 ± 1.9 (m3/m2-day)、尖 峰溢流率OR peak：17.7 ± 1.6 m3/m2-day、平均固體負荷率 (average solid loading rate, SLR avg)：101.5 ± 42.8 kg / m2-day、尖峰固體負荷率 (peak solid loading rate, SLR peak)：160.7 ± 55.6 kg / m2-day。
進一步分析穩態操作期間共 14 個月的 SS 及 COD 日平均值，顯示 SS 違反該行業國家放流水標準的風險介於 0 ~ 50 %，全期平均為 9.2 % (n = 14)，COD 風險介於 0 ~ 23.3 %，全期平均為 3.1 % (n =14)，說明於 穩態期間，終沉池的操作風險約為曝氣池的3 倍，SS 及 COD 之變異係 數 (coefficient of variation, CV) 分別為 35.5 %及 23.3 %，顯示終沉池的 操作較曝氣池不穩定，改善終沉池的操作之穩定性為提昇整體處理成效 的關鍵，經比對曝氣池OLR 與放流水 COD 兩者月平均值之變動趨勢，
以及終沉池OR 月平均值與放流水 SS 月平均值之變動趨勢，顯示 OLR 及OR 於短期內劇烈變動為導致放流水異常的主因，而處理流量的變異 則是OLR 與 OR 變動的要素，建議後續研究以載體嵌合技術改善活性污 泥之沉降性，提升終沉池操作效能與穩定性，以克服短期流量大幅變異
以及終沉池OR 月平均值與放流水 SS 月平均值之變動趨勢，顯示 OLR 及OR 於短期內劇烈變動為導致放流水異常的主因，而處理流量的變異 則是OLR 與 OR 變動的要素，建議後續研究以載體嵌合技術改善活性污 泥之沉降性，提升終沉池操作效能與穩定性，以克服短期流量大幅變異