3-1 薄膜生物反應槽之設置
本研究採用實驗室小規模之薄膜生物反應系統，如圖 3-1 所示，利用 本實驗室在園區設立之 MBR 模廠污泥作為植種源，以經預處理系統 (攔 污、沉砂) 之出流水做為進流，其進流水質如表 3-1 所示。
進 流 槽
好氧薄膜槽
出流槽 進流
出流/反洗
圖 3-1 MBR 反應槽
表 3-1 進流水質範圍
項目 範圍值 (mg/L)
SS 24.5 - 133
BOD5 25 - 69
COD 30 - 100
pH 6.82 - 7.42
NH4+
30 - 70 PO43--P 3 - 25
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3-1-1 薄膜通量
將實驗所使用之薄膜依據膜片供應商之使用說明，先行浸泡後，始進 行臨界通量及清水通量之測詴。然因受限於反應槽設備及機械操作，無法 做 臨 界 通 量之 測 詴 ， 故 參 考 膜片 供 應 商 所 提 供 之最 佳 操 作 出 水 量 ，選 擇 10-15 LMH 為操作通量。
3-1-2 薄膜單元操作與維護
本研究使用新加坡美能材料科技有限公司 (Memstar Technology Ltd.) 所提供之疏水性 PVDF 中空纖維膜，其相關特性如表 3-2 所列。
表 3-2 薄膜材質與特性
材質 PVDF
有效面積 (m2) 1 建議通量 (LMH) 15 - 20
孔徑 (m) < 0.1 膜絲內/外徑 (mm) 0.6/1.2 建議操作壓力 (kPa) 10 - 50 建議操作 pH 1 - 10
薄膜單元於操作時為負壓抽水，故膜面常為微生物或污泥所覆，造成 透膜壓力 (TMP) 之上升及出水通量 (Flux) 之下降，故頇定期清洗，以 維持出流水質，並延長薄膜之使用壽命。
本研究所使用之清洗方式分為三 種：
(1) 利用曝氣之氣泡經薄膜表面時所產生之剪力去除膜面之附著物；
(2) 以自來水做逆向之反洗，去除薄膜孔洞內累積之物質；
(3) 利用次氯酸鈉做化學浸泡；
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(1)、(2) 皆為物理之清洗作用，前項為利用曝氣管所釋出之氣泡，提供反 應槽內微生物代謝所需，並提升反應槽中之紊流程度，間接提高膜面之剪 力，達去除膜面積垢物質之目的；(2) 則利用 PLC 做自動控制，薄膜單元 每出水 10 分鐘，即靜置反洗 1 分鐘。以上清洗方式皆利用自動控制系統 每日定時間歇操作。
本研究依據膜片供應商所提供之建議操作壓力值，選擇 30 kPa 為薄膜 藥洗之時機，將薄膜取出以次氯酸鈉浸泡 30 分鐘，以去除物理清洗無法 去除之積垢物質；此外，於每階段改變操作條件時，皆進行藥洗，並記錄 薄膜阻力之變化，避免因操作時間增加而造成結果之誤判。
3-1-3 污泥馴養
本實驗以經 MBR pilot 馴養過之污泥為植種源，並以與後續實驗相同 之污泥停留時間及水力停留時間 馴養，每階段皆操作三倍之 SRT，確保反 應槽中污泥達穩定後，方以達穩定時之檢測結果做後續討論，避免馴養階 段之不穩定影響統計結果。
因薄膜單元可有效截留反應槽中 之污泥，故 SRT 僅需由不同之排泥量 (反應槽體積/SRT) 控制；又 由於 植種污泥 中 含硝化菌，且 科技業 廢 水 中 所含氮量較高，故於馴養及實驗進行時，反應槽中 pH 常因硝化作用而下 降，故利用自動監控系統，不定時添加碳酸氫鈉以調整其酸鹼值，以利污 泥之生長。
3-1-4 實驗操作參數
本研究僅使用單一之好氧薄膜反應槽進行 ，其體積約 145 L，實驗進 行時水力停留時間 (HRT) 控制在 3-5 小時，曝氣量約 210 L/h，以維持反 應槽中微生物所需之溶氧 (>2 mg/L)，通量則控制低於建議值，並以不同 之排泥量 (反應槽體積/SRT) 控制三種不同之 SRT (12、20 及 30 天)，研 究相關之操作參數如表 3-3 所示。
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表 3-3 實驗條件與參數 實驗條件與參數
反應槽體積 (L) 146.6
HRT (h) 3 - 5
SRT (d) 12 20 30
曝氣量 (L/h) 210
薄膜通量 (LMH) 10 - 15
3-2 採樣與分析
本研究除定期分析進出流水質，以了解生物反應槽之處理效果外，亦 分析 SMP 與 EPS 等所含之蛋白質與碳水化合物，以了解不同 污泥停留時 間對微生物之影響；此外，亦每日監測 TMP，以探討各因子間之相關性。
本研究水質分析所使用之方法皆為環檢所公告之標準方法，蛋白質與碳水 化合物分析方法則分別於後續詳述，詳細分析頻率如表 3-4 所示。
表 3-4 採樣分析項目與頻率
分 析 項 目 進 流 出 流 反 應 槽 中 分 析 項 目 進 流 出 流 反 應 槽 中
Turbidity - 3 - Alk 3 3 -
MLSS - - 3 NH
3-N 3 3 -
MLVSS - - 3 NO
3--N 3 3 -
BOD
53 3 - NO
2--N 3 3 -
COD 3 3 - PO
43--P 3 3 -
Protein - - 3 Carbohydrate - - 3
*採樣與分析頻率單位皆為： times/week
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3-2-1 EPS 之萃取
本 研 究 主 要 調 查 好 氧 槽 中 微 生 物 所 分 泌 之 EPS ( 包 含 Bound 及 Soluble)， 並分析其 蛋白質與碳 水化合 物之含量， 以瞭解 其與薄膜機 構間 之關係。
首先取適量污泥以 9,000 g 離心 20 分鐘，其上澄液經 0.22 m 濾紙過 濾去除微生物細胞後，即為 Soluble EPS；離心後之底部污泥則利用去離 子水淘洗數次後，以 9,000g 離心 20 分鐘，除卻上澄液、並加入 2% 之甲 醛 15 mL，並於 4oC 下靜置 1 h，再加入 1.2 M 之 NaOH 5 mL，再放置於 4oC 下靜置 3 h，最後再以 20,000g 離心 20 分鐘、0.22
m 濾紙過濾，所
得之濾液即為 Bound EPS，詳細之萃取方式如圖 3-2 所示 (Ji. and Zhou., 2006)。25 ml 污泥樣品
濾液為 Soluble EPS 污泥顆粒以 DI 水使之懸浮
上澄液以 0.22 m 濾紙過濾 9,000 g 離心 20 min
於 4 oC 下以 20,000 g 離心 20 min 加入 5 ml, 1.2 M NaOH
於 4 oC靜置3 hr 污泥顆粒 + 15 ml, 0.2% 甲醛
於 4 oC 靜置 1 hr 9,000 g 離心 20 min
上澄液以 0.22 m 濾紙過濾
濾液為 bound EPS 淘
洗 數 次
圖 3-2 EPS 萃取步驟
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3-2-2 蛋白質分析方法
本研究以 Lowry’s Method 分析 EPS 中所含之蛋白質含量，此方法於 檢測時易受硫酸銨、鉀、鎂離子…等之干擾，然根據園區下水道納管標準，
園區污水中未含該檢測方法之干擾項目，故以該方法檢測之。
僅需取 0.2 mL 之樣品，加入分析詴劑後，依圖 3-3 之流程操作，最後 於 660 nm 測其相光值，帶入檢量線後即可得知樣品之濃度；然檢量線標 準品於配製時，頇注意最大濃度不可超過 1 mg/mL。
取 0.2 mL 標準品 or 樣品
加入 2 mL 分析詴劑
混合均勻 室溫靜置 10 min
加入 0.2 mL Folin-詴劑
混合均勻 室溫靜置 30 min
於 660 nm 測吸光值
圖 3-3 蛋白質定量流程
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3-2-3 碳水化合物分析方法
本 研 究 中 採 用 檢 測 碳 水 化 合 物 之 方 法 為 酚 - 硫 法 (Phenol-Sulfuric Method)，為利 用糖 類在高溫酸性環 境 下產生與苯酚形 成 橘黃色之醛類 ， 以檢測樣品中碳水化合物之含量。
樣品分析僅需 1 mL，加入 1 mL、5% 之酚溶液，於 5-20 秒間快速加 入 5 mL 之濃硫酸，靜置 10-20 分鐘，冷卻至室溫，於 488 nm 下測其吸光 度；此方法以葡萄糖為標準溶液，配置 0-0.2 g/L 濃度之溶液，以與樣品 相同之方法製作檢量線，以計算樣品之濃度。分析流程如圖 3-4 所示。
1 mL 標準品或 sample
1 mL, 5% 之酚
5 mL, 濃硫酸
混合後靜置 10 ~ 20 min
測定 488 nm 下之吸光值
結果帶入檢量線得濃度
圖 3-4 碳水化合物測定流程
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3-3 實驗設備
1. 分光光度計：HITACHI U-3010 。 2. COD 加熱器：DENG YNG。
3. 電子天平：Sartorius BP-221S。
4. 高溫烘箱：CHANNEL DV602、Nabertherm。
5. 冷凍離心機：Himac CR 22G。
6. 濁度計：LaMotte 2020e。
7. DO meter：InoLab Oxi730。
8. pH meter：SUNTEX SP-2200。