本研究目的為利用球形固定式濾料處理廢水並探討污泥生成量，經由改變不 同操作條件如顆粒大小(1 cm 和 2.5 cm 之粒徑)、水力停留時間(6 小時及 12 小時)、
曝氣模式(連續曝氣、1 小時曝氣/1 小時不曝氣、1 小時曝氣/2 小時不曝氣)，以觀 察生物反應器去除COD 效率及污泥產生量。
3-1 實驗內容與項目
利用固定式生物濾料反應程序處理廢水，比較不同顆粒大小的影響及不同的 水力停留時間及曝氣方式之結果，以探究不同操作條件下所產生的 COD 去除率 及污泥產生量，圖3-1 為實驗流程圖。
第一階段：
此階段以合成廢水進行實驗，pH 值控制在約 6.2~7.3 之間，以空氣壓縮機供 給空氣並以浮子流量計控制曝氣量。由於人工合成廢水為溶解性COD (SCOD)，
可以得知過濾出流水後增加之污泥量，為反應槽內生長之菌體及顆粒外微生物之 增長量。
1、分為兩個不同粒徑之球形顆粒濾料來進行實驗。
2、以不同水力停留時間（HRT）和改變曝氣量為操作條件進行實驗。
3、在此不同操作條件下，測得 COD、氨氮處理效率及產生之污泥量。
4、每 7 天清洗反應槽，反覆進行直到實驗結束。
5、以第一階段之最佳反應參數進行第二階段實驗。
第二階段：
進行高濃度COD 之合成廢水實驗，觀測處理效率及產生之污泥量。
第三階段
以實際食品廢水進行實驗及模廠試驗。
Biological process
Real wastewater Synthetic wastewater
Low COD High COD
Carrier size 1 cm 2.5 cm
HRT 6 hr, 12 hr
Aeration (aeration/non
aeration)：
Biomass yield
COD NH3-N NO3-N
Performance
圖3-1 實驗流程圖
3-2 實驗設備
本生物處理實驗設備包括反應槽主體、曝氣設備、進流水設備和入流與出流 水桶如圖3-2。
1、反應槽主體
本研究使用之生物反應器寬150 mm 高 700 mm，將固定式濾料分兩層填入反 應器中，固定式濾料以填充物質填充並以隔網區隔，而此固定式濾料之填充率為 30%，利用蠕動幫浦控制營養液流入生物反應槽之流速，並且利用空氣壓縮機供 應空氣。管柱中間有三個採樣孔，以觀察反應槽不同階段的微生物處理污染物效 率及其變化，而反應槽上方圓蓋提供pH 量測儀和其他量測水質設備之量測空間。
2、曝氣設備
空氣壓縮機 VA-51 供應反應槽空氣，空氣儲存量為 60 L，排氣量為 106 L/min，最大壓力 10 kg/cm2使用壓力為7 kg/cm2。
3、進出流裝置
進入生物反應槽的合成廢水以蠕動幫浦控制流量，由下方入流口進入生物反 應槽，廢水經由水流及空氣帶動而進行固定式濾料兩段式處理，再經由上方出流 口流出。
圖3-2 實驗裝置
蠕動幫浦
出流水槽
空氣壓縮機
浮子流量計 廢水槽
3-3 實驗方法
3-3-1 固定化微生物製作
固定化微生物濾料係微生物包埋於固定膠體之固定化技術（Yang, 1993），將 固定式濾料置於生物反應器內，固定化微生物製做之方法如圖3.3 之流程：
脫水污泥
塑型成為球狀
浸入甲苯
清水沖洗 三醋酸纖維及
二氯甲烷
均勻攪拌至乳膠狀 並完全混合
圖3-3 固定化濾料製作流程
本研究係將由食品廢水廠取得之污泥脫水後，利用上述流程固定濾料，將固 定化濾料顆粒製程大小為直徑1 cm 球體與直徑 2.5 cm 之球體，並於固定化濾料 顆粒乾燥完後以水沖洗，再於置入反應槽後經適當馴養使顆粒之微生物適應環境 即可開始進行實驗。
3-4 分析方法
利用固定式濾料進行廢水處理實驗，量測每日入流水與出流水質之 pH 值、
溶氧量、COD 量、氨氮、總懸浮固體量。
一、pH 和溶氧
利用pH controller pH-101 和 dissolved oxygen controller DC-5100 測得水中溶 氧和pH 值。
二、SCOD
1、原理：將水樣過濾後，將其與 COD 試劑混合均勻後，置於 150℃反應器內加 熱兩小時，即可由比色計讀取水樣之化學需氧量值。
2、設備：COD 試劑、試管、COD 反應器(HACH COD reactor)、COD 比色計(HACH DR/2800 spectrophotometer)、精密微量滴管、蒸餾水、量筒。
3、COD 試劑藥品：硫酸汞、濃硫酸、重鉻酸鉀
4、方法：將水樣稀釋 3~5 倍，再加入 2 mL 水樣至 COD 試劑中，放入事先預熱 之COD 加熱器加熱兩小時。加熱兩小時後等溫度降至 120℃以下後，取出冷 卻至室溫，開啟比色計並設定好分析方法參數，再放入空白樣品做零點校正，
最後放入待測樣品即可測得COD 值，再將測得數據乘上稀釋倍數即可得到正 確值。
三、氨氮及硝酸鹽氮
NH3–N (Nitrogen, Ammonia)分析方法：
1、原理：將水樣過濾後將藥劑依序滴入水樣中，再由 HACH DR/2800 spectrophotometer 讀取水樣之 NH3-N 值。
2、設備： HACH DR/2000 spectrophotometer、精密微量滴管、蒸餾水、量筒。
3、試劑藥品： mineral stabilizer、polyvinyl alcohol 及 nessler reagant，可測得範圍 為0.02–2.50 mg/L NH3–N
4、方法：將水樣稀釋 3~5 倍，再照順序將藥劑 mineral stabilizer、polyvinyl alcohol 及nessler reagant 依序滴入三滴於水樣中並且均勻混合，開啟比色計並設定好 分析方法參數，放入空白樣品做零點校正，再放入待測樣品即可測得NH3–N，
最後將測得數據乘上稀釋倍數即可得到正確值。
NO3--N (Nitrogen, Nitrate)分析方法：
1、原理：將水樣過濾後，將其藥劑 Cadmium Reduction 混合均勻後，由 HACH DR/2000 spectrophotometer 讀取水樣之 NH3- N 值。
2、設備： HACH DR/2000 spectrophotometer、精密微量滴管、蒸餾水、量筒。
3、試劑藥品：Cadmium Reduction，可測得範圍為 0.3–30.0 mg/L NO3--N
4、方法：將水樣稀釋 3~10 倍，將藥劑 Cadmium Reduction 藥粉置於水樣中，將 瓶蓋蓋上並搖1 分鐘後靜置 5 分鐘，開啟比色劑並設定好分析方法參數，再放 入空白樣品做零點校正，最後放入待測樣品即可測得 NH3–N，再將測得數據 乘上稀釋倍數即可得到正確值。
四、總懸浮固體
1、原理：混合均勻的水樣經玻璃纖維濾紙過濾後，將濾紙置於鋁盤上，在 103~105℃的烤箱內乾燥至恆重，濾紙所增加的重量為即總懸浮固體重(TSS)。
2、設備：濾紙、鋁盤、低溫烘箱 Prema RUO-452 (溫度設於 103~105℃)，、乾燥 箱、電子分析天平、量筒、去離子水、過濾裝置(濾膜過濾器)、抽氣裝置(幫浦、
抽氣瓶)
3、方法：將未使用過之濾紙置於 103~105℃的烤箱內 24 小時後，放入乾燥箱中 乾燥至恆重，量測重量後取適量水樣及濾紙置於薄膜過濾器，並且連接抽氣幫 浦，至水份均抽乾後，將濾紙取出，裝入鋁盤中後放於烘箱以103~105℃烘乾 24 小時後取出量測，濾紙所增加重量即為總懸浮固體重。
3-5 污泥產率計算
探討固定化生物反應系統所產生之污泥產率，計算公式為：
s Y x
Δ
= Δ (3-1)
Y：污泥產率，單位為 kg SS/kg COD
△x：細胞利用基質所增加之質量，單位為 kg SS
△s：細胞所利用之基質，單位為kg COD
Yield 之種類分為 Yobs 和 Y，其中 Yobs反應槽中由總值量(△x)，包括細胞利 用基質增加之質量及細胞衰退減少之質量(細胞進行內呼吸反應)，為直接觀察之 產率；而Y 污泥產率計算僅由細胞增殖而得，不考慮細胞衰退之生物質量。
由於此實驗之系統動力反應非常複雜，且固定化濾料內之真正質量不易估 算，無法套用傳統活性污泥法之設計參數或動力模式計算，因此實驗之污泥產率 由觀察而得(Yobs)，即包含細胞利用基質所增殖部分和細胞衰退所減少部分之總 和。