行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告
高濃度廢水自發性高溫好氧處理程序(ATAT)最佳化研究
計畫類別： 個別型計畫 計畫編號： NSC92-2211-E-039-002- 執行期間： 92 年 08 月 01 日至 93 年 07 月 31 日 執行單位： 中國醫藥大學環境醫學研究所 計畫主持人： 江舟峰 計畫參與人員： 吳勇興,張芳華 報告類型： 精簡報告 處理方式： 本計畫可公開查詢中 華 民 國 93 年 8 月 13 日
行政院國家科學委員會補助專題研究計畫
■ 成 果 報 告
□期中進度報告
高濃度廢水自發性高溫好氧處理程序(ATAT)最佳化處理
計畫類別：■ 個別型計畫 □ 整合型計畫
計畫編號：NSC 92－ 2211 － E － 039 － 002 －
執行期間： 92 年 08 月 01 日至 93 年 07 月 31 日
計畫主持人：江舟峰
共同主持人：
計畫參與人員：吳勇興、張芳華
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執行單位：中國醫藥大學環境醫學研究所
中 華 民 國 九十三 年 八 月 十三 日
1
自發性高溫好氧處理程序（ATAT）
之熱平衡模式敏感度分析
江舟峰
1吳勇興
2張芳華
3NSC：92-2211-E-039-002
1中國醫藥大學環境醫學研究所 副教授 2財團法人中興工程顧問社 研究員 3 中國醫藥大學環境醫學研究所 碩士班研究生摘要
自 發 性 高 溫 好 氧 處 理 程 序 （ autothermal thermophilic aerobic wastewater t reatment , ATAT）設 計 上 之 重 點 在 於 ： 系 統 中 好 氧 分 解 產 生 的 熱 量 是 否 足 以 讓 曝 氣 槽 自 發 性 地 維 持 高 溫 操 作；因 此，考 量 曝 氣 槽 之 熱 平 衡 分 析（ heat bal an ce an al ysi s ）對 ATAT 系 統 之 設 計 而 言 是 必 要 的。本 研 究 就 國 內 某 ATAT 食 品 油 脂 廢 水 實 廠 進 行 熱 平 衡 分 析 ， 開 發 可 利 用 實 廠 每 日 監 測 數 據 （ 操 作 溫 度 （ Tt）、進 流 水 與 出 流 水 COD 濃 度（ Si , C O D, Se , C O D）、曝 氣 槽 與 放 流 水 污 泥 濃 度（ Xt , S S, Xe , S S）） 估 測 實 廠 操 作 比 生 物 潛 熱（ specific biological heat potential, hb）
之 演 算 法 ， 並 以 該 實 廠 六 個 月 之 監 測 數 據 進 行 個 案 探 討 ， 利 用 敏 感 度 分 析 研 判 影 響 ATAT 高 溫 自 發 可 行 性 之 主 要 操 作 因 子 。 經 本 研 究 熱 平 衡 分 析 研 究 發 現 該 廠 主 要 熱 源 為 生 物 反 應 熱 （ 佔 總 熱 貢 獻 率 之 87.1%）， 證 實 該 廠 為 ATAT 操 作 ， 能 產 生 自 發 性 高 溫 達 平 均 溫 度 48o C。 而 敏 感 度 分 析 結 果 顯 示 ： 增 加 廢 水 進 流 溫 度 （ Tw） 與 廢 水 進 流 濃 度 （ Si , C O D） 較 能 有 效 提 升 高 溫 自 發 之 可 行 性 ， 增 加 此 二 操 作 條 件（ Si , C O D, Tw）10%，可 增 加 反 應 溫 度（ Tt）約 3-4%。若 降 低 操 作 條 件 10%， 則 效 應 程 度 不 變 ， 正 負 號 相 反 。 本 研 究 建 議 ： 若 廠 區 無 廢 熱 可 用 ， 則 以 提 高 進 流 廢 水 濃 度 來 增 加 高 溫 自 發 性 較 為 可 行 。 關鍵詞：熱平衡模式、自發性高溫好氧處理、 敏感度分析、比生物潛熱 ABSTRACT
The design of autothermal thermophilic aerobic wastewater treatment (ATAT) must consider a key issue regarding whether sufficient heat can be produced from biological degradation to maintain spontaneous reaction at thermophilic temperatures. It is therefore important to analyze heat balance for system performance. This study develops a mathematical heat balance model, requiring daily average input data under steady-state conditions, including aeration tank
temperature (Tt), influent and effluent COD
concentrations (Si,COD, Se,COD), suspended solid
concentrations for aeration tank and effluent (Xt,SS,
Xe,SS) for estimation of specific biological heat
potential (hb). The model was employed to
analyze a set of 6-month full-scale data. Sensitivity analysis was also performed on major
operating parameters affecting system performance.
Steady-state simulation demonstrates clear evidence of spontaneous reaction with a biological heat contribution as high as 87.1% at
48 oC. Sensitivity analysis indicates that the
operating temperature can be elevated by 3-4% with an increase of influent temperature and COD concentration by 10%. If no waste heat is available, it is suggested that increasing influent COD concentration is a more effective mean to achieve reaction spontaneity.
Keywords: heat balance model, autothermal thermophilic aerobic treatment (ATAT), sensitivity analysis, specific biological heat potential
ㄧ、前言
活 性 污 泥 程 序 （ activated sludge pro cess , ASP ）為 目 前 最 常 見 之 廢 水 生 物 處 理 程 序 ， 其 遭 遇 瓶 頸 在 於 高 污 泥 量 、 低 反 應 速 率 與 低 有 機 負 荷 ， 而 自 發 性 高 溫 好 氧 處 理 程 序 （ auto-thermal
thermophilic aerobic waste-water
treatment, ATAT） 適 足 以 解 決 上 述 問 題
（ Chiang, 1999; Lapara and Alleman, 1999）。通
常 ATAT 操 作 在 55-65o C 之 高 溫 好 氧 條 件 ， 根 據 vant Hoff-Arrhenius 定 律 ， 高 溫 能 提 高 基 質 降 解 速 率 ， 而 且 根 據 熱 力 學 與 生 物 能 量 學 （ bioenergetics） 觀 點 ， 高 溫 環 境 會 使 能 量 使 用 效 率 下 降 ， 在 生 物 反 應 過 程 中 ， 促 使 基 質 還 原 能 走 向 熱 能 （ energy pathway）損 失 比 例 增 加 ， 相 對 造 成 細 胞 生 長 可 用 能 量（ cell synthesis pathway） 比 例 變 小 。 因 此 ， ATAT 之 污 泥 量 可 望 減 少 ， 而 且 該 熱 能 損 失 恰 可 自 發 性 地 提 供 維 持 ATAT 反 應 高 溫 之 熱 能 需 求 （ Kamb-lum and Andrews, 1968； Rozich and Borgacs,2001； Chiang et al.,2001）。
ATAT 在 設 計 上 之 重 點 在 於 系 統 中 好 氧 分 解 產 生 的 熱 量 是 否 足 以 讓 曝 氣 槽 自 發 性 地 維 持 高 溫 操 作 ； 因 此 ， 考 量 曝 氣
槽 之 熱 平 衡 分 析 （ heat balance anal ysis） 對 自 發 性 高 溫 好 氧 系 統 的 設 計 是 必 要 的 。
二、研究方法
本 研 究 建 立 ATAT 熱平衡系統如 Figure 1 所示，其 ATAT 熱平衡模式分析如下： （累積項）=（廢水進出溫升損失項）＋（曝氣 進出溫降供熱項）－（曝氣蒸發熱損項）＋（生 物反應產熱項）－（槽體熱傳損失項） 或(Accumulation heat rate) = (Influent WW heat rate– Effluent WW heat rate) + (Inlet gas sensible heat rate– Exit gas heat rate) + (Inlet gas latent heat rate– exit gas latent heat rate) + (Reaction heat rate) – (Tank heat loss rate)
亦即 (Jacc) = (Jw – Jw1) + (Ja – Ja1) + (Jv – Jv1) + (Jb) – (Jt) 或 Vt Pw Cp , w dTt/ dt = Q Pw Cp , w (Tw – Tt) + (Ga Pa Cp , a Ta – Gt Pt Cp , t Tt) + (hv, a Ga Pa wa – hv, t Gt Pt wt) + (Q Si , C O D EC O D (1 – Yo)) hb – kt At / Wt (Tt – Ta m b) 其中 Tt, Tw, Ta與 Tamb分別為曝氣槽之反應溫 度，廢水進流溫度，進流曝氣溫度與大氣溫度， 單位o C；Pw, Pa與 Pt分別為廢水，進流曝氣與 出流曝氣之密度，單位 kg/m3；C p,w, Cp,a與 Cp,t 分別為廢水，進流曝氣與出流曝氣之比熱，單 位 kcal/kg-o C；Q, Ga與 Gt分別為進流廢水，進 流曝氣與出流曝氣之流量，單位 m3 /min；hv,a 與 hv,t分別為進流曝氣與出流曝氣之水蒸發潛 熱，單位 kcal/kg；wa與 wt分別為進流曝氣與 出流曝氣之水蒸氣含量，單位 kg water/kg wet
air；Si,COD與 ECOD分別為廢水進流 COD 濃度與
3 無因次；Yo 為視生長係數，單位 mg-COD of X/mg-COD of S；hb為比生物潛熱，單位 kcal/g-CODr；kt為曝氣槽熱傳導係數，單位 kcal/min-m-oC；Vt, At與 Wt分別為曝氣槽之容 積，表面積與槽壁厚度，單位分別為 m3 , m2與 m。 Ambient: z Tank conduction heat loss rate = Jt z Ambient Temp = Tamb z Tank wall thickness = Wt z Tank wall surface area = At
ATAT Aeration tank: z Bioreaction heat = Jb z Volume = V z WW conc = St z AS conc = Xt z Temp = Tt z SRT = SRT Effluent WW: z heat rate = Jw1 z Flowrate = Q z WW conc = St z AS conc = Xt z Temp = Tt z Sp. heat = Cpw z Sp. gravity = Pw Influent WW: z heat rate = Jw z Flowrte = Q z WW conc = So z AS conc = 0 z Temp = Tw z Sp. heat = Cpw z Sp. gravity = Pw
Aeration inlet air: z Sensible heat rate = Ja z Latent heat rate = Jv z Flowrte = Ga z Humidity = sa z Temp = Ta z sp. heat = Cpa z sp. gravity = Pa
Aeration exit air: z Sensible heat rate = Ja1 z Latent heat rate = Jv1 z Flowrte = Gt z Humidity = st z Temp = Tt z sp. heat = Cpt z sp. gravity = Pt Figure 1: 高濃度廢水自發性高溫好氧處理程 序（ATAT）熱平衡分析示意圖 當 Jacc = 0 時，代表 ATAT 系統可維持穩態 恆溫操作；當 Jacc < 0 時，代表 ATAT 系統須有 額外熱源方可維持穩態恆溫操作，否則無法達 到所需操作溫度；而當 Jacc >0 時，代表 ATAT 系統須有額外冷卻方法維持穩態恆溫操作，否 則操作溫度將上升。 利用 ATAT 熱平衡模式進行敏感度分析， 可知所需進流水濃度與溫度是否足以提供足夠 熱能，而使系統達自發性高溫操作。若廢水之 熱能不足時，則可考慮工廠內是否有足夠之廢 熱可供使用。
三、結果與討論
本 研 究 以 北 部 某 食 品 油 脂 廢 水 實 廠 （ 簡 稱 KK 廠 ），其 自 發 性 高 溫 好 氧 處 理 程 序 （ ATAT） 之 每 日 操 作 數 據 ， 配 合 本 研 究 ATAT 熱 平 衡 模 式 ， 進 行 熱 平 衡 分 析 。 假 設 該 系 統 處 於 恆 溫 穩 態 操 作 ， 則 ATAT 熱 平 衡 式 即 可 被 分 別 改 寫 成 ： 0 = (Jw – Jw 1) + (Ja – Ja 1) + (Jv – Jv 1) + (Jb) – (Jt) (eq.1) 與 0 = Q Pw Cp , w (Tw – Tt) + (Ga Pa Cp , a Ta –Gt Pt Cp , t Tt) + (hv a Ga Pa wa – hv t Gt Pt wt) + [Q Si , C O D EC O D (1 – Yo)] hb – kt At/ Wt (Tt – Ta m b) (eq.1a) 如 若 廢 水 進 流 與 出 流 熱 率（ Jw 與 Jw 1 ）、 曝 氣 顯 熱 （ sensible heat） 之 進 流 與 出 流 熱 率 （ Ja與 Ja 1）、 曝 氣 蒸 發 潛 熱 （lat ent heat ）之 進 流 與 出 流 熱 率（ Jv與 Jv 1
）與 槽 體 熱 損 率（ Jt）均 已 知 ， 利 用 eq.1 可 算 出 生 物 反 應 熱 率 （ Jb）。 KK 廠 每 日 操 作 數 據 如 Fi gures 2 a-c 所 示 。 該 廠 六 個 月 的 平 均 操 作 參 數 與 上 述 熱 平 衡 分 析 所 需 各 項 設 計 參 數 分 述 如 下 ： 1. Pw, Pa 與 Pt 分 別 為 廢 水 密 度 1,000 k g/m3， 進 流 曝 氣 密 度 0.899 kg/m3與 出 流 曝 氣 密 度 1.08 kg/m3； 2. Cp , w, Cp , a 與 Cp , t 分 別 為 廢 水 比 熱 1 kcal/k g-oC ， 進 流 曝 氣 比 熱 0. 251 kcal/k g-oC 與 出 流 曝 氣 比 熱 0. 278 kcal/kg-oC； 3. Q, Ga與 Gt分 別 為 進 流 廢 水 流 量 0.158 m3/min ， 進 流 曝 氣 流 量 31 .2 m3/min 與 出 流 曝 氣 流 量 25.5 m3 /min； 4. hv a 與 hv t 為 進 流 曝 氣 之 水 蒸 發 潛 熱 527 kcal/ k g 與 出 流 曝 氣 之 水 蒸 發 潛 熱 569 kcal/kg； 5. wa 與 wt 分 別 為 進 流 曝 氣 之 水 蒸 氣 含
量 0.020 kg water/kg wet air 與 出 流 曝 氣 之 水 蒸 氣 含 量 0.073 kg water/kg wet air； 6. kt 為 水 泥 曝 氣 槽 熱 傳 導 係 數 0.012 kcal/min-m-oC； 7. At 與 Wt 分 別 為 曝 氣 槽 之 表 面 積 293 m2與 槽 壁 厚 度 0.5 m。
100 1000 10000 100000 0 30 60 90 120 150 180 Time (day) Si (mg /L C O D ) 100 1000 10000 Se (mg /L C O D ) Si Se (a) 100 1000 10000 0 30 60 90 120 150 180 Time (day) Xt (mg/ L ML S S ) 10 100 1000 10000 Xe (mg/L ML S S ) Xt Xe (b) 0.1 1 10 100 1000 0 30 60 90 120 150 180 Time (day) SR T ( d ) 30 40 50 60 70 Tt ( oC) SRT Tt (c)
Fi gures 2 a-c: ATAT 實 廠 日 操 作 數 據 : (a)
進 流 廢 水 COD 濃 度 (Si)與 放 流 水 C OD 濃 度 (Se); (b ) 曝 氣 槽 M LSS 濃 度 (Xt)與 放 流 廢 水 MLSS 濃 度 (Xe); (c) SRT 估 算 值 與 曝 氣 槽 溫 度 (Tt) 將 上 述 參 數 值 代 入 eq.1 與 eq.1a，可 以 計 算 出 KK 廠 之 各 項 熱 率 值 如 Table 1 所 示 。 Tab le 1 顯 示 所 有 熱 貢 獻 項 中 ， 廢 水 進 流 熱 率 (Jw) 提 供 了 一 半 的 總 熱 貢 獻 來 源 (佔 49.8%)，為 系 統 中 最 重 要 的 熱 源 。 生 物 反 應 熱 率 (Jb)提 供 了 37 .8 %， 是 第 二 重 要 的 熱 源 。 曝 氣 進 流 溫 度 雖 然 高 達 120oC ， 其 熱 貢 獻 以 顯 熱 形 式 提 供 者 (Ja) 只 有 9.2%， 這 是 由 於 空 氣 的 比 熱 與 密 度 均 甚 低 於 廢 水 所 致 。 另 外 ， 蒸 發 潛 熱 進 流 熱 率 (Jv)則 僅 佔 總 熱 貢 獻 3.2%。 Table 1: ATAT 實 廠 熱 平 衡 單 項 分 析 結 果 H e a t c o n t r i b u t i o n t e r ms k c a l / mi n % Wa s t e wa t e r i n fl u e n t h e a t r a t e ( Jw) 4 , 5 7 2 4 9 . 8 % I n l e t a e r a t i o n s e n s i b l e h e a t r a t e ( Ja) 8 4 6 . 1 9 . 2 % I n l e t a e r a t i o n l a t e n t h e a t r a t e ( Jv) 2 9 0 . 3 3 . 2 % B i o l o g i c a l r e a c t i o n h e a t r a t e ( Jb) 3 , 4 6 5 3 7 . 8 % H e a t l o s s t e r ms k c a l / mi n % Wa s t e wa t e r e ffl u e n t h e a t r a t e ( Jw 1) 7 , 5 6 7 8 2 . 5 % O u t l e t a e r a t i o n s e n s i b l e h e a t r a t e ( Ja 1) 3 3 1 . 4 3 . 6 % O u t l e t a e r a t i o n l a t e n t h e a t r a t e ( Jv 1) 1 , 1 4 8 1 2 . 5 % Ta n k l o s s h e a t r a t e ( Jt) 1 2 6 . 5 1 . 4 % 將 上 述 所 有 的 熱 率 項 目 重 新 劃 分 為 廢 水 進 出 項 (Jw – Jw 1)、 曝 氣 顯 熱 進 出 項 (Ja – Ja 1)、 曝 氣 潛 熱 進 出 項 (Jv – Jv 1)、 生 物 反 應 項 (Jb) 與 槽 體 熱 損 率 (Jt) ， 計 算 結 果 如 Table 2 所 示 。 Tab le 2: ATAT 實 廠 熱 平 衡 分 類 項 分 析 結 果 H e a t r e q u i r e me n t k c a l / mi n % Wa s t e w a t e r s t r e a m ( Jw – Jw 1) - 2 , 9 9 5 7 5 . 3 % L a t e n t a e r a t i o n h e a t ( Jv – Jv 1) - 8 5 7 . 2 2 1 . 5 % Ta n k l o s s ( Jt) - 1 2 6 . 5 3 . 2 % H e a t g e n e r a t i o n k c a l / mi n % S e n s i b l e a e r a t i o n h e a t ( Ja– Ja 1) 5 1 4 . 7 1 2 . 9 % B i o l o g i c a l r e a c t i o n h e a t ( Jb) 3 , 4 6 5 8 7 . 1 % 由 Table 2 可 發 現 只 有 生 物 反 應 項 (Jb)與 曝 氣 顯 熱 進 出 項 (Ja – Ja 1)是 熱 貢 獻 來 源。Table 2 亦 同 時 顯 示 生 物 反 應 項 (Jb) 與 曝 氣 顯 熱 進 出 項 (Ja – Ja 1)分 別 貢 獻 87.1 %與 1 2.9 %之 總 熱 貢 獻 率。在 總 熱 貢 獻 率 中，有 75.3%是 屬 於 廢 水 進 出 項 (Jw – Jw 1)， 使 廢 水 由 進 流 溫 度 29oC， 自 發 性 地 提 升 至 反 應 溫 度 48o C； 另 有 21.5%是 用 於 曝 氣 潛 熱 進 出 項 (Jv – Jv 1)，顯 示 曝 氣
5 蒸 發 所 造 成 的 熱 損 失 不 可 輕 忽 ； 至 於 剩 下 的 3.2%則 用 於 槽 體 熱 損 率 (Jt)所 需，顯 示 50 cm 厚 的 水 泥 槽 絕 熱 效 果 不 錯 。 雖 然 KK 廠 之 反 應 操 作 溫 度 48o C， 並 非 一 般 生 物 學 上 所 認 定 的 典 型 高 溫 菌 （ thermophiles） 最 適 溫 度 範 圍 55-65o C （ Brock, 1986），但 確 實 屬 於 廢 水 高 溫 生 物 處 理 操 作 之 溫 度 範 圍 ： 45o C 以 上 (Lap ara an d All em an , 19 99)。此 現 象 亦 說 明 此 類 ATAT 實 廠 中 ， 可 能 仍 存 有 部 分 的 中 溫 菌 (mesophiles)。 本 研 究 利 用 KK 廠 之 各 項 設 計 參 數 與 六 個 月 的 平 均 操 作 參 數 ， 計 算 出 該 廠 之 生 物 反 應 熱 率 (Jb) 為 3, 465 k cal/min (Tabl e 2 )。 進 一 步 藉 由 生 物 反 應 熱 率 (Jb) ， 配 合 廢 水 進 流 濃 度 (Si , C O D) 與 處 理 效 率 (EC O D)， 亦 即 Jb = Q Si , C O D EC O D (1 – Yo) hb (eq.2) 根 據 日 平 均 廢 水 進 流 濃 度 (Si , C O D) 8,93 7 m g COD/ L ( 或 g/m3) 與 處 理 效 率 (EC O D) 95 .09% ， 配 合 曝 氣 槽 污 泥 濃 度 (Xt , S S) 日 平 均 值 5,5 36 m g/ L SS (6,9 18 mg/ L COD)， 水 力 停 留 時 間 (θ) 2.2 0 d ， 污 泥 停 留 時 間 (θc) 261 d， 採 用 Yo = Xt , C O D/(Si , C O D EC O D) ×θ/θc (eq.3) 算 出 平 均 視 生 長 係 數 (Yo) 為 6. 9×10- 5 (COD of X/ C OD of S)。 配 合 平 均 進 流 流 量 (Q) 0.158 m3 /min， 利 用 eq . 2 a 可 算 出 hb等 於 2.7 kcal/g-CODr。 若 改 以 每 日 監 測 數 據 為 計 算 基 準，可 算 得 hb之 每 日 變 化 如 Figure 3 所 示 ， 其 平 均 值 為 3.2 kcal/g-CODr （ Cv = 56%） ， 此 估 測 值 之 範 圍 涵 蓋 上 述 以 六 個 月 平 均 監 測 數 據 求 得 之 hb (2.7 k cal/ g-C ODr) ， 且 與 文 獻 值 (3.4-3.5 kcal/g-CODr) (Coo ne y et al ., 1 968 )相 當 接 近 。 Fi gure 3 所 示 每 日 穩 態 視 生 長 係 數 (Yo)之 Cv 值 高 達 88%。事 實 上，視 生 長 係 數 (Yo)之 計 算 與 系 統 是 否 處 於 穩 態 (steady state) 有 關 。 上 述 Yo 之 計 算 式 (eq.3)是 基 於 系 統 穩 態 假 設 下 ， 所 推 導 而 得 。 0 5 10 15 0 30 60 90 120 150 180 Time (day) hb (kc a l/g Ou ) 0.0001 0.001 0.01 0.1 Yo (C O D o f X / C O D of S ) hb Yo Fi gure 3: ATAT 實 廠 每 日 之 比 生 物 潛 熱 (hb)與 Yo估 測 數 據 根 據 Yo 之 定 義 式 ： Yo = –dX/dS = [(dX/dt)/X] / [–(dS/dt)/X] = (µg – kd) / (µg/Yg) (eq. 4) 與 該 系 統 之 質 量 平 衡 主 導 方 程 式 ( 假 設 曝 氣 槽 與 放 流 水 基 質 濃 度 相 同 ， St , C O D = Se , C O D)： dXt , C O D/dt = –Xt , C O D /θc + (µg – kd) Xt , C O D (eq. 5) dSe , C O D/dt = (Si , C O D–Se , C O D)/θ – µg Xt , C O D /Yg (eq. 6) 可 以 推 導 出 Yo之 計 算 通 式 ： Yo = (dXt , C O D/dt + Xt , C O D/ θc)/[(Si , C O D – Se , C O D)/θ – dSe , C O D/dt] (eq. 3a) 在 穩 態 條 件 下 ， 亦 即 dXt , C O D/dt = dSe , C O D/ dt = 0 ， 上 式 (eq.3a) 可 以 簡 化 為 eq. 3。由 上 述 推 導 可 以 瞭 解：在 穩 態 與 非 穩 態 條 件 下，淨 生 長 係 數 (Yo)之 計 算 式 有 所 差 異 。 因 此，上 述 以 KK 廠 六 個 月 平 均 監 測
數 據 所 求 得 之 Yo (6.9×10- 5 COD of X/ COD o f S )與 Fi gure 3 所 示 之 每 日 平 均 值 （ 9.3×10- 3 COD of X/ COD of S）， 其 差 異 可 能 是 由 於 系 統 處 於 非 穩 態 條 件 所 造 成 。 而 在 穩 態 假 設 條 件 下 ， 所 估 測 之 比 生 物 潛 熱 （ hb） 平 均 值 3.2 kcal/g-CODr (Cv = 56%)與 文 獻 值 (3.4-3.5
kcal/g-CODr) (Coo-ney et al., 1968)之 差 異 ， 可 能 也 是 由 於 系 統 處 於 非 穩 態 條 件 所 造 成 之 估 測 誤 差 。 本 研 究 進 一 步 以 上 述 KK 廠 之 操 作 條 件 與 熱 平 衡 模 式 (eq. 1a)為 基 礎 ， 進 行 ATAT 熱 平 衡 模 式 敏 感 度 分 析。經 由 變 異 各 操 作 條 件 （ Si , C O D, EC O D, Yo, Tw, Ga） ±10 %， 計 算 其 可 達 之 反 應 溫 度（ Tt）， 以 瞭 解 各 操 作 條 件 對 反 應 溫 度 （ Tt） 之 影 響 程 度 。 在 進 行 敏 感 度 分 析 時，所 採 用 之 比 生 物 潛 熱 值 （ hb） 與 視 生 長 係 數 （ Yo） 值 ， 分 別 為 3.5 kcal/kg-CODr 與 0.24 COD of X/C OD o f S ， 其 他 操 作 參 數 則 同 上 所 述， 其 敏 感 度 分 析 結 果 如 Tabl e 3 所 示 。 由 Table 3 可 知 ， 增 加 各 操 作 條 件 （ Si , C O D, EC O D, Yo, Tw, Ga） 10%， 對 反 應 溫 度 （ Tt） 之 影 響 程 度 依 序 為 ： 廢 水 進 流 溫 度 （ Tw） 之 效 應 可 增 加 Tt 約 4%； 廢 水 進 流 濃 度 （ Si , C O D）之 效 應 與 廢 水 處 理 效 率 （ EC O D） 皆 可 增 加 Tt 約 3%； 淨 生 長 係 數 (Yo)之 效 應 可 降 低 Tt 約 1%；曝 氣 流 量 (Ga)之 效 應 則 可 降 低 Tt 約 0.3%。 若 降 低 各 操 作 條 件 (Si , C O D, EC O D, Yo, Tw, Ga) 10%， 則 效 應 程 度 不 變 ， 正 負 號 相 反 。 如 Table 3 所 示 ， 廢 水 進 流 溫 度 （ Tw ） 對 反 應 溫 度 （ Tt） 之 影 響 程 度 最 大 ， 以 實 際 操 作 的 觀 點 ， 此 意 謂 對 廢 水 直 接 加 熱 ， 是 提 高 反 應 溫 度 （ Tt） 最 有 效 的 方 法 。 但 由 於 廢 水 流 量（ Q）大 、 比 熱（ Cp , w）高，此 舉 並 不 符 合 經 濟 效 益。因 此 若 廠 區 末 端 製 程 為 高 溫 操 作 ， 其 排 放 原 水 即 屬 高 溫，就 有 利 於 ATAT；或 若 廠 區 前 端 製 程 為 高 溫 操 作 ， 而 末 端 製 程 為 室 溫 或 低 溫 操 作 ， 雖 然 其 製 程 排 放 廢 水 屬 室 溫 或 低 溫 ， 但 是 由 於 前 端 高 溫 製 程 通 常 有 高 溫 廢 熱 ， 只 要 利 用 節 能 器 （ e-conomizer） 設 計 ， 可 將 這 些 高 溫 廢 熱 用 來 提 高 廢 水 進 流 溫 度 (Tw)，或 直 接 加 熱 曝 氣 槽 。 Tab le 3: 自 發 性 高 溫 好 氧 處 理 系 統 之 熱 平 衡 模 式 敏 感 度 分 析 結 果 Va r i a t i o n o n e ffe c t + 1 0 % – 1 0 % S e l e c t e d e ffe c t R e s u l t e d v a r i a t i o n o f Tt Si , C O D + 3 . 2 % – 3 . 3 % EC O D + 3 . 1 % – 3 . 1 % Yo – 0 . 9 8 % + 0 . 9 9 % Tw + 4 . 1 % – 4 . 1 % Ga – 0 . 2 9 % + 0 . 3 2 % 若 廠 區 無 廢 熱 可 用，則 以 提 高 進 流 廢 水 濃 度 來 增 加 高 溫 自 發 性 較 為 可 行 。 在 應 用 上 述 結 果 時，必 須 注 意 上 述 計 算 是 以 KK 廠 之 動 力 參 數 與 槽 體 設 計 參 數 為 基 礎 ， 並 未 考 量 其 固 液 分 離 設 備 是 否 能 配 合 處 理 其 曝 氣 槽 所 產 生 之 污 泥 量 （ Xt）， 而 達 到 所 設 定 之 污 泥 停 留 時 間 （ SRT）。
四、結論與建議
1. 本 研 究 根 據 某 食 品 油 脂 廢 水 自 發 性 高 溫 好 氧 處 理 （ ATAT） 實 廠 六 個 月 之 日 操 作 數 據 ， 進 行 熱 平 衡 分 析 ， 發 現 該 廠 之 主 要 熱 源 為 生 物 反 應 熱 （ 佔 總 熱 貢 獻 率 之 87.1%）， 因 此 證 實 該 廠 實 為 ATAT 操 作 ， 能 產 生 自 發 性 高 溫 （ 48o C）。 2. 本 研 究 求 得 該 食 品 油 脂 廢 水 之 比 生 物 潛 熱 （ hb）， 其 平 均 值 3.2 kcal/g-CODr (Cv = 56%)， 與 Coo-ney et al. (1968) 之 文 獻 值 範 圍 3.4-3.5 kcal/g-CODr 相 當 接 近 。 3. 本 研 究 對 該 ATAT 實 廠 進 行 熱 平 衡 敏 感 度 分 析 ， 結 果 顯 示 ： 增 加 廢 水 進 流 溫 度 （ Tw） 與 廢 水 進 流 濃 度 （ Si , C O D） 較 能 有 效 提 升 高 溫 自 發 之 可 行 性 ， 增7
加 此 二 操 作 條 件（ Si , C O D, Tw）10%， 可
增 加 反 應 溫 度 （ Tt） 約 3-4%。
參考文獻
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