第一組 生物單元操作報告
活性污泥法連續進流
組長：黃一峰 4960N061 組員：林廷信 4960N014 黃智勤 4960N017
劉宜倫 4960N018 李欣哲 4960N029 賴丙晏 4960N052 郭東發 4960N059 吳亞駿 4960N076
一、實驗目的：
本實驗擬探討進流機質濃度對活性污泥槽內機質分解速率、為生物增殖速 率，及如何能處理達放流水標準（BOD.COD.SS）。
二、實驗原理：
1.利用懸浮性好氧微生物吸附並分解廢水中有機物。
2.利用固液分離設備分離混合液之固體物，獲得澄清之處理水。
3.由固液分離設備迴流固體物，維持曝氣池之污泥濃度：
活性污泥為異營性之混和微生物群，由細菌、原生動物、輪蟲、與真菌所構 成。對於廢水中有機物的穩定作用主要來自細菌，而原生動物與輪蟲則有清除細 菌分之作用。活性污泥之基本原理惟在曝氣槽中，供給氧氣之曝氣設備將有機廢 水與微生物（主要為細菌）充分混和，已達微生物去除有機物之目的。活性污泥 混和液在送至最終沉澱池予以固液分離，其中固體物部分（即沉降下來之高濃度 活性污泥）大部分在回流置曝氣槽中，以控制槽中足夠之活性污泥濃度，使其能 繼續去除有機物，其餘則成為剩餘污泥排出，液體部分逕行放流或進入下一處理 單元繼續處理。
活性污泥法處理系統：
活性污泥處理系統主要由五個基本單元所構成，及最初沉澱池、曝氣池、最 終沉澱池、污泥迴流設施與排泥設施。其系統流程如圖(一)所示。
各單元的功能說明如下：
1.最初沉澱池：能先行去除可沉澱的固體物質，避免因惰性固體在曝氣槽的堆 積，使其有效容積降低。同時最初沉澱池也能有效的降低曝氣池的有機負荷。
2.曝氣池：是活性污泥處理系統中的主要單元，於曝氣槽中，好氧性微生物利用 水中的有機物質為食物而增殖。微生物代謝的過程能氧化分解有機物質而達到淨 化廢水的目的。
3.最終沉澱池：具有澄清及濃縮的雙重功用，於終沉池中可以將活性污泥沉澱以 產生清澈的放流水，同時可以將活性污泥濃縮，以增加迴流污泥濃度。
4.污泥迴流設施：於終沉池所沉澱下來的污泥迴流至曝氣槽中以保持曝氣槽中懸 浮固體物濃度的一致。於處理系統中可以藉由控制污泥迴流量以控制曝氣槽中的 食微比。
5.排泥設施：於終沉池所沉澱下來的污泥除一部份迴流至曝氣槽以維持一定的懸 浮固體物濃度，其餘的污泥則予以排出，排出的污泥因其含水率高、且含有大量 的微生物，因此必須加以處理後使得棄置。
圖(一).活性污泥處理程序圖
三、 實驗步驟：
(一)活性污泥法步驟：
1.溫度控制 20~30 度℃、pH=6.5~7.5 間、溶氧應在 2.0mg/l 以上。
BOD：N：P=100：5：1。
2.取適量活性污泥植種於完全混合流蓄留曝氣槽內，調整混合液懸浮固體物量 （MLSS）約 1000~3000mg/l 之範圍，再調整進流基質溶液之流量使水力停留時 間維持在 4~8 小時。
3.連續流操作 2~3 倍停留時間後，既行採樣分析。必須重複採取數各水樣，分析 進流基質濃度、出流基質濃度、pH 值及溶氧濃度（DO）。數次採樣結果如很一 致，才算生物系統達正常狀態。
4.直到活性污泥系統達到正常狀況，基質去除速率也達固定，此時必須採取混合 液式樣，分析總懸浮固體量（MLSS）及揮發性懸浮固體量（MLVSS）。
5.計算處理率。
(二)氨氮測定步驟：
1.取 10ml 的水樣。
2.水樣加水加到實驗試管的箭頭指示處。
3.在對機器按＂ZERO＂鍵。
4.拿起水樣試管加藥，並在試管內壓碎藥品。
5.輕微搖晃讓藥溶解。
6.再把水樣放入機器測定。
7.Test 自動測 10 分鐘。
四、實驗結果
第一次測量數據：(進、出流 COD & 去除率) 空白：2.4ml
進流：0.7ml(10 倍稀釋) 出流：0.2ml
(2.4-0.7) * 8000 * 0.0247 * 10
進流 COD：--- = 1344 mg/l 2.5
(2.4-0.2) * 8000 * 0.0247
出流 COD：--- = 174 mg/l 2.5
1344 - 174
COD 去除率：--- * 100% = 87%
1344
第二次測量數據：(進、出流 COD & 去除率) 空白：2.3ml
進流：0.6ml(10 倍稀釋) 出流：1.6ml
(2.3-0.6) * 8000 * 0.0249 * 10
進流 COD：--- = 1355 mg/l 2.5
(2.3-1.6) * 8000 * 0.0249
出流 COD：--- = 55 mg/l 2.5
1355 – 55
COD 去除率：--- * 100% = 96%
1355
第三次測量數據：(進、出流 COD & 去除率) 空白：2.4ml
進流：0.8ml(10 倍稀釋) 出流：1.8ml
(2.4-0.8) * 8000 * 0.0247 * 10
進流 COD：--- = 1265 mg/l 2.5
(2.4-1.8) * 8000 * 0.0247
出流 COD：--- = 47 mg/l 2.5
1265 - 47
COD 去除率：--- * 100% = 96%
1265 氨氮數據測定：
NH4 = 0.04 mg/l N * 1.29 = 0.052 mg/l NH4
NH3 = 0.04 mg/l N * 1.22 = 0.049 mg/l NH3
第四次測量數據：(進、出流 COD & 去除率) 空白：2.4ml
進流：0.8ml(10 倍稀釋) 出流：1.9ml
(2.4-0.8) * 8000 * 0.0247 * 10
進流 COD：--- = 1265 mg/l 2.5
(2.4-1.9) * 8000 * 0.0247
出流 COD：--- = 40 mg/l 2.5
1265 - 40
COD 去除率：--- * 100% = 96%
1265
顯微鏡所拍之微生物圖片：
五、結果與討論
從我們第一次測定 COD & 去除率數據來看，顯示出整個活性污泥系統處理 都還未達穩定。但經過 3 次的測量數據來看，去除率都高達 95%，可見活性污泥 法還是最適合用來處理污水。因自 1912 年開始自今，活性污泥法經過近 100 年 的發展和改良，在理論和實踐上都相當的成熟。但傳統活性污泥法會排放出大量 剩餘污泥。這些污泥中飽含著各種污染物，所以處理和處置這些污泥也是一大難 題。現在的活性污泥法發展趨勢是污泥減量化和與厭氧法組合處理工藝。
1.試說明一般活性污泥曝氣槽之操作缺失。
Ans：
曝氣槽溶氧量不足導致好氧微生物不能正常進行反應，生物生長環境條件不良皆 會影響微生物生長、代謝、轉換及膠凝，導致生物系統處理成效不彰。
2.試說明廢水處理二級生物處理單元「沉澱處理設備」，常見的操作缺失與查核 要領。
Ans：
1.常見缺失：刮泥機、污泥泵設施無法正常運轉，污泥沉積於沉澱池內，造成短 流情形，降低沉降效果；浮渣收集斗無法正常運轉去除浮渣或上浮之污泥。
2.查核要領：
(1)檢視沉澱池液面及溢流液外觀是否正常，是否有短流現象。
(2)檢視刮泥機、浮渣收集斗運轉是否正常。
(3)檢視沉澱池污泥抽泥泵是否正常運作，及檢視抽泥量是否正常。
(4)終沉池進流端及出流端直線位置之污泥，應低於水深之二分之一。
3. 請敘述活性污泥曝氣槽中，良好之水質應為何？
Ans：
1.溶氧值：1～3mg/L。
2.水溫；20～30℃。
3.pH：6.0～8.5。
4.MLSS：1,500～2,000mg/L。
5.SVI：50～150 mL/g。
6.SV30：在 15～20%。
7.生物相：以原生動物（纖毛蟲和根足類）為主。
8.營養分：BOD：N：P=100：5：1。
4.試說明一般活性污泥曝氣槽之操作缺失。
Ans：
曝氣槽溶氧量不足導致好氧微生物不能正常進行反應，生物生長環境條件不 良皆會影響微生物生長、代謝、轉換及膠凝，導致生物系統處理成效不彰。
5.試說明廢水處理二級生物處理單元「沉澱處理設備」，常見的操作缺失與查核 要領。
Ans：
1.常見缺失：刮泥機、污泥泵設施無法正常運轉，污泥沉積於沉澱池內，造 成短流情形，降低沉降效果；浮渣收集斗無法正常運轉去除浮渣或上浮之污泥。
2.查核要領：
(1)檢視沉澱池液面及溢流液外觀是否正常，是否有短流現象。
(2)檢視刮泥機、浮渣收集斗運轉是否正常。
(3)檢視沉澱池污泥抽泥泵是否正常運作，及檢視抽泥量是否正常。
(4)終沉池進流端及出流端直線位置之污泥，應低於水深之二分之一。
含高濃度鹵離子水中化學需氧量檢測方法─重鉻酸鉀迴流 法
中華民國 96 年 8 月 1 日環署檢字第 0960058228A 號公告 自中華民國 96 年 9 月 15 日起實施 NIEA W516.54A
一、方法概要
將氯離子濃度為 2,000 mg/L 以上的水樣置於去氯裝置中，
與濃硫酸作用產生氯化氫氣體，以氫氧化鈣吸收去除氯離子干擾 後，再加入過量重鉻酸鉀溶液迴流，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，即可求得水樣中化學需氧 量（Chemical Oxygen Demand，簡稱 COD），此表示樣品中可被 氧化有機物的含量。
二、適用範圍
本方法適用於海水與氯離子濃度 ≧ 2,000 mg/L 之地面水、
地下水及放流水中化學需氧量檢驗。
三、干擾
（一）氯離子產生之干擾，可用濃硫酸處理、氫氧化鈣吸收並加 入硫酸汞去除；溴及碘離子之干擾去除與氯離子相同。
（二）揮發性有機酸可能因上述去氯過程而損失。
（三）吡啶及其同類化合物無法被氧化，會使 COD 測值偏低。
（四）揮發性之直鏈脂肪族化合物不易被氧化，迴流過程中所加 入之硫酸銀試劑具有催化作用，可加速其分解。
（五）水樣中亞硝酸鹽氮濃度通常小於 1 mg/L，在此情況下干 擾可忽略。至於高濃度亞硝酸鹽產生之干擾，可依每 1 mg 亞硝酸鹽氮加入 10 mg 胺基磺酸（Sulfamic acid）
來排除，惟在空白樣品中須加入相同量的胺基磺酸。
（六）無機鹽類如六價鉻離子、亞鐵離子、亞錳離子、硫化物、
亞硝酸鹽氮及亞硫酸鹽等會因氧化還原反應而造成干
擾。
（七）廢水中已含或經由含氮有機物分解產生的氨氮，並不會與 重鉻酸鉀反應，惟會與氯離子被氧化產生的氯作用生成 氯胺，故氯離子所造成的干擾無法採用吸收並定量所生 成氯氣的方式來校正。
四、設備
（一）吸收管：長 17 cm，外徑 2 cm，有 1 mm 大小之孔洞，如 圖一所示。
（二）迴流裝置：口徑 24 / 40 之 250 mL 錐形瓶、直形或球型冷 凝管或具相同功能之迴流裝置。
（三）加熱裝置。
（四）滴定裝置。
（五）天平：可精秤至 0.1 mg 。
（六）導電度計：具溫度補償功能。
五、試劑
（一）試劑水：去離子水。
（二）沸石。
（三）氯離子試紙：測試範圍應包括 500 至 3,000 mg/L，
Merckoquant
®Chloride test、QUANTOFIX
®Chloride 或 同級品。
（四）硫酸汞：分析級。
（五）濃硫酸：分析級。
（六）硫酸-硫酸銀試劑：於 1 L 濃硫酸中加入 60 g 硫酸銀，
靜置 1 至 2 天使硫酸銀完全溶解；20 mL 水樣加入 5 mL 此試劑相當於添加 0.015 g/mL 之硫酸銀；此試劑亦可 使用已配妥之市售品。
（七）重鉻酸鉀標準溶液（標定用），0.008333 M ：以試劑水
溶解分析級之重鉻酸鉀 2.4518 g（先在 150℃ 烘乾 2
小時）於 1 L 量瓶中，以試劑水定容至標線。或精取市
售 0.04167 M 重鉻酸鉀溶液 200 mL 於 1 L 量瓶中，以
試劑水定容至標線。
（八）重鉻酸鉀標準溶液（迴流用），0.008333 M ：取 80 g 硫 酸汞溶於 800 mL 試劑水中後，加入 100 mL 濃硫酸使上述 溶液完全溶解，移入 1 L 量瓶，再秤取分析級之重鉻酸 鉀 2.4518 g（先在 150℃ 烘乾 2 小時）加入 1 L 量瓶 中，完全溶解後以試劑水定容至標線。或秤取分析級之重 鉻酸鉀 2.4518 g（先在 150℃ 烘乾 2 小時）溶於 500 mL 試劑水中，加入適量市售之硫酸-硫酸汞試劑，使硫酸汞 含量為 80 g/L，混合溶解，以試劑水定容至 1 L（如秤取 分析級之重鉻酸鉀 2.4518 g（先在 150℃ 烘乾 2 小時）
溶於 500 mL 試劑水中，加入 400 mL 市售之 200 g / L 硫 酸-硫酸汞試劑，混合溶解，以試劑水定容至 1 L）。
20 mL 水樣添加 10 mL 溶液相當於加入 0.8 g 硫酸汞固體。
（九）菲羅啉（Ferroin）指示劑：溶解 1.485 g 1,10 －二氮 雜菲（ 1,10 - phenanthroline monohydrate, C
12H
8N
2‧ H
2O ）及 0.695 g 硫酸亞鐵於試劑水中定容至 100 mL。
亦可使用已配妥之市售品。
（十）硫酸亞鐵銨滴定溶液，0.025 M：溶解 9.75 g 硫酸亞鐵銨 於試劑水中，加入 20 mL 濃硫酸，冷卻後定容至 1 L 。 使用前標定之。標定方法：取 0.008333 M 重鉻酸鉀標準 溶液（標定用）10 mL，稀釋至約 100 mL，加入 30 mL 濃 硫酸，冷卻至室溫，加入 2 至 3 滴菲羅啉指示劑，以 0.025 M 硫酸亞鐵銨滴定，當溶液由藍綠色變為紅棕色 時即為終點。
硫酸亞鐵銨滴定溶液莫耳濃度（M）＝
) mL ( 6 ) mL ( 10 ) M ( 008333 .
0
溶液體積 消耗之硫酸亞鐵銨滴定
×
×
（
十一
）COD 標準溶液：在 1 L 量瓶內溶解 0.0850 g 無水鄰 苯二甲酸氫鉀（110 ℃ 乾燥至恒重）於試劑水中，定容 至標線，本溶液之理論 COD 值為 100 mg / L。在未觀 察到微生物生長情況下，此溶液在棕色瓶內可冷藏保存 至三個月。此標準溶液可視實際使用需求，依比例配製 適當濃度。
六、採樣與保存
以玻璃瓶或塑膠瓶採集約 250 mL 之樣品，如無法於採樣後 立即分析，應以濃硫酸調整 pH 值至 2 以下，並於 4 ℃ 冷藏，
保存期限為 14 天。
七、步驟
（一）每一水樣檢測前均須測定氯離子濃度，並記錄之。檢測方 法可採用以下三種方法之一：
1、導電度估算法：
未加保存試劑之水樣，依「水中導電度測定方法－導 電度計法」 （NIEA W203）測定水樣之導電度，導電度 ≦ 4,000 μmho / cm，視為氯離子濃度小於 2,000 mg / L，
記錄導電度值；若導電度 ＞ 4,000 μmho / cm，則依 七（一）2 或七（一）3 測定氯離子濃度。
2、氯離子試紙估算法
未加保存試劑之水樣，以氯離子試紙測定水樣之氯離 子濃度，氯離子濃度≦ 1,500 mg / L，視為氯離子濃度 小於 2,000 mg / L，記錄氯離子濃度，氯離子濃度 ≧ 3,000 mg / L，視為氯離子濃度大於 2,000 mg / L，記錄 氯離子濃度；氯離子濃度介於 1,500 至 3,000 mg / L 間，則依七（一）3 測定氯離子濃度。
3、氯離子濃度檢測方法
依「水中氯鹽檢測方法－硝酸汞滴定法」 （NIEA W406）
或「水中氯鹽檢測方法－硝酸銀滴定法」 （NIEA W407）
或「水中陰離子檢測方法－離子層析法」 （NIEA W415）
測定水樣之氯離子濃度。
若已知水樣中含有非氯離子之其他鹵離子（溴離 子及碘離子） ，則選用適當檢測方法分別檢測，並相加 合計。
（二）取 20 mL 混合均勻之水樣（若水樣之鹵離子濃度大於
22,000 mg/L，應予適當稀釋，使分析樣品之鹵離子濃度
介於 2,000 至 22,000 mg/L 間；若水樣之 COD 值大於
160 mg/L，應予適當稀釋，使分析樣品之 COD 值小於
160 mg/L），置於 250 mL 錐形瓶（或具相同功能之容
器）中，加入數粒沸石，再緩慢加入 25 mL 濃硫酸使其
混合均勻，加酸時須冷卻使其溫度低於 45 ℃。放一磁石 於錐形瓶（或具相同功能之容器）內，將含有氫氧化鈣之 吸收管置於錐形瓶（或具相同功能之容器）上，打開磁攪 拌器，並加熱控制溫度在 50 ℃左右，使之反應 4 小時。
其裝置如圖一所示。
（三）冷卻後取出吸收管，加入 5 mL 硫酸-硫酸銀試劑及 10 mL 0.008333 M 重鉻酸鉀溶液（迴流用），將圓底瓶移置於迴 流裝置上，連接冷凝管，加熱至沸騰後，再加熱迴流 2 小 時。
（四）冷卻後，以適量試劑水由冷凝管頂端沖洗冷凝管內壁，取 下錐形瓶（或具相同功能之容器），稀釋至 150 mL 。
（五）加入 2 滴菲羅啉指示劑，以 0.025 M 硫酸亞鐵銨溶液滴 定至紅棕色為止。
（六）同時以試劑水進行空白試驗。
（七）同時以鄰苯二甲酸氫鉀標準溶液做查核樣品分析，以評估 分析技術及試劑品質。
八、結果處理
化學需氧量（mg/L）＝
V C B
A ) 8,000 ( − × ×
A＝空白消耗之硫酸亞鐵銨滴定溶液體積（mL）
B＝水樣消耗之硫酸亞鐵銨滴定溶液體積（mL）
C＝硫酸亞鐵銨滴定溶液之莫耳濃度（M）
V＝水樣體積（mL）
九、品質管制
（一）空白樣品分析：每批次樣品至少執行二次空白分析，取滴 定 mL 數平均值。
（二）每批次或每 10 個樣品至少執行一次重複樣品分析，其相 對差異百分比應在 20% 以內。
（三）查核樣品分析：每批次或每 10 個樣品至少執行一次查核
樣品分析，回收率應在 85 ~ 115% 範圍內。
（四）本方法不執行添加分析。
十、精密度與準確度
國內兩家實驗室對 100 mg / L 之品管樣品經進行 20 次重 複分析，結果如下所示：
測試項目 樣品濃度
（mg / L）
回收率
（％）
標準偏差
（％） 分析次數
COD 100.0 105.1 4.56 20 COD 100.0 150.2 2.09 20
十一、 參考資料
（一）American Public Health Association, American Water Works Association & Water Environment Federation. 1998.
Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater,20
thEd., pp. 5 -13 ～ 5 - 15. APHA, Washington, D.C., USA .
（二）DIN 38409-H41-2 Determination of the Chemical Oxygen Demand (COD) , December 1980.
（三）ASTM , 2006, D1252‐06, Standard Test Methods for Chemical Oxygen Demand ( Dichromate Oxygen Demand )of Water.
註：本檢驗相關之廢液，依含汞無機廢液處理。
圖一 去氯裝置圖
