8. 好氧生物膜程序

8.2 滴濾和生物塔

• Hydraulic loading 水力負荷（）：流量與濾池截面積之比值。

  • • 其中：
      • ：濾池截面積。
      • ：流量。
      • ：進流流量。
  • 意義：
    • 增加水力負荷可讓水膜厚度增加，增加液體保持及停留時間。
    • 增加水力負荷能增加生物膜在反應床中的分布深度，以增加滴濾池中具生物降解活性之表面積。
    • 較大的水力剪切力，可加速過量生物膜脫落，減少堵塞可能性。
    • 較大水力負荷可提高氧氣質傳係數。

• Surface loading 表面負荷（）：

  • • 其中：
      • ：過濾濾料深度。
      • 進流水 BOD 濃度。
      • ：介質之比表面積。
    • 一般操作情形下表面負荷設計為 。

• Volumetric loading 體積負荷（）：

  • • 意義：
      • 生物滴濾池之體積負荷通常為 。
      • 粗濾池之容積負荷較高，可達 。

• Overflow rate 溢流率（O/F）：沉澱池之設計參數之一。

  • • 其中：
      • ：廢棄污泥流量。
      • ：回流流量。
      • ：沉澱池截面積。

• Air draft pressure：

  • 目的：自然通風滴濾池之對流依賴空氣之溫度差，定義如下：
  • • 其中：
      • ：大氣溫度。
      • ：孔隙空氣溫度。
      • ：深度。
  • 故：當 時 ，空氣向下流動。反之，當 時 ，空氣向上流動。而當 接近 時 ，造成氣流停滯。
  • 春季時，由於大氣溫度 () 與廢水溫度 () 溫度接近，導致氣流停滯，將導致處理效率降低、生物膜剝落損失、產生異味。而當低濾池嚴重超負荷時也須採用強制通風克服空氣停滯，至少需要 之氣流。

• Spulkraft：

  • 目的：滴濾池之生物膜，在厭氧條件下存在突發性之剝落（Sloughing）問題，故須有足夠的通風防止脫落。故利用空氣進行反沖洗（較佳參數為 0.2~0.5 m/r）。
  • • 其中：
      • ：散水臂數量。
      • ：轉速。
      • ：滴濾池截面積。

• NRC-National Research Council :

  • • 其中：
      • ：第一階段 BOD 去除效率。
      • ：第二階段 BOD 去除效率。
      • ：第一階段 BOD 負荷。
      • ：第二階段 BOD 負荷。
      • ：低濾池體積。
      • ：

• Galler-Gotaas：

  • • 其中：
      • ：進流負荷量。
      • ：迴流負荷量。
      • ：進流之 BOD 濃度。
      • ：出流之 BOD 濃度。
      • ：滴濾池深度。
      • ：滴濾池半徑。
      • ：溫度。
    • 衍伸（BOD 與深度之關係）：

• Eckenfelder：

  • 其中：
    • ：進流 BOD 濃度。
    • ：
    • ：深度。

8.3 旋轉生物圓盤法 (RBC)

• 早期 RBC 面臨的問題：
  • 軸及軸承故障：生物膜累積導致重量上升使軸破裂及軸承磨損。
  • 偏心生長：當 RBC 停止旋轉，沉水部份將繼續生長微生物，而空氣暴露部分微生物將停止生長、流失、乾燥，重新旋轉需較大之扭距。
  • 干擾生物生長：引起異味、大量沉澱物、絲狀菌生長。

8.4 顆粒介質濾床 (Granular-Media Filters)

• 特徵：
  • 床體約 3 m，粒徑約 4 mm，生物膜能較有效之生長，無須終沉池或三級過濾即可獲得三級處理品質之出流水。
  • 需要反沖洗以避免過大之水頭損失。
• 種類：
  • Biocarbone
    • 特徵：
      • 水與空氣逆向流動。
      • 濾床完全浸水。
    • 特性：由於比表面積非常大，表面負荷僅比滴濾池稍高，但體積負荷約高 10 倍。
  • Biofor
    • 特徵：
      • 水與空氣順向流動。
      • 濾床完全浸水。
    • 特性：表面負荷、體依負荷類似 Biocarbone，唯水與氣體並流。
  • Biodrof
    • 特徵：
      • 使用真空泵讓水與空氣順向流動。
      • 濾床不完全浸水。
    • 特性：稍有堵塞問題

8.5 流體化床 (Fluidized bed) 及循環床 (Circulating-bed) 生物膜反應器

• 操作：
  • 透過減少介質尺寸可提高比表面積及體積負荷，以提升反應器之尺寸效益。但當介質之尺寸太小（小於 1 mm）將造成過快堵塞，因此，藉由介質膨脹（Medium expansion，藉由孔隙增加減少比表面積），以增加液體流通知孔隙尺寸，同時具有濾料比表面積大及避免堵塞之優點。
    • 介質膨脹 (Medium expansion) 之原理：
      • 比表面積
        • 其中： 指形狀係數
      • porosity（孔隙率）
      • 故：流體化床透過減少 使 上升，但相對會造成 上升使 下降。但 上升造成的 下降幅度將小於 使 上升之幅度，故整體 上升。
• 流體化床 Fluidized bed：
  • Incipient fluidization：載體顆粒密度大於水，當承受向上水流之摩擦等於載體顆粒之負浮力時，床開始膨脹。稱此時為初始流體化。
  • 對於流體化顆粒之剪切力 。
  • 流體化床雖提供較少的體積，並簡短滯留時間，但容易受到氧氣質傳速率到水及生物膜的限制。
  • 表面負荷低於其他生物膜系統。
  • Bed stratification (層化作用)：當介質尺寸不均勻時，較小的顆粒積蓄在頂層，生物膜分離速率較低，隨著時間推移，較小顆粒之介質比較大顆粒介質累積更多生物膜，使密度降低，造成流體化程度上升。故使用均勻之介質能防止流體畫床產生層化作用。
• [8.22] 推導過程：
  • 已知：
  1. 整理式 [8.21]：
  2. 整理式 [8.20]：
  3. 整理後式 [8.21] 帶入 [8.20]，得式 [8.22]：

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