臺灣博碩士論文加值系統

本研究以生物薄膜程序（Membrane Bioreactor, MBR）模擬食品廢水處理，以好氧處理方式操作，於實驗過程中採集分析MBR反應槽之進流水及出流水，本文主要探討MBR對生化需氧量（Biochemical oxygen demand, BOD）及化學需氧量（Chemical Oxygen Demand, COD）之處理效能。本研究採用沉浸式薄膜生物反應槽（Submerged MBR, SMBR），薄膜裝置使用親水性PVDF材質之UF膜（孔徑0.03 μm），以麩胺酸、蔗糖做為進流基質以模擬食品廢水中溶解性有機污染物，探討相較於一般活性污泥法較長的水力停留時間（Hydraulic Retention Time, HRT）48小時下，經由薄膜處理後出流水BOD及COD之去除率。並於MBR反應槽出流取樣同時取反應槽內之懸浮物混合液，經模擬生物沉澱池停留時間4小時沉澱後，取其上澄液分析BOD、COD及懸浮固體物（SS），以比較在相同操作參數及環境因素條件下，由模擬傳統活性污泥法經沉澱後之出流水與經由薄膜處理後之出流水差異性。
以台中福田污水廠之活性污泥植入本研究之MBR反應槽系統中，以有效容積600 L進行操作，模擬食品廢水以麩胺酸及蔗糖做為主要基質（COD ≒ 2,000 mg/L）進行馴養，並以每日固定濃度且半連續式方式進流，控制水力停留時間（HRT）為48小時，定期量測、紀錄反應槽內之pH值、水溫（攝氏）、氧化還原電位（Oxidation-Reduction Potential, ORP）、溶氧（Dissolved Oxygen，DO）及電導度（Electrical Conductivity, EC）。MBR反應槽內的pH值約7.0 ~ 7.9，ORP大於62 mV，DO高於1 mg/L，MLSS為2790 ~ 3220 mg/L的操作條件下，MBR反應槽對BOD及COD的平均去除率皆為99 %；出流SS濃度皆介於N.D. ~ 4 mg/L之間。另一方面，於MBR反應槽採出流水分析的同時也採取反應槽內之懸浮物混合液，再經4小時沉澱後採其上澄液進行水質項目分析，模擬生物沉澱的操作條件下BOD及COD平均去除率分別為97 %及96 %，懸浮固體物為32 mg/L。本研究實驗過程中可觀察到污泥膨化現象，因此，模擬傳統活性污泥法經沉澱後之出流水水質項目濃度也隨之升高，反觀MBR反應槽之出流水水質濃度較無顯著變化。由此可說明，面對食品製造業之廢水處理（COD ≒ 2,000 mg/L），MBR生物薄膜反應槽相較於傳統活性污泥法更具有出流水不受污泥膨化影響，且水質相對較為穩定，更能夠符合放流水及回收水質標準等優勢。

This study used Membrane Bioreactor (MBR) to treat the simulated food processing wastewater. The influent and effluent of MBR tank were collected for BOD, COD, and SS analysis. This study used submerged MBR (SMBR) system equipped with PVDF membrane at pore size of 0.03 μm. The glutamic acid and sucrose were used as influent substrate to simulate the soluble organic pollutants in the food processing wastewater. The MBR system was operated at HRT of 48-hours, that was higher then the HRT of a traditional activated sludge system. The effluent of MBR tank was sampled for BOD, COD, and SS analysis. Samples were also directly collected from the MBR aeration tank to be treated in a simulated secondary sedimentation tank. After the sedimentation of 4 hours, the supernatant was used for BOD, COD, and SS analysis. These concentrations were compared to that of MBR effluent.
The activated sludge taken from Taichung Futian wastewater treatment plant was used as the seeded microorganisms for this MBR system. The simulated food processing wastewater containing glutamic acid and sucrose at COD of 2000 mg/L was continuously fed into the MBR system at HRT of 48-hours. Sample were periodically collected for pH, DO, ORP, temp and EC analysis. The results showed that pH was in the range of 7.0 ~ 7.9. ORP and DO were always higher than 62 mV and 1 mg/L, respectively. The MLSS in the MBR tank was in the range of 2790~3220 mg/L. The average BOD and COD removal efficiencies were more then 99 %.
For the simulated secondary sedimentation tank, the average BOD and COD removal efficiencies were 97 % and 96 %, respectively. However, the clarified SS concentration was 32 mg/L, It was much higher than that in the MBR effluent (N.D. ~ 4 mg-SS/L). Thus, it was found that the MBR system demonstrated better BOD, COD, and SS removals for food processing wastewater treatment in comparison with the traditional activated sludge system.

摘要 I
Abstract III
目錄 V
圖目錄 VII
表目錄 VIII
第一章 前言 1
1-1 研究緣起 1
1-2 研究目的 2
第二章 文獻回顧 3
2-1 生物處理 3
2-2 食品加工業 5
2-2-1 廢水特性 6
2-3 薄膜生物程序（Membrane Bioreactor, MBR） 8
2-3-1 薄膜生物程序的分類 10
2-3-2 薄膜生物程序的操作型式 12
2-3-3 薄膜種類與形式 14
2-3-4 薄膜材質 17
2-3-5 薄膜模組型式 19
2-3-6 薄膜過濾機制 21
2-3-7 薄膜過濾方式 23
2-3-8 薄膜操作影響因素 25
2-3-8-1 薄膜性質 25
2-3-8-2 水質特性 26
第三章 研究方法 30
3-1 實驗研究架構 30
3-2 實驗藥品及材料 32
3-3 實驗儀器設備 34
3-4 薄膜生物反應槽 35
3-4-1 模廠實驗設備 35
3-4-2 操作參數 37
3-4-3 基質與營養鹽配製 38
3-4-4 水質分析項目 39
3-4-5 水質樣品保存規定 41
第四章 結果與討論 42
4-1 以MBR模廠模擬食品廢水處理效果 42
4-1-1 MBR反應槽pH及MLSS之變化 42
4-1-2 MBR反應槽活性污泥沉降性 44
4-1-3 MBR反應槽DO及ORP之變化 47
4-1-4 MBR反應槽出流水質分析 49
4-2 MBR反應槽與傳統活性污泥法之差異性 51
4-2-1 MBR反應槽與傳統活性污泥程序之出流水比較 51
第五章 結論與建議 54
5-1 結論 54
5-2 建議 55
參考文獻 56

中華民國環境工程學會（2002）“環境工程概論”。
王雅君（2009）“以PTFE中空絲纖維膜去除地下水中鐵錳之操作效能研究”碩士論文，國立中興大學環境工程學系所。
阮文昌（2003）“薄膜生物反應槽積垢特性之研究”碩士論文，朝陽科技大學環境工程與管理系。
何佩怡（2011）“薄膜程序應用於CMP廢水回收與成本分析”碩士論文，國立中興大學環境工程學系所。
邱柏仁（2001）“單槽連續進流回分式活性污泥系統溶氧控制之研究”碩士論文，國立中央大學，環境工程研究所。
李信杰（2006）“沉浸式生物薄膜反應器之積垢特性探討”碩士論文，國立交通大學環境工程系所。
李珮芸（2011）“外加碳源對生物薄膜反應器處理低碳氮比高科技業廢水之影響”碩士論文，國立交通大學環境工程系所。
李仲翔（2011）“NF/RO對水中藥物和個人保健用品之去除效能與機制研究”碩士論文，國立高雄第一科技大學環境與安全衛生工程研究所。
林公璿（2003）“以超音波改善懸浮溶液薄膜過濾之濾速”碩士論文，元智大學化學工程學系。
林何印（2005）“超濾與逆滲透薄膜程序處理及回收工業廢水之研究”碩士論文，國立中央大學環境工程研究所。
林哲昌（2006）“薄膜防垢除垢技術與應用性回顧”中興工程，91期，33-42。
林哲昌（2007）“淨水薄膜前處理程序評估與應用”中興工程，96期，75-84。

林敬傑（2007）“薄膜程序處理及回收薄膜生物反應槽（MBR）出流水之研究”碩士論文，國立中央大學環境工程研究所。
卓伯全（2003）“連續流循序批分式活性污泥系統好氧相即時曝氣控制策略之發展— 低溶氧生物脫氮除磷程序控制技術之研究”碩士論文，國立中央大學環境工程研究所。
於維芬（2010）“污泥停留時間對薄膜生物反應槽中胞外聚合物形成與積垢速率之影響”碩士論文，國立交通大學環境工程系所。
胡國良（2004）“無機性顆粒對不織布薄膜生物反應器過濾特性之研究”碩士論文，朝陽科技大學環境工程與管理系。
洪榮昌（2005）“逆滲透薄膜處理二級放流水再利用實廠操作-以內湖污水處理廠為例”碩士論文，國立臺北科技大學環境規劃與管理研究所。
洪瑞雯（2005）“連續流循序操作模式應用於薄膜生物反應槽處理ABS樹脂廢水之研究”碩士論文，嘉南藥理科技大學環境工程與科學系。
范姜仁茂，莊連春，曾迪華，廖述良，游勝傑，梁德明（2009）“薄膜生物反應器（MBR）於廢水處理之技術評析”工業污染防治，109期，49-96。
侯勝中（2009）“運用固定化高效率分解菌於活性污泥膜濾法處理染料廢水”碩士論文，中原大學土木工程研究所。
郭謹陞（2011）“生物處理系統之溶解性胞外聚合物親疏水特性對薄膜積垢之影響”碩士論文，國立臺灣大學工學院環境工程學研究所。
陳建銘（2002）“生物薄膜程序處理合成生活污水”碩士論文，國立交通大學環境工程研究所。
陳啟明（2004）“NF薄膜程序應用於自來水淨水工程之探討”碩士論文，國立屏東科技大學食品科學系。
陳秋萍（2005）“聚乙烯共乙烯醇/聚偏二氟乙烯複合膜於滲透蒸發與蒸氣滲透之探討”碩士論文，中原大學化學工程學系。

陳祥嘉（2008）“沉浸式薄膜過濾中粒子附著機構之研究”碩士論文，淡江大學化學工程與材料工程學系。
陳文祥（2010）“微過濾薄膜系統處理地下水中鐵錳之研究”博士論文，國立中興大學環境工程學系所。
陳柏銓（2010）“以活性污泥膜濾法（MBR）作為五股工業區旋轉生物圓盤（RBC）出流水三級處理可行性研究”碩士論文，國立臺北科技大學環境工程與管理研究所。
陳依旻（2011）“薄膜生物處理系統（MBR）中溶解性微生物產物（SMP）特性與影響之研究”碩士論文，國立中央大學環境工程研究所。
莊育權（2010）“好氧顆粒薄膜生物反應器的好氧顆粒穩定性及薄膜積垢探討”博士論文，國立臺灣大學化學工程學研究所。
張子龍（2006）“MBR系統於高氨氮廢水之研究”碩士論文，國立臺北科技大學環境規劃與管理研究所。
張聖雄、陳見財、陳良棟（2006）“廢水生物處理程序常見問題實務探討”工業污染防治，97期，69-87。
張永信（2008）“薄膜程序用於工業區廢水回收之研究”碩士論文，國立成功大學環境工程學系。
張漢晶，黃世梁（2008）“廢水污染與防治”新文京開發出版股份有限公司。
張維欽，莊順興，羅時斌，陳建衡（2008）“生物處理系統之溶解性微生物產物探討”工業污染防治，105期，39-56。
張嘉玲（2008）“生物薄膜反應槽薄膜積垢中微生物族群分析研究”碩士論文，國立交通大學環境工程系所。
康美祝（2002）“MBR 除氮系統特性之研究”碩士論文，國立中央大學環境工程研究所。
游禮轅（2010）“改良式薄膜生物反應器對超濾薄膜積垢之量化影響”碩士論文，國立臺灣大學工學院環境程學研究所。
黃淑君（2006）“不織布薄膜反應槽好氧生物分解TFT-LCD製程有機廢水程序功能及生態變化之研究”碩士論文，國立成功大學環境工程學系。
黃紹謙（2009）“模型廠薄膜生物反應系統處理低碳氮比廢水之研究”碩士論文，國立交通大學環境工程系所。
黃啟彰（2010）“薄膜組合程序處理淨水場濾池反洗廢水之研究”碩士論文，國立中央大學環境工程研究所。
黃晟祐（2010）“逆滲透系統於水回收之最佳操作與維護”碩士論文，國立臺灣大學環境工程學研究所。
黃明鶴（2010）“薄膜生物反應器在工業廢水處理系統之應用”碩士論文，國立中山大學環境工程研究所。
馮宇柔（2008）“利用通氣式薄膜生物反應槽與厭氧氨氧化程序進行廢水除氮之研究”博士論文，國立臺灣大學環境工程學研究所。
華致凱（2006）“超音波去除超過濾薄膜積垢之研究”碩士論文，國立聯合大學環境與安全衛生工程學系。
葉芳妙（2010）“超濾膜與前處理技術於廢污水回收再利用之研究”碩士論文，國立臺灣大學環境工程學研究所。
葉宇寰（2010）“MBR/UF薄膜程序處理及回收含SMP廢水之研究”碩士論文，萬能科技大學工程科技研究所。
經濟部工業局（1996）“食品廢水生物處理單元套裝設備設計手冊-接觸曝氣處理系統”。
經濟部工業局（2000）“廢水薄膜處理技術應用與推廣手冊”。
鄧竣輿（2007）“以MBR處理染整廢水及脫色菌種分析”碩士論文，中原大學土木工程學系，桃園。
廖凌雲（2006）“利用MBR系統處理生活污水之研究”碩士論文，淡江大學水資源及環境工程學系，台北。
鄭光庭（2002）“利用超音波清除薄膜結垢”碩士論文，國立成功大學機械工程學系。
歐陽嶠暉（2003）“下水道工程學”長松文化興業股份有限公司，台北。
歐尚鑫（2006）“缺氧環境對薄膜生物反應槽除磷系統之影響”碩士論文，中原大學土木工程學系。
簡漢銘（2006）“利用薄膜生物處理程序處理染整廢水之研究”碩士論文，中原大學土木工程學系。
Cicek, N.（2003）“A review of membrane bioreactors and their potential application in the treatment of agricultural wastewater”Biosystems Engineering, University of Manitoba, Winnipeg, Manitoba, Canada R3T 5V6.

Nakhla, G., A. Lugowski, J. Patel, and V. Rivest（2006）“Combined biological and membrane treatment of food-processing wastewater to achieve dry-ditch criteria: Pilot and full-scale performance”Department of Chemical and Biochemical Engineering, University of Western Ontario.