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研究生:詹佩珍
研究生(外文):Pey-Chen Jan
論文名稱:製紙廠廢水處理單元最適化操作條件之建立-利用田口品質工程評估模式
論文名稱(外文):Developing Optimal Operating Parameters for Wastewater Treatment Units of A Paper Manufacture Factory- By Tagachi Qualitative Engineering Assessment Model
指導教授:洪崇軒洪崇軒引用關係
指導教授(外文):Chung-Hsuang Hung
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄第一科技大學
系所名稱:環境與安全衛生工程所
學門:工程學門
學類:環境工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:184
中文關鍵詞:田口模式系統分析廢水處理最適化浮除法氧化渠操作參數
外文關鍵詞:Tagachi modelsystem analyseswastewater treatmentoptimizationfloatationoperational parametersoxidation ditch
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製紙廠廢水處理單元最適化操作條件之建立------ 利用田口品質工程評估模式
摘要
本論文旨在探討製紙廠廢水處理單元最適化操作條件之建立,製紙廠廢水處理單元一般都是憑經驗操作,或透過實驗室以假設之實驗取得相關數據操作,這些操作數據或經驗,受到製程變動便無法承受,造成操作上之失控。以廢紙為原料之製紙廠,在製程中,其多樣性、不確定性之物質進入水體,造成廢水水質經常變動。此種變動之廢水水質,對於能快速建立最適化操作條件之需求。更是迫切。
本研究利用「田口品質工程統計分析」模式,應用「直交表之配置」 ,「回應表」、 「回應圖分析」、 「製程平均推定」 、「變異數分析」 等技術,建立最佳化之操作參數,透過現場實際操作之再現性,可獲得驗証之最適化操作參數。
研究結果指出,浮除物理處理單元操作因素,主要包括:混凝劑(如:多元氯化鋁 P.A.C)添加量、商用凝聚添加劑(如:Polymer)添加量、空氣流量、迴水流量、及進流量;經本研究之評估模式試驗,取得最適化之操作參數,與現場實際操作驗證結果, 顯示所模擬之廢水物理處理加壓浮除單元,對COD之去除率,平均可提升 30 %以上,另對失敗系統調整至正常操作所需之時間,也可由過去傳統之三日,減少至四小時以內。
氧化渠生物處理單元操作因素,主要包括:進流量,氧化渠內輪轉曝氣機之曝氣時間,菌種添加,及污泥排放,經本研究之評估模式試驗,取得最適化之操作參數,與現場實際操作驗證結果,顯示所模擬之廢水生物處理氧化渠單元,對COD之去除率,平均可提升 10 %以上,且其所產生之放流水之COD可降至30mg/L,遠小於法規所定之100mg/L以下。顯示此評估模式之適用性。
研究結果也顯示,在最適化操作條件下操作之物理處理水質,可適合紙廠之製程再回收利用,雖然對SS去除率只增加3.42%,然而多屬於極細之纖維,故可大幅增加回收再利用之可能性,回收再利用之處理水,可使製程之噴淋管阻塞減少80%,用水量約降低35%,達到水資源回收再應用之目的,其回收率可達87%,遠高於一般平均值。
Developing Optimal Operating Parameters for Wastewater Treatment Units of A Paper Manufacture Factory- By Tagachi Qualitative Engineering Assessment Model

Abstract
Traditionally, the operation parameters of wastewater treatment units were generally determined by laboratory experimental analyses and personal experiences on sites. They generally could not be operated under the best conditions for these wastewater treatment units due to the properties and flowrate wastewater changed quite often or due to after a long time of operation of wastewater treatment plants. Especially, the raw material for paper manufacture factory was depended on the recycled wastepaper and its prosperities were different frequently. This results in the quality of process wastewater changed frequently. It is necessary to establish a fast and systematical simulating model that can adjust the operation parameters of wastewater treatment units in a possibly shortest period. Thus, the main objective of this study was to establish the optimal operating parameters for wastewater treatment unites from a paper manufacture factory with Tagachi qualitative engineering assessment model. Both physical and biological wastewater treatment unit operations were investigated as examples. Meanwhile, to establish the wastewater recycling operation was another purpose for this investigation.
Several information and analytic skills such as orthogonal tables, effect tables, effect figures, average process data assessment, and variation analyses is generally applied by Tagachi model. The analytic results indicated that the dosage of PAC and polymer, air/water ratio, and water quality of influent wastewater would affect the removal efficiencies of the flotation wastewater treatment units. Using this model, we developed the optimal operating parameters and achieved the enhancement of 30 % in the COD removal efficiency. Another advantage of the analytic procedures also showed that the recovery period could be reduced from 3 day to 4 hours from failing operation of the floatation operation units. In addition, for biological wastewater treatment units (oxidation ditch), we developed the optimal operated parameter and achieved 10% of increase in COD removal efficiency. Several parameters were important for achieve better removal efficiencies of biological treatment units. They were properties of wastewater, rotating frequencies of air purging machine, the amount of dosage of bio-adds, and cycling biological sludge ratios.
The study results also indicated that the reuse of wastewater could be recycled up 87 %. This ratio was much higher than the average recycling ratios of wastewater water for most paper manufacture factories in Taiwan.

Keywords: Tagachi model; system analyses, wastewater treatment, optimization, floatation, oxidation ditch, operational parameters
目 錄
中文摘要--------------------------i
英文摘要--------------------------ii
誌謝----------------------------iii
目錄----------------------------iv
表目錄---------------------------vii
圖目錄---------------------------x
符號說明與解釋名詞---------------------xii
第一章、前言------------------------1-1
1-1、 研究緣起---------------------1-1
1-2、 研究目的---------------------1-3
第二章、文獻回顧----------------------2-1
2-1、製紙廢水處理流程與單元---------------2-1
2-1-1、製紙廠廢水水質特性-------------- 2-1
2-1-2、製紙廠廢水之廢水處理單元----------- 2-2
2-2、浮除物理處理單元之淨水原理與類別----------2-9
2-2-1、浮除法原理------------------ 2-9
2-2-2、浮除法類別------------------ 2-9
2-2-3、浮除單元化學藥劑之添加------------ 2-15
2-2-4、現場操作參數之控制與調整----------- 2-16
2-3、氧化渠生物處理單元之淨水原理與現場操作-------2-18
2-3-1、氧化渠生物處理單元原理與特性--------- 2-18
2-3-2、氧化渠生物處理單元操作------------ 2-21
2-3-3、現場操作參數之控制與調整----------- 2-24
2-4、田口品質工程評估模式----------------2-26
2-4-1、田口品質工程評估模式特性與原理-------- 2-26
2-4-2、田口式實驗計畫---------------- 2-30
2-4-3、田口品質工程模式之統計應用---------- 2-33
2-4-4、田口式模式分析---------------- 2-44
第三章、研究方法-----------------------3-1
3-1、研究架構與執行流程-----------------3-2
3-2、模式建立----------------------3-5
3-3、實驗規劃----------------------3-9
3-3-1、物理處理單元----------------- 3-9
3-3-2、生物處理單元----------------- 3-15
3-4、水質分析項目、分析方法、與設備-----------3-22
3-4-1、COD(化學需氧量)分析設備與方法-------- 3-22
3-4-2、 BOD (生化需氧量)分析設備與方法------- 3-23
3-4-3、SS (懸浮固體)分析設備與方法----------3-23
第四章、結果與討論----------------------4-1
4-1、 現有製紙廠廢水處理單元---------------4-1
4-2、浮除物理處理單元操作最適化條件之建立--------4-6
4-2-1、浮除處理操作參數之初步篩選與建立------- 4-6
4-2-2、浮除之一級處理之操作最適化參數之建立----- 4-15
4-2-3、浮除處理操作最適化參數持續效果驗證------ 4-28
4-3、氧化渠生物處理單元操作最適化條件之建立-------4-34
4-3-1、氧化渠操作參數之初步篩選與建立-------- 4-34
4-3-2、氧化渠生物處理之操作最適化參數之建立----- 4-44
4-3-3、氧化渠生物處理單元操作最適化參數持續效果驗證---4-54
4-3-4、操作最適化參數與理論設計操作要求比較說明--- 4-59
4-4、田口品質模式修正與檢討---------------4-63
4-4-1、田口品質模式適用性分析------------ 4-63
4-4-2、修正之「田口品質工程評估模式」-------- 4-65
4-5、執行成效與水資源回收再利用-------------4-71
第五章、結論與建議----------------------5-1
5-1、結論------------------------5-1
5-2、建議事項----------------------5-2
參考文獻--------------------------A-1
附錄一 ---------------------------B-1
附錄二 ---------------------------C-1
附錄三 ---------------------------D-1
附錄四 ---------------------------E-1
附錄五 ---------------------------F-1
A 參考文獻[1]、George tchobanogous, 1982,Wastewater Engineering: Treatment Disposal,2nd edition,中央圖書出版社。[2]、J.P.Teller, et al.,1975,Manual Of Wastewater Operations,Forth edition,The Texas Water Utilities Association。[3]、Gordon Maskew ,et al.,1966,Water and Wastewater Engineering,John Wiley & Sons, INC。[4]、Geoge E.P.Box,et al.,1978,Static For Experimenters,John Wiley & Sons, INC.。[5]、P.H.Groggins,1970,Unit Process Organic Synthesis,新月圖書股份有限公司。[6]、張季娜等,1989,田口式品質工程導論,品管學會 。[7]、吳玉印,1988,新版實驗計劃法,中興顧問公司發行。[8]、吳玉印,1970,直交表與點線圖,中國生產力中心。[9]、黃廷彬等,1993,田口式品質工程技術手冊,中國生產力中心。[10]、李傳政等,1992,品質機能展開實務技術手冊,中國生產力中心。[11]、虞國興,1999,工業用水合理範圍訂定,經濟部水資源局。[12]、洪澄洋,1979,數理統計學導引,五南圖書出版公司。[13]、Vesiline Perice Weiner,1992,環境工程學,黃政賢等譯,曉園出版社。[14]、工業污染防治技術服務團,1993,a,造紙業水污染防治技術,中國技術服務社。[15]、工業污染防治技術服務團,1993,b,廢水處單元設計及操作準則之試驗建立 ,中國技術服務社。[16]、工業污染防治技術服務團,1993,c,高級氧化程序在廢水處理上的應用,中國技術服務社。[17]、工業污染防治技術服務團,1993,d,廢水處理廠操作管理,中國技術服務社。[18]、工業污染防治技術服務團,1993,e,活性污泥法新技術, 中國技術服務社。 [19]、工業減廢聯合輔導小組,1994,工業減廢技術手冊造紙工業,中國技術服務社。[20]、工業污染防治技術服務團,1980,工業廢水水質分析標準操作程序, 中國技術服務社。[21]、橫山襈子等,1991,品質設計實驗計画法,日本規格協会,東京。[22]、E.Barrado ,et al.,1996,Optimization of a Purification for Metal-Containing Wastewater by Use of a Taguchi Eexperimental Design,Wat. Res. vol. 30, No 10. pp. 2309-2314。[23]、E.Barrado ,et al.,1998,Optimization of the Operation Variables of a Medium-Scale Reactor for Metal-Containing Wastewater Purification by Ferrite Formation.,Wat. Res. vol. 32, No 10. pp. 3055-3061。[24]、張國棟,1992,統計製程管制技術手冊,中國生產力中心。[25]、朱志燿,1973,製漿造紙學,中華書局。
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1. A 參考文獻[1]、George tchobanogous, 1982,Wastewater Engineering: Treatment Disposal,2nd edition,中央圖書出版社。[2]、J.P.Teller, et al.,1975,Manual Of Wastewater Operations,Forth edition,The Texas Water Utilities Association。[3]、Gordon Maskew ,et al.,1966,Water and Wastewater Engineering,John Wiley & Sons, INC。[4]、Geoge E.P.Box,et al.,1978,Static For Experimenters,John Wiley & Sons, INC.。[5]、P.H.Groggins,1970,Unit Process Organic Synthesis,新月圖書股份有限公司。[6]、張季娜等,1989,田口式品質工程導論,品管學會 。[7]、吳玉印,1988,新版實驗計劃法,中興顧問公司發行。[8]、吳玉印,1970,直交表與點線圖,中國生產力中心。[9]、黃廷彬等,1993,田口式品質工程技術手冊,中國生產力中心。[10]、李傳政等,1992,品質機能展開實務技術手冊,中國生產力中心。[11]、虞國興,1999,工業用水合理範圍訂定,經濟部水資源局。[12]、洪澄洋,1979,數理統計學導引,五南圖書出版公司。[13]、Vesiline Perice Weiner,1992,環境工程學,黃政賢等譯,曉園出版社。[14]、工業污染防治技術服務團,1993,a,造紙業水污染防治技術,中國技術服務社。[15]、工業污染防治技術服務團,1993,b,廢水處單元設計及操作準則之試驗建立 ,中國技術服務社。[16]、工業污染防治技術服務團,1993,c,高級氧化程序在廢水處理上的應用,中國技術服務社。[17]、工業污染防治技術服務團,1993,d,廢水處理廠操作管理,中國技術服務社。[18]、工業污染防治技術服務團,1993,e,活性污泥法新技術, 中國技術服務社。 [19]、工業減廢聯合輔導小組,1994,工業減廢技術手冊造紙工業,中國技術服務社。[20]、工業污染防治技術服務團,1980,工業廢水水質分析標準操作程序, 中國技術服務社。[21]、橫山襈子等,1991,品質設計實驗計画法,日本規格協会,東京。[22]、E.Barrado ,et al.,1996,Optimization of a Purification for Metal-Containing Wastewater by Use of a Taguchi Eexperimental Design,Wat. Res. vol. 30, No 10. pp. 2309-2314。[23]、E.Barrado ,et al.,1998,Optimization of the Operation Variables of a Medium-Scale Reactor for Metal-Containing Wastewater Purification by Ferrite Formation.,Wat. Res. vol. 32, No 10. pp. 3055-3061。[24]、張國棟,1992,統計製程管制技術手冊,中國生產力中心。[25]、朱志燿,1973,製漿造紙學,中華書局。