傳統活性污泥法（ASP）曝氣為污水處理主要能耗單元。奈米氣泡具高比表面積與較長停留特性，可提升氣液質傳並維持所需溶氧。本研究以奈米氣泡作為連續流活性污泥曝氣技術，驗證其操作可行性與處理表現。

實驗建立 25 L 連續流反應槽，HRT=9 h、進流量 2.78 L/h。進流先採合成人工污水（C:N:P=100:5:1），後續以淡水污水廠初沉池出流水作為市政污水對照。於單一 HRT 期間每小時量測 DO 與 ORP，並分析出流水 COD、BOD₅、NH₃–N、SS 等指標 ，並進行連續三天之連續流實驗。

        曝氣控制以 DO 上升/衰減試驗建立：曝氣 3–5 分鐘後 DO 上升趨緩，故以 DO 由 6→2 mg/L 衰減推估占空比，採開 5 分／關 90 分操作。連續流運轉時 DO 約 2.0 mg/L，ORP 為 18–25 mV。人工廢水與市政污水的COD去除率可達84–87%，平均 BOD 去除率 93.6%；氨氮去除率於人工廢水與市政污水分別為 91.1–93% 與 92.6–94.3%。能耗評估：奈米氣泡裝置 420 W，日耗電 0.5953 kWh；對照試驗小型曝氣機 9.3 W，日耗電 0.2232 kWh/台。以三台曝氣機維持 DO，奈米氣泡可節省約 12 % 用電。

Aeration in the conventional Activated Sludge Process (ASP) is one of the major energy-consuming units in wastewater treatment. Nanobubbles, featuring a high specific surface area and a long residence time, can enhance gas–liquid mass transfer and help maintain the dissolved oxygen (DO) required for biological reactions. This study applies nanobubble aeration to a continuous-flow activated sludge system to verify its operational feasibility and treatment performance.
A 25 L continuous-flow reactor was constructed with a hydraulic retention time (HRT) of 9 h and an influent flow rate of 2.78 L/h. The influent was first prepared as synthetic wastewater (C:N:P = 100:5:1), and was subsequently replaced by the effluent from the primary sedimentation tank of a Tamsui wastewater treatment plant as a municipal wastewater benchmark. During one HRT period, DO and oxidation–reduction potential (ORP) were measured hourly, and effluent water quality indicators including COD, BOD₅, NH₃–N, and SS were analyzed. In addition, a three-day continuous-flow experiment was conducted.
The aeration control strategy was established using DO rise/decay tests: since the DO increase tended to plateau after 3–5 minutes of aeration, the duty cycle was estimated based on the DO decay from 6 to 2 mg/L, and an ON/OFF operation of 5 min ON and 90 min OFF was adopted. During continuous operation, the DO was maintained at approximately 2.0 mg/L, and the ORP ranged from 18 to 25 mV. COD removal for both synthetic and municipal wastewater reached 84–87%, and the average BOD removal was 93.6%. Ammonia removal efficiencies were 91.1–93% for synthetic wastewater and 92.6–94.3% for municipal wastewater. For energy consumption, the nanobubble device operated at 420 W with a daily electricity use of 0.5953 kWh. In the control test, a small aerator consumed 9.3 W, corresponding to 0.2232 kWh/day per unit. Assuming three aerators are required to maintain DO, the nanobubble system could save approximately 12% of electricity consumption.

目錄
第一章緒論	1
1. 1研究緣起	1
1. 2 研究目的	2
1. 3研究內容及架構	2
第二章 文獻回顧	3
2. 1研究背景與重要性	3
2. 2活性污泥法原理與傳統曝氣限制	5
2. 3奈米氣泡之物理與化學特性	7
2.3.1定義與分類	7
2.3.2物理特性	7
2.3.3化學特性	8
2.3.4穩定性機制與壽命影響因素	8
2. 4奈米氣泡在氧傳遞與廢水處理之應用	9
2.4.1氧傳遞效率與溶氧提升	9
2.4.2奈米氣泡對微生物活性與群落結構的影響	10
2.4.3 BOD/COD 去除效果	11
2.4.4能耗與碳排比較	13
2. 5奈米氣泡在污水處理應用的挑戰與未來發展	15
2.5.1技術挑戰	15
2.5.2實廠應用案例與啟示	16
2.5.3未來發展方向	17
2. 6廢水處理曝氣控制的智慧節能	18
第三章 研究方法與實驗設計	19
3. 1研究流程	19
3. 2實驗對象簡介	21
3.2. 1淡水水資源回收中心	21
3.2. 2淡水污水廠處理流程	22
3. 3傳統活性污泥法實驗設計	23
3.3. 1傳統活性污泥法之基本原理	23
3.3. 2系統主要處理機制	23
3.3. 3實驗參數參考	24
3. 4 DO 上升/下降與奈米氣泡產量評估與計算	25
3.4. 1研究目的	25
3.4. 2 DO 上升速率與 kLa	25
3.4. 3奈米氣泡「產出量」的質量基礎指標（SOTR/OTR）	27
3.4. 4含微生物耗氧時之 DO 下降時間 t8→2(OUR法)	28
3. 5用電量的測定	30
3.5. 1原理說明	30
3.5. 2間接運轉(奈米氣泡系統)之能耗計算	30
3.5. 3連續運轉（一般曝氣機）之能耗計算	31
3.5. 4實際操作方法	31
3. 6碳排放計算	32
3. 7槽體設計	33
3.7. 1槽體設計介紹	33
3.7. 2曝氣槽體設計參數與設計圖	34
3. 8實驗設備材料介紹與使用方法及實驗藥品	39
3.8. 1實驗設備與分析儀器	39
3.8. 2實驗藥品與人工廢水之配置	50
 
第四章 結果與討論	51
4. 1曝氣機與奈米氣泡之 DO與 ORP變化之批次實驗測定	51
4.1. 1曝氣機曝氣純水之DO與ORP測定	51
4.1. 2曝氣機曝氣人工廢水之DO與ORP測定	55
4.1. 3曝氣機曝氣迴流污泥8hr之DO與ORP變化	59
4.1. 4以奈米氣泡裝置曝氣純水之DO與ORP測定	66
4.1. 5以奈米氣泡裝置曝氣人工廢水之DO與ORP測定	68
4.1. 6水體增量之奈米氣泡機曝氣DO變化狀況分析	69
4. 2將奈米氣泡以活性污泥法用於反應槽之連續流實驗測定	75
4.2. 1以人工廢水為進流之連續流實驗	75
4.2. 2以市鎮污水為進流之連續流實驗	90
4.2. 3以人工廢水及市鎮初沉池污水為進流之統整與比較	103
4. 3奈米氣泡曝氣之三日連續流實驗(24hr/日)測定	110
4.3. 1實驗目的	110
4.3. 2三日連續流實驗反應槽與奈米氣泡曝氣系統配置	110
4.3. 3量測項目與頻率	111
4.3. 4測量結果	111
4. 4曝氣機與奈米氣泡曝氣用電量之計算與比較	115
4.4. 1奈米氣泡用電量(不間斷)	115
4.4. 2曝氣機用電量(不間斷)	115
4.4. 3奈米氣泡曝氣能耗計算	116
4.4. 4與曝氣機之比較	117
4.4. 5與實際污水廠之鼓風機用電量比較	118
4. 5碳排放量計算與節能減碳效果之分析與討論	119
 
第五章 結論與建議	121
5. 1結論	121
5. 2建議	124
第六章 參考文獻	126

 
圖目錄
圖3. 1處理流程圖	20
圖3. 2污水處理廠平面配置圖	21
圖3. 3污水處理流程圖	22
圖3. 4傳統曝氣槽體設計圖	35
圖3. 5加入奈米氣泡產生裝置圖	37
圖3. 6實際設計槽體系統圖	38
圖3. 7氣泡產生裝置	39
圖3. 8管徑設計	39
圖3. 9微細氣泡產生對照圖	40
圖3. 10流量與壓力性能比較圖	41
圖3. 11通入及構造	42
圖3. 12元件	43
圖3. 13 YS-8000 曝氣機	44
圖3. 14 DO探針	45
圖3. 15 DO meter本機	45
圖3. 16 B-NH8500氨氮檢測儀	48
圖3. 17 master solider 插座式電力檢測儀	49
圖4. 1一般曝氣純水之DO變化趨勢圖	…………………………………………..51
圖4. 2一般曝氣純水之ORP變化趨勢圖	53
圖4. 3一般曝氣純水之DO變化趨勢圖	55
圖4. 4一般曝氣人工廢水之ORP變化趨勢圖	57
圖4. 5一般曝氣8hr，靜置一分鐘迴流污泥之DO趨勢圖	59
圖4. 6一般曝8hr迴流污泥之氧化還原電位趨勢圖	61
圖4. 7迴流污泥稀釋成MLSS=1000mg/L之DO變化趨勢圖	62
圖4. 8迴流污泥稀釋成MLSS=1000mg/L之ORP趨勢圖	63
圖4. 9以NA培養基培養槽體內菌落	65
圖4. 10 DO隨時間之變化情形趨勢圖	66
圖4. 11 ORP隨時間之變化情形趨勢圖	66
圖4. 12 DO隨時間之變化情形趨勢圖	68
圖4. 13氧化還原電位隨時間之變化情形趨勢圖	68
圖4. 14奈米氣泡曝氣25 L 人工污水中DO隨時間之變化趨勢圖	71
圖4. 15 每1.5 hr槽體內之DO變化趨勢圖	76
圖4. 16 每1.5 hr槽體內之ORP變化趨勢圖	76
圖4. 17每1 hr槽體內之溶氧變化趨勢圖	78
圖4. 18每1 hr槽體內之氧化還原電位變化趨勢圖	78
圖4. 19每1.5 hr槽體內之DO變化趨勢圖	91
圖4. 20每1.5 hr槽體內之ORP變化趨勢圖	91
圖4. 21一個HRT每1 hr槽體內之DO變化趨勢圖	93
圖4. 22一個HRT每1 hr槽體內之ORP變化趨勢圖	93
圖4. 23人工廢水與市政初沉池污水之一個HRT之DO對照趨勢圖	103
圖4. 24人工廢水與市政污水之一個HRT之ORP對照趨勢圖	103
圖4. 25人工廢水與市政污水之一個HRT之COD去除率趨勢圖	104
圖4. 26人工廢水與市政污水之一個HRT之氨氮去除率對照趨勢圖	105
圖4. 27人工廢水與市政污水之一個HRT之出流SS濃度趨勢圖	106
圖4. 28人工廢水與市政污水之一個HRT之SVI對照趨勢圖	106
圖4. 29 以NA培養基培養奈米氣泡曝氣之反應槽之微生物培養皿	109
圖4. 30三日連續流實驗之DO變化趨勢圖	112
圖4. 31三日連續流實驗之ORP變化趨勢圖	112

表目錄
表3. 1淡水水資源回收中心曝氣池參數	24
表3. 2傳統曝氣槽體設計參數表	34
表3. 3加入奈米氣泡產生裝置曝氣槽體設計	36
表3. 4產品技術	42
表3. 5元件說明	43
表3. 6分光光度計設計參數表	46
表3. 7電源數據表	47
表3. 8適用COD試劑表	47
表3. 9人工廢水成份表	50
表4. 1一般曝氣純水之DO統計表	………………………………………………….51
表4. 2一般曝氣純水之ORP統計表	53
表4. 3一般曝氣人工廢水之DO統計表	55
表4. 4一般曝氣人工廢水之ORP統計表	57
表4. 5 不同曝氣時間之最高DO值	70
表4. 6奈米氣泡曝氣結束後  人工污水中溶氧隨時間之變化表	71
表4. 7每1.5 hr槽體內之DO與ORP統計表	75
表4. 8每1 hr槽體內之DO與ORP統計表	77
表4. 9每日人工廢水COD與出流水COD統計表	79
表4. 10每1小時取樣出流水之COD值	80
表4. 11人工廢水進流之BOD5估算	81
表4. 12第一日於水利停留時間內每小時出流採樣計算統計表	82
表4. 13人工廢水出流氨氮與去除率統計表	84
表4. 14出流水懸浮固體濃度及污泥體積指數計算統計表	85
表4. 15每 1.5 hr 量測一次槽體內 DO 與 ORP(市鎮污水條件)統計表	91
表4. 16每1 hr槽體內之DO與ORP(市鎮污水條件)統計表	92
表4. 17化學需氧量與去除率統計表	94
表4. 18第一日出流生化需氧量與去除率統計表	95
表4. 19出流氨氮與去除率統計表	97
表4. 20第一日一個HRT之懸浮固體與SVI統計表	98
表4. 21進出流 COD 與曝氣池 MLSS統計表	100
表4. 22市政污水三日進流 F/M統計表	100
表4. 23市政污水三日三個HRT排泥量統計表	101
表4. 24市政污水三日污泥齡統計表	102
表4. 25三日連續流實驗之即時監測參數表	111
表4. 26三日連續流實驗之COD統計表	113
表4. 27三日連續流實驗之氨氮統計表	113
表4. 28三日連續流實驗之食微比與MLSS統計表	113
表4. 29三日連續流實驗之SVI計算與量測統計表	114
表4. 30三日連續流實驗之污泥齡計算與量測統計表	114
表4. 31奈米氣泡(不間斷)不同時間之用電量與電費	115
表4. 32曝氣機用電量(不間斷)不同時間之用電量與電費	115
表4. 33奈米氣泡(間歇曝氣)各時間點之用電量與電費	116
表4. 34奈米氣泡機與曝氣機之用電量與電費比較	117
表4. 35 每噸水耗電量與電費統計表	117
	

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