TWI670239B - 廢水處理系統及方法 - Google Patents

Abstract

一種廢水處理系統，包含沉澱槽、淨化槽及後曝氣槽，其中第一連接單元可連接沉澱槽及淨化槽，第二連接單元可連接淨化槽及後曝氣槽。淨化槽包含接觸曝氣區、多孔材料牆以及水生植物淨化區。上述之廢水處理系統可有效去除廢水中的懸浮固體物、含氮汙染物和有機汙染物。

Description

廢水處理系統及方法

本發明是有關於一種廢水處理系統及方法，且特別是有關於一種結合接觸曝氣與生物處理之廢水處理系統及方法，以在較短時水力停留時間中有效處理廢水。

根據聯合國環境署(United Nations Environment Programme)研究指出，若無立即提出水資源解決方案，到2025年時，全球每3人即有2人會感覺到缺水的壓力。因此，開拓多元水資源成為一無可避免之解決方向，其中水資源回收成為增加水資源主要管道之一。據估計至2015年時，回收水將較2005年增加181%。而低環境衝擊並具永續發展概念之水資源回收方法則成為主要發展方向之一，生態處理系統(Ecological treatment system)具有節省能源、操作簡便、成本低廉及不破壞生態等優點。

在生態處理系統中，汙染物的去除機制主要包括沉澱、吸附、過濾、硝化作用、脫硝作用、植物吸收及生物轉化過程等，但在不同類型的生態處理系統所營造之環境並不相同，並非所有機制都能在不同種類之生態處理系統中 正常進行。各種氮轉換機制之反應效率也不盡相同，因此限制生態處理系統之除氮效能。一般汙染物進入生態處理系統後，主要藉由袪氧作用去除，而含氮汙染物之主要去除機制為氨氣化(Volatilization)，加上硝化作用(Nitrification)及脫硝作用(Denitrification)，將廢水中的氮轉換成氮氣。當硝化作用不完全時，脫硝作用則無法完全將水中含氮汙染物轉化為氮氣。因此，硝化作用進行時須於溶氧高於一定限制濃度時始能有較佳效果。因此，生態處理系統中增設曝氣設備可強化供氧條件，增加水中溶氧，即能明顯提高淨化區對各類汙染物之降解效能。此外，也發現倘若廢水中的有機碳(有機汙染物)含量低會抑制硝化作用的進行。

然由研究結果亦發現，在槽中增設曝氣設備雖然可以增加水中溶氧以提高對各類汙染物的降解效能，但是也會擾動流場(Flow field)，反而又降低汙染物的去除效率。

歸納目前處理養殖水汙染物之機制包括：

1. 物理性作用：主要係利用物理過濾、重力分離、浮除、物理吸附、離子交換、氧綠射線共振、碳棒吸附、曝氣作用等機制去除養殖水中之懸浮固體物或有害離子。

2. 生物性作用：主要係利用微生物藉由生物過濾、生化處理、植物攝取、礦化轉換、同化作用、掠食作用等機制去除水中之有機汙染物及含氮汙染物。

3. 殺菌作用：藉由紫外絲與臭氧殺菌、臭氧氧化及殺菌、合金溶氧滅菌、太陽輻射殺菌等作用機制去除養殖系統中之可能致病菌。

前述諸多技術經實務應用之驗證雖有一定效果，然受限於設備或操作成本過高、設備操作專業技術需求過高、設計實務操作難度高等因素，致使水質改善相關問題仍有很大改善空間。基於上述相關缺點，規劃具有低設備成本、少耗能、操作簡易、處理標的明確等特色之廢水處理系統確實為提升我國現階段水處理產業發展之重要議題之一。

根據有關研究證實，常見之水產養殖生物之毒性物質依次為硫化氫、氨、亞硝酸鹽，其中亞硝酸鹽毒性遠較氨弱，而一般水環境中，硫化氫濃度常遠低於氨，且易化學變化為無毒產物，因此在水產養殖較不為魚隻毒性來源，故養殖水中以氨最具威脅性。因此，諸多發明係採增加水中溶氧方式，以便藉由硝化作用將氨氮轉化為較不具毒性之硝酸鹽氮。由現場監測結果亦顯示此一普遍現象，然而高濃度之硝酸鹽氮於室外養殖場時恰有助於藻類之大量增生，過量之藻類常會衍生生物毒性或夜間反水現象，而致使水質惡化或魚蝦死亡。為降低損失，養殖業者使用藥劑控制水質，此舉雖可提升產量，惟亦降低養殖標的品質與市場價格。此外，水產養殖的廢水通常有機碳含量較低，也不利於硝化作用的進行。

先前有一技術係利用曝氣區以及整流區，克服擾流以及水中溶氧量低的問題，從而提高汙染物的去除率。 然而，上述方法僅能強化水處理的好氧反應，故僅提高可被好氧菌分解的汙染物之去除效率，但對於需進行厭氧反應水處理的汙染物則去除效率不佳。此外，廢水於整流區中會產生環流或逆流，不利於進行水處理。上述系統也無法解決低有機碳汙染物廢水之硝化作用被抑制的事實。

基於現行水產養殖市場需求考量及未來有機水產養殖之發展趨勢，目前亟需提出一種可用於改善水產養殖水質和處理一般廢水之廢水處理系統，其可去除水產養殖廢水中之懸浮固體物、有機汙染物與含氮營養鹽，解決環境水體優養化及水產養殖用水之相關問題。同時，此系統具有低設備成本、低操作成本、低能源消耗及操作簡易之特性，藉此降低水質控制用藥並推動有機水產養殖之長期發展目標，提升水產養殖之附加價值。

因此，本發明之一態樣是在提供一種廢水處理系統，其結合強化好氧反應之曝氣與強化厭氧反應之多孔材料牆，並利用水生植物淨化區施以生物處理，可有效去除廢水中的懸浮固體物、含氮物汙染物及有機汙染物。

本發明之另一態樣是在提供一種廢水處理的方法，其係使用上述廢水處理系統進行。

根據本發明之一態樣，提供一種廢水處理系統。在一實施例中，廢水處理系統包含沉澱槽、淨化槽、後曝氣槽、第一連接單元以及第二連接單元，其中第一連接單 元可連接沉澱槽及淨化槽，第二連接單元可連接淨化槽及後曝氣槽。沉澱槽包含隔熱板覆蓋於沉澱槽之頂部，沉澱槽之底部設有排泥管，且沉澱槽之側壁上設有第一出水口。

上述之淨化槽包含接觸曝氣區、水生植物淨化區及設於接觸曝氣區與水生植物淨化區間的多孔材料牆接觸。接觸曝氣區包含第一曝氣裝置和接觸材，其中第一曝氣裝置包含第一沉水馬達和第一空氣壓縮裝置。多孔材料牆包含複數個多孔材料顆粒以及覆於多孔材料顆粒表面之菌膜，且所述菌膜包含好氧菌與厭氧菌。水生植物淨化區包含土壤層、水層和挺水性植物。在鄰近接觸曝氣區之側壁上設有第一進水口，而在鄰近水生植物淨化區的側壁上設有第二出水口。

上述之第一連接單元係用來連接第一出水口和第一進水口。上述之後曝氣槽包含第二曝氣裝置和第二進水口，其中第二曝氣裝置包含第二沉水馬達和第二空氣壓縮裝置。第二連接單元是用來連接第二出水口和第二進水口。

依據本發明之一實施例，接觸曝氣區與多孔材料牆之長度比為1：1至1：1.5。

依據本發明之一實施例，其中多孔材料牆之材料包含礫石、橡膠切片、磚粒、爐石粒或其組合。

依據本發明之一實施例，多孔材料牆之孔隙率為40%至50%。

依據本發明之一實施例，多孔材料顆粒之一平均粒徑為3公分至5公分。

根據本發明之另一態樣，提供一種廢水處理方法，其係利用上述之廢水處理系統進行。在一實施例中，首先，提供廢水。接著，於沉澱槽中對廢水進行沉澱處理，以形成粗處理水。然後，於淨化槽之接觸曝氣區中，對粗處理水進行第一處理步驟，其中第一處理步驟包含對該廢水進行曝氣處理，以形成曝氣水，以及對曝氣水進行接觸氧化處理，以形成第一處理水。

然後，在淨化槽之多孔材料牆中，對第一處理水進行第二處理步驟，以形成第二處理水，其中第二處理步驟包含脫氧反應以及厭氧反應水處理。之後，於淨化槽之水生植物淨化區中，對第二處理水進行第三處理步驟，以形成第三處理水。其中，水生植物淨化區包含土壤層、水層及挺水性植物。再來，於後曝氣槽中，對第三處理水進行後曝氣處理，以形成淨化水。

依據本發明之一實施例，上述之接觸氧化處理係以附著於接觸材之好氧菌進行。

依據本發明之一實施例，第三處理步驟包含利用挺水性植物之根莖對第二處理水進行生物處理。

依據本發明之一實施例，生物處理包含喜氣反應與厭氧反應。

依據本發明之一實施例，第二處理步驟更包含過濾和吸附步驟。

應用本發明之廢水處理系統，可在同一系統中進行好氧反應水處理以及厭氧反應水處理，提升反應速率較 慢之厭氧反應水處理的效率，從而可簡單地且經濟地將廢水中的懸浮固體物、含氮汙染物及有機汙染物去除。

100‧‧‧廢水處理系統

101、103‧‧‧箭號

110‧‧‧沉澱槽

111‧‧‧排泥管

113‧‧‧隔熱板

120‧‧‧淨化槽

121‧‧‧接觸曝氣區

121A‧‧‧第一曝氣裝置

121B‧‧‧接觸材

122a‧‧‧第一空氣壓縮裝置

122b‧‧‧第一沉水馬達

123‧‧‧多孔材料牆

123A‧‧‧多孔材料顆粒

124‧‧‧遮陽蓋板

125‧‧‧水生植物淨化區

125A‧‧‧挺水性植物

125B‧‧‧土壤層

127‧‧‧出水區

130‧‧‧後曝氣槽

131A‧‧‧第二曝氣裝置

132a‧‧‧第二空氣壓縮裝置

132b；第二沉水馬達

140‧‧‧第一連接單元

141‧‧‧第一出水口

143‧‧‧第一進水口

150‧‧‧第二連接單元

151‧‧‧第二出水口

153‧‧‧第二進水口

160‧‧‧水位

201、203、205‧‧‧生化需氧量

210、220、230、310、320、330、410、420、430、510、520、530‧‧‧區域

201、203、205、301、303、305、401、403、405、501、503、505‧‧‧線段

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下：[圖1]係繪示依據本發明之一實施例之廢水處理系統之示意圖；[圖2]係繪示依據本發明之一實施例1至3之廢水處理系統隨時間變化之生化需氧量；[圖3]係繪示依據本發明之一實施例1至3之廢水處理系統隨時間變化之總凱氏氮濃度；[圖4]係繪示依據本發明之一實施例1至3之廢水處理系統隨時間變化之總氨氮濃度；[圖5]係繪示依據本發明之一實施例1至3之廢水處理系統隨時間變化之總氮濃度。

本發明之目的係提供一種廢水處理方法及系統，其可在同個系統中進行好氧反應水處理以及厭氧反應水處理，並提升反應速率較慢之厭氧反應水處理的效率，從而可簡單地且經濟地將廢水中之懸浮固體物、含氮汙染物及有機汙染物去除。上述廢水處理可在較短的水力停留時間中完成。此處所稱之懸浮固體物可包含泥沙、粘土、原生動物、 藻類、細菌、病毒、以及高分子有機物等，此處所稱之含氮汙染物可包含有機氮、氨氮、亞硝酸氮與硝酸氮等，而此處所稱之有機汙染物可包含腐植酸(Humic acid)、黃酸(Fulvic acid)、親水性酸(Hydrophilic acid)、碳水化合物、羧酸、氨基酸或碳氫化合物等。

在一實施例中，本發明之廢水可例如為有機汙染物含量較低(例如低於20mg/L)之水產養殖廢水或其他廢水。

以下利用圖1說明本發明之廢水處理系統。如圖1所示，廢水處理系統100包含沉澱槽110、淨化槽120、後曝氣槽130，其中第一連接單元140可連接沉澱槽110以及淨化槽120，第二連接單元150可連接淨化槽120和後曝氣槽130，以下分述之。此外，圖1中的元件符號160代表水位，在沉澱槽110、淨化槽120和後曝氣槽130之水位僅些微差異(例如：沉澱槽110之水位高於淨化槽120，淨化槽120之水位高於後曝氣槽130)，但此差異並未於圖1中繪示。

如圖1所示，廢水由箭號101之方向進入廢水處理系統100之沉澱槽110，此時廢水可稱為進流水。沉澱槽110之主要結構為人工槽體，沉澱槽110之槽頂以隔熱板113覆蓋，槽底則有助於懸浮固體物之收集，並設有排泥管111。此外，沉澱槽110更包含位於其側壁上之第一出水口141。

在一實施例中，廢水首先進入沉澱槽110，以進行沉澱處理。在沉澱處理中，體積較大的懸浮固體物，例 如泥沙等，會藉由物理性沉降作用沉至沉澱槽110底部，並藉由排泥管111排出。經過沉澱處理後的粗處理水，經由第一出水口141排出，並經第一進水口143流至淨化槽120。

淨化槽120為單一槽體且可為矩形槽體。淨化槽120係包含接觸曝氣區121、水生植物淨化區125以及設於接觸曝氣區121和水生植物淨化區125間的多孔材料牆123。此外，淨化槽120更包含設於鄰近接觸曝氣區121的側壁上之第一進水口143，以及設於鄰近水生植物淨化區125之側壁上的第二出水口151，以利各槽體間的廢水輸送。

上述之接觸曝氣區121設有第一曝氣裝置121A及均勻分布的接觸材121B，以進行第一處理步驟。第一曝氣裝置121A包含第一空氣壓縮裝置122a和第一沉水馬達122b。上述的第一處理步驟包括曝氣處理以及接觸氧化處理。所述曝氣處理係以第一曝氣裝置121A增加廢水中的溶氧量以形成曝氣水。所述接觸氧化處理為利用硝化菌進行之硝化作用，其中以接觸材121B作為基底，以便用於接觸氧化處理之硝化菌附著生長。在一實施例中，第一處理步驟為好氧反應水處理，其係由於硝化菌為好氧菌，在溶氧量較高的廢水中，配合作為基底的接觸材121B，得以進行包括硝化作用和接觸氧化等處理，去除廢水中有機汙染物與含氮汙染物，以形成第一處理水。同時，為提升硝化菌之處理效能，接觸曝氣區121上方可設置遮陽蓋板124。

本發明此處所稱之接觸材121B可使用任何習知或市售之接觸材，舉例而言，接觸材可為具有大比表面積 及生長附著性之生物膜，且可為浪板、蜂巢板、繩狀濾材、網狀濾材或浮球。而本發明此處所稱之硝化菌可為自營性硝化菌或是異營性硝化菌，且為好氧菌。

接著，第一處理水經多孔材料牆123進行第二處理步驟後，形成第二處理水並進入水生植物淨化區125。多孔材料牆123包含複數個多孔材料顆粒123A以及厭氧菌膜(未繪示)，其中多孔材料顆粒堆疊以形成不規則大小且分佈的孔隙，而廢水處理系統100可經一段馴養時間(例如一個月)，以使菌種(例如厭氧菌)以多孔材料顆粒為載體生長為上述厭氧菌膜。在一例子中，上述多孔材料顆粒也可包含好氧菌種之菌膜。

在一實施例中，多孔材料牆123的孔隙率可為40%至50%。所述孔隙率過低會造成阻塞問題，而若孔隙率過高，則厭氧菌膜較少，降低第二處理步驟之效率。上述多孔材料顆粒可包含礫石、橡膠切片、磚粒、爐石粒，且多孔材料顆粒可具有例如3公分至5公分之平均粒徑。上述之橡膠切片的多孔材料顆粒可例如使用廢輪胎經去除鋼圈以及切片而形成，由此所形成的多孔材料顆粒可能進一步包含鐵離子或亞鐵離子，有利於廢水汙染物的去除。在一實施例中，接觸曝氣區121與多孔材料牆123之長度比可例如為1：1至1：1.5，此處所稱之長度係指與廢水流向平行之接觸曝氣區121和多孔材料牆123的個別長度。上述多孔材料牆123的長度過短時，第二處理步驟的效率不佳。另一方面， 若多孔材料牆123的長度過長，則有多孔材料牆123易阻塞的問題。

前述第二處理步驟包含脫氧反應以及厭氧反應水處理。具體而言，從接觸曝氣區流入之溶氧量高的第一處理水持續在多孔材料牆中進行好氧反應水處理(例如硝化)，然而由於多孔材料牆未供給氧氣且其阻力較大，降低水體流速(同時也可減少擾流)，因此在多孔材料牆中的第一處理水之溶氧逐漸被消耗，即為此處所稱之脫氧反應，此反應多發生在多孔材料牆鄰近於接觸曝氣區處。另一方面，溶氧量降低的第一處理水於多孔材料牆之後端(鄰近水生植物淨化區125)，利用厭氧菌膜進行厭氧反應水處理，以厭氧菌分解汙染物。

在一實施例中，第二處理步驟可更包含過濾步驟。多孔材料牆之多孔材料顆粒有利於第一處理水中的未溶解之有機氮以及懸浮物之吸附，以達到物理性過濾或吸附的處理效果。在又一實施例中，不規則分佈的多孔材料顆粒提供不同大小的孔隙，因此提供較高的阻力可避免第一處理水於多孔材料牆中產生環流(或稱逆流)，且可延長第一處理水於多孔材料牆中的時間，以進行較長反應時間的厭氧反應水處理。

特別說明的是，多孔材料顆粒若為塑膠，則厭氧菌膜難以形成於多孔材料顆粒的表面上，從而降低厭氧反應水處理的效率。

經由多孔材料牆123，可使曝氣過程中對第一處理水所造成的擾動被平緩、不於多孔材料牆123中產生環流，更可在多孔材料牆123中進行脫氧反應、厭氧反應水處理、過濾及吸附步驟，從而形成第二處理水，有利於進入水生植物淨化區後的處理步驟。

水生植物淨化區125之底部置有土壤層125B，且水生植物淨化區125亦包含水層(未繪示)，以便挺水性植物125A(例如：蘆葦、燈心草、香蒲、狼尾草、風車草等)生長。

在水生植物淨化區125中，對第二處理水進行第三處理步驟。由於第二處理水之溶氧量降低，第三處理步驟主要包含由厭氧菌進行之脫硝步驟的生物處理。然而，第三步驟也可包含次要之藉由植物底部根莖或砂土進行有機物之礦化、硝化、同化等喜氣(或稱好氧)反應的生物處理，去除第二處理水中之有機汙染物或含氮汙染物。在其他實施例中，第三處理步驟也可包含藉由物理沉降、吸附、過濾等機制去除懸浮固體物、含氮汙染物、有機汙染物及微生物等。在又一實施例中，水生植物之攝取作用亦可去除水中之含氮汙染物或重金屬。此外，日照輻射光線及原生動物之掠食作用亦有去除病原菌之效能。經過水生植物淨化區125處理之廢水稱為第三處理水。

在一些實施例中，淨化槽120可選擇性地包含出水區127，以收集上述第三處理水，並連結後曝氣槽130。在另一些實施例中，前述之第一出水口141及第一進水口 143係以第一連接單元140連接，用以將沉澱槽110中的廢水排入淨化槽120中。第一連接單元140及後述之第二連接單元150可例如為具有閥門之水管。

後曝氣槽130之主要結構為人工槽體。後曝氣槽130可以藉由設有閥門之第二連接單元150與淨化槽120相連結，經由淨化槽120側壁上之第二出水口151和後曝氣槽130側壁上之第二進水口153，使第三處理水從第二連接單元150進入後曝氣槽130。後曝氣槽130中設置有第二曝氣裝置131A，且第二曝氣裝置131A包含第二空氣壓縮裝置132a和第二沉水馬達132b。後曝氣槽130之功能主要係藉由第二曝氣裝置131A之曝氣作用提升處理水之溶氧，以符合後續用水池需求(即後曝氣處理)。經由上述過程所處理後的水此處稱為淨化水。

之後，如圖1所示，淨化水係以箭號103之方向從廢水處理系統100中流出。是否完成廢水之處理係根據用水需求之水質標準，諸如依環保署地面水體分類及水質標準之陸域環境水體標準規定。上述之規定為於本技術領域具有通常知識者熟知，此處不另贅述。

較佳地，上述之第一連接單元140和第二連接單元150在廢水處理系統100中的上下位置，係以對角線的方式設置(如圖1所示)，以控制水流之流向。在本發明之實施例中，第一連接單元140係設置於廢水處理系統之靠近槽體頂部處，而第二連接單元150係設置於廢水處理系統之靠近槽體底部處。

在此實施例中，由於第一連接單元的第一進水口141較靠近廢水流進沉澱槽110的位置，為避免剛流進的廢水在尚未完全進行沉澱處理前流出沉澱槽110，可選擇性地在沉澱槽110的廢水進水位置和第一進水口141間設置垂直擋板(未繪示)，但不完全將沉澱槽110區隔為兩空間，以使沉澱後之粗處理水可通過並被輸入至淨化槽120。

要說的是，本發明所使用之第一曝氣裝置121A和第二曝氣裝置131A中的第一空氣壓縮裝置122a和第二空氣壓縮裝置132a係設於淨化槽120和後曝氣槽130外，且可使用任何習知之空氣壓縮裝置。具體例子可包括但不限於往複式空氣壓縮機、迴轉式空氣壓縮機或離心式空氣壓縮機等。

而第一沉水馬達122b和第二沉水馬達132b係沉水式的曝氣馬達。藉由沉水式曝氣馬達之渦輪扇葉高速攪拌，將從空氣壓縮裝置(例如：第一空氣壓縮裝置122a和第二空氣壓縮裝置132a)所輸入的空氣製成微小的氣泡，可大幅提升水中溶氧速率以及溶氧量，也可延長氣泡在水中的時間。同時，渦輪的扇葉也將氣體與水充分混合，故可達到較佳的曝氣效率。相較於浮船式的曝氣馬達，本發明配合設置於槽外之空氣壓縮裝置與沉水式曝氣馬達，可達更好的曝氣效率。

本發明之淨化槽120中的接觸曝氣區121、多孔材料牆123和水生植物淨化區125(或進一步包含之出水區127)間，並無額外的區隔裝置。從沉澱槽110中輸出的粗處 理水，以緩慢的流速(例如可使粗處理水於多孔材料牆123和水生植物淨化區125停留約1至4日之水流速度，較佳為1至2天)流至淨化槽120中，而淨化槽中的接觸曝氣區121、多孔材料牆123和水生植物淨化區125以些微的水位差(即重力流)，使粗處理水之流向為從接觸曝氣區121朝向水生植物淨化區125的方向。由於接觸曝氣區121的曝氣效果使得第一處理水均勻混合而較無溫差，因此不易產生因溫差而致的環流，更提升了水流方向的一致性。水生植物淨化區125之水生植物的生長方向與水流方向垂直，因此也具有阻擋水流逆流的功能。

以下利用實施例及比較例評價本發明之廢水處理系統之處理效能。

為評價本發明之廢水處理系統之效能，進行以下實測研究。將實施例及比較例之廢水處理系統設於嘉南藥理大學人工溼地旁，以校園廢水混和鄰近工業區排放水為廢水來源，並將廢水處理系統經過約5個月之穩定及植物培植後，進行各項採樣、監測及分析工作。採樣頻率為每週一~二次，採樣時間約在每次採樣日之上午8點至上午10點。要說的是，本發明之評價方式及評價結果皆依照行政院環境保護署所公告之檢測方法進行。相關評價結果如後述。

實施例1

實施例1係使用如圖1所示之廢水處理系統100(後述稱為系統A)與習知的廢水處理系統(後述稱為系統B)進行廢水處理，並評價各系統之廢水處理效能。系統A 的淨化槽120為單一槽體，且槽體的長、寬、高分別為185cm、47cm以及41cm，其中曝氣區121和多孔材料牆123的長度分別為30cm，多孔材料牆123的多孔材料顆粒(礫石)之粒徑為3至5公分，且孔隙率為41%。實施例1之全槽的平均孔隙率為81%。在實施例1中，系統A之進流量規劃為130公升/天，水深約為37cm，其水力負荷率為0.102立方公尺/平方公尺/天(m³/m²/d)，水力停留時間約為1.35天，且曝氣區121的溶氧量為4.9mg/L。系統B之規格大致與系統A相同，惟系統B不含接觸曝氣區及多孔材料牆，並將淨化槽全部種植水生植物。系統B之全槽孔隙率為83%。關於系統A和系統B的具體實施條件悉如表1所示。

實施例2至3

實施例2至3係使用與實施例1相同的方式進行。不同的是，實施例2至3改變系統A和系統B的進流量、水利負荷率、水力停留時間及曝氣區121的溶氧量。關於實施例2至3的具體實施條件悉如表1所示。

評價方式 1.有機汙染物去除效能

本發明此處所稱之有機汙染物的去除效能係根據生化需氧量(Biochemical oxygen demand；BOD)觀之。生化需氧量是水體中的好氧微生物在一定溫度下將水中有機汙染物分解成無機質之特定時間內的氧化過程中所需要的溶解氧量。若生化需氧量越低代表水中的有機汙染物越少，因此生化需氧量越低越好。此外，生化需氧量之平均去除率代表經過廢水處理後生化需氧量降低的比率，因此生化需氧量之平均去除率越高越好。

請參表2及圖2。表2記載實施例1至3各系統於不同採樣點的生物需氧量之數值範圍及去除率。圖2係記載實施例1至3之生物需氧量的平均值，其中區域210為實施例1、區域220為實施例2、區域230為實施例3、線段201為進 流水、線段203為系統A處理水，以及線段205為系統B處理水。

如表2及圖2所示，本發明之廢水處理系統(例如系統A)具有良好的BOD去除率，且特別是在低BOD濃度的廢水中也有良好的BOD去除率。具體而言，高溶氧的曝氣區對於BOD的去除有良好的效果，搭配多孔材料牆可進一步增加BOD去除率。此外，較長的水力停留時間也有助於提高BOD去除率。反之，習知未設有曝氣區及多孔材料牆的廢水處理系統(例如系統B)，無法達到良好的BOD去除率。

2. 總凱氏氮去除效能

一般廢汙水中之含氮汙染物包括有機氮(Organic nitrogen)、氨氮(Ammonia-nitrogen；NH₃-N)、亞硝酸氮(Nitrite-nitrogen；NO₂ ^--N)與硝酸氮(Nitrate-nitrogen；NO₃ ^--N)。去除上述物質之機制主要為經氧化作用將有機氮分解為氨氮、硝化作用將氨氮轉化成亞硝酸氮，再將亞硝酸氮氧化成硝酸氮，其中有機氮與氨氮的總和稱總凱氏氮(Total Kjeldahl nitrogen；TKN)。因此，總凱氏氮濃度越低越好。此外，總凱氏氮濃度所對應的平均去除率越高越好。

請參表3及圖3。表3記載實施例1至3各系統於不同採樣點的總凱氏氮濃度之數值範圍及去除率。圖3係記載實施例1至3之總凱氏氮濃度的平均值，其中區域310為實施例1、區域320為實施例2、區域330為實施例3、線段301為進流水、線段303為系統A處理水，以及線段305為系統B處理水。

如表3及圖3所示，本發明之廢水處理系統(例如系統A)具有良好的總凱氏氮去除率，且總凱氏氮的去除率會受到廢水溶氧量的影響。整體而言，較高的廢水溶氧量有助於總凱氏氮的去除。另-方面，習知未設有曝氣區及多孔材料牆的廢水處理系統(例如系統B)的總凱氏氮去除率較差。

3.總氨氮去除效能

本發明此處所稱之總氨氮(Total ammonia-nitrogen；TAN)去除效能係評估分子氨(NH₃)和離子氨(NH₄ ⁺)的總和之去除率。

請參表4及圖4。表4記載實施例1至3各系統於不同採樣點的總氨氮濃度之數值範圍及去除率。圖4係記載實施例1至3之總氨氮濃度的平均值，其中區域410為實施例1、區域420為實施例2、區域430為實施例3、線段401為進流水、線段403為系統A處理水，以及線段405為系統B處理水。

如表4和圖4所示，本發明之廢水處理系統(例如系統A)具有良好的總氨氮去除率。具體而言，較高的廢水溶氧量、較長的水力停留時間以及多孔材料牆的設置皆有助於增加總氨氮去除率。另一方面，習知未設有曝氣區及多孔材料牆的廢水處理系統(例如系統B)的總氨氮去除率較差。

4. 總氮去除效能

本發明此處所稱之總氮(Total nitrogen；TN)去除效能係評估廢水中硝酸氮、亞硝酸氮、總凱氏氮三者之總和的去除率。

請參表5及圖5。表5記載實施例1至3各系統於不同採樣點的總氮濃度之數值範圍及去除率。圖5係記載實施例1至3之總氮濃度的平均值，其中區域510為實施例1、區域520為實施例2、區域530為實施例3、線段501為進流水、線段503為系統A處理水，以及線段505為系統B處理水。

如表5和圖5所示，本發明之廢水處理系統(例如系統A)具有良好的總氮去除率。具體而言，可藉由調整廢水溶氧量增加總氮去除率。另一方面，習知未設有曝氣區及多孔材料牆的廢水處理系統(例如系統B)的總氮去除率較差。

此外，本發明之實施例1至3的系統A可進一步達到20.4%的含磷化合物去除率。上述系統A的亞硝酸鹽 在廢水處理過程中不會累積，且可藉由調整廢水溶氧量來避免硝酸鹽在廢水處理過程中累積。

使用本發明之廢水處理系統，結合好氧反應水處理以及厭氧反應水處理，可在較短的水力停留時間內，有效地降低廢水之生化需氧量、總凱氏氮濃度、總氨氮濃度和總氮濃度。因此本發明之廢水處理系統可有效去除廢水中的含氮汙染物、有機汙染物和懸浮固體物。此外，本發明之廢水處理系統尚有操作簡單、花費成本低等優點，有益於水產養殖或是其他的需要進行廢水處理之產業。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (9)

1. 一種廢水處理系統，包含：一沉澱槽，其中一隔熱板覆蓋該沉澱槽之頂部，該沉澱槽之底部設有一排泥管，且該沉澱槽之一側壁上設有一第一出水口；一淨化槽，包含：一接觸曝氣區，包含一第一曝氣裝置及一接觸材，其中該第一曝氣裝置包含一第一沉水馬達和一第一空氣壓縮裝置；一水生植物淨化區，其中該水生植物淨化區包含一土壤層、一水層及一挺水性植物；以及一多孔材料牆，設於該接觸曝氣區與該水生植物淨化區間，且該多孔材料牆與該水生植物淨化區是沿該沉澱槽至該淨化槽之一設置方向橫向依序設置，其中該多孔材料牆包含複數個多孔材料顆粒以及覆於該些多孔材料顆粒表面之菌膜，且該菌膜包含好氧菌和厭氧菌；其中鄰近該接觸曝氣區的一側壁上設有一第一進水口，且鄰近該水生植物淨化區之一側壁上設有一第二出水口；一第一連接單元，用以連接該第一出水口及該第一進水口；一後曝氣槽，包含一第二曝氣裝置和一第二進水口，其中該第二曝氣裝置包含一第二沉水馬達和一第二空氣壓縮裝置；以及 一第二連接單元，用以連接該第二出水口和該第二進水口。
2. 如申請專利範圍第1項所述之廢水處理系統，其中該接觸曝氣區與該多孔材料牆之一長度比為1：1至1：1.5。
3. 如申請專利範圍第1項所述之廢水處理系統，其中該多孔材料牆之材料包含礫石、橡膠切片、磚粒、爐石粒或其組合。
4. 如申請專利範圍第1項所述之廢水處理系統，其中該多孔材料牆之一孔隙率為40%至50%。
5. 如申請專利範圍第1項所述之廢水處理系統，其中該多孔材料顆粒之一平均粒徑為3公分至5公分。
6. 一種廢水處理方法，其係使用如申請專利範圍第1至5項任一項之廢水處理系統進行，其中該廢水處理方法包含：提供一廢水；於一沉澱槽中對該廢水進行一沉澱處理，以形成一粗處理水；使該粗處理水依序橫向流經一淨化槽之一接觸曝氣區、一多孔材料牆以及一水生植物淨化區，使得該粗 處理水沿該接觸曝氣區至該水生植物淨化區的一設置方向，依序進行一好氧反應與一厭氧反應，包括：於該淨化槽之該接觸曝氣區中，對該粗處理水進行一第一處理步驟，其中該第一處理步驟包含：對該粗處理水進行一曝氣處理，以形成一曝氣水；以及對該曝氣水進行一接觸氧化處理，以形成一第一處理水；於該淨化槽之該多孔材料牆中，對該第一處理水進行一第二處理步驟，以形成一第二處理水，其中該第二處理步驟包含一脫氧反應以及該厭氧反應；於該淨化槽之該水生植物淨化區中，對該第二處理水進行一第三處理步驟，以形成一第三處理水，其中該水生植物淨化區包含一土壤層、一水層及一挺水性植物；以及於一後曝氣槽中，對該第三處理水進行一後曝氣處理，以形成一淨化水。
7. 如申請專利範圍第6項所述之廢水處理方法，其中該接觸氧化處理係以附著於一接觸材之一好氧菌進行。
8. 如申請專利範圍第6項所述之廢水處理方法，其中該第三處理步驟包含利用該挺水性植物之根莖對該第二處理水進行一生物處理。
9. 如申請專利範圍第6項所述之廢水處理方法，其中該第二處理步驟更包含一過濾步驟和一吸附步驟。