蒐集相關資料與文獻1.1 社區污水處理系統文獻回顧有別於污水集中處理之生活污水處理系統為現地處理系統（onsite treatment），美國環保署有條文稱為化糞池系統（septic system）。現地處理系統不似集中處理需要複雜的污水下水道系統，因而不需要很多的抽水站及分支管網，處理技術可以厭氧或好氧處理。 在美國，現地處理系統最主要有2個單元，即化糞池（septic tank）前處理單元及排放施灌系統（drainfield），如圖3.2?1。但是現地處理不盡然僅採用化糞池。
資料來源：Homeowner’s Onsite System Guide and Record Keeping Folder, NOWRA. 圖3.2?1 標準現地處理系統 以美國環保署官方的角度認為，生活污水現地處理系統的優點，除了讓居民接受較低的負擔外，也具有下列好處： 1. 有良好管理及設計的現地處理，可提供較集中式污水處理廠低的價格，但有相同污染去除效率。 2. 處理後的排放水，排放至土壤可協助地下水補注（藉由土壤滲濾非直接注入含水層）。 3. 本處理系統可基於社區特性而設置，避免如集中式污水處理廠廠處理所需的前期投資資本。 4. 可彈性選擇適合的處理技術，以達到土地合理使用之目的。 一、化糞池 參考美國一般常用的化糞池大小為1,000加崙（3.8CMD），設計時寬度與深度相同、長度為寬度的2~3倍，內隔間有單一隔間或多隔間，目前以2隔間為優勢，以利於BOD及SS的去除。化糞池的主要功能為分離固體物、貯存固體物及厭氧消化。每人每日污染量BOD約85g/d、TSS約95g/d，假設4人的家庭，每日產生280加崙（1CMD）的廢水，則進入化糞池的污染量為340g/d，濃度為320mg/L、放流水濃度為200 mg/L，則化糞池BOD的去除率為38%；相同的，對懸浮固體而言，入流懸浮固體濃度為360mg/L、放流水濃度為200mg/L，則化糞池的效率為45%，相較於其他污水處理設施初級沉澱50~70%的去除率，化糞池的處理效果較為保守。惟以化糞池系統處理，若缺乏適合土壤或土地面積不足作為施灌，則對於小型社區化糞池系統並非最佳選擇。 二、選擇性技術 選擇性技術（alternative technologies），包括氧化塘循環過濾器、接觸生物反應器、及人工溼地等。在美國東部，氧化塘系統常被使用，氧化塘處理系統簡易，所需操作維護程度較低，但氧化塘面臨的問題是需要較大的土地面積及污染緩衝帶（setback），此外，以氧化塘去除氮磷效率並不佳。小型社區污水的處理需要成本低且技術穩定成熟的污水處理系統，填充濾床也是選擇技術之一，填充濾床（packed bed filter）內填裝過濾材質，例如不織布或泥炭，藉由提供物理性或生物性的處理，達成較佳之效能，但因空間及價格因素難以處理水量大者；另一選擇為懸浮式生長微生物反應、浸水式固定膜微生物反應之氧化處理系統較填充濾床所需空間較小，但淨水的效果因後續沉澱池的污泥沉降操作而具有變動性（fluctuation），再者，操作過程中因為需要能源消耗致操作維護費用較貴。填充濾床係結合泥炭有機層、不織布合成層填充形成50 mm的圓柱狀裝置，不織布合成層具有高孔隙度、水力停留空間、及含氧特性；有機層具有高含水率、吸附性及消毒作用。 有研究以化糞池作為前處理系統（使固體物沉降），經放流水過濾器再抽送至後端之4組填充濾床（如圖3.2?2），填充過濾器表面積為0.5m2，將經過濾器的處理水回流至化糞池，目的在於加速總氮的去除，氨氮在填充濾床經介質的反應，將氨氮轉化為硝酸鹽氮，在前池化糞池厭氧反應下，進行脫硝反應。經操作6個月連續處理1,440L/d污水，填充濾床水力負荷為720L/m2d，並配合生活的作息時間調整流量，懸浮固體平均由220mg/L降為3mg/L（去除率97%）、CBOD平均由212mg/L降為5mg/L（去除率98%）及總氮由49mg/L降為18mg/L（去除率63%）。
圖3.2?2 經放流水過濾器處理水直接抽送至填充濾床 資料來源：An Innovative Wastewater Treatment Approach for Commercial and Community Applications, NOWRA 16th Annual Technical Education Conference & Exposition （Baltimore, Maryland; March 2007） 1.1.1 化糞池、生物膜程序、生物濾膜反應器、氧化塘、人工溼地的案例分析 中國學者（X.D Hao）分析化糞池、生物膜（biofilm process）程序、生物濾膜反應器（Membrane bioreactor，MBR）、氧化塘（logoon）、人工溼地的案例，提出MBR是現地處理系統中，放流水處理成效較佳、也有較高度套裝的裝置；以浸水式MBR（SubMBR）去除COD及氨氮比例可達90%，水質分別達20mg/L、1mg/L以下，如以二階段厭氧、好氧混合式MBR（HMBR）總氮及總磷去除率可達70%、60%；氧化塘是在建造及操作面皆屬便宜的，然而有致病菌及潛在性的地下水污染危機；生物接觸氧化（biological contact-oxidation, BCO）及生物曝器過濾（biological aerated filter, BAF）皆屬生物膜反應程序，在中國有60%的現地處理使用BCO，但BAF沒有流體化、氣提設計和污泥反沖洗的問題，愈來愈多以BAF取代BCO的處理，在適當的水力停留時間條件下，以BCO、BAF 處理程序，COD、BOD、SS、氨氮去除率可達90%、95%、90~95%、80~90%，但總氮及總磷的去除效率不高，為30~40%、10~40%。 另有學者指出（Wilderer & Schreff, 2000）分散性廢水處理系統在有效能的處理、並且提供穩定品質的放流水的情形下，因為分散性處理系統有易於操作且設置成本、操作維護成本較低的優勢，可以與集中式污水下水道系統競爭。分析化糞池、生物膜（biofilm process）程序、生物濾膜反應器（Membrane bioreactor，MBR）、氧化塘（logoon）、人工溼地的案例，MBR是現地處理系統中，有較高度套裝的裝置，但設置成本及操作成本都較貴的一種（如表3.2?1），操作成本高係因需有較大的能源消耗以及膜老化時的更換成本；生物接觸氧化（biological contact-oxidation, BCO），屬經濟有效的方法。 表3.2?1 生活污水處理設施設置及操作成本
資料來源：X.-D Hao et al. Research and development of decentralized wastewater treatment systems in China. NOWRA 16th Annual Technical Education Conference & Exposition （Baltimore, Maryland; March 2007） 1.1.2 實地案例 一、美國Ellicott Meadows — Ellicott City案例 Ellicott Meadows是一管理嚴格、居民共同管理的社區，現地設有污水處理系統，設計流量為每日50,000加崙（190 CMD）。家戶污水經收集至SBR處理，以去除BOD、SS及進行消化脫硝作用去除氮營養鹽，以符合馬里蘭州地下水排放許可（groundwater discharge permit），限值為BOD 30mg/L、SS 30mg/L。經SBR處理後之水，經壓力抽送排入溝渠，溝渠設計容量為150%的設計污水量，以容納系統維修期間的污水。溝渠以雲母石、片岩等石頭構築填充，深度約6~7 ft（1.83~2.13 m）並控制流量在1.2 gpd/sq.ft（49 L/m2d）。 Ellicott Meadows社區，大約有1,000戶，類似國內鴻禧山莊或大臺北華城等社區，沒有污水下水道系統，依國內法令規定，屬應設置專用污水下水道系統的社區。Ellicott Meadows社區以SBR處理生活污水脫氮，其原理利用曝氣、加藥及回流污泥增加係污泥細胞停留時間，將有機物，並將氨氮氧化為硝酸鹽氮，並利用加入的碳源，將硝酸鹽氮脫氮。SBR處理技術成熟。SBR的操作要有電費（曝氣及馬達運轉費用）、加藥費及人事管理費等，據了解，該社區成立一協會管理社區公共事務並委託專業公司操作維護設施，該污水處理廠土地及設施也社區居民所共有。後段的溝渠，為土壤處理，目的在於再次回收氮源及回收水。以壓力流散水，溝渠的設計底部舖碎石上部覆土，碎石底部未再鋪設不透水布或襯底，溝渠深度不能太深，主要是讓空氣仍可進入溝渠土壤中行氧化反應，該地區有坡度，以讓水在溝渠中能流動及散水。溝渠擴及面積至少1公頃。 二、復興鄉三民社區污水處理廠水質淨化工法案例 1996年桃園縣環境保護局委託財團法人工業研究院環境與安全衛生技術發展中心規劃設計復興鄉三民社區之污水收集系統及污水處理廠，收集復興鄉三民村及大溪鎮百吉村之生活污水，經處理後再排入三民溪（大漢溪上游），降低社區家庭污水對三民溪的污染。 三民社區及百吉社區有2所學校、2所寺廟教堂及10家餐廳，常住人口約600人，例假日活動人口約200~500人，總納管及截流戶數約153戶。受限於地形、社區管線複雜、後巷空間不足等影響，設計單位工研院環安中心，採納管及雨污水截流兩種方式收集該地區之污水，經規劃設計平均日污水量200CMD，最大日污水量240CMD。污水收集系統包括雨污水截流點、加壓抽水站、重力管線、加壓管線等。污水處理系統包括攔污柵、抽水井、調節池、加壓浮除池、CDSBR系統、人工濕地、自動反洗過濾系統、消毒池、放流池、污泥貯池等，其中CDSBR系統為工研院之專利，為傳統SBR之改良法，可連續進流出流，並具有去除BOD、COD、SS、N、P之效果。污水處理系統除人工濕地、機房為地上一層之建物外，其他系統、設備皆採地下化設計，以降低污水廠外觀對自然景觀之衝擊，工程內容包括重力管線1,134公尺、人孔（陰井）37座、抽水站5座、雨污水截流處6處、清潔口22座、壓力管線950公尺、污水廠（含機房、人工溼地等）、污水廠聯外橋樑等，其中污水廠面積約200m3，人工濕地面積約163m3。 進行操作維護及保養工作至今，由統計資料可知，每日處理水量介於25~75 CMD之間，平均為46CMD。BOD、COD、SS、氨氮、總氮、總磷之進流濃度分別為72.4mg/L、154.0 mg/L、81.6 mg/L、16.20 mg/L、19.95 mg/L、2.98 mg/L，其出流濃度分別為10.7 mg/L、41.1 mg/L、12.6 mg/L、0.03 mg/L、1.57 mg/L、1.72 mg/L，其去除率分別為85.2%、73.3%、84.6%、99.8%、92.1%、42.3%，均符合水源水質水量保護區社區污水之排放標準。在受限於地形及社區現況，污水收集採納管及截流方式並行，可有效收集該地區污水進入污水廠，而污水廠之CDSBR系統確實發揮去氮除磷之效果，避免污水中之大量營養鹽進入水質水源水量保護區，降低河川之污染，是一有效且可行之生物處理法。 三、石門水庫集水區聚落或遊憩區污水處理系統-羅浮國小聚落生活污水處理工程 羅浮為進出北部橫貫公路的必經之地，而且當地亦是原住民的山區部落聚居地之一，因此山區住戶聚居的情況明顯，整個羅浮因位處山區斜向大漢溪河谷的平緩坡地上，羅浮區域則因地勢關係被分成二大區塊，污水收集區域因聚落較為明顯且住戶均沿著區域之排水溝渠及省道二側居住，除直接排放廢水進入溝渠外，省道旁住戶則排放廢水進入道路旁之雨水側溝後匯流至溝渠內一併排入大漢溪。 羅浮國小附近聚落的污水均是由本區域的排水渠道收集後排入大漢溪中，由於渠道內混雜上游山區大量山區出流水，因此平時的基流量頗豐，而豐枯水期之流量變化甚大，水量變化約介於273～1,228 CMD間，生化需氧量小於1.0 mg/L，氨氮介於0.16 mg/L至0.68 mg/L之間，懸浮固體介於3.0mg/L至8.0mg/L之間，在本區域若以直接截流處理，將會面臨水量不易估算且水質狀況良好的情形；由於本區域之污染排放主要集中在沿排水渠道旁邊住戶的直接排放，因此在本區域的污水收集處理上則傾向以逐戶接管的方式來收集污水。 工程於進行建築物污水處理系統（預鑄式污水處理設施）設計時，考量用地面積、污水來源以及簡易好操作之可行處理設施，經計算實際接管用戶並估算其每人每日用水量後，以50CMD做為設計處理量，並以一般污水排放之平均濃度為設計進流水質條件，即生化需氧量採180mg/L、懸浮固體採180mg/L、氨氮採30mg/L、總磷採4mg/L，其中因為預鑄式污水處理設施對於氮、磷污染物之處理效果不佳，因此將於預鑄式污水處理設施後加裝砂濾系統以針對氮、磷污染物進行處理。在出流水質濃度方面，將以預鑄式污水處理設施與去除氮磷系統之平均處理效益為本場址之出流水質設計目標。 1.處理流程 為使處理系統之功能達到預期效果，因此於進行工程設計前，先針對本區域預計收集的污水量進行估算，並設計合乎預計處理水量之預鑄式污水處理設施為第一階段之處理設施；而處理程序的流暢度，尚須配合場址面積之大小、形狀及污水收集後高程的考量以及相關動力需求或重力流方式安排整體處理流程。如此後續的細部設計、施工、操作維護管理及處理水質目標方可達到預期功能，亦可使整體工程之設施配置更符合人性化及節能之目的。羅浮國小聚落集水區預鑄式污水處理設施之處理流程如圖3.2?3所示。
圖3.2?3 羅浮國小聚落生活污水處理系統流程圖 污水收集系統之用戶接管污水以重力直接引入污水集水井內，當污水蓄積至高水位後，集水井內泵浦將作動抽取污水進入預鑄式污水處理設施內進行處理，當集水井內污水水位降至低低水位時泵浦停止抽水，等下次污水蓄積至高水位方再次作動抽水。泵入的污水藉由預鑄式污水處理設施第一初沉池進行消能，並在第一及第二初沈槽內達到初步沉澱之功能，接著流入接觸氧化池進行接觸曝氣氧化處理，在接觸曝氣氧化池內，微生物以生物球或濾材作為載體附著其上，並對污水中之生化需氧量及有機污染物等進行吸附分解。而後則流入沉澱池中進行污泥沉澱，沉澱污泥則藉由管線回流至初沉池內，以達到氮的轉換之功能以去除氮之污染物質，而接觸曝氣氧化池及沉澱池均由鼓風機提供足夠之氣體，此外，在放流前會流入過濾槽，於過濾槽內以自動加藥機添加鋁鹽或鐵鹽以使溶解磷可以形成不溶之固體物，並以抽水泵浦抽至活性炭及石英砂過濾系統進行過濾去除；過濾後之排放水在放流前需經過消毒放流池以氯碇消毒，使其排放水之大腸桿菌群可符合放流水標準。由於本區域屬於石門水庫水質水源保護區，一般生活污水及雜排水中尚有氮、磷等污染物，若未經過處理即排放，其污染最後會累積在水庫內而造成水庫之優養污染，因此在上述處理流程中除令污泥回流以轉化氮之污染型態外，亦將引放流水加藥後進入石英砂及活性碳過濾設施，以實際解決氮、磷等污染問題。 在污泥處理處置方面，系統預設將以每半年抽泥排泥一次，屆時將以動力槽車抽送至合法之投入或處理廠進行處理。 1.2 現地處理文獻對陸地生態而言，土壤本身就是「有機物分解作用」重要的作用區域。透過地表植被，利用土壤的粒子與自然孔隙，產生吸附、沉降與截留作用，配合著土壤微生物的分解作用，去除廢污水中的無機鹽類與有機污染物達到廢污水淨化處理之方法，稱為「土壤處理法」(蘇燕磯，1999)。 人類利用土壤處理廢污水，早已行之有年，基於經濟成本較低的考量，歐美國家的小型社區或偏僻之鄉村地區有著廣泛的應用。因為早期處理技術尚未完全成熟，部分地區如：巴黎、墨爾本等，採取的處理方式是將污染濃度較低的污水，直接用於灌溉農地，一方面處理污水，一方面還能補充灌溉水源。至於廢污水整體循環再利用與資源化概念，是在十九世紀末葉、二十世紀初期，才開始有學者進行深入的研究與探討。 日本在近數十年乃致力於現地土壤處理之研究。依日本國立環境研究所 (National Institute for Environmental Studies, NIES) 之報告顯示，日本目前土壤處理研究所使用之流程，依處理水質要求及前處理方式不同而有多種不同之組合，詳圖3.3-1所示。
圖3.3?1 土壤處理設施與生活污水處理設施組合之處理方式 (資料來源：嘉義縣環保局，2003) 於國內嘉義縣環保局於嘉義縣竹崎鄉鹿滿地區設置三座試驗用之土壤式生物處理設施模型場，其污水來源為生活洗滌用水、廚房廢污水、化糞池出流水等生活雜水。污水在經過處理後，放流水由處理槽下方之收集桶槽收集（供採樣分析使 用）分配至三座處理槽進行處理，每槽之污水進流量皆為1 CMD，故三座處處理3.0 m3之廢水（林，2003）。 污水由處理槽上方處進流後，以自然重力之方式於濾料層中往下入滲。在經過處理後，放流水由處理槽下方之收集桶槽收集，(供採樣使用)，多餘部分則以溢流方式排放，處理流程如圖3.3-2所示。
圖3.3?2 嘉義模場污水處理流程圖 （資料來源：嘉義縣環境保護局，2003） 模型場三槽之濾料基本組成說明如下： 第一槽：採用竹崎鄉現地土壤重新篩分後分層鋪設而成。土壤孔隙率約為33.85 %，飽和透水係數為 9.7×10 ~ 1.1×10 cm/sec。 第二槽：採用砂質土壤及壤土（砂：土＝1：4）混合後鋪設而成，並增加磷吸附層（蚵殼）。其孔隙率約 26.63 %，飽和透水係數為 1.66×10-3 cm/sec 第三槽：採用砂質土壤及壤土（砂：土＝1：6）混合後鋪設而成，亦增 加磷吸附層（蚵殼）。其孔隙率約 30.73 %，飽和透水係數為 1.05×10-3 cm/sec。 結果顯示不同土壤處理系統因其負荷率及進流水質水量及水質之差異，處理污水之效能各有其優劣。一般而言，BOD之去除效率約為75 ~ 85 %，SS約為75 ~ 90 %，TN約為50 ~ 80 %，TP則為50 ~ 90 %。本土壤處理法對於BOD5、SS 與磷之去除均能達法規放流標準；至於氮污染物方面，無法完全符合法規標準。 |
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来自： LM0318 > 《445.市政 環境》
