EPA-96-04-001 - è¡æ¿é¢ç°å¢ä¿è·ç½²

「限氧自營菌硝化脫硝程序應用於石化業高氮廢水之技術開發」 

計畫期末報告基本資料表 

甲、委辦單位行政院環保署 

乙、執行單位國立成功大學 

丙、年度 96 計畫編號 EPA-96-04-001 

丁、研究性質 □ 基礎研究 □ 應用研究 ■ 技術發展 

戊、研究領域環保工程生物技術 

己、計畫屬性 ■ 科技類 □ 非科技類 

庚、全程期間 ˍ96ˍ 年 ˍ11ˍ 月 ~ˍ96ˍ 年 ˍ12ˍ 月 

辛、本期期間 ˍ96ˍ 年 ˍ11ˍ 月 ~ˍ96ˍ 年 ˍ12ˍ 月 

壬、本期經費 ˍ0ˍ 億 3,622.6 千元 

資本支出 

經常支出 

土地建築 ˍˍˍˍˍ 千元人事費 ˍˍˍˍˍˍ 千元 

儀器設備 ˍˍˍˍˍ 千元人事費 971.857 千元 

其他 1,822.6 千元材料費 828.143 千元 

其他 ˍˍˍˍˍˍ 千元 

癸、摘要關鍵詞 ( 中英文各三則 ) 

生物流動床 , 總氮 , 亞硝酸鹽 , 厭氧氨氧化 

MBBR,TN, Nitrite, anammox 

ˍˍ_____________________________________________ 

參與計畫人力資料 :( 如僅代表簽約而未參與實際研究計畫者則免填以下 

資料 ) 

參與計畫 

人員姓名 

鄭幸雄 

曾怡禎 

黃良銘 

楊耿豪 

楊雅斐 

夏惠萍 

工作要項 

或撰稿章節 

計畫主持人 

反應槽操作指導 

計畫人力組織分配 

現職與 

簡要學經歷 

國立成功大學 

環境工程系教授 / 博士畢 13.1 

協同主持人 


自營性硝化菌、脫氮菌生物生命科學系教授 / 博士畢 13.1 

膜生長技術 


自營性硝化菌培養技術 

模場採樣、原水運送、分生 

檢測、計畫經費掌控 

分生檢測技術、 

活性檢測分析 




環境工程系助理 / 碩士肄 13.1 


環境工程系助理 / 碩士畢 13.1 

特殊功能菌分析、水質分析國立成功大學 

環境工程系碩士生 13.1 

曹翔崴水質分析、反應槽操作國立成功大學 

環境工程系大學生 13.1 

林翰璘水質分析、反應槽操作國立成功大學 


參與時間 

( 人月 ) 

聯絡電話及 

e-mail 帳號 

06-2757575 

#65827 

06-2757575 

#65539 

06-2757575 

#65837 

06-2757575 

#65827 

06-2757575 

#65827 

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#65827 

06-2757575 

#65827

行政院環境保護署計畫成果中英文摘要 ( 簡要版 ) 

一、中文計畫名稱 : 

限氧自營菌硝化脫硝程序應用於石化業高氮廢水之技術開發 

二、英文計畫名稱 : 

Development of Oxygen-limited Autotrophic 

Nitrification-Denitrification System 

三、計畫編號 : 

EPA-96-04-001 

四、執行單位 : 


五、計畫主持人 ( 包括共同主持人 ): 

鄭幸雄 , 曾怡禎 , 黃良銘 

六、執行開始時間 : 

96/11/19 

七、執行結束時間 : 

97/12/31 

八、報告完成日期 :97/12/31 

YY/MM/DD 

九、報告總頁數 :159 

十、使用語文 : 

中文 , 英文 

十一、報告電子檔名稱 : 

計畫編號 .DOC( 例如 EPA88U3E103001.DOC) 

十二、報告電子檔格式 : 

Office 2003-WORD 

十三、中文摘要關鍵詞 : 

生物流動床 , 總氮 , 亞硝酸鹽 , 厭氧氨氧化 

十四、英文摘要關鍵詞 : 

MBBR,TN, Nitrite, anammox 

II

十五、中文摘要 ( 約三百至五百字 ) 

石化工業區內各工廠廢水成分特性殊異 , 例如有機氮螯合劑以及氨氮所構 

成之總凱氏氮 (TKN) 進流濃度時高時低 , 水質變化大。既使進廠綜合廢水之 COD 濃 

度範圍 , 未曾超過進流濃度限值 , 以及設計處理濃度有機氮及氨氮在多段式兼氣菌 

及好氧菌之生物分解能力 , 仍顯不足。以致 PACT 程序中活性碳吸附容量偏低 , 表 

面附著生物膜厚度太薄 , 曝氣攪拌功能不足以促進生物處理效率。 

本計畫利用特殊設計生物反應槽 , 內部區隔成好氧段及缺氧段生物反應器 , 第 

一段好氧槽以塑膠單體構成的生物流動床 (Moving Bed Bio-film Reactor,MBBR), 

第二段是架設不織布單體為主的缺氧段固定床 (Bio-film Fixed Bed) 串連處理高氨 

氮低 COD 特殊工業廢水 , 以實場廢水培養處理 , 控制溶氧 DO 由 4 mg/L~0.5 mg/L, 

在有限的溶氧條件下 , 在 Run5:HRT=12 hr, 進流 TN 濃度 80 mg/L~100 mg/L, 總 

氮負荷達 VLR:0.2 g N/L-day, 總氮去除率 TN removal:~75%, 會有 10 mg/L 

左右的硝酸鹽氮生成 , 並無明顯亞硝酸鹽的累積 (< 1mg/L)。另外將厭氧氨氧化技 

術應用於 TFT-LCD 光電廠含氮廢水的處理 , 在本研究中額外添加亞硝酸鹽至廢水 

中 , 利用培養在迴流式厭氧污泥床 (R-UASB) 中的自營性脫氮菌處理 ,HRT 控制 1 

天 , 總氮負荷 VLR 達 0.2 g N/L-day, 總氮去除率可穩定達 70%。 

本研究結果 , 利用模場現場連續流方式強化培養原生菌中的自營性亞硝酸菌及 

自營性脫氮菌 , 再將培養菌源植種回實驗室規模反應槽 , 實驗室連續流 pilot 啟動初 

期以氨氮濃度達 300-400 mg/L 原廢水稀釋 3 倍配置進料廢水 ,HRT 控制 1 天 , 出流 

水質氨氮濃度約為 20 mg/L, 連續操作 3 個禮拜的微生物 , 處理氨氮的去除率可以 

達 70% 以上 , 顯示以現場模場強化培養的原生污泥策略 , 在啟動反應槽的過程中 , 

可以快速啟動 , 達到除氮的效果。 

目前培養的自營性脫氮菌 , 已經可以將亞硝酸鹽 (NO - 2 -N) 及氨氮 (NH + 4 -N) 

在缺氧的環境下還原成氮氣 (N 2 ), 在批次培養瓶中 , 氮氣的濃度比例最高可以達 

80%, 利用分子生物技術檢測 , 在專一性 primers Pla46 and Amx368r(all anammox 

organisms, specific for Brocadia, Kuenenia and Scalindua) 的 PCR 放大產物中 , 原生 

污泥經過培養的自營性脫氮菌可以有明顯的 PCR 產物。顯示培養後的污泥包含有 

amammox 微生物族群。 

以 Lab-scale 10L 規模的 pilot 環流式固定槽中載體的微生物進行 16S rDNA 基 

因選殖 (clone library) 及 DNA 定序 (sequencing) 實驗 , 在挑選的 98 個 clones 

中發現 31 個 OTUs(operational taxonomic units)。可發現反應槽中同時存在 AOB 

及 NOB, 以 Ammonia Oxidizing Bacteria,AOB Nitrosomonas sp. 為主 ,Nitrite 

Oxidizing Bacteria,NOB Nitrospira sp. 為最主要的微生物菌群 , 與 T-RFLP 分析出 

來的結果相近。 

III

十六、英文摘要 : 

In the petrochemical industrial park various manufacturers` effluent contributed to 

quite different ingredient characteristic of wastewater. For example the organic 

nitrogenous chelating agent (EDTA) as well as the ammonia nitrogen constituted TKN as 

the critical pollutants to the biological treatment process with limited nitrification 

performance. In DS petrochemical industrial wastewater treatment plant, a series of 

activated carbon plus activated sludge basins were operated as PACT process. The 

organic carbon (COD=300 mg/L) was adsorbed onto the PAC, while the nitrogenous 

pollutants (TKN=350 mg/L) could not be biodegraded effectively without anoxic 

microbes. So that in the PACT process the activated carbon loading capacity was 

somewhat low, the adhesive` biofilm thickness was too thin, and the aeration 

performance was insufficient to promote the biotreatment efficiency with simultaneous 

COD degradation and ammonium nitrification. 

In the last decade, some new biological nitrogen removal processes have been 

developed to reduce operational costs of aerobic nitrification and organic carbon source 

supplement for heterotrophic denitrification. Many studies focused on the development 

of autotrophic nitrogen elimination technology such as process combination of partial 

nitrification and the anammox process, which is regarded as a promising new method for 

removing nitrogen from wastewater with a low C/N ratio(

行政院環境保護署計畫成果中英文摘要 ( 詳細版 ) 

計畫名稱 : 限氧自營菌硝化脫硝程序應用於石化業高氮廢水之 

技術開發 

計畫編號 :EPA-04-001 

計畫執行單位 : 國立成功大學 

計畫主持人 ( 包括協同主持人 ): 鄭幸雄、曾怡禎、黃良銘 

計畫期程 :96 年 11 月 19 日起 97 年 12 月 31 日止 

計畫經費 :1,800,000 元 

摘要 ( 中英文各 300~500 字 ) 

石化工業區內各工廠廢水成分特性殊異 , 例如有機氮螯合劑以及氨 

氮所構成之總凱氏氮 (TKN) 進流濃度時高時低 , 水質變化大。既使進廠 

綜合廢水之 COD 濃度範圍 , 未曾超過進流濃度限值 , 以及設計處理濃 

度有機氮及氨氮在多段式兼氣菌及好氧菌之生物分解能力 , 仍顯不足。 

以致 PACT 程序中活性碳吸附容量偏低 , 表面附著生物膜厚度太薄 , 曝 

氣攪拌功能不足以促進生物處理效率。 

本計畫利用特殊設計生物反應槽 , 內部區隔成好氧段及缺氧段生物 

反應器 , 第一段好氧槽以塑膠單體構成的生物流動床 (Moving Bed 

Bio-film Reactor,MBBR), 第二段是架設不織布單體為主的缺氧段固 

定床 (Bio-film Fixed Bed) 串連處理高氨氮低 COD 特殊工業廢水 , 以 

實場廢水培養處理 , 控制溶氧 DO 由 4 mg/L~0.5 mg/L, 在有限的溶氧條 

件下 , 在 Run5:HRT=12 hr, 進流 TN 濃度 80 mg/L~100 mg/L, 總氮 

負荷達 VLR:0.2 g N/L-day, 總氮去除率 TN removal:~75%, 會有 

10 mg/L 左右的硝酸鹽氮生成 , 並無明顯亞硝酸鹽的累積 (< 1mg/L)。 

另外將厭氧氨氧化技術應用於 TFT-LCD 光電廠含氮廢水的處理 , 在本研 

究中額外添加亞硝酸鹽至廢水中 , 利用培養在迴流式厭氧污泥床 

(R-UASB) 中的自營性脫氮菌處理 ,HRT 控制 1 天 , 總氮負荷 VLR 達 0.2 

g N/L-day, 總氮去除率可穩定達 70%。 

本研究結果 , 利用模場現場連續流方式強化培養原生菌中的自營性 

亞硝酸菌及自營性脫氮菌 , 再將培養菌源植種回實驗室規模反應槽 , 實 

驗室連續流 pilot 啟動初期以氨氮濃度達 300-400 mg/L 原廢水稀釋 3 倍 

I

配置進料廢水 ,HRT 控制 1 天 , 出流水質氨氮濃度約為 20 mg/L, 連續 

操作 3 個禮拜的微生物 , 處理氨氮的去除率可以達 70% 以上 , 顯示以現 

場模場強化培養的原生污泥策略 , 在啟動反應槽的過程中 , 可以快速啟 

動 , 達到除氮的效果。 

目前培養的自營性脫氮菌 , 已經可以將亞硝酸鹽 (NO - 2 -N) 及氨氮 

(NH + 4 -N) 在缺氧的環境下還原成氮氣 (N 2 ), 在批次培養瓶中 , 氮氣 

的濃度比例最高可以達 80%, 利用分子生物技術檢測 , 在專一性 primers 

Pla46 and Amx368r ( all anammox organisms, specific for Brocadia, 

Kuenenia and Scalindua) 的 PCR 放大產物中 , 原生污泥經過培養的自營 

性脫氮菌可以有明顯的 PCR 產物。顯示培養後的污泥包含有 amammox 

微生物族群。 

以 Lab-scale 10L 規模的 pilot 環流式固定槽中載體的微生物進行 16S 

rDNA 基因選殖 (clone library) 及 DNA 定序 (sequencing) 實驗 , 在 

挑選的 98 個 clones 中發現 31 個 OTUs(operational taxonomic 

units)。可發現反應槽中同時存在 AOB 及 NOB, 以 Ammonia Oxidizing 

Bacteria,AOB Nitrosomonas sp. 為主 ,Nitrite Oxidizing Bacteria,NOB 

Nitrospira sp. 為最主要的微生物菌群 , 與 T-RFLP 分析出來的結果相近。 

英文摘要 : 

In In the petrochemical industrial park various manufacturers` effluent 

contributed to quite different ingredient characteristic of wastewater. For 

example the organic nitrogenous chelating agent (EDTA) as well as the 

ammonia nitrogen constituted TKN as the critical pollutants to the biological 

treatment process with limited nitrification performance. In DS 

petrochemical industrial wastewater treatment plant, a series of activated 

carbon plus activated sludge basins were operated as PACT process. The 

organic carbon (COD=300 mg/L) was adsorbed onto the PAC, while the 

nitrogenous pollutants (TKN=350 mg/L) could not be biodegraded 

effectively without anoxic microbes. So that in the PACT process the 

activated carbon loading capacity was somewhat low, the adhesive` biofilm 

thickness was too thin, and the aeration performance was insufficient to 

promote the biotreatment efficiency with simultaneous COD degradation 

and ammonium nitrification. 

In the last decade, some new biological nitrogen removal processes have 

been developed to reduce operational costs of aerobic nitrification and 

II

organic carbon source supplement for heterotrophic denitrification. Many 

studies focused on the development of autotrophic nitrogen elimination 

technology such as process combination of partial nitrification and the 

anammox process, which is regarded as a promising new method for 

removing nitrogen from wastewater with a low C/N ratio(

胞之碳源來源。 

Nitrosomonas 

Nitrobacter 

NH 4+ 

+ O 2 

NO 2- 

+ O 2 

NO 

- 

3 

此兩反應通常伴隨發生 , 快速轉換成硝酸鹽形式 , 在環境中顯 

少可以發現亞硝酸鹽的累積 (de Boer et al., 1992; Kowalchuk and Stephen, 

2001)。亞硝酸鹽的累積可以藉由溶氧、有機負荷、pH 及溫度等環境因 

子控制手段來造成亞硝酸化。亞硝酸鹽氧化菌以亞硝酸鹽氧化酵素 

(nitrite oxidase) 為亞硝酸鹽氧化至硝化鹽步驟的主要催化酵素 , 同時並連 

接了電子傳遞鏈以產生能量來進行細胞的生長。 

Mulder et al.(1995) 首先發現了在厭氧環境中氨氧化的可能性 , 並且 

將其命名為 anaerobic ammonium oxidation,anammox 程序。厭氧氨氧化 

主要的機制是利用 CO 2 當作碳源 ( 無機碳 ), 藉由氨做為電子供給者 , 

以亞硝酸鹽做為電子接受者 , 經中間產物 hydroxyamine 與 hydrazine 而 

生成氮氣 (Schalk et al., 2000; Jetten et al., 2001)。Strous et al.(1999) 則發現 

會進行厭氧氨氧化作用的微生物屬於 Planctomycetales 的 deep-branching 

分枝的族群。 

Schmit and Bock (1997) 表示氨氧化菌在無氧環境中 , 可以利用 NO 2 

或 N 2 O 4 將氨氮氧化至 NH 2 OH; 而 Zart and Bock (1998) 發現在好氧環境 

下 , 氨的氧化會受到 NO 2 或 N 2 O 4 的催化。 

氨氧化菌利用氧氣進行兩種不同的機制 ; 其一首先以氧氣為基質 , 

將氨氮氧化成 NH 2 OH, 其次氧氣則在電子傳遞鏈中做為最終電子接受 

者。而目前為止 , 在第一個功能中 , 還未發現有其他的物質能取代氧氣 ; 

而在第二個機制中 , 在低溶氧的環境下 , 含氮氧化物 (nitrogen oxides) 可 

以取代氧氣做為最終電子接受者 , 亦即類似脫硝的功能 (Bock et al., 

1995)。 

本研究技術開發計畫對象為三越公司代操作之大社工業區廢水處理 

廠 , 大社現場廢水特性為一般傳統石化廢水 , 其廢水特性為低 COD 與 

高氨氮 , 因應未來廢水處理針對石化產業、新興的光電產業氨氮濃度訂 

定放流標準 , 在維護有限的水資源回收在利用的立場 , 開發有效的脫氮 

處理技術應是當務之急。 

本研究團隊針對大社工業區廢水處理廠從 1992 年開始進行一連串 

相關聯性的研究 , 對於廠區中的廢水的特異性也有一定程度的瞭解 , 利 

IV

用分子生物的檢測技術已經可以明確的掌握廢水處理程序中硝化菌族 

群及苯環類芳香族分解菌的族群 , 利用已經建立的分子生物檢測技術可 

以更清楚的掌握微生物族群的動向。 

將石化工業高氮廢水亞硝酸化技術及缺氧部分氨氧化的技術來達 

到脫氮的效果 , 有別於傳統硝化脫硝的除碳程序 , 本計畫開發的技術是 

針對石化業的高氮廢水 , 其特性為低的 COD 有機負荷 , 高濃度的氨氮 

(NH 4 + -N), 此廢水特性不利於傳統硝化脫硝程序 , 因此在技術開發育 

成上更具競爭力 , 在國外 ( 日、荷 ) 也已經有實廠成功的案例。(Kurita, 

JP、Delft University & Paques, NL) 

本計畫與三越公司合作 , 在大社工業區廢水處理廠應用流動式接觸 

床生物反應器 (MBBR) 培養缺氧氨氧化菌生物膜附著生長於接觸材表 

面 , 藉由曝氣槽特殊循環流況 , 限制溶氧監控技術以及水體氧化還原電 

位控制因子 , 促進硝化脫硝生化反應 , 可以高效率降解高氮污染物 , 具 

有節省曝氣能源、減少廢棄活性污泥及高塔省地之優勢。 

V

結論與建議事項 

1. 現場廢水特性 : 

a.COD 主要在第一段缺氧槽因粉狀活性碳 PAC 吸附而降低 

(~50 mg/L) 。 

b. 現場屬於 AOAO 流程操作 , 好氧系統中有 NOx 的累積 

(20~40mg/L), 但在缺氧系統中並無明顯脫氮現象 , 主要是 

廢水中有機碳不足所造成 , 無異營性脫硝菌生長。 

c. 氨氮在 PACT 系統中並無明顯去除也無吸附功能。 

2. 噸級反應槽的架設 

a. 現場模場改建 , 增加導流管、加蓋、及固定床的設計 

b. 現場好氧槽 K L a 氧傳的測試結果 , 以氣體流量 6-10 mL/min 有 

較佳的循流氧傳效果。 

c. 不織布載體確實有攔截污泥附著生物膜的功能 , 其微生物吸 

附量可以達 0.44 gVSS/g 不織布載體 (2987 mgVSS/L) 

3. 噸級硝化菌及厭氧氨氧化菌的培養 

a. 現場噸級模場已可以從現場原生菌培養出硝化菌及厭氧的氨 

氧化菌。 

b. 利用 MBBR 擔體培養硝化菌生物膜生成較慢 , 額外添加碳源 

擬增加微生物多樣性的生長 , 強化生物膜的生成。 

c. 現場原生菌封瓶批次培養 , 使用基質是現場稀釋後的原廢水 

與額外添加的亞硝酸鹽 , 在 1 個禮拜內有氮氣生成 , 顯示原生 

污泥中具有厭氧氨氧化菌。 

d. 連續流培養中的硝化菌及厭氧氨氧化菌 , 在進出流水質可以 

發現 , 廢水中的氨氮有明顯降解 , 總氮約有 20% 以上的去除 

率 , 出流水有部分 NOx 的累積。 

4. 實驗室規模連續操作 - 以大社廢水處理廠高氨氮廢水試程 

在啟動初期以低負荷進流在 2 個禮拜內可以快速提昇厭氧氨氧 

化菌的脫氮能力 , 以分子生物檢測可以發現厭氧氨氧化菌族群 

的存在 , 後期逐漸提昇負荷 , 去除率也逐漸提昇。在 Run 1 階 

段 , 溶氧控制在 2mg/L 以上 , 由反應槽進出流水質分析可得知 , 

因溶氧太高 , 約 80% 的進流氨氮完全硝化為硝酸鹽氮 , 而亞硝 

VI

酸鹽氮只占 5% 左右 , 故厭氧氨氧化菌無氨氮及亞硝酸鹽氮可 

利用行脫硝作用 , 因此總氮去除率只有 10%~20% 左右。在 Run 

2 階段 , 溶氧控制在 1~2mg/L 之間 , 分析結果得知 , 溶氧降低 

有助於抑制硝酸化 , 故總氮去除率提升 20%~40% 左右。在 Run 

3 階段 , 溶氧進一步降低至 1mg/L 以下 , 分析結果得知 , 總氮 

去除率大幅提升至 50%~70% 左右 , 而出流之硝酸鹽氮濃度相較 

前兩階段 , 不增反降 , 因此可得知溶氧的控制對於厭氧氨氧化 

程序是一個非常重要的因子。Run4 及 Run5 的溶氧控制策略 

上 , 以 DO=0.5mg/L 為分界 , 在 0.5mg/L 以下氨氮會因供氧不 

足 , 硝酸鹽氮無法轉換到亞硝酸鹽氮供後段缺氧槽厭氧氨氧化 

菌利用 , 因此會有較多的氨氮累積 , 在 Run5 提高溶氧到 1mg/L 

~0.8mg/L 時 ,AOB 將氨氮能足量轉換到亞硝酸鹽氮 , 此時厭 

氧氨氧化菌的脫氮能力較佳 , 能將產生之亞硝酸去除脫氮。理 

論上 , 厭氧氨氧化程序 , 其總氮的去除率可達 85%~95%, 副產 

物為 15%~5% 的硝酸鹽氮 , 後續將持續調整其負荷 , 增殖生物 

膜以承受高負荷的氨氮 , 以期能達到 85% 以上的總氮去除率。 

5. 實驗室規模連續操作 - 應用厭氧氨氧化技術處理含氮光電廢水 

啟動初期總氮容積負荷速率 100mg N/L-Day 的第一試程 Run1 

中 , 總氮的轉化率大約 50% 左右 , 顯示此培養條件下 , 自營性 

脫硝菌能快速夠將氨氮與亞硝酸氮轉化至 N 2 。在總氮容積負荷 

速率為 200mg N/L-Day 的第 2 階段試程裡 , 可發現總氮的轉化 

率在第 112 天以後有逐漸上升的趨勢 , 而且轉化率也上升至 

46% 左右。試程 Run3 中引入甲烷系統處理後的光電廢水當基 

質提供氨氮 , 額外添加亞硝酸鹽氮共處理 , 在連續操作達 2 個 

月的試程可以發現 , 總氮去除率由原本 46% 快速提昇到 70%, 

並穩定持續 , 顯示本技術可以應用在含氮污染的光電廢水。 

6. 分子生物檢測技術 

a. 利用 T-RFLP 檢測技術 , 可以將現場及培養槽中的硝化菌族群 

建立指紋圖譜資料庫 , 現場硝化菌 AOB 主要以 Nitrosomonas 

communis 或 Nitrosomonas europaea 菌群為主。 

b. 以 primers Pla46 and Amx368r 的 PCR 結果 , 經培養後的原生 

菌內具有厭氧氨氧化的微生物族群存在 ( 可能包含 Brocadia, 

VII

Kuenenia and Scalindua 3 屬厭氧氨氧化菌 ), 但以垃圾滲出水培 

養的微生物 , 卻無厭氧氨氧化微生物族群的發現 , 再度驗證實 

廠原生污泥中的確具有厭氧氨氧化菌的存在。 

c. 實驗室限氧程序中 Clone 的結果發現 , AOB 系統以 

Nitrosomonas europaea 這一族群為主 , 主要將氨氮轉化到亞硝 

酸鹽氮 , 而 NOB 以 Nitrospira sp. 或 Nitrobater sp. 這一屬的菌為 

主 , 主要將亞硝酸鹽氮進一步的氧化到硝酸鹽。其中溶氧與其 

族群的變遷 , 再加上厭氧氨氧化菌 3 種不同功能的微生物族群 

的競爭 , 後續將針對缺氧槽的自營性脫氮菌的族群進行 clone 

進行分析 , 來瞭解三個族群間的關係。 

7. 分子生物技術的研習 

定期與三越公司進行分子技術教學 , 主要目的是要建立學界與 

業界技術轉移及技術培育的工作 , 利用見習、實習、實作來培 

養分子生物技術的技巧。期許培育成果能技術轉移至環保技術 

產業 , 增加環保技術的升級及產值。 

VIII

計畫期末報告基本資料表 

目錄 

行政院環境保護署計畫成果中英文摘要 ( 簡要版 ) 

行政院環境保護署計畫成果中英文摘要 ( 詳細版 ) ..................................................... I 

圖目錄 ................................................................................................................................XI 

表目錄 .............................................................................................................................XVI 

第一章研究緣起 ...............................................................................................................1 

1-1 研究動機 ...................................................................................................................1 

1-2 計畫執行進度 ...........................................................................................................3 

1-3 計畫經費配置 ...........................................................................................................4 

第二章計畫目的 ...............................................................................................................5 

2-1 技術及設備開發 .......................................................................................................5 

2-2 計畫目標 ...................................................................................................................7 

2-3 技術或設備評估指標 ...............................................................................................9 

第三章文獻回顧 .............................................................................................................10 

3-1 國內外文獻回顧 .....................................................................................................10 

3-2 自營性硝化菌 .........................................................................................................13 

3-3 自營性脫硝菌微生物及其生化特性 .....................................................................15 

3-4 各種生物硝化脫硝處理技術的發展現況 .............................................................16 

3-5 分子生物檢測技術應用於自營性脫硝菌 .............................................................21 

3-6 創新性技術 .............................................................................................................23 

第四章執行方法 .............................................................................................................24 

4-1 研究方法 .................................................................................................................24 

4-2 計畫執行人力配合 .................................................................................................25 

4-3 執行步驟 .................................................................................................................26 

4-4 技術來源 .................................................................................................................31 

第五章工作內容與執行成果 .........................................................................................32 

5-1 預定進度及查核點說明 .........................................................................................32 

5-2 結果與討論 .............................................................................................................36 

5-2-1 三越企業公司部分 .........................................................................................36 

5-2-1-1 流動式接觸床購置 ..................................................................................36 

5-2-1-2 現場流動式接觸床試車測試 ..................................................................40 

5-2-1-3 自營性硝化脫硝菌馴養 ...........................................................................42 

IX

5-2-2 成功大學部份 ..................................................................................................44 

5-2-2-1 進流基質與生物膜特性調控 ...................................................................44 

5-2-2-2 實驗室規模連續流操作 ...........................................................................49 

5-2-2-3 應用 - 厭氧氨氧化菌處理高氮之光電廢水 ............................................57 

5-2-3-1 硝化菌分子生物檢測 ...............................................................................63 

5-2-3-2 特殊脫氮菌分子生物檢測 .......................................................................67 

5-2-3-3 好氧 / 缺氧生物活性檢測 .........................................................................75 

5-2-3-4 微生物菌相觀測 .......................................................................................81 

5-3 分子生物檢測技術示範 .........................................................................................83 

第六章結論與建議 .........................................................................................................85 

第七章參考文獻 .............................................................................................................88 

第二部分技術或設備應用推廣可行性評估報告 .........................................................93 

附件一期初審查意見回復表 ..........................................................................................97 

附件二期中審查意見回覆表 ..........................................................................................98 

附件三期中審查 ( 複審 ) 意見回覆表 ............................................................................101 

附件四期末審查意見回覆表 ........................................................................................102 

附件五行政院環境保護署「限氧自營菌硝化脫硝程序應用於石化業高氮廢水之技術 

開發」計畫結案報告確認表 ..........................................................................................107 

附件六 96 年度「挑戰二 00 八 : 國家發展重點計畫」...........................................110 

附件七行政院環境保護署 96 年度委辦計畫執行摘要 ..............................................119 

附件八期末報告簡報資料 ............................................................................................120 

X

圖目錄 

圖 1 向下噴流式好氧亞硝酸化流動床及厭氧氨氧化菌固定 

床微生物培養槽 ............................................................ 5 

圖 2 高氮廢水硝化脫硝技術開發研究技術路程圖 .............. 8 

圖 3 Step in the dissimilative reduction of nitrate (Zumft,1997) 

.................................................................................... 10 

圖 4 Anammox process (Jetter et al.,2001) ...........................11 

圖 5 Paques 公司在荷蘭鹿特丹自營性硝化脫硝實廠 ........ 12 

圖 6 日本栗田工業株式會社自營性除氮硝化脫硝程序 .... 12 

圖 7 Flux diagrams of the traditional 

nitrification-denitrification (1), partial 

nitrification-denitrification (2), partial 

nitrification-Anammox (3), Canon/Oland processes (4) 

and Deamox (5) (modified according to Schmidt et al., 

2003 and Kalyuzhnyi et al., 2006) ................................ 18 

圖 8 自營性脫硝菌的親源圖 (Jetten et al., 2001 ) .............. 21 

圖 9 限氧自營性硝化脫硝程序技術開研究方法發魚骨圖 . 24 

圖 10 T-RFLP 三個主要步驟之簡圖 ................................... 28 

圖 11 Schematic diagram of cloning in recombinant DNA 

vectors, (A) insert foreign DNA into plasmids, (B) put 

plasmids into competent cell by transformation, (C) clone 

cell .............................................................................. 29 

圖 12 現場模場外觀 , 主要為第一段厭氧槽、第二段好氧硝 

化槽、第三段厭氧氨氧化槽及沈澱槽 ........................ 36 

圖 13 大社模場現場平面配置圖 ....................................... 37 

圖 14 導流管的增設 .......................................................... 38 

圖 15 預留 JET 氣液混合管路 .......................................... 38 

XI

圖 16 反應槽上部加蓋 ...................................................... 39 

圖 17 現場 KLa 氧傳測試架設與 DO sensor 放置點 ......... 40 

圖 18 第二段硝化槽氧傳測試 K L a 與有限氣體流量圖 ...... 41 

圖 19 原水氨氮變化圖 (2008.4-2008.11) ....................... 42 

圖 20 現場模場培養槽總氮 TN 進出流變化圖 .................. 43 

圖 21 大社廢水處理廠模場連續流好氧槽培養硝化菌 

T-RFLP 圖譜 ............................................................... 43 

圖 22 2006.1~2007.4 氨氮進出流濃度變化圖 ................... 45 

圖 23 The time-course of VSS adsorbed by bioweb in the fixed 

contact aerobic reactor with internal recycle................. 46 

圖 24 實驗室規反應槽、植種前乾淨的 MBBR 擔體及培養 

14 天後的擔體 ............................................................ 47 

圖 25 以大社實廠廢水進流之實驗室規模反應槽總氮去除變 

化圖 ............................................................................ 48 

圖 26 Run 1 反應槽進流氨氮、出流氨氮、出流亞硝酸氮、出 

流硝酸氮濃度與操作天數關係圖 ................................ 50 

圖 27 Run 1 反應槽進流總氮、出流總氮、總氮去除率與操 

作天數關係圖 ............................................................. 50 



圖 29 Run 2 反應槽進流總氮、出流總氮、總氮去除率與操 

作天數關係圖 ............................................................. 52 



圖 31 Run 3 反應槽進流總氮、出流總氮、總氮去除率與操作 

天數關係圖 ................................................................. 53 



XII


天數關係圖 ................................................................. 55 




天數關係圖 ................................................................. 56 

圖 36 Run1 氨氮連續進出流 .............................................. 58 

圖 37 Run1 TKN 連續進出流 ............................................. 58 

圖 38 Run 1 亞硝酸連續進出流 ......................................... 58 

圖 39 Run1 硝酸連續進出流 .............................................. 58 

圖 40 Run1 總氮的容積負荷速率與轉化率 ........................ 59 

圖 41 Run2 氨氮連續進出流 .............................................. 60 

圖 42 Run2 TKN 連續進出流 ............................................. 60 

圖 43 Run2 亞硝酸連續進出流 .......................................... 60 

圖 44 Run2 硝酸連續進出流 .............................................. 60 

圖 45 Run2 鹼度連續進出流 .............................................. 61 

圖 46 Run2 總氮的 VLR 與轉化率 ..................................... 61 

圖 47 Run 3 以光電廢水添加亞硝酸鹽氮反應槽進流氨氮、出 

流氨氮、出流亞硝酸氮、出流硝酸氮濃度與操作天數關 

係圖 ............................................................................ 62 

圖 48 Run 3 以光電廢水添加亞硝酸鹽氮試程總氮的容積負 

荷速率與轉化率 .......................................................... 62 

圖 49 DNA 及 PCR 產物 Agarose gel 電泳圖 ..................... 64 

圖 50 現場實廠曝氣槽污泥硝化菌族群監測 T-RFLP 指紋圖 

譜 ................................................................................ 65 

圖 51 實驗室厭氧氨氧化微生物批次產氮氣分析組成 ....... 68 

圖 52 以 primers Pla46 and Amx368r specific for Brocadia, 

Kuenenia and Scalindua 的 PCR 產物結果 ................... 68 

XIII

圖 53 實驗室 R-UASB 反應槽污泥以 primers Pla46rc and 

Amx368r specific for Brocadia, Kuenenia and Scalindua 

的 PCR 產物結果 ........................................................ 71 

圖 54 大社模場模場反應槽污泥以 primers Pla46rc and 

Amx368r specific for Brocadia, Kuenenia and Scalindua 

的 PCR 產物結果 ........................................................ 72 

圖 55 實驗室連續流限氧硝化 / 脫氮反應槽 clone 數量與 OUT 

之曲線 ........................................................................ 73 

圖 56 實驗室規模連續流限氧硝化 / 脫氮系統硝化菌族群親 

緣圖 ............................................................................ 74 

圖 57 自營性硝化菌批次實驗設備示意圖 ......................... 75 

圖 58 自營性硝化菌批次試驗中氨氮轉化圖 ..................... 77 

圖 59 自營性硝化菌批次試驗中硝酸氮轉化圖 ................. 77 

圖 60 實驗室改良無氧傳輸系統 (anaerobic transportation 

system) ..................................................................... 79 

圖 61 厭氧氨氧化菌產氮氣潛能試驗累積產氣圖 ............. 79 

圖 62 厭氧氨氧化菌產氮氣潛能試驗產氣組成圖 ............. 79 

圖 63 以大社模場植種污泥處理原水中添加亞硝酸氮批次 

試驗水質分析圖 .......................................................... 80 

圖 64 實驗室缺氧槽污泥外觀 200× ................................. 81 

圖 65 實驗室缺氧槽污泥外觀 400× .................................. 81 

圖 66 實驗室缺氧槽污泥中有許多絲狀菌纏繞生長 1,500× 

.................................................................................... 81 

圖 67 實驗室缺氧槽污泥表面由許多球菌與桿菌組成 , 生物 

膜厚實 6,000× ............................................................. 81 

圖 68 污泥中可以看到絲狀的長桿菌與長度約 2μm 的桿菌聚 

集生長 12,000× ........................................................... 82 

圖 69 不織布載體的外觀 , 不織布纖維直徑達 0.2mm 50× 82 

XIV

圖 70 實驗室 R-UASB 以厭氧氨氧化程序處理光電廢水之污 

泥外觀 1,500× ............................................................ 82 

圖 71 R-UASB 污泥主要以球菌為主 , 直徑大小約為 2μm 

3,000× ......................................................................... 82 

圖 72 PCR 教學及實習 ( 三越公司參與人員 : 李明益、侯小 

萍 ) ............................................................................ 83 

圖 73 總 DNA 抽取教學及實習 ( 三越公司參與人員 : 文俊 

貴、李良山、 ............................................................. 84 

XV

表目錄 

表 1 Oxidation states of key nitrogen compounds (Zumft,1997) 

.................................................................................... 10 

表 2 Simplified equations for selected microbial nitrogen 

transformation processes. ............................................. 17 

表 3 不同生物系統下溶氧因子的差異 ............................... 19 

表 4 各種不同兩相式厭氧氨化除氮系統比較 ................... 20 

表 5 Primers used for the detection of anammox organisms . 22 

表 6 計畫預定進度及查核點 ............................................. 32 

表 7 預定進度及查核點說明 .............................................. 33 

表 8 計畫第一期之預期工作與實際執行之差異分析 ......... 34 

表 9 計畫之第二期預期工作與實際執行之差異分析 ......... 35 

表 10 現場模場尺寸 .......................................................... 37 

表 11 不同氣體流量下氧傳係數比較表 ............................ 41 

表 12 大社廢水處理廠現場廢水特性分析 ........................ 44 

表 13 Lab-scale 反應槽啟動初期實廠原水特性分析 .......... 47 

表 14 Nitrogen species variation of influent concentration in 

Anammox Incubator 

(Aerated contact Bioreactor) ........................................ 48 

表 15 連續流操作參數表 Operational parameters ............. 49 

表 16 試程 1 中反應槽調整階段之反應槽進出流濃度變化 

.................................................................................... 57 

表 17 試程 3 中反應槽調整階段之反應槽進出流濃度變化 61 

表 18 大社廢水處理廠污泥抽取 DNA 的 OD 值分析 ......... 63 

表 19 AOB lineages and their corresponding terminal 

fragment (TF) signatures for the amoA based TRFLP.... 66 

表 20 PCR reaction program ................................................ 69 

XVI

表 21 PCR solution setting .................................................. 69 

表 22 Primers used for the detection of anammox organisms 69 

表 23 利用分光光度計量測 DNA 萃取的品質 .................. 70 

表 24 批分次試驗中前後水質特性 .................................... 75 

表 25 自營性硝化菌批次試驗亞硝酸鹽及硝酸鹽轉化速率 

表 ................................................................................ 78 

XVII

XVIII

第一章研究緣起 


1-1 研究動機 

硝化定義為經由微生物將氨氮氧化之過程 , 此機制為兩階段 

反應 , 第一階段為將氨氮氧化至亞硝酸鹽 , 第二階段再氧化至硝 

酸鹽。兩特定化學自營性微生物與此機制相關 , 再利用無機碳作 

為組成細胞之碳源來源。 

Nitrosomonas 

Nitrobacter 

NH 4+ 

+ O 2 

NO 2- 

+ O 2 

NO 

- 

3 

此兩反應通常伴隨發生 , 快速轉換成硝酸鹽形式 , 在環境中 

顯少可以發現亞硝酸鹽的累積 (de Boer et al., 1992; Kowalchuk and 

Stephen, 2001)。亞硝酸鹽的累積可以藉由溶氧、有機負荷、pH 及溫 

度等環境因子控制手段來造成亞硝酸化。亞硝酸鹽氧化菌以亞硝酸鹽 

氧化酵素 (nitrite oxidase) 為亞硝酸鹽氧化至硝化鹽步驟的主要催化酵 

素 , 同時並連接了電子傳遞鏈以產生能量來進行細胞的生長。 

Mulder et al.(1995) 首先發現了在厭氧環境中氨氧化的可能性 , 並 

且將其命名為 anaerobic ammonium oxidation,anammox 程序。厭氧氨 

氧化主要的機制是利用 CO 2 當作碳源 ( 無機碳 ), 藉由氨做為電子供 

給者 , 以亞硝酸鹽做為電子接受者 , 經中間產物 hydroxyamine 與 

hydrazine 而生成氮氣 (Schalk et al., 2000; Jetten et al., 2001)。Strous et 

al.(1999) 則發現會進行厭氧氨氧化作用的微生物屬於 

Planctomycetales 的 deep-branching 分枝的族群。 

Schmit and Bock (1997) 表示氨氧化菌在無氧環境中 , 可以利用 

NO 2 或 N 2 O 4 將氨氮氧化至 NH 2 OH; 而 Zart and Bock (1998) 發現在好 

氧環境下 , 氨的氧化會受到 NO 2 或 N 2 O 4 的催化。 

氨氧化菌利用氧氣進行兩種不同的機制 ; 其一首先以氧氣為基 

質 , 將氨氮氧化成 NH 2 OH, 其次氧氣則在電子傳遞鏈中做為最終電子 

接受者。而目前為止 , 在第一個功能中 , 還未發現有其他的物質能取 

代氧氣 ; 而在第二個機制中 , 在低溶氧的環境下 , 含氮氧化物 (nitrogen 

oxides) 可以取代氧氣做為最終電子接受者 , 亦即類似脫硝的功能 (Bock 

et al., 1995)。 

1

限氧自營菌硝化脫硝程序應用於石化業高氮廢水之技 

本研究技術開發計畫對象為三越公司代操作之大社工業區廢水處 

理廠 , 大社現場廢水特性為一般傳統石化廢水 , 其廢水特性為低 COD 

與高氨氮 , 因應未來廢水處理針對石化產業、新興的光電產業氨氮濃 

度訂定放流標準 , 在維護有限的水資源回收在利用的立場 , 開發有效 

的脫氮處理技術應是當務之急。 

本研究團隊針對大社工業區廢水處理廠從 1992 年開始進行一連 

串相關聯性的研究 , 對於廠區中的廢水的特異性也有一定程度的瞭 

解 , 利用分子生物的檢測技術已經可以明確的掌握廢水處理程序中硝 

化菌族群及苯環類芳香族分解菌的族群 , 利用已經建立的分子生物檢 

測技術可以更清楚的掌握微生物族群的動向。 

將石化工業高氮廢水亞硝酸化技術及缺氧部分氨氧化的技術來達 

到脫氮的效果 , 有別於傳統硝化脫硝的除碳程序 , 本計畫開發的技術 

是針對石化業的高氮廢水 , 其特性為低的 COD 有機負荷 , 高濃度的 

氨氮 (NH 4 + -N), 此廢水特性不利於傳統硝化脫硝程序 , 因此在技術 

開發育成上更具競爭力 , 在國外 ( 日、荷 ) 也已經有實廠成功的案例。 

(Kurita, JP、Delft University & Paques, NL) 

本計畫與三越公司合作 , 在大社工業區廢水處理廠應用流動式接 

觸床生物反應器 (MBBR) 培養缺氧氨氧化菌生物膜附著生長於接觸 

材表面 , 藉由曝氣槽特殊循環流況 , 限制溶氧監控技術以及水體氧化 

還原電位控制因子 , 促進硝化脫硝生化反應 , 可以高效率降解高氮污 

染物 , 具有節省曝氣能源、減少廢棄活性污泥及高塔省地之優勢。 

2


1-2 計畫執行進度 

• 三越公司部分 

針對模場菌種培養改造 : 

‣ 1 st - 厭氧 COD 去除槽 : 增設上蓋、內部循環馬達及槽壁採 

樣閥 , 另外增加 pH 及 ORP 偵測器。 

‣ 2 nd - 好氧亞硝酸化槽 : 除了增設上蓋外 , 另外導流管、混波 

器及 1/2 馬力的 pump, 另外增加 DO 溶氧控制器、pH、ORP 

及加 pump。 

‣ 3 rd - 缺氧脫氮槽 : 上蓋、內部導流管、混波器、1/2 馬力的 

pump, 及 DO 溶氧控制器、ORP 偵測器。 

接觸式流動床 : 在改造後進行氧傳試驗 , 試驗結果符合預期 , 

增加導流管有效增加擔體循流效果。 

• 成功大學部份 

‣ 現場模場微生物培養 : 在模場好氧 / 厭氧氨氧化菌的培養槽 , 

進流氨氮濃度控制在 100mg/L~300 mg/L, 目的是培養大量 

的自營性好氧硝化菌及缺氧的自營性脫氮菌。 

‣ 分子生物檢測 : 現場硝化菌資料庫建立 , 主要以 Nitrosomonas 

communis 為主 , 經培養後是以 Nitrosomonas europaea 為主。 

‣ 厭氧氨氧化菌在原生菌強化培養後 , 可以出現在培養槽內 , 

利用特殊 primer Pla46 and Amx368r 可以檢測出含 amammox 

厭氧氨氧化菌族群。 

‣ Lab-scale pilot 連續流操作驗證 1 石化廢水 2 光電廢水 

‣ 運轉 Lab-scale pilot 流程 , 針對水質、微生物族群變化進行監 

測 , 預期能培養出在有限溶氧控制下硝化 / 脫氮微生物 , 並針 

對特殊微生物的放大量產及新程序的驗證。 

3

限氧自營菌硝化脫硝程序應用於石化業高氮廢水之技 

1-3 計畫經費配置 

本計畫總經費共計 3,622.2 仟元 , 其中補助經費 1,800 仟元 , 經費 

配置為人事費佔 54.0%, 材料費佔 46.0%, 佔總經費 49.7%。其餘廠商 

自籌款 1,822.6 仟元 , 人事費佔自籌款 64.3%, 材料費佔自籌款 35.7%。 

4

第二章研究目的 

第二章計畫目的 

2-1 技術及設備開發 

應用流動式接觸床生物反應器 (MBBR) 將生長緩慢的亞硝酸生成 

菌固定生物膜生長 , 搭配特殊導流管及 JET 設計 , 內部特殊設計以馬達 

提供流體動力 , 經 JET 尖口噴嘴產生高流速流體造成內部流體循環於反 

應區 , 均勻分散反應槽擔體及微生物 , 促進質傳效能加速生物反應 , 並 

藉由 JET 產生高速流體時提供吸力 , 吸入空氣於反應槽中供給溶氧 , 不 

需另加動力設備。優於一般使用曝氣設備供給溶氧 ; 另外特殊的導流管 

設計 , 可以增加微生物、溶氧及基質間的反應時間 , 並提供有規則的流 

況導向 , 有別於一般無序劇烈擾動的流動床反應器。( 圖 1) 因應缺氧 

氨氧化槽的有限溶氧控制 , 另例外在厭氧氨氧化菌生物反應器設計 

上 , 利用多孔性不織布當作擔體 , 添充在 Riser 兩側 , 主要目的為攔截 

微生物 , 提供特殊菌種的附著與生長。 

圖 1 向下噴流式好氧亞硝酸化流動床及厭氧氨氧化菌固定床微生物培養槽 

本土研發自營性硝化 / 脫硝程序 , 在學理上是可行 , 但在實務應用上 

是缺乏實際廢水應用及技術開發 , 本計畫以石化廢水為目標 , 將高氨氮 

廢水利用第一段亞酸酸化槽 , 將氨氮部分氧化到亞硝酸 , 亞硝酸在傳統 

5


硝化脫硝程序中極不穩定 , 容易氧化到硝酸鹽 , 不易控制。本計畫目的 

是將氨氮控制到亞硝酸化 , 再與部分未氧化的氨氮進行厭氧氨氧化脫氮 

作用。另外在厭氧氨氧化菌的培養上 , 嘗試從現有的實廠污泥中培養出 

自營性厭氧氨氧化菌 , 在許多文獻指出 , 自營性的脫氮菌可以由垃圾滲 

出水、都市污水廠污泥中培養出來 , 可事實際在石化廢水處理廠中篩選 

出自營性的氨氧化菌可以說是少之又少 , 因此極具挑戰性 , 若以文獻指 

出厭氧氨氧化菌的生理特性及其生存的環境 , 本計畫中的仁大石化污水 

處理廠 , 是一個適合篩選出厭氧氨氧化菌的目標。 

兩段式好氧 / 厭氧氨氧化菌的培養 , 主要著重在第一段的好氧亞硝酸 

菌的培養及第二段的厭氧氨氧化菌的培養 , 利用本研究室已具有的 AOB 

硝化菌的分子生物分析技術及文獻指出的厭氧氨氧化菌 anammox 的特 

殊 primer, 可以快速確認功能性微生物指標 , 可以節省時間及更有效益。 

程序控制中 , 第一段硝化程序亞硝酸化程度的控制 , 是本計畫要事 

先突破的 , 另外串連運轉的技術中厭氧氨氧化槽的 DO 控制 , 硝化槽的 

溶氧是否會影響到厭氧厭氧化槽中微生物的生長 , 是本計畫需努力克服 

的目標。 

6


2-2 計畫目標 

以傳統的硝化脫硝程序來處理缺乏無機碳源的高氮廢水 (N/C~0.15), 其 

脫硝過程序要額外添加大量的有機碳源 , 不但會造成額外碳源的負擔 , 在出 

流水 COD 管制上 , 容易受到脫硝能力不佳時而造成未達管制標準。 

應用流動式接觸床生物反應器 (MBBR) 及以不織布為擔體的固定式接 

觸床 , 來培養硝化菌 (AOB) 及厭氧氨氧化菌 (anammox), 在反應槽中設計 

導流管及擴散分配的氣液混合器 , 希望有助於生物膜的生長及擔體的微生物 

附著。 

因應缺氧氨氧化槽的有限溶氧控制 , 本模場菌種培養槽在 JET 式的 

MBBR 反應器頂部架設一個頂蓋 , 用來隔絕大氣中溶氧的提供 , 並引導微生 

物產生之 CO 2 氣體回流反應槽中 , 藉此提供無機碳源的來源 , 有利於缺氧氨 

氧化的反應進行。 

使用上述有限氧提供之自營菌硝化脫硝程序 , 應用各種環境因子及創新 

性的反應槽設計方式 , 最佳化操作後 , 便可有穩定之特殊脫氮菌種生成 , 可 

將菌種定性分析後 , 生產為商品化菌劑 , 供給各種含氮廢水生物處理使用。 

近年來分子生物技術發展迅速 , 由以往大量使用於醫學方面 , 逐漸應用 

至各領域 , 它是一門有別於傳統培養微生物之檢測技術 , 大自然中小於 1% 微 

生物可被分離培養出來 , 分子生物技術則不需經由培養過程則可鑑定出菌 

種 , 且亦為較快速檢測之技術 , 可有利於檢測生物系統微生物之變遷情形 , 

而可快速作為生物程序控制參數調整之指標。本計畫創新將分子生物技術應 

用於研究好氧硝化菌 / 缺氧氨氧化菌優勢菌種 , 以其有效快速了解系統中狀 

況 , 增強創新性脫氮生物處理程序之生物功能性指標。 

( 一 ) 特殊脫氮菌之培養量產技術開發 

以石化廢水處理廠模型場噸級規模流動式接觸床生物反應器 

(MBBR), 缺氧氨氧化菌生物膜附生於接觸材料表面。現場生物膜進 

行分生鑑定缺氧氨氧化菌種 , 並加連續進流培養量產優質菌群。 

( 二 ) 流動式接觸床材料優質生物膜產品化技術 

以目前商品化生物膜載體為接觸材 , 應用噸級模場生物反應 

器 , 進行優質菌植種及特殊基質強化培養 , 建立最佳化量產條件 , 

並行分子生物檢測法 , 建立優質脫氮菌屬種之基因資料庫 , 以為產 

品化規格。 

7


( 三 ) 流動式接觸床流力動力特性指標化技術 

由於曝氣設施之特殊設計 , 可達溶氧量限制值與接觸材流動參 

數之模式化 , 以氧傳係數 (K L a) 及流體延展係數、以及生物反應槽氧 

化還原電位 (ORP) 及溶氧 DO 之控制參數 , 可具體指示自營性脫氮菌 

最佳生長條件。 

( 四 ) 新興產業廢水高氮處理技術之應用 

本計畫現設目標係石化專業工業區之聯合處理廠之模型場驗 

證 , 末期可應用某種新興產業高氮廢水 , 進行短期之生物脫氮驗證 , 

以擴大本計畫之應用產業種類。 

TFTLCD 

 

 

/ 

圖 2 高氮廢水硝化脫硝技術開發研究技術路程圖 

8


2-3 技術或設備評估指標 

( 一 ) 脫氮菌之培養量產技術 

接觸材生物膜生長量可達 0.05 gVSS/g medium, 懸浮性生物質量可 

達 MLVSS 1,000 mg/L, 生物反應槽設備容量噸級以上。 

( 二 ) 接觸材優質生物膜產品規格 

生物膜菌數達 10 6 CFU/g wt 量化指標 , 優質菌種分生檢測圖譜 DGGE 

多樣性菌種鑑定圖 ,T-RFLP 優質菌種定性圖。 

( 三 ) 流動式接觸床流體動力特性指標 

限氧脫氮菌接觸曝氣槽之氧傳係數 (K L a~10 hr-1), 流體延展係數越 

近 CSTR 流況 ,ORP 負值及溶氧


第三章文獻回顧 

3-1 國內外文獻回顧 

無機氮化合物在厭氧環境下大部分為電子接受者 ( 氧化數較高 ),Table 1 

為無機氮化合物的氧化數。環境中氮化合物大部分以氨氮 (NH 4 + ) 和硝酸鹽 

(NO 3 - ) 的形式存在 , 大多數是利用硝酸鹽 (NO 3 - ) 或亞硝酸鹽 (NO 2 - ) 當作電子接 

受者 , 藉由無機化學反應或是生物酵素還原成較低氧化數的氮化合物 (NO、 

N 2 O), 最後還原成氮氣 (N 2 ), 這種反應稱為脫硝反應。 

表 1 Oxidation states of key nitrogen compounds (Zumft,1997) 

Compound 

Oxidation state 

Oganic N (R-NH 2 ) -3 

Ammonia (NH 3 ) -3 

Nitrogen gas (N 2 ) 0 

Nitrous oxide (N 2 O) +1(average per N) 

Nitrogen oxide (NO) +2 

Nitrite (NO - 2 ) +3 

Nitrogen dioxide (NO) +4 

Nitrate (NO 3 ) +5 

A tm o sp h ere 

N itrate 

(N O 3 - ) 

N itrite 

(N O 2 - ) 

N itric o x id e 

(N O ) 

N itro u s o x ide 

(N 2 O ) 

D in itro g en 

(N 2 ) 

N itrate 

red u ctase 

N itrite 

red u ctase 

N itro u s o x id e 

red u ctase 

N itric o x ide 

red u ctase 

圖 3 Step in the dissimilative reduction of nitrate (Zumft,1997) 

然而脫硝反應可以分為呼吸脫硝 (Respiratory denitrification)、好氧脫硝 

(Chemodenitrification)、化學脫硝 (Aerobic Denitrification), 其中以呼吸脫硝為 

主的傳統技術是把 NO 3 

- 

在厭氧環境下還原 , 反應時 ,NO 3 

- 

藉由脫硝菌的生物 

酵素並以有機碳為碳源還原成較低氧化數的氮氧化物 , 其中 , 參與的酵素包 

10


括硝酸鹽還原酵素、亞硝酸鹽還原酵素、N 2 O 還原酵素及 NO 還原酵素等 , 

這些異營性脫硝菌都屬厭氧菌 , 在此環境下 ,NO 3 

- 

做為電子最終的接受者 

(Zummft,1997)。 

另外 , 最新發現 Anammox 技術的自營性脫硝菌是 Mulder et al.(1995) 於厭 

氧流體化床脫硝反應中首度發現 ,Anammox 不同於以往的脫硝反應 , 是厭氧 

- 

+ 

氨氧化菌以 NO 2 做為電子接受者 , 並利用 CO 2 為無機碳源 , 將 NH 4 轉化成 

N 2 , 因此 

圖 4 為 Anammox 反應 (Jetter et al.,2001)。Anammox 屬於自營性反應 (van 

de Graaf et al.,1996;Strous et al.,1997)。 

Paques 公司在荷蘭鹿特丹及日本栗田公司在日本也都有實廠規模的案 

例 , 應用自營性的硝化脫硝程序 , 成功的去除廢水中的氨氮 , 以在鹿特丹實 

廠的案例 , 每天可以去除 500kg 的氨氮 (Wouter et al.,2007)。( 圖 5、圖 6) 

N-fixation 

Anammox 

cytoplasm 

anammoxosome 

N 2 

NH 4 

+ 

Denitrifiction 

NO 2 

- 

Nitrification 

N 2 

N 2 H 2 

4e - 

NH 4 

+ 

NO 3 

- 

NO 2 

- 

NH 2 OH 

圖 4 Anammox process (Jetter et al.,2001) 

11


圖 5 Paques 公司在荷蘭鹿特丹自營性硝化脫硝實廠 

圖 6 日本栗田工業株式會社自營性除氮硝化脫硝程序 

12


3-2 自營性硝化菌 

硝化的定義為藉由微生物將氨氮 (NH 4 + -N) 氧化成硝酸 (NO 3 - -N), 此機 

制分為兩階段反應 , 第一階段為將氨氮氧化至亞硝酸鹽此類微生物稱為氨氧 

化菌 (Ammonia Oxidizing Bacteria,AOB), 第二階段為將亞硝酸鹽氧化成硝酸 

鹽 , 此類的菌群稱為亞硝酸氧化菌 (Nitrite Oxidizing Bacteria,NOB), 此兩類 

菌合稱為硝化菌。硝化菌的特性為自營性 ( 利用無機碳源 ), 生長速率緩慢 , 需 

較長的污泥停留時間 , 且其對氧氣的競爭力比大部分的好氧菌弱 , 低溶氧的 

環境下會抑制硝化菌的活性 , 使其不容易停留在反應槽系統中 , 因此如何提 

供一個良好的環境給硝化菌生長 , 為去除氮的一個重要程序。 

硝化的兩個階段反應可以以下列兩式子表示 (Sharma and Ahlert,1997): 

Nitroso-bacteria 

:NH 4 + + 1.5 O 2 2H + + H 2 O + NO 2 - + 58~84 kcal 

Nitro-bacteria:NO 2 - + 0.5 O 2 NO 3 - + 15.4~20.9 kcal 

由上兩式中可知將氨氮氧化成硝酸氮的過程中理論上會消耗 4.57g O 2 /gN 並 

產生 2 個氫離子 , 自營性硝化菌的碳源多來自水體中的 CO 2 , 由於消耗 CO 2 

以及產生 H + , 導致水體中的碳酸鹽系統組成改變。假設硝化菌的化學組成為 

C 5 H 7 NO 2 則氨氮氧化與細胞合成的情形可以以下列反應方程式表示 : 

Nitroso-bacteria:13NH + 4 + 23HCO - 3 8H 2 CO 3 + 10NO - 2 + 3 C 5 H 7 NO 2 + 19H 2 O 

Nitro-bacteria:NH + 4 + HCO - 3 + 4H 2 CO 3 + 10NO - 2 C 5 H 7 NO 2 + 10NO - 3 + 3H 2 O 

此反應方程式可以當作在硝化過程中所需消耗的鹼度 , 可以看出理論上會消 

耗 7.14g as CaCO 3 /gN,Nitroso-becteria 與 Nitro-becteria 的理論細胞產生量則 

分別為 0.15 mg/mg NH 4 + -N 及 0.02 mg/mg NO 2 — N, 可以看出硝化菌基質轉化 

率相較於碳氧化菌為小 , 若要維持足夠的硝化菌以達到穩定且有效的去除效 

果 , 則需要很長的污泥停留時間。 

硝化菌屬於化學自營菌 (chemoautotrophic bacteria) 利用 Calvin-Benson 

cycle 固定二氧化碳。行 Calvin-Benson cycle 須有 ribulose bisphosphate 

carboxylase 及 phosphoribulokinase 兩種酵素 , 於有機物環境下 , 兼性自營菌體 

內此酵素的合成受到抑制 , 改變為有機碳代謝路線 , 而硝化菌體內有一特殊 

胞器 carboxysomes 內含有此酵素可在任何情況下行 CO 2 固定作用。硝化菌菌體 

內缺乏 -ketoglutarate dehydrogenase 以及只有少量的 succinic 及 malic acid 

dehydrogenase 酵素 , 無法行 TCA 

phosphoenolophyruvate 分成兩個路線合成所需的氨基酸。 

cycle , 而由 CO 2 固定同化為 

13


硝化菌菌體內合成代謝所需能量及還原力 (reducing power) 係來自氨及亞 

硝酸氧化時的電子傳遞 , 亞硝酸氧化之電子直接進入電子傳遞系統 , 依勢力 

學趨勢 , 電子由 cyt.a 1 至 cyt.a 3 傳遞正向 , 由氧分子接收電子生成水 , 放出 ATP 

能量並產生質子運動能 (proton motive force) 驅使逆向傳遞進行以還原 NAD + 並 

產生還原力 (reducing force) 用以為二氧化碳固定及合成之用 , 所以硝化作用產 

能 ATP 不比有機碳氧化異營菌多。 

碳源的限制可能是造成硝化菌在中性的情況下生長以及活性不好的主要 

原因 (Wett and Rauch,2002)。Green et al.(2002) 觀察到在 CO 2 的濃度低於 

0.3mmol C/L 的情況下 , 硝化的速率會受到限制。Denecke and Liebig(2003) 亦 

研究出在硝化系統的 CSTR 中 , 增加注入氣體中 CO 2 的濃度 , 可以從 Haldane 

kinetics 中看出硝化速率隨著 CO 2 的濃度增加而加快。亦有研究指出只要在反 

應槽中的 CO 2 濃度沒有受到限制 , 甚至在 pH 低於 4.5 的情況下仍然有可能具 

有高的硝化速率 (Tarre and Green,2004)。Albert et al.(2007) 更仔細觀察出在 TIC 

濃度低於 3 mmole C/L 時會抑制 AOB 的生長 , 然而在 NOB 的抑制則在 0.1 

mmole C/L。 

14


3-3 自營性脫硝菌微生物及其生化特性 

自營性脫硝菌 ( 又稱厭氧氨氧化菌 ) 之反應最早是在 1986 年於荷蘭 Gist 

Brocades 抗生素製程廢水處理場被發現 , 初期研究以證實其微生物特性、碳 

與氮之反應特性。1995 年由 Mulder 等人 (Delft Technical University TNO) 於流 

體化床脫硝反應槽中發現自營性脫硝菌生物群。至 2001 年時 , 由 Jetten 等人 

以顯微鏡進行觀察 , 並提出假說認為是 anammoxosome 之膜上具有酵素 , 可 

能與氨氮 (NH 4 -N) 和亞硝酸氮 (NO 2 -N) 的氧化還原電子互傳有關 , 而且其反應 

過程之中間產物 N 2 H 4 (δ -2 ) 和 NH 2 OH(δ -1 ) 會促進微生物同步利用氨氮與亞硝酸 

氮的活性。然而自營性脫硝菌的優點在於該微生物於厭氧狀態下利用自然界 

存在的二氧化碳 (CO 2 ) 作為碳源 , 直接將氨氮與亞硝酸氮進行三價電子傳送反 

應生成氮氣的過程 , 不必如傳統的除氮程序需要額外耗費多餘的成本以及能 

量 , 提供大量的氧氣將氨氮轉化成硝酸氮 , 亦不需提供大量的有機碳源進行 

脫硝反應 (van de Graaf et al., 1996;Strous et al., 1997)。此厭氧氨氧化完整的電 

子傳遞反應式如下 (Strous, et al.1998): 

NH + 4 (δ -3 )+1.32NO - 2 (δ +3 )+0.066HCO - 3 +1.3H + → 

1.02N 2 (δ 0 )+0.26NO - 3 +0.066CH 2 O 0.5 N 0.15 +2.03H 2 O 

15


3-4 各種生物硝化脫硝處理技術的發展現況 

目前國際上新興的生物除氮程序 , 主要有 SHARON(Partial nitrification)、 

ANAMMOX、Deanamonification、OLAND 和 CANON 等 , 其詳細的描述如 

下 : 

SHARON process 

SHARON (Single reactor system for High activity Ammonia Removal Over 

Nitrite) 程序主要是由荷蘭的 Delft 科技大學所發展 (Hellinga et al.,1998), 原理 

是利用不完全的硝化途徑 , 使硝化作用只將氨氮氧化至亞硝酸氮 , 再將出流 

水迴流進行脫硝反應。其完整的反應式如表 2 之 5 式所示。 

ANAMMOX process 

ANAMMOX (anaerobic ammonium oxidation) 程序 , 其微生物與生化特性 

為近年來新興自營性脫硝技術發展之主軸 , 相關的處理技術皆以培養出自營 

性脫硝菌為出發點。 

OLAND process 

OLAND (Oxygen Limited Autotrophic Nitrification Denitrification) 程序 , 其 

主要的關鍵在於溶氧條件的控制 , 使硝化作用只進行至亞硝酸氮 , 由於無外 

加有機碳源與電子接受者不足 , 電子接受者轉為亞硝酸氮 , 並且以氨氮作為 

電子提供者進行脫硝反應 (Kuai and Verstraete, 1998)。其完整的反應式如表 2 

之 7 式所示。 

CANON process 

CANON (Completely Autotrophic N-removal Over Nitrite) 程序結合了 

ANAMMOX 與硝化程序於同一生物膜系統中發生反應 , 文獻指出 

ANAMMOX 程序可以在厭氧或好氧的生物膜系統中進行反應 (Mulder et al., 

1995;Hippen et al., 1997;Siegrist et al., 1998;Helmer and Kunst, 1998;Helmet 

et al., 1999)。此種在生物膜中進行的程序 , 亞硝酸氮氧化菌 (NOB) 與氨氧化菌 

(AOB) 共同競爭溶氧 , 並且同時與自營性脫硝菌競爭亞硝酸氮 , 因此亞硝酸氮 

的累積是達到此種生物膜中單一程序去除氨氮的重要因素 (Hao et al., 2002)。 

其完整的反應式如表 2 之 1+6 式所示。 

Deammonification process 

16


此程序是將氨氮作為電子提供者與硝酸氮作為電子接受者進行脫硝反應 

生成氮氣 , 主要的關鍵在於溶氧條件的嚴格控制。Mulder 等人於 1995 年證實 

自營性硝化烏泥可以在非常低分壓 ( 氣象中 0.2%O 2 ) 的條件下產生氮氣 , 然 

而 , 實際上的應用設計則尚未完成。另一方面 ,Binswanger 等人於 1997 年指 

出 , 在好氧環境下利用接觸式旋轉盤進行硝化脫硝的程序來去除含高氨氮濃 

度的廢水 , 其去除率可達 90~250g N/m3-reactor/day, 而且沒有額外添加任何 

生物可降解的有機碳源。 

表 2 Simplified equations for selected microbial nitrogen transformation processes. 

新興生物硝化脫硝處理技術之統整 

圖 7 為上述各種硝化脫硝處理程序 , 經過排列組合而成的新興生物硝化 

脫硝技術 , 其中 CANON/OLAND 與目前在實驗室中進行的研究關係最為密 

切 , 然而 , 由於此技術發展至今仍尚未成熟 , 溶氧條件的控制主導著該處理 

技術的成敗關鍵 , 其生物膜中之微生物特性與生化反應至今仍為目前國際間 

熱門的研究主題。 

17


圖 7 Flux diagrams of the traditional nitrification-denitrification (1), partial 

nitrification-denitrification (2), partial nitrification-Anammox (3), Canon/Oland 

processes (4) and Deamox (5) (modified according to Schmidt et al., 2003 and 

Kalyuzhnyi et al., 2006) 

18


在不同的生物處理系統下 , 溶氧的限制因子會影響到氨氮 (NH + 4 -N) 轉 

換到亞硝酸鹽 (NO - 2 -N) 的程度 , 在本研究中 , 是結合 moving bed biofilm 

reactor(MBBR) 系統 , 與 biofilm reactor(Bio-WEB), 希望以工程的控制達到 

硝化除氮的目的。( 表 3) 

表 3 不同生物系統下溶氧因子的差異 

19


在各國研究中 ( 表 4), 厭氧氨氧化程序研究目前仍以人工配置的廢水或 

污泥消化的出流水研究為主 , 以目前收集到的資料以總氮去除 8.9kg N/m 3 -day 

為最高 , 總氮去除率可以達 83%, 本計畫以石化工業區收集的廢水 , 總氮的 

負荷最高達 0.4 kg N/m 3 -day, 去除率平均可達 60% 以上 , 以石化廢水中氨氮 / 

有機氮多變的特異性 , 在總氮去除率的提昇上 , 還有很大的成長空間。 

表 4 各種不同兩相式厭氧氨化除氮系統比較 

20


3-5 分子生物檢測技術應用於自營性脫硝菌 

近幾年來 , 分子生物檢測技術已被應用在環境工程生物處理的菌群探 

討 , 隨著分子生物科技的發展 , 分子序列的分析可以不用經過培養而直接進 

行分析 , 解決傳統無法分類清楚以及菌群菌群無法分離的缺點 , 而且因敏感 

度高 , 可偵測到環境中數量較少的菌群 , 目前主要應用在 ANAMMOX 微生 

物特性之相關研究的分子生物檢測技術有聚合酵素鏈鎖反應 (Polymerase 

Chain Reaction, PCR)、變性梯度明膠電泳 (Denaturing Gradient Gel 

Elecrophoresis, DGGE)、16s rDNA 基因選殖 (Cloning library)、尾端限制酵素片 

段長度多變性 (Terminal Restriction enzyme Fragment Length Polymorphism, 

T-RFLP)、序列定序 (Sequencing) 及螢光原位雜交 (Fluorescence in Situ 

Hybridization, FISH) 等。 

目前利用分子生物檢測技術發現的自營性脫硝微生物有三種 Candidatus 

“Brocadia anammoxidans”( 曾於廢水處理系統中發現 )、Candidatus“Kuenenia 

stuttgartiensis”( 曾於廢水處理系統中發現 )、Candidatus“Scalindua sorokinii”( 曾 

於海洋生態系統中發現 , 如黑海 ), 如圖 8 所示。 

圖 8 自營性脫硝菌的親源圖 (Jetten et al., 2001 ) 

表 3 為已被發現的三種自營性脫硝菌之 DNA 片段 , 其中以 Pla46rc 和 

Amx368r 兩種 primer 在三種自營性脫硝菌中皆存在 (Egli et al.,2001;Schmid et 

21


al.,2000), 故本實驗挑選 Pla46rc 和 Amx368r 兩種 primer 以進行聚合酵素鏈鎖 

反應 (Polymerase Chain Reaction, PCR) 偵測自營性脫硝菌。 

表 5 Primers used for the detection of anammox organisms 

Primer Specificity Sequence(5'→3') Reference 

Pla46rc Planctomycetales 

All anammox organisms(Candidatus 

Brocadia anammoxidans 

Amx368r 

、Candidatus Kuenenia stuttgartiensis 

and Candidatus Scalindua sp.) 

Candidatus Brocadia anammoxidans 

Amx820r and Candidatus Kuenenia 

stuttgartiensis 

GGATTAGGCATGCAAGTC 

CCTTTCGGGCATTGCGAA 

Egli et al. 

(2001) 

Schmid et al. 

(2000) 

Schmid et al. 

AAAACCCCTCTACTTAGTGCCC 

(2000) 

Schmid et al. 

Amx1240rCandidatus Brocadia anammoxidans TTTAGCATCCCTTTGTACCAACC 

(2000) 

22


3-6 創新性技術 

將整合石化工業高氮廢水亞硝酸化技術及缺氧部分氨氧化的技術 

來達到脫氮的效果 , 有別於較傳統式兩段式或三段式生物硝化脫硝程 

序 , 本計畫開發的技術是針對石化業的高氮廢水 , 其特性為較低的 COD 

有機負荷 , 高濃度的氨氮 (NH 4 + -N), 此廢水特性如採完全生物硝化 , 

缺少可利用有機碳電子供應者 , 不利於傳統硝化脫硝程序 , 因此在限氧 

自營性脫氮菌之技術開發育成上更具競爭力。 

現今僅有荷蘭鹿特丹某廢水廠乙座實廠規模之 Anammox Process, 

及日本栗田工業株式會社在日本建立的實廠案例。在國內尚無廢水廠模 

型場之研究。 

23


第四章執行方法 

4-1 研究方法 

本研究分為四大方面互相配合進行 ( 圖 9), 第一部份為特殊功能性微生物 

培養量產技術 (Pilot scale), 第二部分為限氧自營菌硝化脫硝程序控制 

(Lab-scale), 第三部分為分子生物技術於硝化菌 / 特殊脫氮菌應用 , 第四部分 

為高氮工業廢水處理技術應用 (1 石化廢水 2 光電廢水 ), 四項研究主軸同時由 

成大環工系鄭幸雄教授與黃良銘教授及生科系曾怡禎教授團隊與三越企業股 

份有限公司共同研究開發 , 以所建立的模場搭配導流管設計、JET 氣 / 液混合 

技術 , 應用於 MBBR 流動式接觸床反應器 , 由成大鄭幸雄教授與三越公司進 

行程序控制及硬體設備建造 , 生科系曾教授及環工系黃教授提供分子生物檢 

測方法及基因資料庫的建立 , 以模廠的程序操控搭配微生物族群的監測 , 共 

同開發高效能的脫氮技術。 

圖 9 限氧自營性硝化脫硝程序技術開研究方法發魚骨圖 

24


4-2 計畫執行人力配合 

本研究計畫由三越公司代操作大社工業區廢水場廠與成功大學研究團隊 

共同合作進行 , 其中模型場 (pilot) 由三越公司人員操作 , 成功大學鄭幸雄、曾 

怡禎、黃良銘等三位教授將配合各階段程序 (process) 進行採樣、分析與相關研 

究 , 詳細工作項目如下 : 

三越企業股份有限公司計畫執行與人力分配 

1. 操作及維護好氧生物反應槽 , 並分析例行水質項目。 

2. 操作及維護缺氧生物反應槽 , 並分析例行水質項目。 

3. 參加兩方研究團隊細部計畫討論 , 定期集會 , 提供研發需求及交換成果。 

4. 共同設計規劃改良流動式接觸床。 

成功大學計畫執行與人力分配 

1. 好氧硝化氨氧化處理程序生物活性檢測、亞硝酸化 / 硝化潛能評估 ( 鄭幸雄 

老師與兩位研究助理 ) 

2. 亞硝酸化 / 硝化菌篩選及強化培養技術 ( 鄭幸雄、曾怡禎老師與兩位研究助 

理 ) 

3. 部分氨氧化菌族群之分生檢測技術、含 DNA 萃取、PCR 擴增反應、DGGE 

指紋圖譜、T-RFLP ( 曾怡禎、黃良銘老師與兩位研究助理 ) 

4. 參加兩方研究團隊細部計畫討論 , 定期集會 , 提供研發需求及交換成果。 

25

4-3 執行步驟 

( 一 ) 模場培養槽好氧流動式接觸床反應槽設計 

( 二 ) 模場培養槽缺氧脫硝程序程序連續流操作 

模場以 pilot 及 Lab-scale 反應槽進行連續流試驗 , 規劃評估試程。 

( 三 ) 好氧 / 缺氧生物脫硝程序控制技術開發 

配合 ORP、DO 、pH 及鹼度之環境因子監控系統 , 進行最佳化程序操作。 

( 四 ) 微生物活性測試 

以批分次試驗比攝氧速率 (Specific oxygen uptake rate, S.OUR) 進行微生物 

活性評估。以批分次脫硝反應潛能試驗 (BNP test) 來檢測脫氮菌之產氮氣潛能。 

( 五 ) 電子顯微鏡之生物菌相觀察 

以電子顯微鏡觀察三相微生物菌相變化。 

( 六 ) 硝化菌 / 自營性脫氮菌微生物族群分生檢測 

• 總 DNA 萃取 

本研究中利用修正 Frederick 等人在 1999 年所提出的 Miniprep 玻璃珠破 

壞法 (glass-bead beatingmethod), 萃取樣品的 DNA。或者採取 MO BIO kit 方 

法快速萃取樣品中 DNA。 

26


• 聚合脢酵素連鎖反應 (Polymerase chain reaction, PCR) 

由於原樣本 DNA 的濃度相當低 , 不利於分析。因此 , 藉由 PCR 的實驗 

過程將欲探討的 DNA 序列擴增到儀器可解析之濃度範圍。PCR 是一種將原 

樣本的 DNA 一直複製的技術 , 藉由加入適當的引子 (Primer)、dNTP( 即為 

ATP、TTP、GTP、CTP 等 DNA 的組成成分 )、聚合酵素 (polymerase) 等反應 

物 , 利用機器反覆的升溫降溫 , 便可將原始 DNA 以 2 的次方倍數增加。一般 

而言 , 使 DNA 增加 2 30 倍約僅需 3 小時。 

• 尾端修飾限制片段長度多形性 

(terminal restriction fragment length polymorphism, T-RFLP) 

T-RFLP 是一種不須經過細菌分離培養步驟即能在混合菌系統中鑑定細 

菌菌種 , 並提供微生物生態資訊的分子生物技術 (Liu et al., 1997)。這個方法 

有三個主要的步驟 : 第一個步驟是利用 PCR 來複製 DNA 樣品中我們想要 

探討的特定基因。與一般的 PCR 不同的是這個方法所使用的引子必須在 5’ 

尾端加上螢光物質的修飾。第二個步驟是利用限制酵素 (restriction 

endonuclease enzymes) 將第一步驟中所複製帶有螢光物質修飾的 PCR 產物 

作消化切割 (digestion) 的反應。第三個步驟則是將第二步驟中切割過後的片 

段利用電泳分離並以具螢光偵測器的全自動遺傳分析儀來偵測片段上所帶的 

螢光強度 (Fig. 4)。與選殖定序方法相似 ,T-RFLP 的專一性也是取決於在 PCR 

反應中所選擇的引子 , 稍有不同的是 , 在消化反應中所使用的限制酵素也決 

定了 T-RFLP 的專一性。 

27


圖 10 T-RFLP 三個主要步驟之簡圖 

• 16S rDNA 基因選殖實驗 (clone library) 

選殖 (cloning) 是一種將外來菌種的 DNA 片段插入某載體 (vector) 後 , 

再將載體轉移至某特定的勝任細胞 (competent cell), 透過勝任細胞將外來菌 

種的 DNA 進行細胞內的複製 , 由於該載體已帶有抵抗抗生素的基因和 lacZ 

promoter, 所以成功帶有此載體之細胞 , 可在塗有抗生素的培養皿上生長 , 作 

為載體是否轉移入細胞之篩選依據。之後再利用藍白篩選的步驟 , 可進一步 

區別出成功帶有外來 DNA 的菌落 ( 白色 ), 和未被插入外來 DNA 的菌落 ( 藍 

色 ), 此藍色菌落仍帶有分解 X-gal 的基因 , 所以呈現藍色 ( 圖 11)。 

28


圖 11 Schematic diagram of cloning in recombinant DNA vectors, (A) insert 

foreign DNA into plasmids, (B) put plasmids into competent cell by 

transformation, (C) clone cell 

clone library 的實驗步驟如下 : 

1. 選殖用平板培養基 (LB): 

(1) 試劑準備 :LB broth miller 12.5 g;Agar 7.5 g + diH 2 O 定量至 500 mL。 

(2) 將 LB 置於 121 o C 高溫高壓滅菌 , 待冷卻至約 55 o C 後加入 0.5 mL 

Kanamycin (50 mg/mL), 輕微搖晃均勻 , 分就成 20 plate, 於室溫下放 

在無菌台上至少 2 小時。 

29


(3) 將 40 μL X-gal(40 mg/mL)、40 μL IPTG(100 mM) 均勻塗抹於 plate 

表面 ,37℃ 培養 30 分鐘 ,4℃ 冷藏待用。 

2. PCR reaction: 以 11f 及 1512r 為 primer 進行 PCR 放大 

3. 接合反應 

(1) 溫合混合 PCR product 0.5-4 μL( 不足者以無菌水補至 4 μL) 及 

PCR-TOPO vector 1 μL 於室溫 , 培養 30 分鐘。 

(2) 加入 1 μL 的 6X TOPO Cloning Stop Solution, 混合 10 秒後置於冰 

上。 

(3) 垂直加入 2 μL 的 TOPO Cloning reation 到勝任細胞 , 迅速置於冰 

上 , 小心用手指輕拍 tube, 每次五分鐘 , 共兩次 , 之後置於冰上培養 30 分 

鐘。 

(4) Heat shock 勝任細胞於 42℃ 下 30 秒。 

(5) 迅速轉移至冰上 , 並加入 250 μL 的 SOC medium。 

(6) 37 o C 水平震盪培養一小時後置於冰上。 

(7) 取之 55 μL 均勻塗抹於 plate 上。 

(8) 37 o C 培養一個晚上 ( 約 16 小時 )。 

(9) 挑選白色菌落劃於已配製好之平板培養基。 

4. 藍白菌落篩選 (blue/white screening) 

5. 將 clony 進行兩步驟 (M13F-M13R;11f-1512r) PCR 複製。 

6. 將引子 11f-1512r 複製後產物利用 HhaI 及 HpaII 兩種限制酶進行切割 , 進 

ㄧ步做限制片段長度多形性的比較判斷是否為同一個 OUT。 

30


4-4 技術來源 

本計畫主要的分子生物技術來源為成功大學環境工程學系鄭幸雄教授所 

主持的經濟部學界科專 - 分子生物技術於環境工程應用研究三年計畫及國科 

會 - 複合基質生物產氫機制及程序應用之整合型研究、分生技術運用於廚餘油 

脂發酵程序之應用。 

31

第五章工作內容與執行成果 


5-1 預定進度及查核點說明 

表 6 計畫預定進度及查核點 

工作項目 

時程 ( 月 ) 

2007 

十一 

十 

二 

2008 

一 

二 

三 

四 

五 

六 

七 

八 

九 

十 

十 

一 

十 

二 

流動式接觸床構置 (4-1-1) 

a 

自營性硝化 / 

脫硝菌馴養 (4-1-3) 

b 

高氮廢水基質 

調配培養 (4-1-3) 

c 

流動式接觸床 

流力測試 (4-1-2) 

d 

三越企業 

公司 

接觸床曝氣 

氧傳係數測試 (4-1-2) 

e 

環境因子 (pH、ORP、 

DO) 調控 (4-1-3) 

f 

參與分子生物 

技術研習 (4-5) 

g 

h 

i 

模型廠驗證 (4-2-2、4-2- 

3)( 石化 / 光電廢水 ) 

j 

高、低氨氮廢水短期試驗 

(4-1-3) 

k 

工作項目 

時程 ( 月 ) 

2007 

十一 

十 

二 

2008 

一 

二 

三 

四 

五 

六 

七 

八 

九 

十 

十一 

十二 

進流基質與生物膜 

特性調控 (4-2-1) 

l 

m 

硝化菌分子生物檢 

測技術 (4-2-4) 

n 

硝化菌基因資料庫 

建立 (4-2-4) 

o 

成功大學 

特殊脫氮菌分子生 

物檢測 (4-2-4) 

p 

特殊脫氮菌基因資 

料庫建立 (4-2-4) 

q 

限氧自營菌程序控 

制技術 (4-2-2) 

r 

分子生物檢測技術 

示範教學 (4-5) 

s 

t 

u 

預定進度累積百分 

比 (%) 

10 

20 

30 

45 

50 

60 

65 

70 

75 

80 

85 

90 

95 

100 

32


表 7 預定進度及查核點說明 

查核點 

預定完成 

日期 ( 月 ) 

A1、B1 2 

1. 流動式接觸床裝設 

查核點內容說明 

2. 自營性硝化脫硝菌馴養 

C1 3 1. 流動式接觸床試車測試 

1. 參與分子生物技術研習 

E1、H1、I1、 

2. 硝化菌分子生物檢測技術 

J1 4 

3. 特殊脫氮菌分子生物檢測 

4. 分子生物檢測技術示範教學 

K1 4 期中審查報告 

D1、F1、G1 5 

1. 模場硬體維護 

2. 限氧自營菌程序連續操作 

3. 生物活性檢測技術 (SOUR、BNP) 

D2、E2、F2、 

G2、H2、I2、 

J2 

8 

1. 模場硬體維護 

2. 參與分子生物技術研習 

3. 限氧自營菌程序連續操作 

4. 生物活性檢測技術 (SOUR、BNP) 

5. 硝化菌分子生物檢測技術 

6. 特殊脫氮菌分子生物檢測 

7. 分子生物檢測技術示範教學 

K2 9 期末審查報告 

備註 : 模場培養槽及實驗室規模反應槽操作試程需耗時較長 , 因此計畫延後至 

97.12.31 

33


計畫之預期工作項目與實際執行情形如表 6、表 7 所示。 

表 8 計畫第一期之預期工作與實際執行之差異分析 

預定執行進度 45 % 實際執行進度 45 % 

工作項目 

實際執行情形 

差異 

分析 

落後 

原因 

困難檢討 

及對策 

預計改善 

完成日期 

流動式接觸床裝設已於 3 月初改建完成符合 

自營性硝化脫硝菌馴養 

流動式接觸床試車測試 

參與分子生物技術研習 

硝化菌分子生物檢測技術 

特殊脫氮菌分子生物檢 

測 

分子生物檢測技術示範 

教學 

實驗室已進行自營性硝 

化菌及脫氮菌培養 

已於 3 月中進行 K L a 氧 

傳測試 

已於 2 月底進行乙次總 

DNA 抽取課程 

已採集實廠污泥進行硝 

化菌 AOB 檢測 

兩個禮拜馴養的自營性 

脫氮菌已能用分生技術 

檢測出 



符合 

符合 

符合 

符合 

符合 

符合 

34


表 9 計畫之第二期預期工作與實際執行之差異分析 


工作項目 


差異 

分析 

落後 

原因 

困難檢討 

及對策 

預計改善 

完成日期 

模場硬體維護 

1.3 月初改建完成 

2. 每月清洗電極及校驗 

符合 

限氧自營菌程序連續操作實驗室已進行自營性硝 

化菌及脫氮菌培養操作 

達 200 天以上 

符合 

生物活性檢測技術 

(SOUR、BNP) 


1.AOB、NOB 無機碳源 

影響 

2. 實場污泥自營性脫氮 

可行性評估 

1. 已採集實廠污泥進行 

硝化菌 AOB 檢測 

2.clone 石化廢水硝化菌 

族群 

符合 

符合 

特殊脫氮菌分子生物檢測兩個禮拜馴養的自營性 


檢測出 

符合 


教學 

1. 已於 2 月底進行乙 

次總 DNA 抽取課程 


次總 PCR 課程 

符合 

35


工作進度執行情形 ( 查核點項目 ) 

5-2 結果與討論 

5-2-1 三越企業公司部分 

5-2-1-1 流動式接觸床購置 

模場主要由第一段厭氧槽、第二段硝化槽、第三段脫氮槽組成 , 有效槽 

積分別為 1.782m 3 、0.873m 3 及 1.327m 3 , 是實廠 scale down 下來設計。(Table 

5) 

現場模場功能 : 

a. 提供自營性硝化 / 脫硝菌的植種來源 

b. 強化培養原生自營性厭氧氨氧化菌 

c. 模場放大之可行性依據 

d. 培訓現場人員對於自營性厭氧氨氧化程序的建立 

模場改造增加 a. 導流管設計 b. 槽體加蓋 c. 內部迴流及氣體提供由氣液 

混合器提供 , 為了滿足自營性脫硝及脫氮菌的培養以及提升 MBBR 流動床 

功能 , 增加改善上述設計 , 由實驗室經驗得知 , 導流管的增設 , 有助於內部 

混和的效果及在氧氣傳輸上上的優勢 , 因此將模場進行改建。( 圖 11~16) 

圖 12 現場模場外觀 , 主要為第一段厭氧槽、第二段好氧硝化槽、第三段厭 

氧氨氧化槽及沈澱槽 

36


大社硝化脫硝模廠平面配置圖 

220CM 

90CM 

63CM 

67CM 

63CM 

好氧亞硝酸化槽 

90CM 

厭氧槽 

厭氧氨氧化槽 

27CM 

放流槽 

沉澱槽 

130CM 

圖 13 大社模場現場平面配置圖 

表 10 現場模場尺寸 

Item 第一段厭氧槽第二段硝化槽第三段脫氮槽 

槽體尺寸 

(mm*mm*mm) 

900*900*2,500 630*630*2,500 900*630*2,500 

有效槽體尺吋 

(mm*mm*mm) 

900*900*2,200 630*630*2,200 900*630*2,200 

有效槽積 

(m 3 ) 

1.782 0.873 1.327 

37


圖 14 導流管的增設 

圖 15 預留 JET 氣液混合管路 

38


圖 16 反應槽上部加蓋 

39


5-2-1-2 現場流動式接觸床試車測試 

• 接觸床曝氣氧傳係數測試 

現場模場好氧硝化槽槽積 0.873m 3 , 有效水深 2.2m 高 , 在一般硝化槽設 

計上 , 多為散氣盤或曝氣管排設 , 在一般好氧污泥槽的曝氣盤的氧氣利用效 

率約為 8% 左右 , 為了提高溶氧的傳輸效率 , 在硬體上已有三越公司提供的導 

流管裝設 , 在氣體擴散上 , 有成大鄭幸雄教授研究室提供氣液混合器 , 希望 

氧氣在氣體液體混中藉由槽體導流管的設計 , 增加氧氣傳輸的效果 , 本次試 

驗是控制不同氣體量 , 來量測水中溶氧傳輸係數 K L a, 亦可以藉由內外導流 

管的氧傳係數來判斷內外管是否達到循流均勻的效益。 

在試驗中需要準備 DO metter 兩組 , 連續監測系統一組 , 及 Na 2 SO 3 與 

CoCl 2 混合試劑一組 , 其中 Na 2 SO 3 與 CoCl 2 是為了要將清水中溶氧消耗 , 以 

達到低溶氧的環境。 

量測上 DO 的監測位置是在水面下 1m 的位置 , 另外 sensor 需要傾斜 45 

度固定在支架上 , 避免在液面下 sensor 受到氣泡的影響 , 影響到連續偵測值。 

圖 17 現場 KLa 氧傳測試架設與 DO sensor 放置點 

40


由結果發現 , 氣體流量低於 4mL/min 時 , 內外管氧傳係數差異最大 , 顯 

示在有擔體 (MBBR 擔體比重小於 1) 狀況下 , 會浮舉在水面上 , 此時會造 

成內外管無法對流 , 外管 Riser 的水流無法反送到內管 Downcomer, 造成內 

外管的氧傳係數外管 (Riser) 高於內管 (Downcomer)。 

當氣體流量不設限下 , 全量與液體混合 , 此時氣泡容易在外管碰撞形成 

更大的氣泡 , 因此氣體容易由外管帶出 , 不易反送回內管 , 因此內管的 KLa 

值未隨著氣體流量的增加 , 而有比較好的內外管氧傳效果。 

在氣體流量 6-10 mL/min 時 , 內外管的氧傳係數接近 , 除了擔體會影響 

內外管的對流外 , 在此氣體量可以達到內外管氧傳均衡 , 顯示在此氣體流量 

下 , 擔體與水可以在內外管循流 , 因此可以量測到比較接近的內外管氧傳係 

數 (K L a)。 

表 11 不同氣體流量下氧傳係數比較表 

Gas Flow, L/min 2 4 6 8 10 Full 

外管 Riser KLa,hr -1 14.6 10.3 4.9 4.7 7.5 27.5 

內管 Downcomer, KLa,hr -1 2.2 4.1 3.5 5.9 5.6 7.4 

30 

30 

25 

內管 Downcomer 

外管 Riser 

25 

KLa, hr -1 

20 

15 

10 

5 

20 

15 

10 

5 

KLa, hr -1 

0 

2 4 6 8 10 Full 

Gas Flow, L.min 

0 

圖 18 第二段硝化槽氧傳測試 K L a 與有限氣體流量圖 

41


5-2-1-3 自營性硝化脫硝菌馴養 

• 現場原水水質特性 

大社現場廢水特性從 97.4 月份到 97.11 月份的氨氮濃度的觀察可以看 

出 , 在 8 月份前氨氮濃度可以維持在 200mg/L 以上 , 但在 9 月之後 , 原水氨氮 

濃度由 200mg/L 下降至 100mg/L 左右 , 對於現場模場培養槽的濃度負荷有極大 

的變化。 

NH4 + -N, mg/L 

500 

400 

300 

200 

100 

NH4+-N 

0 

4/12 6/1 7/21 9/9 10/29 12/18 

2008 年 

Operation Time, date 

圖 19 原水氨氮變化圖 (2008.4-2008.11) 

• 實廠模場連續流微生物培養 

在模場的培養槽策略上 , 主要引流廢水處理廠的初沈池廢水 , 水利停留 

時間 HRT 控制 1 天 , 模場操作至今 , 總氮 (NH + 4 -N + NO - 2 -N + NO - 3 -N) 去除 

率維持 20% 左右 , 一直無法提昇 , 在策略上無法主動提供穩定負荷 , 廢水氨 

氮濃度變化幅度大 (6 月、7 月、8 月皆有很大的濃度變化 ), 調勻的功能不彰 

容易造成微生物適應不良 , 在連續流的實驗室規模的反應槽也可以得到相對 

的驗證 , 因此要提昇總氮的去除率 , 除了溶氧等操作因子的控制外 , 穩定的 

廢水水質也是一重大的因素。在硝化菌的族群分析上 ,8 月份的硝化菌族群也 

受到廢水特性的變化 , 而族群也有變遷的影響 ( 圖 21)。 

42


圖 20 現場模場培養槽總氮 TN 進出流變化圖 

控制條件 

COD:50mg/L~80mg/L,NH + 4 -N:400mg/L~80mg/L 

Temp.:30~35℃,DO:~1 mg/L,HRT:24hr 

133bp 

220bp 

2008/ 4/30 

490bp 

5/20 

6/10 

8/15 

圖 21 大社廢水處理廠模場連續流好氧槽培養硝化菌 T-RFLP 圖譜 

43


5-2-2 成功大學部份 

5-2-2-1 進流基質與生物膜特性調控 

• 大社石化廢水處理廠程序廢水特性 

大社現場主要廢水經過調勻、初沈後就進到生物反應系統處理 , 主要經 

過第一段攪拌缺氧池 (G/H), 第二段好氧曝氣池 (J), 第三段缺氧攪拌池 (A、 

B、E、F), 最後進到第四段好氧曝氣池 (C/D), 簡單而言這樣的生物反應槽 

是屬於 AOAO process 的結構 , 但因為大社污水處理廠採用 PACT 方式 , 在生 

物處理池中添加活性炭粉末 , 因此其特異性可見一般。 

1. 由採樣分析發現調勻池 COD 濃度落在 300 mg/L 間 , 氨氮濃度比上 COD 

濃度比值介於 1~2 間 , 廢水特性屬於高氮廢水。 

2. 廢水有機氮濃度偏低 , 可見各股排放至廢水廠之廢水有機氮不高。 

3. COD 在經過 Tank G/H 後 COD 迅速降至 100 mg/L 以下 , 水中氨氮並無明 

顯降解 , 且硝酸鹽也並無大幅度升高 ( 約 1~6mg/L), 可見在槽中無明顯脫 

硝及消化作用產生 , 在此判斷廢水中 COD 主要為活性碳吸附造成第一段 

程序之溶解性 COD 迅速降低 , 而後續生物系統降解吸附 COD 為主。 

4. 廢水中氨氮的轉化率約為 10%, 可見好氧系統中硝化作用並不顯著 , 導致 

氨氮無法被轉化硝酸鹽氮。缺氧系統中使否存在脫硝菌可利用轉化後的硝 

酸鹽氮 , 在後續批次試驗中將針對原生污泥是否存在硝化菌、脫硝菌的潛 

能作評估。 

表 12 大社廢水處理廠現場廢水特性分析 

44


ammonia concentration, NH4 + -N mg/L 

600 

500 

400 

300 

200 

100 

0 

25% 

20% 

15% 

10% 

5% 

0% 

Jan-06 Apr-06 Jul-06 Oct-06 Jan-07 Apr-07 

operation time,month 

inf eff removal 

圖 22 2006.1~2007.4 氨氮進出流濃度變化圖 

• 不織布載體於反應槽內之微生物附著生物膜特性 

實驗中所選用探討之吸附質為食品廢水廠所取回的活性污泥 , 生物處理 

反應中最重要的角色即是微生物 , 有效的吸附與截留微生物可提升槽體生物 

量 , 增進更佳的處理效益。於 pH 7、35~37℃ 之恆溫條件下 , 將吸附載體 ( 填 

充率約 42%) 固定在實驗室規模內部循環流式接觸曝氣反應槽 (fixed contact 

aerobic reactor with internal recycle) 中 , 以批次方式添加定量微生物 , 每次約 

添加之 12 g 之 VSS(1000 mg VSS/L), 透過槽體之特殊流況帶動下 , 觀測出流 

水不含 VSS 時 , 由反應槽之出流液中取出部份水樣進行分析 , 並進行第二次 

相同濃度之微生物添加 , 以觀測於此反應槽中需多少時間下可完全截留微生 

物 , 且計算載體可截留之最大微生物濃度 ( 圖 23)。 

經過 3 次 VSS 的連續添加 , 每次約 12 gVSS (1000 mgVSS/L), 可達到約 

0.39 gVSS/g 不織布載體 (2645 mgVSS/L) 的微生物吸附量 , 槽內懸浮液中與不 

織布載體上所吸附之微生物量總和約為 3055 mgVSS/L, 相近於總添加之微生 

物量。而在第 4 次相同濃度之微生物添加約 4.5 hr 後 , 測得吸附劑 ( 載體 ) 約為 

0.44 gVSS/g 不織布單體 (2987 mgVSS/L), 而懸浮液中只能測得約 100 mg/L 

之微生物量 , 推測其中未吸附於載體上的 800 mgVSS/L 應受整體槽內流況的 

45


帶動 , 而截留於上下兩多孔擋板間 , 由圖 23 推測約在 5 hrs 內可達飽和吸附 

容量。因此本計畫採用的不織布載體可以大量截流污泥 , 有利於自營厭氧氨 

氧化菌的附著與生長。 

VSS(mg/L) 

1500 

1000 

500 

0 

DO=7 

DO=5 

DO=6 

DO=4 

DO=4.4 

DO=3. 

DO=3 

0 2 4 6 8 10 

Time(hr) 

Cumulative VSS(g/L) 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

loss about 9.4g 

Total VSS of solution 

VSS entrapped in bioweb 

0 2 4 6 8 10 

Time(hr) 

圖 23 The time-course of VSS adsorbed by bioweb in the fixed contact aerobic 

reactor with internal recycle 

• Lab-scale 反應槽操作快速啟動策略 

實驗室架設 10L 反應槽 , 以實廠實際廢水進流 , 反應槽區分成兩段 , 第一 

段為好氧的流動床 (MBBR), 第二段是以不織布單體架設的固定接觸床 

(Bio-film Fixed Bed), 採現場初沈池廢水 ,TN 為 367±49.5 mg/L, 其中氨氮 

為 314±67.8 mg/L, 其廢水組成 , 有 85% 是氨氮構成 , 其 COD 約為 150 mg/L- 

100 mg/L( 表 11); 在培養槽啟動策略上 , 先以低濃度的氨氮進流 , 濃度控制 

在 100 mg/L, 因此將原水與清水 1:2 的比例配置 , 將原水稀釋三倍 ,HRT= 

24 小時的條件下進料 , 第一段是為亞硝酸化槽 , 使用擔體為直徑 10mm, 比 

表面積 500 的 MBBR 擔體 , 初步溶氧並不刻意控制 , 主要控制 pH 在 7.8-8.4 之 

間 , 在文獻上指出 , 亞硝酸菌 (AOB) 適合在此 pH 下生存 , 另外第二槽為缺 

氧的脫氮槽 , 槽中填充不織布為擔體 , 啟動初期氨氮的降解並不穩定 , 在啟 

動 1 個禮拜後 , 水質進出流趨於穩定 , 氨氮的去除率有達 70% 以上 , 由水質分 

析發現 , 在脫氮效果良好下 , 並不會有亞硝酸鹽、硝酸鹽的累積。 

46


表 13 Lab-scale 反應槽啟動初期實廠原水特性分析 

+ 

Date TKN(mg/L) NH4 -N(mg/L) 

- 

NO2 -N(mg/L) 

- 

NO3 -N(mg/L) 

3 月 7 日 N.A. 435 0.04 11.5 

3 月 14 日 N.A. 237 0.08 N.D. 

3 月 15 日 N.A. 391 0.04 N.D. 

3 月 19 日 318 237 0.17 0.55 

3 月 21 日 366 255 0.04 0.46 

3 月 25 日 417 327 N.A. 0.49 

Average 367 314 0.07 3.25 

Std.Dev 49.5 67.8 0.06 5.5 

N.A. :non-analysis 

N.D. :non-detectable 

:Autotitrator defeated 

0 天 

14 天 

圖 24 實驗室規反應槽、植種前乾淨的 MBBR 擔體及培養 14 天後的擔體 

47


表 14 Nitrogen species variation of influent concentration in Anammox Incubator 

(Aerated contact Bioreactor) 

Date 

Days 

W.W. 

Dilution 

TKN(mg/L) 

+ 

NH4 -N(mg/L) 

- 

NO2 -N(mg/L) 

NO3 

--N(mg/L) T.N.(mg/L 

) 

3/7 1 2 N.A. 145 0.04 11.50 156.5 

3/14 8 3 N.A. 79 0.08 N.D. 79.1 

3/15 9 3 N.A. 91 0.04 N.D. 91.0 

3/19 13 3 106 79 0.17 0.55 106.7 

3/21 15 3 122 85 0.04 0.46 122.5 

3/25 19 3 139 109 N.A. 0.49 139.5 

Average 122.3 98.0 0.07 3.25 116.0 

Std.Dev 16.5 25.6 0.05 5.50 29.4 

N.A. :non-analysis 

N.D. :non-detectable 

:Autotitrator defeated 

圖 25 以大社實廠廢水進流之實驗室規模反應槽總氮去除變化圖 

48


5-2-2-2 實驗室規模連續流操作 

經過 3 個禮拜的連續流培養 , 開始進行在有限溶氧下的自營性厭氧脫氮 

試程 , 以下為各試程的溶氧限制的條件 , 從 DO:4~0.5 共 5 個試程。試程中 

水利停留時間皆控制在 12 小時 , 氨氮的負荷因廢水濃度的變化 , 控制在 0.2-0.3 

gN/L-day 之間 ,pH 以小蘇打 (NaHCO 3 ) 調整 , 可以穩定控制在 8.0~8.4 之 

間 , 每個試程皆能穩定操作達 1 個月以上。如此方能評估限氧自營性好氧硝 

化 / 厭氧脫氮菌的功能。 

表 15 連續流操作參數表 Operational parameters 

Item Run 1 Run 2 Run 3 Run 4 Run 5 

Operation time, day 22~67 67~140 140~175 175~225 225~ 

DO, mg/L 4~2 2~1 1~ 0.5~ 1~0.8 

Influent flow rate, L/day 20 20 20 20 20 

NH - 4 -N VLR, gN/L-day 0.2±0.05 0.2±0.075 0.3±0.05 0.2~0.4 0.2±0.05 

HRT, hour 12 12 12 12 12 

pH 8.0~8.2 8.2~8.4 8.2~8.4 8.2~8.4 8.2~8.4 

Temperature,℃ 30~32 32~34 32~34 32~34 32~34 

Run 1: 高溶氧啟動期 

Run 1 這一階段的溶氧控制在 4~2mg/L 之間 , 啟動初期 20 天 -40 天間 , 

初期總氮的去除率還達 40% 左右 , 但後其因為硝酸氮大幅度生成 , 由圖 25、 

26 可得知 , 進流氨氮濃度在 100-120mg/L, 出流的氨氮也有 90-100mg/L, 由 

於溶氧太高 , 硝化作用完全 , 出流水含大量的硝酸鹽氮 , 導致厭氧氨氧化菌 

無可利用之亞硝酸鹽氮 , 而因溶氧太高也會抑制厭氧氨氧化菌的活性 , 導致 

總氮去除率只有 10%~20% 左右。 

49


圖 26 Run 1 反應槽進流氨氮、出流氨氮、出流亞硝酸氮、出流硝酸氮濃度與 

操作天數關係圖 

圖 27 

Run 1 反應槽進流總氮、出流總氮、總氮去除率與操作天數關係圖 

Run 2: 中度溶氧控制期 

本試程進流氨氮濃度控制在 100 mg/L-140 mg/L 間 , 有鑑於前一階段溶氧 

太高 ,Run 2 這一階段的溶氧控制在 2~1mg/L 之間 , 並調整 PH 至 8.2~8.4, 

以期能達到抑制硝酸化的效果 , 由圖 27、28 可得知 , 溶氧下降 , 有達到抑制 

硝酸化的效果 , 總氮去除率提升至 20%~40% 左右。硝酸鹽氮的出流濃度也由 

50


第一階段的 90 mg/L 降至 60 mg/L 左右 , 因此降低溶氧的策略 , 有助於亞硝 

酸菌轉化氨氮到亞硝酸鹽氮 , 有限的溶氧控制有助於厭氧安氧化菌處理氨氮 

及亞硝酸鹽氮的污染物。 

本期試程在亞硝酸鹽氮累積初期比較明顯 , 平均達 50 mg/L, 在後期操作 

下平均亞硝酸鹽濃度平均小於 10 mg/L, 可見厭氧氨氧化菌在培養上 , 需要較 

長的馴養期 , 因為文獻指出厭氧氨氧化菌細胞增值很慢 , 因此在培養上需耗 

時較長 , 因此在本試程當中更改溶氧後 2 個月才將亞硝酸鹽氮的去除率拉升。 

綜合上述 , 溶氧的降低有助於亞硝酸鹽氮的生成 , 厭氧氨氧化菌需要較 

長時間的培養 , 本試程耗時 2 個月才將厭氧氨氧化菌的處理能力提升。 



51


圖 29 

Run 2 反應槽進流總氮、出流總氮、總氮去除率與操作天數關係圖 

Run 3: 有限制溶氧試程 (Ⅰ) 

第二試程當中 , 溶氧的降低有助於亞硝酸鹽的生成及厭氧氨氧化菌的脫 

氮 , 因此本試程更將溶氧控制到 1mg/L 以下 , 進流水負荷也提高至 0.3 

gN/L-day, 由圖 29、30 可得知 , 進流氨氮濃度控制在 140 mg/L-150 mg/L, 出 

流氨氮 10 -20 mg/L, 總氮去除達 60%-70%, 出流硝酸鹽氮與前一階段比較 

並無增加反而減少達 5 mg/L 以下。因此本試程的負荷提昇及有限溶氧的控 

制 , 有助於亞硝酸鹽氮的生成及厭氧氨氧化菌的生長 , 由圖可以看出 , 溶氧 

的限制因子在本試程當中 , 有助於第二段程序中的厭氧氨氧化菌脫氮的能 

力 , 因此並無遲滯的現象 , 相較於第 2 試程中溶氧控制在 1 mg/L-2 mg/L 間 

需耗時 2 個月 , 因此溶氧的因子是提升厭氧氨氧化菌脫氮功能提升的主要原 

因。硝酸鹽在本試程當中也有累積的現象 , 濃度約在 20-30 mg/L, 依照厭氧 

氨氧化的反應式來推論 ,1mole 的氨氮與亞硝酸鹽氮的反應會產生 0.26mole 

的硝酸鹽氮 , 本研究當中 , 是以兩個串連的槽體 , 並無中間採樣井的設計 , 

因此無法判斷第一段程序亞硝酸化的比例 , 若以文獻中控制一半的氧化到亞 

硝酸化 , 會有 5 mg/L-10 mg/L 的硝酸鹽氮生成 , 以目前的總氮去除率達 60% 

以上 , 實在還有提昇的空間及潛力。 

52




圖 31 Run 3 反應槽進流總氮、出流總氮、總氮去除率與操作天數關係圖 

53


Run 4: 有限制溶氧試程 (Ⅱ) 

前試程發現有 30-40 mg/L 的硝酸鹽氮累積 , 因此溶氧調降低至 0.5mg/L 

以下 , 連續操作 50 天由分析結果得知 , 雖然總氮去除率降至 60%~30%, 但 

出流之硝酸鹽氮與亞硝酸鹽氮濃度持續下降 , 硝酸鹽濃度累積僅 10 mg/L 左 

右 , 因此在低溶氧狀態下 , 因為溶氧的限制 , 硝酸鹽氮與亞硝酸鹽氮累積減 

少 , 但也因為溶氧不足 , 氨氮的轉化率也偏低 , 因此本試程的總氮去除率平 

均 50%。本期試程也因原水氨氮濃度降低 , 而總氮負荷也隨之降低 , 進流濃 

度從 150 mg/L 下降至 80 mg/L, 總氮去除率在後期有拉升至 55%。 

圖 32 Run 4 反應槽進流氨氮、出流氨氮、出流亞硝酸氮、出流硝酸氮濃度 

與操作天數關係圖 

54



Run 5: 有限制溶氧試程 (Ⅲ) 

由於前一階段總氮去除率效果不佳 ( 平均 50%), 因此於此階段將溶氧升 

至 0.8~1mg/L, 分析結果得知總氮去除率有所提升 , 而硝酸鹽氮與亞硝酸鹽氮 

也無明顯累積 , 硝酸鹽平均出流低於 10 mg/L, 在總氮的去除率上 , 後期有達 

到 70% 以上溶氧的控制對於厭氧氨氧化程序是一個非常重要的因子。 

100 

Run 5 

concentration(mg/L) 

90 

80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

Inf-NH4+-N 

Eff-NH4+-N 

Eff-NO2--N 

Eff-NO3--N 

10 

0 

225 230 235 240 245 250 255 260 265 

Operation Time(day) 

55





56


5-2-2-3 應用 - 厭氧氨氧化菌處理高氮之光電廢水 

以模場培養的缺氧污泥植入槽積 20L R-UASB, 進行厭氧氨氧化菌的培 

養 , 啟動初期以低濃度的氨氮額外添加亞硝酸氮進行污泥的培養 , 整個試程 

分為三期 , 第一期及第二期為厭氧氨氧化菌的培養期 , 第三試程後就以光電 

廠含氮廢水搭配亞硝酸鹽氮進流 , 穩定操作達 70 天 , 總氮負荷達 0.2g 

N/L-day, 總氮去除率達 70%。 

• 連續流培養自營性脫硝菌 -Run 1 (VLR:100mg N/L-Day) 

在第一階段試程的前半段為反應槽調整的階段 , 目的是為了優勢化自營 

性脫硝菌在反應槽中的數量 , 此時期培養共操作了 83 天 , 其中包含了兩次的 

植種、反應槽的維修以及反應槽各種設備調整的最佳化 , 而抽樣量測進出流 

水的變化如表 14 所示 , 反應槽初期氨氮與亞硝酸氮的利用並不明顯。 


平均進流濃度 (mg N/L) 

平均出流濃度 (mg N/L) 

氨氮 39 ±10 28 ±13 

亞硝酸氮 62.8 ±16.8 46.8 ±22.1 

硝酸氮 3.7 ±0.4 4.8 ±0.9 

總氮 105.5 79.6 

在第一階段試程的後段共經過了 20 天的培養 , 由圖 35 和圖 36 可以發 

現出流氨氮濃度在試程 1 的第 90 天後便幾乎偵測不到 , 亞硝酸氮濃度隨之在 

第 98 天後也被利用完 , 而根據自營性脫硝菌的反應式中 ,1mol 氨氮被轉化 

會有大約 0.26mol 的硝酸氮生成 , 所以在圖 38 中也可發現出流水有硝酸氮的 

產生 , 不過由於試程 1 後段 , 開放式的基質桶中和反應槽頂端 , 兩處皆有溶 

氧進入而出現硝化反應 , 特別是反應槽頂端與大氣接觸之水面 , 由於水流與 

空氣流動頻繁 , 造成硝酸氮濃度急遽上升 , 硝酸氮濃度偏高 , 為證實此項假 

設 , 取反應槽中的水樣與反應槽進、出流水進行比對 , 發現反應槽中水樣之 

硝酸濃度為 7.2, 而出流水之硝酸濃度為 22.5, 證明反應槽頂端確實發生硝化 

反應 , 造成硝酸累積 ; 而基質桶之硝化反應也可在進流水之水質分析中發現 

有硝酸生成。此外 , 抽樣測量進出流水之平均鹼度消耗為 126 mg/L as CaCO 3 。 

整體來說 , 在無刻意控制溫度的情況下 , 總氮容積負荷速率 100mg N/L-Day 

的第一試程中 , 由圖 39 可知總氮的轉化率大約 50% 左右 , 顯示此培養條件下 , 

自營性脫硝菌能夠將氨氮與亞硝酸氮轉化至 N 2 。 

57


50 

NH4-N Inf 

NH4-N Eff 

70 

TKN Inf 

TKN Eff 

NH4-N (mg N/L) 

40 

30 

20 

10 

TKN (mg N/L) 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

84 91 98 

Time (Days) 

0 

84 91 98 

Time (Days) 

圖 36 Run1 氨氮連續進出流 

圖 37 Run1 TKN 連續進出流 

80 

NO2-N Inf 

NO2-N Eff 

80 

NO3-N Inf 

NO3-N Eff 

70 

70 

60 

60 

NO2-N (mg N/L) 

50 

40 

30 

NO3-N mg N/L 

50 

40 

30 

20 

20 

10 

10 

0 

84 91 98 

Time (Days) 

圖 38 Run 1 亞硝酸連續進出流 

0 

84 91 98 

Time (Days) 

圖 39 Run1 硝酸連續進出流 

58


圖 40 Run1 總氮的容積負荷速率與轉化率 

• 連續流培養自營性脫硝菌 -Run 2 (VLR:200mg N/L-Day) 

在第二階段的試程中總共經過 35 天的培養 , 由圖 40 和圖 41 可以發現 , 

容積負荷速率提升後前期 , 反應槽的進出流濃度並不太穩定 , 後續氨氮與亞 

硝酸氮的進出流濃度差距則逐漸增加 , 而對於第一階段 Run1 試程中的硝酸氮 

濃度偏高 , 第二階段 Run2 試程之培養則減少開放式基質桶與反應槽頂端的氣 

體進入 , 由圖 43 可發現有大約 30mg N/L 的硝酸氮生成 , 相較於第一階段試 

程之硝酸氮有明顯的控制 , 不過基質桶與反應槽頂端有頂部空間 , 所以仍有 

部份硝化反應發生 ; 而鹼度的部份 , 於第二階段試程開始以連續流監測 , 如 

Figure 3-3-5 所示 , 平均鹼度消耗為 215 mg/L as CaCO 3 。整體來說 , 容積負荷 

速率為 200mg N/L-Day 的第 2 階段 Run2 試程 , 由圖 45 可發現總氮的轉化率 

除了前面的適應期 , 第 112 天以後有逐漸上升的趨勢而且轉化率也上升至 46% 

左右。 

59


120 

NH4-N Inf 

NH4-N Eff 

120 

TKN Inf 

TKN Eff 

100 

100 

NH4-N (mg N/L) 

80 

60 

40 

TKN (mg N/L) 

80 

60 

40 

20 

20 

0 

105 112 119 126 133 

Time (Days) 

圖 41 Run2 氨氮連續進出流 

0 

105 112 119 126 133 

Time (Days) 

圖 42 Run2 TKN 連續進出流 

160 

NO2-N Inf 

NO2-N Eff 

60 

NO3-N Inf 

NO3-N Eff 

140 

50 

120 


100 

80 

60 


40 

30 

20 

40 

20 

10 

0 

105 112 119 126 133 

Time (Days) 

圖 43 Run2 亞硝酸連續進出流 

0 

105 112 119 126 133 

Time (Days) 

圖 44 Run2 硝酸連續進出流 

60


800 

Alkalinity Inf 

Alkalinity Eff 

700 

Alkalinity (as mg CaCO3/L) 

600 

500 

400 

300 

200 

100 

0 

105 112 119 126 133 

Time (Days) 

圖 45 Run2 鹼度連續進出流 

圖 46 Run2 總氮的 VLR 與轉化率 

• 連續流培養自營性脫硝菌 -Run 3 ( 光電廢水 VLR:100mg N/L-Day) 

於第三階段的試程中 , 反應槽進流水取模場光電廢水經過厭氧程序之出 

流水 , 光電廢水主要成分為 TMAH, 而經厭氧程序將有機氮裂解成高濃度的 

氨氮 , 稀釋後額外添加部份亞硝酸氮與碳酸氫鈉 , 於試程 Run3 初期無法確定 

配置之光電廢水是否有抑制性 , 故稀釋人工光電廢水之濃度。目前反應槽之 

操作已達 163 天 , 於試程 Run2 至試程 Run3 反應槽經過部分器改裝 , 進出流 

水並未非常穩定 , 結果如表 15 所示 , 約有 60mg N/L 的亞硝酸氮被轉化 , 而 

基質桶因反應槽改裝使得進流亞硝酸氮偏高 ; 硝酸氮則約生成 20mg N/L, 而 

碳酸氫鈉約消耗 mg/L as CaCO 3 。整體來說 , 反應槽之進出流水仍持續總氮的 

轉換率達 70%。目前程序持續操作 , 已能承接光電廢水含氮污染物厭氧氨氧 

化的生物程序的處理。 


平均進流濃度 (mg N/L) 平均出流濃度 (mg N/L) 

碳酸氫鹼度 956 ±275 910 ±122 

氨氮 124 ±13 20~30 

亞硝酸氮 86.9 ±17.9 25.5 ±3.8 

硝酸氮 3.0 ±1.3 23.4 ±4.3 

總氮 114.9 48.9 

61


150 

NH4-N Inf NH4-N Eff NO2-N Inf NO2-N Eff NO3-N Inf NO3-N Eff 

Concentration (mg N/L) 

100 

50 

0 

179 186 193 200 207 214 221 

Time (Days) 

圖 47 Run 3 以光電廢水添加亞硝酸鹽氮反應槽進流氨氮、出流氨氮、出流亞 

硝酸氮、出流硝酸氮濃度與操作天數關係圖 

圖 48 Run 3 以光電廢水添加亞硝酸鹽氮試程總氮的容積負荷速率與轉化率 

62


5-2-3-1 硝化菌分子生物檢測 

• 尾端修飾限制片段長度多形性 

(terminal restriction fragment length polymorphism, T-RFLP) 

DNA 抽取的方法 : 利用玻璃珠破壞法 (glass-bead beatingmethod) 此方法 

係修正 Frederick 等人在 1999 年所提出的 Miniprep 方法 , 快速萃取樣品的 

DNA。兩者之主要差異 , 為以玻璃珠破壞細胞壁取代冷凍 - 解凍的物理性破壞。 

以 vortex 震樣品置入 glass bead 管子裡面 , 加入 Extraction buffer 

(phosphate buffer 和 lysis buffer 各 300μL) 後盪懸浮 pellet, 置入水浴 

70 ℃ 5 分鐘 , 以高頻震盪機 (2,500 rpm) 打擊 3 分鐘後添加 

Phenol/Chloroform/IAA 移除蛋白質。加入 95% 酒精後置入冷凍櫃 10 分鐘加 

速 DNA 沈澱後再離心。 

表 18 大社廢水處理廠污泥抽取 DNA 的 OD 值分析 

Items Tank G Tank J Tank A Tank C 

A230 0.187 0.342 0.352 0.512 

A260 0.187 0.369 0.365 0.563 

A280 0.14 0.268 0.27 0.401 

A320 0.05 0.088 0.1 0.132 

A260/A280 1.33 1.38 1.35 1.4 

A260/A230 1 1.08 1.04 1.11 

contentration,μg/ml 46.8 92.4 91.3 140.7 

63


圖 49 DNA 及 PCR 產物 Agarose gel 電泳圖 

1、Tank G( 缺氧 )、Tank J( 好氧 )、Tank A( 缺氧 )、Tank C( 好氧 ) 

2、G、J、A、C 為 DNA 電泳圖 

3、0: 為 DNA100 倍的 PCR 產物 ;3、1: 為 DNA101 倍的 PCR 產物 

將 PCR 產物利用限制酶 Taq1 進行消化切割反應 , 將樣品以遺傳分析儀進 

行分析 , 結果如 Figure 22 所示 , 由資料庫 (Park and Noguera,2004) 比對可 

以得知現場好氧系統中 , 主要存在以 133bp 為 Nitrosomonas communis 或 

Nitrosomonas europaeay 族群為主的硝化菌。 

64


圖 50 現場實廠曝氣槽污泥硝化菌族群監測 T-RFLP 指紋圖譜 

( 註 1-133bp)Nitrosomonas communis 

Nitrosomonas europaea 

( 註 2-490bp)Nitrosomonas oligotropha subcluster 

Nitrosomonas marina 

Nitrosomonas communis 

Nitrosomonas europaea 

Nitrosomonas cryotolerans 

65


表 19 AOB lineages and their corresponding 

terminal fragment (TF) signatures for the amoA based 

TRFLP 

66


5-2-3-2 特殊脫氮菌分子生物檢測 

• 自營性脫氮菌分子生物檢測技術 

以高雄大社石化廢水處理廠污泥及某垃圾滲出水當成菌種來源培養 , 培 

養 2 個禮拜後抽取 DNA, 及利用特殊 primer Pla46 and Amx368r 在 PCR 放大 

分析 , 其結果如下 , 培養 14 天的石化廢水處理廠污泥中 , 可以發現有自營性 

的脫氮菌存在 , 在文獻中指出 , 這些菌群可以利用亞硝酸鹽及氨氮進行厭氧 

的氨氧化作用 , 在一般環境中並不多見。 

‣ 菌種來源 : 

a. 高雄某垃圾堆肥滲出水 

b. 高雄某石化廢水處理廠污泥 (DS) 

‣ 培養基質 : 

a.50 mg/L NO 2 - -N 

b.50 mg/L NH 4 - -N 

C.0.1M NaHCO 3 

‣ 培養方式 : 

以 250mL 血清瓶曝 CO 2 封瓶 , 水平震盪培養 ,55℃, 培養 14 天 

啟動 1 星期內 , 批次瓶中有氮氣的生成 , 且封瓶前添充的 CO 2 會被稀釋及 

利用 , 氮氣的生成顯示原生污泥的確含有厭氧氨氧化的功能菌。 

67


100 

N2 

CO2 

Gas Compose, % 

80 

60 

40 

20 

0 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 

Date 

圖 51 實驗室厭氧氨氧化微生物批次產氮氣分析組成 

M 1-1 1-2 2-1 2-2 3-1 3-2 4-1 4-2 B 

3k bp 

100 bp 

圖 52 以 primers Pla46 and Amx368r specific for Brocadia, Kuenenia and 

Scalindua 的 PCR 產物結果 

1-1:DS 原始污泥 DNA 稀釋 10 倍 

1-2: DS 原始污泥 DNA 稀釋 100 倍 

68


2-1:DS 污泥培養後 DNA 稀釋 10 倍 

2-2:DS 污泥培養後 DNA 稀釋 100 倍 

3-1: 原始垃圾滲出水污泥 DNA 稀釋 10 倍 

3-2: 原始垃圾滲出水污泥 DNA 稀釋 100 倍 

4-1: 垃圾滲出水污泥培養後 DNA 稀釋 10 倍 

4-2: 垃圾滲出水污泥培養後 DNA 稀釋 100 倍 

表 20 PCR reaction program 

表 21 PCR solution setting 

94℃ 4min 

94℃ 45sec 

56℃ 50sec 35CYCLE 

72℃ 1min 

72℃ 7min 

item 

ul 

Buffer 2 

dNTP 1.6 

primer 0.4 

primer 0.4 

Taq 0.1 

ddH 2 O 14.5 

DNA 1 

表 22 Primers used for the detection of anammox organisms 

69


• 利用厭氧氨氧化技術處理光電廢水中含氮污染物之特殊脫氮菌檢測 

利用大社廢水處理廠模場培養槽污泥經過實驗室兩個試程馴養 , 總共培 

養了 133 天 , 於各階段抽取之 DNA, 並利用分光光度計分析 , 結果如表 21 

所示 , 其中 A260 為 DNA 的吸光值 ,A280 為蛋白質的吸光值 , 而 260/280 之 

比值表示該次 DNA 萃取之品質 , 故由表 21 可發現大社模場污泥 DNA 的萃 

取品質較佳且濃度較高 ; 而利用厭氧氨氧化程序處理光電廢水含氮污染物試 

程 Run1 和試程 Run2 的 DNA 萃取品質較差 , 蛋白質的比例偏高。 

表 23 利用分光光度計量測 DNA 萃取的品質 

大社廢水處理廠污泥 Run1 污泥 Run2 污泥 

A260 0.137 0.052 0.017 

A280 0.103 0.045 0.015 

260/280 1.33 1.15 1.16 

濃度 (ug/mL) 343.6 129.6 42.9 

分子生物技術之檢測中 , 利用表 20 中 Pla46rc 和 Amx368r 兩種引子 , 針 

對植種源、試程 Run1 及試程 Run2 三種污泥之 DNA 進行 PCR 放大分析 , 得 

到的結果如圖 52 所示 , 其中 A、B、C 分別為三種污泥純 DNA 的訊號 ,DNA 

長度皆在 3000 以上 ; 而 D、E、F 分別為南部某石化廠污泥 DNA 原倍數、稀 

釋 10 倍、稀釋 100 倍 , 其 PCR 結果只有 F 可以在 320bp 看到極微弱的訊號 , 

顯示源植種來源中有少量自營性脫硝菌 ; 而 G、H、J 分別為上流式厭氧污泥 

床試程 1 污泥 DNA 原倍數、稀釋 10 倍、稀釋 100 倍 , 其結果除了 G 因抑制 

PCR 反應之物質濃度太高 , 而無法得到 PCR 產物 ,H、J 皆可在 320bp 顯示 

PCR 訊號 ; 而 J、K、L 為上流式厭氧污泥床試程 2 污泥 DNA 原倍數、稀釋 

10 倍、稀釋 100 倍 , 其結果皆可得到預期之 PCR 之產物 , 証實該反應槽中確 

實有自營性脫硝菌存在。 

另外以大社廢水廠現場模場及實驗室兩段程序反應槽的污泥來檢測發 

現 , 現場模場中的厭氧氨氧化菌反應強度較弱 , 實驗室規模培養槽中的厭氧 

氨氧化菌 PCR 反應在電泳圖中亮帶較明顯 , 顯示在模場強化培養槽中的厭氧 

氨化菌培養較不容易 , 極有可能是廢水濃度變異很大 , 微生物適應較為敏感 , 

因此在培養策略上 , 應以實驗室規模的啟動策略 , 先以低濃度進流慢慢提高 

生物膜附著生長 , 在逐漸拉升負荷 , 藉由生物膜的增厚 , 來應付高低濃度變 

異的影響。 

70


A B C D E F G H I J K L BL M 

←500bp 

圖 53 實驗室 R-UASB 反應槽污泥以 primers Pla46rc and Amx368r specific for 

Brocadia, Kuenenia and Scalindua 的 PCR 產物結果 

A. 大社模場污泥純 DNA 

B. 上流式厭氧污泥床試程 1 污泥純 DNA 

C. 上流式厭氧污泥床試程 2 污泥純 DNA 

D. 大社模場污泥 DNA 原倍數做 PCR 

E. 大社模場污泥 DNA 稀釋 10 倍做 PCR 

F. 大社模場污泥 DNA 稀釋 100 倍做 PCR 

G. 上流式厭氧污泥床試程 1 原倍數做 PCR 

H. 上流式厭氧污泥床試程 1 DNA 稀釋 10 倍做 PCR 

I. 上流式厭氧污泥床試程 1 DNA 稀釋 100 倍做 PCR 

J. 上流式厭氧污泥床試程 2 DNA 原倍數做 PCR 

K. 上流式厭氧污泥床試程 2 DNA 稀釋 10 倍做 PCR 

L. 上流式厭氧污泥床試程 2 DNA 稀釋 100 倍做 PCR 

BL.Blank 

M.Mark 

71


M 

3Kbp 

1-1 2-1 3-1 4-1 5-1 6-1 7-1 8-1 9-1 10-1 B 

稀釋倍率 ×10 

ˇ 

ˇ ˇ 

ˇ ˇ ˇ 

100bp 

圖 54 大社模場模場反應槽污泥以 primers Pla46rc and Amx368r 

specific for Brocadia, Kuenenia and Scalindua 的 PCR 產物結果 

1:97.4.30 A1 模場 2:97.4.30 A2 模場 3:97.5.20 A1 模場 

4:97.5.20 A2 模場 5:97.6.10 A1 模場 6:97.6.10 A2 模場 

7:97.6.10 大社污泥 8:97.7.16 實驗室 AFB 9:97.7.16 實驗室 UASB 

10:97.7.16 實驗室反應槽 M:Mark (100bp~3Kbp) 

72


• 利 16S rDNA 基因選殖實驗 (clone library) 分析限氧條件下硝化菌 

族群變化 

分析污泥取自實驗室規模兩段好氧 / 缺氧生物反應系統第 3 試程 Run3 的 

污泥 , 進行 16S rDNA 基因選殖實驗 (clone library) 分子生物方法來探討存 

在反應槽中的微生物。此批 clone library 共挑選了 98 個 clones, 經過 PCR 

放大及 HhaI 和 HpaII 兩種限制酶進行 RFLP(restriction fragment length 

polymorphism), 判斷菌種的異同 , 在 98 個有效的 clone 內 , 發現共有 31 

個 OTUs(operational taxnomic units), 圖 55 為挑選的 clone 數量相對於所發 

現的 OTU 之曲線圖 , 曲線的趨勢若呈現接近水平 , 表示所挑選的 clone 數 

量較具有生物統計上的意義。 

Clone 的結果發現 , 好氧生物系統中存在著 Ammonia Oxidizing Bacteria, 

AOB 及 Nitrite Oxidizing Bacteria,NOB 兩種功能性微生物 ,AOB 系統以 

Nitrosomonas europaea 這一族群為主 , 主要將氨氮轉化到亞硝酸鹽氮 , 而 NOB 

以 Nitrospira sp. 或 Nitrobater sp. 這一屬的菌為主 , 主要將亞硝酸鹽氮進一步的 

氧化到硝酸鹽。其中溶氧與其族群的變遷 , 再加上厭氧氨氧化菌 3 種不同功 

能的微生物族群的競爭 , 後續將針對缺氧槽的自營性脫氮菌的族群進行 clone 

進行分析 , 來瞭解三個族群間的關係。 

40 

DS clone 

30 

OTU 

20 

10 

0 

0 20 40 60 80 100 

Clone number 

圖 55 實驗室連續流限氧硝化 / 脫氮反應槽 clone 數量與 OUT 之曲線 

73


99 

98 

93 

79 

85 

89 

98 

98 

95 

99 

21 

92 

49 

33 

87 

95 

75 

94 

Nitrosomonaseuropaea(AF353160) 

Nitrosomonassp.(AB079053) 

DS41 

DS16(27/98) 

Nitrosomonaseuropaea(AL954747) 

Nitrosomonaseuropaea(M96399) 

DS54 

Nitrosomonaseutropha(AY123795) 

Nitrosococcusmobilis(M96403) 

Nitrosomonassp.(M96400) 

Nitrosospirasp. 

DS63(2/98) 

DS13(6/98) 

CandidatusNitrotogaarctica(DQ839562) 

DS26(5/98) 

Nitrobatersp. 

Nitrospirasp.clone(AJ224039) 

Nitrospiramoscoviensis(X82558) 

Nitrospirasp.clone(AJ224041) 

98 

91 

87 

99 

99 

DS3(8/98) 

Nitrospirasp.strainRC25.(Y14639) 

Nitrospirasp.strainRC90(Y14642) 

Candidatussp. 

0.05 

圖 56 實驗室規模連續流限氧硝化 / 脫氮系統硝化菌族群親緣圖 

74


5-2-3-3 好氧 / 缺氧生物活性檢測 

• 好氧自營性硝化菌對於無機碳源提供的影響 

以實廠廢水處理廠現場好氧污泥 , 以飽合溶氧之曝氣水淘洗數次 , 以去 

除殘留基質 , 提供固定氨氮到各批次瓶中 , 並添加 3,000mL 的污泥 , 並添加 

適量之營養物質 , 隨時間採樣分析水質 (NH + 4 ,NO - 2 ,NO - 3 ), 探討自營性硝 

化菌轉化氨氮為硝酸鹽的速率。 

實驗儀器及器材 

(1).5L 玻璃培養槽 

(2). 恆溫箱 (30℃) 

(3).air 鋼瓶 

(4). 磁攪拌機 

(5).pH meter 

(6). 加藥泵 

圖 57 自營性硝化菌批次實驗設備示意圖 

啟動溶氧控制大於 3mg/L DO, 氨氮以氯化氨 (NH 4 Cl) 配置濃度 120 

mg/L-130 mg/L, 初始污泥濃度控制在 1,600-2,000 之間。 

啟動時為了提昇污泥的混合程度 , 以磁石攪拌外 , 並提供連續曝氣 , 除 

了攪拌之外也提高了溶氧值 , 批次試驗中 ,pH 連續穩定控制在 7.3-7.5 之間。 

在經過 24 小的反應後 , 氨氮的濃度都有明顯的下降 , 而硝酸亞硝酸也跟 

著生成 , 表 22 為此批次前後的水質特性表 

表 24 批分次試驗中前後水質特性 

unit 

Initial condition 

Finial condition 

NaHCO 3 NaOH NaHCO 3 NaOH 

NH 4 + -N mg-N/L 124 134 12 54 

NO 3 - -N mg-N/L 0.6 0.4 110 76 

NO - 2 -N mg-N/L 0.1 0.1 22 26 

pH - 7.3~7.5 7.3~7.5 7.3~7.5 7.3~7.5 

DO mg-O 2 /L 3.2~3.5 3.2~3.5 3.2~3.5 3.2~3.5 

Temperature ℃ 30~32 30~32 30~32 30~32 

SS mg/L 2,060 2,520 2,160 2,570 

VSS mg/L 1,602 2,000 1,680 2,040 

75


利用批次培養連續採樣的方式評估硝化菌對於無機碳源的影響 , 啟動初期 

氨氮濃度均在 120mg/L-130 mg/L, 間隔 4-5 小時採樣一次 , 氨氮有隨著時間 

的增加 , 濃度也逐漸降低 , 在 8 小時 NaHCO 3 組氨氮已經降到 100 mg/L 以下 , 

NaOH 組氨氮濃度大於 100 mg/L, 此時硝化作用已經明顯開始 , 在 12 小時 , 

NaHCO 3 組氨氮濃度已經降至 80 mg/L 以下 , 而 NaOH 組僅有小幅度的降低 , 

24 小時後 ,NaHCO 3 組氨氮濃度已經降低至 12 mg/L 總氨氮轉化率已達 90% 

以上 ( 圖 57),NaOH 組氨氮濃度 54 mg/L, 轉化率 60%, 因此從氨氮的轉化 

來看 , 明顯有以 NaHCO 3 來調整 pH 的組別氨氮的轉化率比以 NaOH 的組別 

來的高 , 遠大於 NaOH 組的 1.5 倍。 

提供 NaHCO 3 在硝化作用中除了當作無機碳源的供應者外 , 也是鹼度 

(Alkalinity) 的供應者 , 對於自營性的硝化菌利用上就有顯著的關聯性。因 

此 , 在連續操作下提供足量的無機碳源及鹼度是有助於硝化作用的提升。 

初步判斷 , 在添加 NaOH 及 NaHCO 3 的批次中 , 氨氮轉化至亞硝酸鹽氮 

的過程受到兩種 pH 調整藥品並無顯著的影響 , 在連續亞硝酸鹽的監測發現 , 

兩組亞硝酸鹽氮的生成速率相當 , 每單位微生物轉化氨氮至亞硝酸鹽的速率 

為 0.53 -0.57 mg N/gVSS-hr, 因此無機碳源的影響對於亞硝化程序的影響不明 

顯。 

此外 , 在硝酸鹽氮生成的速率上 , 批次試驗中有明顯的線性關係 , 兩個 

組別的差異 , 在於無機碳源的添加及鹼度系統的維持 , 在試驗中 , 無機碳源 

組 (NaHCO 3 ) 的硝酸鹽氮生成速率 2.74 mg N/gVSS-day 大於 NaOH 組 1.50 mg 

N/gVSS-day( 表 23、圖 58), 主要原因是自營性硝化菌碳源多來自於水中之 

CO 2 , 由於消耗 CO 2 及產生 H + , 導致水中碳酸鹽系統的改變。假設硝化菌的 

組成為 C 5 H 7 NO 2 , 則反應式與細胞合成方程式將成為 : 

13NH + ammonia oxidizers 

4 + 23HCO 

- 

3 → 8H 2 CO 3 + 10NO - 2 + 3C 5 H 7 NO 2 + 19H 2 O 

nitrite oxidizers 

NH + 4 + HCO - 3 + 4H 2 CO 3 + 10NO 

- 

2 → C 5 H 7 NO 2 + 10 NO - 3 + 3H 2 O 

由上可知 , 氧化 1 mg/l NH 4 + -N 所耗鹼度為 7.14 mg/l as CaCO 3 。ammonia 

oxidizers 與 nitrite oxidizers 在於無機碳源的影響上 , 在本研究中 , 第一階段的 

ammonia oxidizers 並無明顯影響 , 第二階段的 nitrite oxidizers 對於 HCO 3 

- 

的添 

加有助於硝酸鹽氮的生成 , 以方程式來看 , 理論亞硝酸氧化菌及氨氧化菌細 

胞產量分別為 0.15 mg/mg NH 4 + -N 及 0.02 mg/mg NO 2 - -N, 可看出氨氧化菌基 

質轉化率較亞硝酸氧化菌為小 , 欲維持足夠硝化菌 , 達到穩定硝化操作結果 , 

除了污泥停留時間所需甚長之外還要額外提供足量的無機碳源。 

添加 NaHCO 3 組試驗中 , 自營性的硝化菌雖在足夠無機碳的提供下 , 有利 

於生長 , 但因其生長速率慢 , 除了氨氮轉化效率優於 NaOH 組的硝化菌外 , 

76


也能在較短時間內轉化 NH 4 + -N( 約 24 小時 ) 即可將氨氮濃度 124 mg/L 降至 

12 mg/L 以下 , 由此可見 , 硝化菌的強化培養技術 , 應著重在自營性的硝化菌 

培養 , 除了 pH 的控制外 , 也應提供足量的無機碳源及鹼度的供應。 

NH4 + -N , mg/L 

160 

140 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

NaOH 

NaHCO3 

0 

0 5 10 15 20 25 

Reaction time , hr 

圖 58 自營性硝化菌批次試驗中氨氮轉化圖 

120 

NaOH 

NaHCO3 

100 

NO3 - -N , mg/L 

80 

60 

40 

y = 4.3938x - 0.8414 

R 2 = 0.9986 

y = 3.0049x - 1.6945 

20 

R 2 = 0.9959 

0 

0 5 10 15 20 25 

Reaction time , hr 

圖 59 自營性硝化菌批次試驗中硝酸氮轉化圖 

77


表 25 自營性硝化菌批次試驗亞硝酸鹽及硝酸鹽轉化速率表 

NO - 2 -N 生成速率 NO - 3 -N 生成速率 MLVSS 

mg/L-hr mg/L-hr mg/L 

NaHCO 3 0.9068 4.3938 1602 

NaOH 1.0594 3.0049 2000 

MLVSS NO - 2 -N 比生成速率 NO - 3 -N 比生成速率 

mg/gVSS-hr mg/gVSS-hr 

NaHCO 3 0.57 2.74 

NaOH 0.53 1.50 

• 缺氧自營性脫氮菌活性潛能評估 

本研究係採用 W. F. Owen 等 (1979) 之生化甲烷產能試驗 (Biochemical 

Methane Potential, BMP ), 以惰性氣體 Ar 之無氧傳輸設備抽送厭氧污泥及營 

養劑溶液至血清瓶。 

本次試驗污泥來至現場含活性碳之缺氧污泥 , 基質來至現場原水再額外添 

加亞硝酸鹽氮 , 另外額外提供營養鹽供微生物利用。連續氣體採樣時間達 6 

小時。啟動初期氣體平衡時血清瓶中因基質中提供 NaHCO 3 當無機碳源 , 因 

此平衡時水中的 CO 2 氣液達平衡 , 因此初期會有明顯的 CO 2 生成 , 隨著時間 

的拉長 ,CO 2 的濃度也逐漸拉升 ,6 小時的二氧化碳比例達 13%~14%, 因 

此可以判斷 , 原生污泥中除了自營性的脫氮菌外 , 也還有異營性的脫硝菌 , 

從另外的水質分析來看 ,COD 有增加的趨勢 , 可能原生的污泥中含活性碳 , 

也有部分脫附的現象 , 另外氨氮也有 5mg/L 降解 , 亞硝酸鹽氮有 10mg/L 的 

轉化 , 因此可以推測約有 5mg/L 的亞硝酸鹽被異營菌利用 , 因此在原生污泥 

的系統當中 , 有利用有機碳源的脫硝菌與自營性的脫氮菌共存。 

78


圖 60 實驗室改良無氧傳輸系統 (anaerobic transportation system) 

2 

N2-1 N2-2 CO2-1 CO2-2 

16 

N2-1 CO2-1 N2-2 CO2-2 

Biogas (mL) 

1.5 

1 

0.5 

Biogas composition, % 

14 

12 

10 

8 

6 

4 

0 

0 1 2 3 4 5 6 

Reaction time (hr) 

圖 61 厭氧氨氧化菌產氮氣潛能試 

驗累積產氣圖 

2 

0 

0 1 2 3 4 5 6 

Reaction, hr 

圖 62 厭氧氨氧化菌產氮氣潛能試 

驗產氣組成圖 

79


TKN NH4-N NO2-N NO3-N COD 

100 

Concentraton (mg/L) 

80 

60 

40 

20 

0 

0 1 2 3 4 5 6 

Reaction time (Hours) 

圖 63 以大社模場植種污泥處理原水中添加亞硝酸氮批次試驗水質分析圖 

80


5-2-3-4 微生物菌相觀測 

• 掃描式電子顯微鏡 Scanning Electron Microscope (SEM) 

將樣本採樣固定後 , 利用掃描式電子顯微鏡 (Scanning electron 

micrographs, SEM) 進行多種倍率之菌相觀察。 

圖 64 實驗室缺氧槽污泥外觀 200× 圖 65 實驗室缺氧槽污泥外觀 400× 

圖 66 實驗室缺氧槽污泥中有許多絲 

狀菌纏繞生長 1,500× 

圖 67 實驗室缺氧槽污泥表面由許多 

球菌與桿菌組成 , 生物膜厚實 6,000× 

81


圖 68 污泥中可以看到絲狀的長桿菌 

與長度約 2μm 的桿菌聚集生長 

12,000× 

圖 69 不織布載體的外觀 , 不織布纖 

維直徑達 0.2mm 50× 

圖 70 實驗室 R-UASB 以厭氧氨氧化 

程序處理光電廢水之污泥外觀 

1,500× 

圖 71 R-UASB 污泥主要以球菌為 

主 , 直徑大小約為 2μm 3,000× 

82


5-3 分子生物檢測技術示範 

定期與三越公司進行分子技術教學 , 主要目的是要建立學界與業界技術 

轉移及技術培育的工作 , 利用見習、實習、實作來培養分子生物技術的技巧。 

期許培育成果能技術轉移至環保技術產業 , 增加環保技術的升級及產值。 

圖 72 PCR 教學及實習 ( 三越公司參與人員 : 李明益、侯小萍 ) 

83


圖 73 總 DNA 抽取教學及實習 ( 三越公司參與人員 : 文俊貴、李良山、 

張靜芳 ) 

84


第六章結論與建議 



(~50 mg/L) 。 


(20~40mg/L), 但在缺氧系統中並無明顯脫氮現象 , 主要是廢水 

中有機碳不足所造成 , 無異營性脫硝菌生長。 




b. 現場好氧槽 K L a 氧傳的測試結果 , 以氣體流量 6-10 mL/min 有較 

佳的循流氧傳效果。 

c. 不織布載體確實有攔截污泥附著生物膜的功能 , 其微生物吸附量 

可以達 0.44 gVSS/g 不織布載體 (2987 mgVSS/L) 


a. 現場噸級模場已可以從現場原生菌培養出硝化菌及厭氧的氨氧化 

菌。 

b. 利用 MBBR 擔體培養硝化菌生物膜生成較慢 , 額外添加碳源擬增 

加微生物多樣性的生長 , 強化生物膜的生成。 

c. 現場原生菌封瓶批次培養 , 使用基質是現場稀釋後的原廢水與額 

外添加的亞硝酸鹽 , 在 1 個禮拜內有氮氣生成 , 顯示原生污泥中具 

有厭氧氨氧化菌。 

d. 連續流培養中的硝化菌及厭氧氨氧化菌 , 在進出流水質可以發 

現 , 廢水中的氨氮有明顯降解 , 總氮約有 20% 以上的去除率 , 出流 

水有部分 NOx 的累積。 


在啟動初期以低負荷進流在 2 個禮拜內可以快速提昇厭氧氨氧化 

菌的脫氮能力 , 以分子生物檢測可以發現厭氧氨氧化菌族群的存 

在 , 後期逐漸提昇負荷 , 去除率也逐漸提昇。在 Run 1 階段 , 溶氧 

控制在 2mg/L 以上 , 由反應槽進出流水質分析可得知 , 因溶氧太 

高 , 約 80% 的進流氨氮完全硝化為硝酸鹽氮 , 而亞硝酸鹽氮只占 

5% 左右 , 故厭氧氨氧化菌無氨氮及亞硝酸鹽氮可利用行脫硝作 

85

第六章結論與建議 

用 , 因此總氮去除率只有 10%~20% 左右。在 Run 2 階段 , 溶氧控 

制在 1~2mg/L 之間 , 分析結果得知 , 溶氧降低有助於抑制硝酸化 , 

故總氮去除率提升 20%~40% 左右。在 Run 3 階段 , 溶氧進一步降 

低至 1mg/L 以下 , 分析結果得知 , 總氮去除率大幅提升至 50%~70% 

左右 , 而出流之硝酸鹽氮濃度相較前兩階段 , 不增反降 , 因此可得 

知溶氧的控制對於厭氧氨氧化程序是一個非常重要的因子。Run4 

及 Run5 的溶氧控制策略上 , 以 DO=0.5mg/L 為分界 , 在 0.5mg/L 

以下氨氮會因供氧不足 , 硝酸鹽氮無法轉換到亞硝酸鹽氮供後段缺 

氧槽厭氧氨氧化菌利用 , 因此會有較多的氨氮累積 , 在 Run5 提高 

溶氧到 1mg/L~0.8mg/L 時 ,AOB 將氨氮能足量轉換到亞硝酸鹽 

氮 , 此時厭氧氨氧化菌的脫氮能力較佳 , 能將產生之亞硝酸去除脫 

氮。理論上 , 厭氧氨氧化程序 , 其總氮的去除率可達 85%~95%, 

副產物為 15%~5% 的硝酸鹽氮 , 後續將持續調整其負荷 , 增殖生物 



啟動初期總氮容積負荷速率 100mg N/L-Day 的第一試程 Run1 中 , 

總氮的轉化率大約 50% 左右 , 顯示此培養條件下 , 自營性脫硝菌能 

快速夠將氨氮與亞硝酸氮轉化至 N 2 。在總氮容積負荷速率為 200mg 

N/L-Day 的第 2 階段試程裡 , 可發現總氮的轉化率在第 112 天以後 

有逐漸上升的趨勢 , 而且轉化率也上升至 46% 左右。試程 Run3 中 

引入甲烷系統處理後的光電廢水當基質提供氨氮 , 額外添加亞硝酸 

鹽氮共處理 , 在連續操作達 2 個月的試程可以發現 , 總氮去除率由 

原本 46% 快速提昇到 70%, 並穩定持續 , 顯示本技術可以應用在 

含氮污染的光電廢水。 


a. 利用 T-RFLP 檢測技術 , 可以將現場及培養槽中的硝化菌族群建 

立指紋圖譜資料庫 , 現場硝化菌 AOB 主要以 Nitrosomonas 


b. 以 primers Pla46 and Amx368r 的 PCR 結果 , 經培養後的原生菌 

內具有厭氧氨氧化的微生物族群存在 ( 可能包含 Brocadia, Kuenenia 

and Scalindua 3 屬厭氧氨氧化菌 ), 但以垃圾滲出水培養的微生物 , 

卻無厭氧氨氧化微生物族群的發現 , 再度驗證實廠原生污泥中的確 

具有厭氧氨氧化菌的存在。 

86



Nitrosomonas europaea 這一族群為主 , 主要將氨氮轉化到亞硝酸鹽 

氮 , 而 NOB 以 Nitrospira sp. 或 Nitrobater sp. 這一屬的菌為主 , 主要 

將亞硝酸鹽氮進一步的氧化到硝酸鹽。其中溶氧與其族群的變遷 , 

再加上厭氧氨氧化菌 3 種不同功能的微生物族群的競爭 , 後續將針 

對缺氧槽的自營性脫氮菌的族群進行 clone 進行分析 , 來瞭解三個 

族群間的關係。 


定期與三越公司進行分子技術教學 , 主要目的是要建立學界與業界 

技術轉移及技術培育的工作 , 利用見習、實習、實作來培養分子生 

物技術的技巧。期許培育成果能技術轉移至環保技術產業 , 增加環 

保技術的升級及產值。 

87

第七章參考文獻 


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91


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估與微生物族群動態變化之探討 ”。 

51. 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 ”。 

52. 吳祚樟 (2007)“ 固定化細胞進行份硝化與厭養氨氮化程序之可行性評 

估 ”。 

92


第二部分技術或設備應用推廣可行性評估報告 

( 針對下列各項 , 請儘可能提報量化數據 , 以作為評估之佐證 ) 

一、技術 ( 設備 ) 概述 

( 一 ) 技術項目 ( 以申請之類別為主 ) 與概述 

1. 適用範圍 : 廢水中 COD 濃度 / 氨氮濃度比值接近 0.15 可適用本技術 , 如光 

電產業廢水 (TFT-LCD)、太陽能光電業廢水、LED 光電廢水、某些化學 

特化品廢水等皆可適用。 

2. 應用目標 : 本技術可應用於石化產業、光電產業及厭氧消化出流水高氨氮 

污染的廢水 , 可以達到脫氮的效果。 

3. 預期功能 : 第一段好氧流動化床 (MBBR) 進流含氮廢水濃度 100 

mg/L~150mg/L, 先將廢水中氨氮部分氧化到亞硝酸鹽氮 , 在與氨氮供厭 

氧氨氧化菌 ; 第二段缺氧厭氧氨氧化槽進流部分硝化之亞硝酸鹽氮與氨氮 

供特殊菌使用達到脫氮的效果。本計畫利用特殊的反應器 , 在有限溶氧的 

控制下 , 達到降低亞硝酸鹽氮濃度抑制微生物的條件 , 並應用不織布載體 

截流大量的微生物 ( 每單位不織布可以截流 0.44 個單位的 Biomass), 可 

以大量降低微生物的負荷 , 而達到脫氮的功能。 

4. 技術需求 : 環保生物技術包括生物膜培養技術、限氧的自營性脫氮菌培養、 

厭氧氨氧化菌快速提昇功能技術、分生檢測技術 , 及反應槽設計 , 及生物 

程序控制技術。 

5. 資源需求 : 高氨氮低 COD 的廢水來源。 

6. 預估時程 : 兩年期技術育成 , 包括一噸級現場限氧自營性硝化 / 脫硝培養程 

序程序、模型場連續運轉及功能驗證、限氧自營性硝化菌、缺氧厭氧氨氧 

化菌等優勢菌種之分生檢測技術。 

7. 預期效益 : 技術育成對象三越企業公司所屬代操作石化廢水處理廠至少十 

家 ,TFT-LCD 面版光電產業至少十家 , 其餘太陽能光電及 LED 光電廠至 

少 20 家以上可以推廣應用兩年度之研發成果供工程化設計規範之依據。 

目前程序可以降低曝氣能源消耗達 80% 以上 , 特殊的反應槽設計 , 利用 

氣舉供氧達到好氧槽缺氧槽的攪拌功能 , 固定式的生物膜也可以當成現成 

生物製劑。( 每單位單體附著之特殊功能菌達 0.44 單位 ) 

( 二 ) 技術發展性 

環保科技育成中心計畫之成果 , 可直接移轉技術給參與研發之廠商 , 短 

93

第二部分技術或設備應用推廣可行性評估報 

期內可改善產業環保問題 , 長期可以培育高氮廢水處理技術的專業人才 , 來 

克服日趨嚴重的含氮廢水污染問題 , 並可以達到日趨嚴格的廢水排放標準。 

( 三 ) 國內外發展現況 

Paques 公司在荷蘭鹿特丹及日本栗田公司在日本也都有實廠規模的案 

例 , 應用自營性的硝化脫硝程序 , 成功的去除廢水中的氨氮 , 以在鹿特丹實 

廠的案例 , 每天可以去除 500kg 的氨氮。 

( 四 ) 國內發展利基 

台灣地區石化產業、光電產業位居世界龍頭 , 但在廢水生物除氮技術方 

面卻還是萌芽階段 , 傳統的硝化脫硝程序已經無法適合應用日新月異生產製 

程廢水 , 特殊的污染合物在廢水中難處理 , 因此建立一個本土微生物系統脫 

氮程序是一個迫切且可行的方案 , 以本研究 , 利用本土強化培養出來的自營 

性硝化 / 脫氮污泥 , 已經能成功的將總氮 100 mg/L 石化廢水處理轉化到 15-20 

mg/L 氨氮及 5-10 mg/L 以下的硝酸鹽氮 , 去除率達 70% 以上 , 可見本土性 

的微生物也兼具硝化 / 脫氮的能力 , 將此厭氧氨氧化程序利處理光電厭氧出 

流廢水 , 負荷在 0.2g N/L-day 下也可以達 70% 的總氮去除率 , 因此在這兩種 

產業上應已克服微生物的培養、篩選等方式 , 在應用上可以縮短啟動時間。 

以 TFT-LCD 為例根據 PIDA 的資料 ,2007 年台灣光電產業產值高居全球 

前三強 , 而在佔光電產值百分之七十以上的薄膜液晶顯示器 TFT-LCD 產值和 

出貨量高居全球第一 ,TFT-LCD 產值達新台幣 1.69 兆 , 首度超越南韓。以 

TFT-LCD 產業而言 , 其廢水組成 70% 皆是含氮廢水 , 因此其程序有其推廣及 

應用的效益 

二、環境可行性評估 

( 一 ) 相關法令分析 : 以環保法規為主 , 針對該項技術 ( 設備 ) 與現行或預 

計公告法規所規範之內容 , 進行可行性說明與議題研析。 

目前含氨氮廢水環保署並無管制其排放標準 , 但在某些工業區的規劃 , 

環評有要求設廠公司的排放標準 , 未來廢水除氮的法規限制一定會愈驅嚴 

格 , 除了改善生產程序、廢水處理程序外 , 才能符合環保法規。 

( 二 ) 環保效益評估 : 除就該項技術 ( 設備 ) 本身所產生的環保效益進行說 

明外 , 並進而依預期市場佔有率 , 推估採用該項技術 ( 設備 ) 後之整體環境 

影響分析。 

若能將本計畫含氮的廢水程序拖廣至各石化廢水處理廠、光電廢水處理 

廠、甚而厭氧消化槽出流水、垃圾滲出水處理廠等 , 不但可以節省傳統硝化 

脫硝程序中曝氣動力及碳源添加的成本 , 成本效益可以節省 80% 以上。 

94


三、技術可行性評估 

( 一 ) 需求度分析評估 : 針對該項技術 ( 設備 ) 的設計研發是否符合預期適 

用範圍與標的 , 或能滿足廠商業者、未來顧客及整體環境等利害關係人的需 

求 , 進行分析說明。 

現場好氧硝化 / 缺氧厭氧氨氧化噸級培養槽模型場驗証半年 , 培養槽連 

續流承受廢水濃度變異的培養 , 利用分生技術驗証培養槽中具有脫氮的特殊 

菌群 , 及限氧培養下的硝化菌族群 , 總氮去除率達 20%, 利用模場培養的污 

泥當植種源提供實驗室規模反應槽使用 , 以原水連續流操作下 , 總氮去除率 

以達 70% 以上 , 放大規模應用可行性高 , 已符合預期效益 , 模型場研發成果 

可作為商業化基礎。技術育成對象三越企業股份有限公司未來需求項目 : 包 

括硝化 / 脫硝生物程序控制、特殊菌限氧硝化菌 / 厭氧氨氧化菌培養量產、快 

速啟動 / 生物膜生長技術和分生檢測生態指標之技術移轉共四項。 

( 二 ) 可靠度分析評估 : 針對該項技術 ( 設備 ) 的實用成熟度、操控穩定度、 

以及預期執行效益等因子 , 進行分析說明。 

8 個月連續流實驗室反應驗証中含氨氮廢水可處理性 (treatability) 確 

定可行 , 不同產業的廢水自營性脫氮程序驗證 , 確實本土原生菌具有自營性 

硝化 / 脫氮之能力。特殊設計之反應槽 , 在連續操作下 , 各試程可穩定操作 

達 2 個月以上 , 操空穩定度及應用上應無慮。 

( 三 ) 競爭力分析評估 : 針對該項技術 ( 設備 ) 的技術獨佔性予以說明 , 並 

與其他具相似功能者進行差異分析比較。 

本計畫為研發含氮廢水限氧自營性硝化 / 脫硝程序 , 應用分子生物檢測 

技術 , 從菌種的篩選、菌種的培養、連續流的監測 , 國內外產業界皆未啟用。 

已實際應用石化廢水處理廠及光電廢水厭氧出流水評估出可應用本技術處 

理的能力 , 並已完成限氧硝化菌種之 clone 資料庫及 T-RFLP 圖譜之資料 

庫。如持續研發育成計畫 , 可技術移轉給三越公司、奇美等光電大廠 , 將為 

國內外首創技術 , 限氧自營性硝化 / 脫硝程序 , 絕對具有國際競爭力。 

四、經濟可行性評估 

( 一 ) 成本可行性評析 : 包括該項技術 ( 設備 ) 的市場需求量說明、財務架 

購分析、人力資源、成本 / 收入效益分析及經濟影響評估。相關效益可考量 

如下因子 : 

1. 技術升級 : 模場特殊菌種培養槽 , 噸級限氧生物硝化槽先導技術 (Pilot 

Plant) 開發 , 可供放大工程化 100 m 3 規模 ; 第二段噸級缺氧厭氧氨氧化 

槽亦可供放大工程化 100 m 3 以上規模 

95

第二部分技術或設備應用推廣可行性評估報 

2. 技術創新與產業關連 : 限氧自行性硝化 / 脫硝程序可應用在石化業廢水及 

光電產業廢水 , 本計畫已測試此兩種產業廢水連續運轉 200 天以上。 

3. 與國際接軌 : 定期與日本廣島大學 Prof. Akiyoshi OHASHI 的實驗室交流。 

4. 增進環境改善 : 限氧自營性硝化 / 脫硝程序可以降低曝氣的能源消耗達 

80% 以上 , 另外也無須提供有機碳源 , 另外生物程序中還有零 CO 2 的排放。 

5. 相關產業之產值貢獻 : 限氧自營性硝化 / 脫硝程序在能源消耗及有機碳源 

的補充上可減少 80% 以上的花費。 

( 二 ) 市場可行性分析 : 針對市場供需現況、供需預測、市場競爭 , 以及投 

資意願等 , 進行調查分析。 

目前國內法規尚未完善 , 對於氨氮排放標準僅限於生活污水 , 在工業廢 

水排放上並無管制 , 未來法規上必定針對工業廢水部分加強管理 , 因此節 

能、方便操作的生物脫氮程序將是未來縮需 , 因此石化業、光電業、污水處 

理廠、垃圾滲出水處理等 , 台灣將有一半以上的產業有除氮的需求。 

五、預期困難與對策 

( 一 ) 就目前的研發現況 , 提報所可能衍生的技術、環保、法規、財務或市 

場困難或瓶頸。 

限氧自營性硝化脫硝程序研發技術 , 須連續運轉一年以上 , 才能獲最佳 

操作條件 , 尤其應用分子生物檢測技術篩選鑑定優質化硝化 / 脫氮菌及資料 

庫蒐集 , 需有穩定程序控制 , 才能建立完整基因資料庫。廢水中氨氮濃度變 

異不易控制 , 生物程序之穩定性需時一年以上 , 才能符合放流水環保法規 , 

有待技術育成對象三越公司之研發計畫持續運轉配合 , 才能達最適化程序控 

制。 

( 二 ) 針對前述在應用推廣上所可能遭遇之困難或瓶頸 , 提出可行之解決對 

策。 

本計畫核心技術限氧自營性硝化 / 脫硝模場培養槽特殊功能設計 , 期中 

已有部分硬體改良裝置。但因現場人力需求缺乏 , 需加強現場人員與研究人 

員配合改善模場操作正常運轉 , 並調控好氧硝化菌及厭氧氨氧化菌之槽內濃 

度避免流力沖失。因此 , 特殊菌之生物膜量產技術 , 為推廣應用之瓶頸 , 須 

持續研發 , 加強模型場硬體改良及菌劑量產技術研發。 

96


附件一期初審查意見回復表 

「限氧自營菌硝化脫硝程序應用於石化業高氮廢水之技 

術開發」計畫 / 成大技轉創新育成中心審查意見回覆表 

審查委員 : 王所長碧、李教授澤民、陳局長雄文、曹顧問賜卿 

委員一 

委員意見 

1. 本計畫具有前瞻創新性。 

2. 計畫內容很多 , 需要良好之規劃及進度管 

控。 

委員二 

1. 已找出此一菌種 , 如能進一步探討 

其操作控制條件或參數 , 將有助於低碳高氮 

廢水之處理。 

委員三 

1. 以傳統 AOAO 硝化脫硝之方法處理石化 

廢水 , 其氨氮去除效率僅 15%, 尤其 COD 

若低 , 處理效率更差。 

2. 本研究希於流動式接觸來培養出 

Anammox 菌。 

委員四 

1. 本計畫透過已發現之 Anammox 菌處理高 

氮廢水 , 具有實用價值 , 值得研究。 

謝謝委員指教 , 

回覆意見 

1. 針對低 COD 高氮廢水 , 以現有傳統 AO 硝化 

脫硝程序無法進行脫氮去除 , 本計畫擬以自營性 

微生物硝化 / 脫氮程序來處理含氮廢水。 

2. 計畫進度會依照計畫書內容查核指標控管。 


目前本研究已發現在本計畫中的石化廢水處理 

廠中發現自營性的脫氮菌 , 後續將針對微生物的 

培養、程序控制及應用性的推廣。 


1. 傳統 AOAO 硝化脫硝程序中 , 因脫硝程序中 

需要有機碳源當作電子的提供者 , 在低碳源 

的含氮廢水 , 是不利此生物程序的運作。 

2. 本研究擬以生物膜固定在擔體上 , 期已有利 

於自營性脫氮菌的培養 , 應用在含氮廢水的 

生物處理程序中。 


目前針對本計畫的廢水處理廠中微生物族群的 

觀察 , 確實已發現自營性脫氮菌的生物族群。 

97

附件 

附件二期中審查意見回覆表 



審查委員 : 盧明俊委員、洪慶宜委員、陳明仁委員、呂明和委員 

委員意見 

委員一 

1. 計畫之技術開發針對特殊性質廢水處 

理 , 並具微生物代謝之學理基礎 , 此技 

術之開發及實場化應予肯定。 

2. 建請報告能更清楚列出本計畫需突破的 

技術瓶頸 ( 如 Anammox 優勢菌相之維 

持 , 操作控制點等 ), 如此將能更清晰本 

計畫之技術面創新效益。 

3. 建請報告能呈現本項開發技術潛力之量 

化預估 , 以更清晰本計畫之育成效益。 

謝謝委員指教 

回覆意見 

1. 謝謝委員指教 

2. 將就指標性操作條件詳述 , 如 pH 控制因 

子、溶氧控制因子等。 

3. 依據委員而言修改期中報告內文 

委員二 

1. 建議報告中 , 應列出各工作項目的查核 

點 , 說明目前計畫執行進度。是否符合 

預期 , 若沒有請說明 , 因應措施。 

2. 建議未來提出報告 , 請依環保署要求格 

式 , 撰寫報告。 

3. 期中報告中 , 請列出委員意見及回覆 , 

其中建議指出修改處之頁數。 

委員三 

1. 報告中應補充具體之計畫目標 , 工作項 


1. 期中修訂後版本 (P22-P24), 有詳述之。 

2. 謝謝委員指教 , 依據要求格式撰寫 




目及工作進度應執行情形。 

2. 關鍵技術 : 特殊功能的脫氮菌 (P37) 可由 

2. 補強關鍵技術 ( 菌、Reactor、控制參數 ) 專一性的 primer Pla46rc 及 Amx368r 將功能 

創新發展之說明。 

性的基因片段夾出並在 PCR 電泳圖中呈 

現 ; 反應槽的設計與改良 , 已由三越公司建 

3. 對於 MBBR 搭配特殊導管及 Jet 設計於 

構完成 (P25-P33); 控制參數已由實驗室建 

放大設施中 , 其流力動力是否符合預期 

98


功能 , 請說明。立生物膜 bioreactorm 運轉試驗。 

委員四 

1. 本計畫以分子生物學的觀點 , 突破傳統 

廢水生物處理的操作觀念 , 提供未來更 

有效率掌控生物性能的可能性。 

2. 綜觀本計畫期中報告 , 似乎僅著重於個 

別實驗方法與技術描述 , 看不出如何藉 

此達成如 “1-2 研發目的 ” 所預期的成 

效。例如 : 

2-1) 生物功能性指標項目與作用尚未定義 

清楚 ? 未來是否方便實務上的應用 , 就 

如同傳統操作參數 SVI、TSS、VSS、 

COD 或 DO 等的使用。 

成效達到預期目標 ? 決定成效的關鍵 

操作條件 ?Start-up Prouder 是否已建 

立完成 ? 

3. 模場建構時 , 為了應對生物膜的生成 , 特別 

將紊亂的流況中架設了導流管 , 目的是讓流 

況有秩序的循環流況 , 也較不容易讓生長的 

生物膜剝落。 



2. 目前期中截止前 , 現場模場剛架構完成試 

車 , 對於目前預期成效有限 , 已於實驗室並 

行架構一反應槽並行操作 , 擬藉由實驗室的 

操作參數回饋提供模場操作策略的研擬 ; 

2-1) 本研究限氧自營菌硝化脫硝程序主要是 

控制溶氧因子 , 來建立限氧狀況下的硝化 

/ 脫氮程序控制 , 主要計畫利用載體 

(MBBR/Bio-WEB) 來吸附或附著長成 

生物膜 , 利用程序控制調控生物膜的生 

長 , 與傳統活性污泥法 (AS) 不同。 

2-2) 反應器利用 JET 的噴嘴將氣體與液體混 

2-2) 有關生物反應器的流力與曝氣氧傳係合 , 達到溶氧提高的目的 , 應用實驗室規 

數測試 , 是否建立在實驗室規模 ? 而既模 (50L) 到模場反應槽規模 (0.8 噸硝 

有的分散係數 (D/μL) 與質傳係數 (K ha ) 化槽 ), 應用上符合目前反應槽操作參 

應用到工業化等級的 Bioreactor 設計數 , 若要應用到工業級等級放大規模 , 在 

經驗設計參數上 , 需要掌握載體粒徑與管 

時 , 是否有工程上的「經驗設計參數」 

徑的比值 ,JET nozzle 噴嘴的位置等因 

需要注意 ? 

素。 

2-3) 目前實驗室規模之 Bioreactor, 其運轉 

2-3) 實驗室規模反應器主要由兩個部分組成 

主辦單位意見 : 

1. 本計畫甄選當時 , 應徵團隊以「已找出 

第一個部分 :MBBR 流動式接觸床 , 主 

要提供好氧硝化菌附著生長 , 第二部 

分 :Bio-WEB 不織布載體 , 主提供缺氧 

/ 厭氧氨氧化菌附著生長。主要關鍵為溶 

氧控制 , 是否能有效將氨氮轉換到亞硝 

酸鹽氮並無硝酸鹽氮的累積 , 目前程序 

中啟動策略尚未臻完備 , 因此後續可針 

對快速啟動的方式建立。 

謝謝主辦單位指教 

1. 本計畫甄選時已有兩年以上針對大社石化廢 

99

附件 

此一菌種」及「已發現 Anammox 菌」勝 

出 ( 詳審查意見二位委員所記 ), 並應允 

就此基礎進一步探討 , 以了解 Anammox 

菌之應用可能。 

2. 然而在期中報告中並無針對當初評選的 

Anammox 菌進行任何直接的進一步研 

究進度 , 所列 BNP test、S.OUR、電子顯 

微鏡菌相觀察、DNA 萃取、PCR、T-RFLP 

等均為過去已建立方法的敘述 , 亦無任 

何新增新測數據。實驗室設備改裝亦無 

任何新增新測數據。實驗室設備改裝亦 

無任何與培養 Anammox 菌有關聯之敘 

述設計或量測產出 , 其他 tracer test 等亦 

同。 

3. 期中報告對預定工作總量、方向及完成 

事項 , 未來工作等均付厥如 , 宜全面重 

新檢視 , 另予審查。 

水處理廠之研究 , 發現現場污泥中 , 經過強 

化培養後 , 以專一性 primer( Pla46rc 及 

Amx368r) 可以夾出具有 Anammox 族群的 

微生物反應 , 並在批分次的水質驗證中發 

現 , 的確有自營性硝化脫氮發生 , 因此應允 

委員就此一基礎深入開發應用限氧的技術來 

處理石化工業廢水。 

2. 期中前針對反應槽架構及自營性硝化脫氮菌 

的培養 , 因反應槽構置及啟動測試 , 對於厭 

氧氨氧化菌的功能特性有失偏頗 , 因此後續 

將就反應槽操作與厭氧氨氧化菌的脫氮效能 

進行連續監測評估 , 所應用的分生檢測技術 

乃是協助反應槽連續操作中 , 微生物族群之 

變化 ( 或檢測有無 ) 的依據 , 在本研究中 , 

以開發限氧自營性硝化脫氮程序為主。 


100


附件三期中審查 ( 複審 ) 意見回覆表 



審查委員 : 盧明俊委員、洪慶宜委員、陳明仁委員、呂明和委員 

委員一 

委員意見 

1. 其中報告內容已就主辦單位意見 

修正 

2. 就報告內容 p23 所列查核內容 , 似 

乎沒有反應研究動機 (P2) 所強調 

的「… 有效脫氮處理技術」的功能 

項目評估 , 例如省能源 , 降低污染 

生產量等。 


回覆意見 

1. 已修正期中報告審查內容。 

2. 降低溶氧供應相對降低鼓風機動力輸出 , 在 

實廠應用上有助於降低電力輸出 80% 以上 

(DO:3-4 mg/L→0.8-1 mg/L), 另外在將低污 

染上 , 因其特殊自營性微生物是利用無機碳 

源當碳源 , 因此會增加 CO 2 的利用 , 另外厭 

氧氨氧化菌降解氨氮過程中並無 CO 2 的排 

放 , 因此相較其他生物技術污染程度較低。 

委員二 

無 

委員三 

無意見。 



委員四 

1. 分子生物檢測已證明研究團隊在實場尋 

獲 Anammox 菌。然如何以工程設計提昇 

活性應為下階段重點。 

2. 建請期末報告將審查意見之回應情形至 

表對應。 


1. 本計畫利用不織布載體可以截流吸附大量微 

生物 , 每單位不織布可以吸附 0.44 個單位的 

biomass, 此方式可以有效截流難生長的自營 

性硝化菌及較長生長期的厭氧氨氧化菌。 

2. 謝謝指教 , 以制表回應。 

101

附件 

附件四期末審查意見回覆表 



審查委員 : 巫鴻章委員、張裕釧委員、洪文宗委員、賴美津委員、 

呂誌翼委員 

委員意見 

回覆意見 

委員一 

1. 本計畫工作內容甚多 , 相關統合工 

作顯得異常重要 , 尤其模場之工作 

如何承接實驗室之研發成果 , 加入 

落實 , 方能完成技術擴散。 

+ 

2. 實驗室之實驗能否建立 DO/NH 4 與 

產生之 NH + - 

4 /NO 2 關係 ,NH + - 

4 /NO 2 

在哪種比例下脫氮效果最佳 ? 

3. 以厭氧氨氧化菌進行脫氮最重要之 

最終參數為 CO 2 、NH 4 + 、NO 2 

- 

之比 

值 , 以目前之研究結果看起來 , 利 

用串聯處理脫氮效果已達 70% 以 

上 , 然是否有考慮進行 NH 4 

+ 

與 NO 2 

- 

之分開進流 , 意即在第一段好氧槽 

中控制溶氧使 NH 4 

+ 

轉換成 NO 2 - , 再 

由原廢水添加 NH 4 + , 以遂行最佳之 

NH 4 

+ 

比值 , 使氨氮在好氧槽中完全 

轉化為 NO 2 - , 卻又不進一步轉成 

NO 3 - 。 

4. 藉由方程式換算時是否改採用莫耳 

濃度取代重量百分率濃度較易了 

解。 

5. 圖標號錯誤甚多需改正。 

6. P.46 碳酸氫鈉消耗量沒標示出來。 

7. 實驗室諸多試程應挑選最適合者 , 


1. 謝謝委員指教 , 後續持續會針對實驗室提供 

之完整控制因子落實在實場模場的操作 , 我 

與三越公司會持續針對模場操作達 1 年以 

上。 

2. 目前實驗室規模與模場規模程序控制上是接 

近 CANON/OLAND 的形式 , 因此 

NH 4 + -N/NO 2 - -N 的比例監控上 , 較不容易 ( 無 

亞硝酸鹽累積 ), 若以文獻中厭氧氨氧化菌資 

料來看 ,50 mg/L/50 m/L 為較佳的反應區 

間。 

3. 國際上 , 荷蘭鹿特丹實廠是以 

SHARON+ANAMMOX 兩種程序結合 , 第一 

段程序是將氨氮 (NH 4 + -N) 轉化到亞硝酸氮 

(NO 2 - -N) 在迴流與進流水氨氮以 1/1 的比 

例進到 ANAMMOX 程序。目前實驗室規模 

與模場規模反應槽厭氧氨氧化除氮的限制因 

子在於亞硝酸化程序的速率提昇 , 若能分流 

進行亞硝酸化 , 在後續操作上 , 可以考量並 

加入 , 另外在分流操作上 , 需考量亞硝酸鹽 

的抑制毒性 , 這也是後續操作上需要克服的 

課題。 


5. 謝謝委員指教 , 會針對錯誤修正。 


7. 謝謝委員指教 , 後續會持續與三越公司合 

作 , 針對模場最佳化加以驗證。 

102


於模場加以驗證。 

委員二 

1. 本計畫屬於限氧自營性硝化脫硝程序應 

用於國內少有的模場及規模之案例 , 值 

得將研究成果進一步推廣。 

2. 研究中 5-2-2 和 5-2-3 所用的菌種不同來 

源 , 操作方式也不同 , 請說明原因。 

3. 研究中 5-2-2 再不控制溶氧的階段已可 

達 70% 的總氮去除率 , 而後續改變溶氧 

值的各試程並未超過 70% 的去除率 , 試 

說明原因。 

4. 研究中 5-2-2 所用的兩槽式反應器要能 

個別監測出溶氧和 pH 值的變化較能確 

實掌握 anammox 的活性。 

5. 三越公司所建之現廠模槽的處理效果偏 

低 , 僅及 20%, 可由光電廠廢水的處理 

成果和成大二槽式反應器的研究成果檢 

討效能低落的原因。 

6. 在硝化菌族群的分析中可見到亞硝酸化 

和硝酸化的菌群並存 , 可以再進一步分 

析數量上的差異。 


1. 謝謝委員指教 , 後續針對在於限氧硝化氨氧 

化程序應用在石化工業廢水、光電廢水等高 

氮廢水 , 並評估其推廣之可行性。 

2. 5-2-2 兩相式 (MBBR/Bio-WEB) 生物反應 

器與 5-2-3 R-UASB 生物反應器 , 其植種來 

源皆來自於大社石化廢水處理廠污泥 , 其中 

R-UASB 生物反應器的污泥是經模場馴化後 

再植種到反應槽 , 兩者差異是一個有馴養 , 

另一個無馴養 , 皆來至大社石化廢水處理廠。 

3. 5-2-2 程序啟動初期 (0-21 天 ), 總氮去除率 

可達 70%, 但 RUN1 從 22 天 -67 天 , 總氮去 

除率是逐漸下降至 10% 左右 , 主要原因推 

測 , 因大社石化廢水處理廠程序為 PACT, 

主要在活性污泥程序中添加粉狀活性炭 , 活 

性炭的功能除了吸附有機碳外 , 也可以提供 

部分生物膜附著 , 因此推測啟動 3 個禮拜 

內 , 活性炭吸附的有機物與硝化後的產物硝 

酸鹽 / 亞硝酸鹽行脫硝作用 , 因此在總氮的去 

除上 , 有明顯變高 , 但後期 (3 個星期後 ) 

有機碳源被利用殆盡 , 因此去除率才快速跌 

落。但其吸附有機物量需要驗證方可證明。 

4. 目前實驗室規模與模場規模程序控制上是接 

近 CANON/OLAND 的形式 , 因此監測各槽 

pH 及 DO 無立即性意義 ( 實際上視為一槽 ) 

5. 現場模場操作較不容易 , 需要克服管路堵 

塞、載體堵塞等問題。 

6. 在微生物族群定量上對於程序控制上有一定 

的意義 , 但在初期程序控制的要件與穩定的 

操作下的水質分析 , 在整個計畫佔有相當大 

的份量 ( 限氧自營性厭氧氨氧化程序 ), 因此 

待程序穩定後 , 在就其族群定量上分佈分析。 

委員三 

1. 本計畫開發之限氧自營菌脫硝程序可應 

用石化業及光電業之高氮廢水 , 有助於 


1. 謝謝委員指教 , 後續針對在於限氧硝化氨氧 

化程序應用在石化工業廢水、光電廢水等高 

103

附件 

解決區域性氮循環破壞所造成氮污染之 

問題。 

2. 本研究嘗試以既定之程序 , 培養出特殊 

之 AOB 及 Anammox 去除高氮廢水 , 其 

中整合環工技術及微生物分子生物測定 

技術有其難度 , 實屬不易 , 但也造成過 

程中不確定性增加。 

3. 建議注意操作條件及程序控制之穩定 

性。 

委員四 

1. 建議提供此系統與目前的其他除氮系統 

的除氮與能量等效益的比較 ( 系統性的 

比較 ) 

2. 所呈現的電泳與分生數據缺乏控制組等 

適當的比較 , 無法呈現槽內生物膜的微 

生物確是硝化相關微生物 , 或這些菌所 

佔生物膜族群的比例。 

3. 整理報告內容缺乏近 200//2009 的相關 

研究的資料與比較。參考文獻列的方式 

作者的 Last name 與 First name 混用 , 且 

相當多是不完整的文獻 , 同時大部分所 

列文獻未在內文中出現。數據與圖表中 

有相當的無意義的數字 , 例如應用濃度 

而非體積表示。 

4. 另添加硝酸鹽是否應避免。 

5. 是否建立 16SrRNA probe 或其它 

functional gene probe 以螢光觀察的方式 

進行。 

委員五 

1. 本計畫利用分子生物檢測厭氧氨氧化菌 

及其他共存的菌群是很重要的指標工 

作 , 但是研究中只使用 primers 進行 PCR 

擴增及輔助以顯微鏡觀察 , 似乎不易說 

明實際之微生物菌群的組成及其比例。 

2. 在成大實驗室內以大社現場污泥作為接 

種菌源 , 但是實驗過程中其 CO 2 產量明 

顯增加 , 請說明如何符合計畫所提利用 

氮廢水 , 並評估其推廣之可行性。 

2. 謝謝委員指教 , 連續 200 多天連續操作下 , 

應用分子生物檢測功能性微生物存在與否是 

已具能力 , 但若連續監測其族群定量與程序 

控制的關鍵技術 , 在未來研究上勢必將其加 

入。 

3. 本年度在連續操作下已掌握其關鍵參數 , 因 

此後續穩定操作及提昇功能作努力。 


1. 謝謝委員指教 , 會將本研究與國內外其他研 

究成果繪表整理比較。(P20) 

2. 謝謝委員指教 , 的確在電泳圖譜操作上缺乏 

positive control 的指標 , 後續將針對這一部份 

缺失改善 , 另外功能性微生物佔生物膜的比 

例 , 在本年度計畫中並未進行 , 後續將持續 

針對這一目標改進。 

3. 謝謝委員指教 , 目前本研究文獻資料以荷蘭 

Jetter and Mulder et al. 團隊為主 , 也較為完 

整。後續會繼續整理各國相關最新研究 , 並 

就內文不合理資料進行修訂。 

4. 添加硝酸鹽氮 (NO 2 - -N) 試程 , 乃是評估厭 

氧氨氧化技術是否可應用在含氮光電廢水 

中 , 後續將針對自營性硝化脫氮程序應用在 

光電廢水處理流程。 

5. 目前持續針對厭氧氨氧化菌的 clone library 

資料庫建立 , 後續會針對委員所提螢光觀察 

方向進行 


1. 本研究限氧自營菌硝化脫硝程序主要是控制 

溶氧因子 , 來建立限氧狀況下的硝化 / 脫氮程 

序控制 , 其中以分子生物的技術來偵測生物 

族群中的有無及限氧硝化菌族群的變遷 , 在 

檢測上 , 利用單一 primer 進行 PCR 放大的 

方式檢測厭氧氨氧化菌方式是有顯獨斷 , 但 

在工程的角度上而言 , 這是一個快速篩選合 

104

自營菌硝化脫硝微生物進行高氮廢水處 

理。又實驗所使用是混合菌群 , 如何控 

制其參數 , 使限氧自營菌硝化脫硝程序 

有最佳的效率。 

3. 請說明如何才算是「利用分子生物檢測 

法 , 建立優質脫氮菌種之基因資料庫 , 

為產品化規格」? 何謂「優質」? 此時 

其操作參數如何 ? 何謂「產品化規格」? 

請說明。 

適的污泥來源的方法 , 後續實成功大學與三 

越公司將會延續本計畫的育成 , 後續會將實 

驗室經驗應用在模場的 upgrade 上 , 持續針 

對這一個課題努力。 

2. 委員所指應該是原始污泥在利用氨氮與亞 

硝酸氮的評估上 , 實廠污泥來源屬於混合系 

統 , 因此微生物族群並不偏頗在於厭氧氨氧 

化菌 , 利用提供優勢的環境 , 希望增加厭氧 

氨氧化菌的數量 , 當然在過程中 , 植種污泥 

當中存在著 PAC 會吸附大量的有機碳 , 因此 

此環境也會提供異營性的脫氮菌滋長 , 在內 

文 P79 有詳述其關係。本計畫是利用限氧的 

工程控制技術 , 達到工業廢水除氮的效果 , 

利用純菌系統是無法應付實際實廠應用廢水 

處理程序 , 目前 lab-scale pilot 及現場的 pilot 

已操作達 200 天以上 , 目前實驗室規模的 

pilot 總氮去除率以達 70% 以上 , 其控制條件 

HRT=12hr, 負荷 NLR:0.3-0.4 kg 

N/m 3 -day, 溶氧控制因子 DO:0.8-1.0 mg/L, 

後續將針對優化後的因子應用在現場模場培 

養槽的功能提昇。 

3. 謝謝委員指教 , 目前與三越公司持續進行厭 

氧氨氧化菌強化培養的技術 , 其基因資料庫 

也持續進行建立 , 目前大社系統當中從其他 

水質資料及部分分生角度的偵測 , 能穩定存 

在系統當中的族群 , 並具有其功能性 , 在後 

續優質化培養的過程中 , 含能存在並具功能 

性 , 在本計畫是利用生物膜培養方式讓微生 

物附著生長 , 目前不織布載體上每單位載體 

有 0.44 個單位的微生物 , 已具有量產的潛 

力 , 另外在規格的訂定上 , 誠如其他委員所 

述 , 除了定性之外 , 還有有切確的定量技術 , 

方可達到規格化的目標。 

分主辦單位意見 : 

1. 英文摘要並未與中文摘要相對應 , 請增 

加英文摘要之中文摘要有的技術部分。 

(「中英文摘要撰寫指引」可上環保署網 

謝謝主辦單位指教 

1. 謝謝指教 , 會依循撰寫指引寫作編排。 

2. 會針對結論編排方式修正。 

105


頁參考 ) 

2. 「結論與建議」的寫法 , 在格式上請寫 

成一段一段文字 , 不宜在每一段文字中 

又分 a.b.c.、甲 . 乙 . 丙 . 及 i.ii.iii. 等小項。 

項次也不宜太多 , 宜就重大結果融合綜 

合後寫出一段文字 , 細項結果可能要放 

置在各章節之結果中。 

3. 期中審查第一次委員及主辦單位審查意 

見未收錄於報告中 , 請補列上 , 委員姓 

名也應補上。 

3. 已收錄於附件中 ( 二、三、四 ) 

106

附件 

附件五行政院環境保護署「限氧自營菌硝化脫硝程序應用於石化業高氮廢水 

之技術開發」計畫結案報告確認表 

項目受委託人業務主管單 

自評 ( 符位複評 ( 符 

合者打合者打 ˇ) 

ˇ) 

一、報告格式 

1. 封面是否註明計畫名稱、計畫編號、「行政院環境保護 

署委託研究」或「行政院環境保護署編印」字樣 ( 計 ˇ 

畫執行單位、計畫執行人員、計畫執行期間及印製年 

月 ) 

2. 書脊是否註明計畫名稱及「行政院環境保護署」之字 ˇ 

樣 ? 

3. 封底是否註明「本報告係受託單位或計畫主持人個人 ˇ 

之意見 , 僅供本署施政之參考」、「本報告之著作財產 

權屬 ( 委辦者 ) 所有 , 非經 ( 委辦者 ) 同意 , 任何人 

均不得重製、仿製或其他之侵害」及圖書統一標號 ? 

二、報告內文 

4. 是否已撰寫報告基本資料表 ? ˇ 

5. 是否已撰寫完整摘要 ? ˇ 

(1) 中英文計畫摘要 ( 簡要版 , 各約三至五百字 ) ˇ 

(2) 成果摘要 ( 詳細版 , 約四千至一萬字 ) ˇ 

6. 是否已撰寫目錄 ?( 含章節目錄、圖表目錄及附件目 ˇ 

錄 ) 

7. 是否依規定撰寫前言 ( 報告於前言或緣起內應述明計 ˇ 

畫由來及目的、執行進度、經費及各重要工作要項負 

責執行之人員資歷與專長 ) 

8. 是否依規定撰寫結論與建議 ? ˇ 

9. 計畫內若有統計實證是否已述明其操作型定義、問卷 

架構、方法、回收率、有效度及可信度 ( 無統計實證 

者免填 ) 

10. 計畫若有採樣分析 , 記錄是否完整 ?( 無採樣分析者 

免填 ) 

107


11. 對檢測數據是否已深入探討數據對於環境或研究主 

題以及政策上之意義 ( 無檢測數據者免填 ) 

12. 涉及對事實判斷者 , 是否確實掌握相關資訊 ( 無涉事 

實判斷者免填 ) 

13. 應用模式推估之計畫 , 是否述明模式原理、採用參數 

及原始資料等 ( 無應用模式推估者免填 ) 

14. 報告附錄是否依契約齊備 ( 例如 : 調查問卷、本署審 ˇ 

議意見及研究主持人之修正說明、各項座談會紀錄、 

出國訪問報告、相關統計資料、法規及文件等重要資 

料 ) 

三、本計畫應繳交文件 

15. 計畫報告紙本 ( ) 冊及未設密碼之電子檔 (word ˇ 

檔或 PDF 檔 ) 三份 

16. 中英文計畫摘要紙本及 word 電子檔 ( 簡要版 ,300-500 ˇ 

字 ) 

17. 成果摘要紙本及 word 電子檔 ( 詳細版 ,4,000-10,000 ˇ 

字 ) 

18. 計畫成果效益自評表紙本及 word 電子檔 ( 非科技計 

畫者免填 ) 

19. 重要成果效益報告 ( 依國科會要求填報 , 非科技計畫 

者免填 ) 

20. 計畫執行摘要表 ( 如附件 , 以 A4 一頁為原則 , 應經 

委託單位主管簽名認可 , 結案時影印送主秘室及科顧室 ) 

四、其他 . 

21. 期末報告審查會議紀錄影本 

22. 期末報告書一本 ( 呈核時須檢附 ) ˇ 

23. 金額在一百萬元以上者 , 如結案併同辦理撥款時 , 

須檢附勞務結算驗收證明書 

24.(1) 計畫執行期限截止日期 

12 月 31 日 

(2) 期末報告初稿送署日期 

12 月 7 日 

(3) 期末報告審查會日期 

12 月 16 日 

(4) 期末報告會議紀錄發文日期 

12 月 24 日 

(5) 期末報告修正本送署日期 

12 月 25 日 

月日 

月日 

月日 

月日 

月日 

108

附件 

(6) 期末報告本署核可日期 

(7) 正式報告送署日期 

(8) 本署認可日期 

1 月 5 日 

月日 

月日 

月日 

月日 

月日 

25. 計畫成果是否已於本署「環境資訊蒐集及審查系 

統」完成登錄及審查 ( 請會監資處查驗 ) 

26. 研究報告結案後寄送指定寄存圖書館 ( 名單洽綜 

計處 , 共 32 處 ; 中央圖書館二份 ) 

27. 研究報告電子檔送國科會科資中心二份 ( 非科技 

計畫者免送 ) 

28. 研究報告全文電子檔 (Word 或 PDF) 及報告定稿 

紙本各一份 , 送科顧室制作光碟 ( 非科技計畫者免送 ) 

計畫單位主管 :___________ 科長 :____________ 承辦人 :____________ 

109

限氧自營菌 

附件六 96 年度「挑戰二 00 八 : 國家發展 

重點計畫」 

期末成果報告 

計畫名稱 : 限氧自營菌硝化脫硝程序 

應用於石化業高氮廢水之技術開發 

主管機關 : 行政院環保署 

執行單位 : 國立成功大學 

110

國發編號 : 

附件 

計畫名稱 : 限氧自營性硝化脫硝程序應用於石化業高氮廢水之技術開發 

主管部會 : 行政院環保署 

執行單位 : 國立成功大學 

96 年計畫金額 :3,622.6 千元 

( 補助經費 1,800 千元 , 自籌經費 1,822.6 千元 ) 

全程計畫金額 :3,622.6 千元 

壹、執行成果 ( 投入成本 / 產出之績效成果 ) 



(~50 mg/L) 。 


(20~40mg/L), 但在缺氧系統中並無明顯脫氮現象 , 主要是廢水 

中有機碳不足所造成 , 無異營性脫硝菌生長。 




b. 現場好氧槽 K L a 氧傳的測試結果 , 以氣體流量 6-10 mL/min 有較 

佳的循流氧傳效果。 

c. 不織布載體確實有攔截污泥附著生物膜的功能 , 其微生物吸附量 

可以達 0.44 gVSS/g 不織布載體 (2987 mgVSS/L) 


a. 現場噸級模場已可以從現場原生菌培養出硝化菌及厭氧的氨氧化 

菌。 

b. 利用 MBBR 擔體培養硝化菌生物膜生成較慢 , 額外添加碳源擬增 

加微生物多樣性的生長 , 強化生物膜的生成。 

c. 現場原生菌封瓶批次培養 , 使用基質是現場稀釋後的原廢水與額 

外添加的亞硝酸鹽 , 在 1 個禮拜內有氮氣生成 , 顯示原生污泥中具 

有厭氧氨氧化菌。 

d. 連續流培養中的硝化菌及厭氧氨氧化菌 , 在進出流水質可以發 

111


現 , 廢水中的氨氮有明顯降解 , 總氮約有 20% 以上的去除率 , 出流 

水有部分 NOx 的累積。 


在啟動初期以低負荷進流在 2 個禮拜內可以快速提昇厭氧氨氧化 

菌的脫氮能力 , 以分子生物檢測可以發現厭氧氨氧化菌族群的存 

在 , 後期逐漸提昇負荷 , 去除率也逐漸提昇。在 Run 1 階段 , 溶氧 

控制在 2mg/L 以上 , 由反應槽進出流水質分析可得知 , 因溶氧太 

高 , 約 80% 的進流氨氮完全硝化為硝酸鹽氮 , 而亞硝酸鹽氮只占 

5% 左右 , 故厭氧氨氧化菌無氨氮及亞硝酸鹽氮可利用行脫硝作 

用 , 因此總氮去除率只有 10%~20% 左右。在 Run 2 階段 , 溶氧控 

制在 1~2mg/L 之間 , 分析結果得知 , 溶氧降低有助於抑制硝酸化 , 

故總氮去除率提升 20%~40% 左右。在 Run 3 階段 , 溶氧進一步降 

低至 1mg/L 以下 , 分析結果得知 , 總氮去除率大幅提升至 50%~70% 

左右 , 而出流之硝酸鹽氮濃度相較前兩階段 , 不增反降 , 因此可得 

知溶氧的控制對於厭氧氨氧化程序是一個非常重要的因子。Run4 

及 Run5 的溶氧控制策略上 , 以 DO=0.5mg/L 為分界 , 在 0.5mg/L 

以下氨氮會因供氧不足 , 硝酸鹽氮無法轉換到亞硝酸鹽氮供後段缺 

氧槽厭氧氨氧化菌利用 , 因此會有較多的氨氮累積 , 在 Run5 提高 

溶氧到 1mg/L~0.8mg/L 時 ,AOB 將氨氮能足量轉換到亞硝酸鹽 

氮 , 此時厭氧氨氧化菌的脫氮能力較佳 , 能將產生之亞硝酸去除脫 

氮。理論上 , 厭氧氨氧化程序 , 其總氮的去除率可達 85%~95%, 

副產物為 15%~5% 的硝酸鹽氮 , 後續將持續調整其負荷 , 增殖生物 



啟動初期總氮容積負荷速率 100mg N/L-Day 的第一試程 Run1 中 , 

總氮的轉化率大約 50% 左右 , 顯示此培養條件下 , 自營性脫硝菌能 

快速夠將氨氮與亞硝酸氮轉化至 N 2 。在總氮容積負荷速率為 200mg 

N/L-Day 的第 2 階段試程裡 , 可發現總氮的轉化率在第 112 天以後 

有逐漸上升的趨勢 , 而且轉化率也上升至 46% 左右。試程 Run3 中 

引入甲烷系統處理後的光電廢水當基質提供氨氮 , 額外添加亞硝酸 

鹽氮共處理 , 在連續操作達 2 個月的試程可以發現 , 總氮去除率由 

原本 46% 快速提昇到 70%, 並穩定持續 , 顯示本技術可以應用在 

含氮污染的光電廢水。 

112

附件 


a. 利用 T-RFLP 檢測技術 , 可以將現場及培養槽中的硝化菌族群建 

立指紋圖譜資料庫 , 現場硝化菌 AOB 主要以 Nitrosomonas 


b. 以 primers Pla46 and Amx368r 的 PCR 結果 , 經培養後的原生菌 

內具有厭氧氨氧化的微生物族群存在 ( 可能包含 Brocadia, Kuenenia 

and Scalindua 3 屬厭氧氨氧化菌 ), 但以垃圾滲出水培養的微生物 , 

卻無厭氧氨氧化微生物族群的發現 , 再度驗證實廠原生污泥中的確 

具有厭氧氨氧化菌的存在。 


Nitrosomonas europaea 這一族群為主 , 主要將氨氮轉化到亞硝酸鹽 

氮 , 而 NOB 以 Nitrospira sp. 或 Nitrobater sp. 這一屬的菌為主 , 主要 

將亞硝酸鹽氮進一步的氧化到硝酸鹽。其中溶氧與其族群的變遷 , 

再加上厭氧氨氧化菌 3 種不同功能的微生物族群的競爭 , 後續將針 

對缺氧槽的自營性脫氮菌的族群進行 clone 進行分析 , 來瞭解三個 

族群間的關係。 


定期與三越公司進行分子技術教學 , 主要目的是要建立學界與業界 

技術轉移及技術培育的工作 , 利用見習、實習、實作來培養分子生 

物技術的技巧。期許培育成果能技術轉移至環保技術產業 , 增加環 

保技術的升級及產值。 

113


貳、工作進度情況 

一、敘明本項計畫可評量之績效項目 

( 一 ) 脫氮菌之培養量產技術 

接觸材生物膜生長量可達 0.05 gVSS/g medium, 懸浮性生物質量可達 

MLVSS 1,000 mg/L, 生物反應槽設備容量噸級以上。 

( 二 ) 接觸材優質生物膜產品規格 

生物膜菌數達 10 6 CFU/g wt 量化指標 , 優質菌種分生檢測圖譜 DGGE 多 

樣性菌種鑑定圖 ,T-RFLP 優質菌種定性圖。 

( 三 ) 流動式接觸床流體動力特性指標 

限氧脫氮菌接觸曝氣槽之氧傳係數 (K L a~10 hr-1), 流體延展係數越近 

CSTR 流況 ,ORP 負值及溶氧

附件 

三、資源運用情形 ( 人力、經費使用之情況 ) 

參與計畫人力資料 

參與計畫工作要項 

人員姓名或撰稿章節 

鄭幸雄 

曾怡禎 

計畫主持人 

反應槽操作指導 

計畫人力組織分配 


黃良銘 


自營性硝化菌、脫氮菌生 

物膜生長技術 


自營性硝化菌培養技術 

現職與 

簡要學經歷 




生命科學系教授 / 博士畢 13.1 



參與時間 

( 人月 ) 

楊耿豪 

模場採樣、原水運送、分 

生檢測、計畫經費掌控 


環境工程系助理 / 碩士肄 13.1 

楊雅斐 

分生檢測技術、 

活性檢測分析 


環境工程系助理 / 碩士畢 13.1 

夏惠萍 

特殊功能菌分析、水質分 

析 


環境工程系碩士生 13.1 

曹翔崴 

林翰璘 

水質分析、反應槽操作 

水質分析、反應槽操作 





115


計畫之實際執行與預期工作之差異分析 

表計畫第一期之預期工作與實際執行之差異分析 


工作項目 


差異 

分析 

落後 

原因 

困難檢討 

及對策 

預計改善 

完成日期 

流動式接觸床裝設已於 3 月初改建完成符合 

自營性硝化脫硝菌馴養 

流動式接觸床試車測試 

參與分子生物技術研習 


特殊脫氮菌分子生物檢 

測 


教學 

實驗室已進行自營性硝 

化菌及脫氮菌培養 

已於 3 月中進行 K L a 氧 

傳測試 



已採集實廠污泥進行硝 

化菌 AOB 檢測 

兩個禮拜馴養的自營性 


檢測出 



符合 

符合 

符合 

符合 

符合 

符合 

表計畫之第二期預期工作與實際執行之差異分析 


工作項目 


差異 

分析 

落後 

原因 

困難檢討 

及對策 

預計改善 

完成日期 

模場硬體維護 

1.3 月初改建完成 

2. 每月清洗電極及校驗 

符合 

116

附件 

限氧自營菌程序連續操作實驗室已進行自營性硝 

化菌及脫氮菌培養操作 

達 200 天以上 

符合 

生物活性檢測技術 

(SOUR、BNP) 


1.AOB、NOB 無機碳源 

影響 

2. 實場污泥自營性脫氮 

可行性評估 

1. 已採集實廠污泥進行 

硝化菌 AOB 檢測 

2.clone 石化廢水硝化菌 

族群 

符合 

符合 

特殊脫氮菌分子生物檢測兩個禮拜馴養的自營性 


檢測出 

符合 


目前已 

針對特 

殊脫氮 

菌進行 

clone 分 

析 


教學 


次總 DNA 抽取課程 


次總 PCR 課程 

符合 

參、計畫發展之重點技術 ( 或措施 ) 與國際之比較 

1. 國際上僅有荷蘭及日本有實廠規模的應用 , 而應用在石化工業廢水則是較 

創新的應用研究。 

2. 總氮去除率達 70% 以上 , 已具國際水準 , 後續需針對濃度變異負荷的影響 

評估 , 以求得程序的穩定度。 

肆、目前所遭遇之困難與因應對策 

1. 模場培養槽操作較不易 , 需要大量人力協助 

117


2. 特殊脫氮菌培養上容易受到氧氣的影響 , 過高或過低都會對其產生抑制 , 

目前是以第一段流動床塑膠擔體附著生物膜 , 提高硝化菌利用溶氧的效 

率 , 降低第二段缺氧槽自營性厭氧氨氧化菌受到溶氧的影響 

陸、已有之重大突破及影響 

1. 實驗室規模的反應槽以能處理石化工業廢水及光電廢水經厭氧系統處理後 

高氨氮的廢水 , 目前去負荷都有達到 0.2 gN/L-day, 而且去除率都有穩定達 

70% 以上。( 穩定操作 2 個月 ) 

2. 生物膜程序確實有能力生長更多功能性微生物 , 在啟動初期 1 個月內達到 

厭氧氨氧化的效果。 

3. 已尋獲高效率的自營性厭氧氨氧化菌 , 能在短期快速啟動。 

118

附件 

附件七行政院環境保護署 96 年度委辦計畫執行摘要 

( 請本署委託單位撰寫計畫之具體應用情形 , 以 A 4 一頁為原則 , 於結案時 

影送主秘室及科顧室 ) 

計畫名稱 : 限氧自營菌硝化脫硝程序應用於石化業高氮廢水 

之技術開發 

計畫執行期 

: 中華民國 96 年 11 月 19 日至 97 年 12 月 31 日 

程 

執行單位 : 國立成功大學環境工程系 

計畫主持人 : 鄭幸雄 

計畫經費 : 新台幣 362.26 萬元 

執行摘要 : 本計畫為研發含氮廢水限氧自營性硝化 / 脫硝程 

序 , 應用分子生物檢測技術 , 從菌種的篩選、菌 

種的培養、連續流的監測 , 國內外產業界鮮少使 

用。已實際應用石化廢水處理廠及光電廢水厭氧 

出流水評估出可應用本技術處理的能力 , 並已完 

成限氧硝化菌種之 clone 資料庫及 T-RFLP 圖譜 

之資料庫。8 個月連續流實驗室反應驗証中含氨 

氮廢水可處理性 (treatability) 確定可行 , 不同 

產業的廢水自營性脫氮程序驗證 , 確實本土原生 

菌具有自營性硝化 / 脫氮之能力。在特殊設計之 

反應槽連續操作下 , 各試程可穩定操作達 2 個月 

以上 , 利用模場培養的污泥當植種源提供實驗室 

規模反應槽使用 , 以原水連續流操作下 , 總氮去 

除率以達 70% 以上 , 放大規模應用可行性高 , 

已符合預期效益 , 模型場研發成果可作為商業化 

基礎。 

承辦處 ( 室、所 ) 主管簽名 : 承辦人員 : 

119


附件八期末報告簡報資料 

120

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