既有曝氣池
無痛功能提升MBR

如何將傳統活性污泥系統(MLE)在池槽不變、不設UF膜的情況下升級成台灣最需要の再生水廠

台灣傳統污水處理系統正加速邁向再生水時代

隨著水資源日益珍貴，政府亦積極推動再生水政策，全台多座傳統活性污泥系統正面臨升級轉型的關鍵時刻。各地目前正進行或規劃中的升級工程，目標是將現有污水處理設施，提升為兼具水質穩定與資源再利用能力的再生水廠。

目前既有污水廠功能提升為再生水廠主要四種方式，MBR+RO、MBBR+UF+RO、MABR+UF+RO、MLE+UF+RO。MBR+RO又分為平板膜MBR+RO及中空纖維膜MBR+RO，使用平板膜MBR+RO無需新建池槽且可以省下UF膜的建置成本，使用中空纖維膜MBR+RO可以省下UF膜的建置成本，但必須新建膜池以利恢復性清洗，而使用MBBR或MABR則無需新建池槽，但需要設置UF膜並提供廠房放置UF膜。無論採用何種方案，這些升級不僅是因應用水需求的轉變，更凸顯出台灣在水循環經濟與永續治理上的迫切需求。展望未來，各地水資源單位與營運者都在尋求技術成熟、運轉穩定、模組化擴充性強的解決方案，為既有設施注入新生命。

背景圖為美國Canton廠150,000CMD僅使用既有曝氣池功能提升MBR

MBR實務設計: Welcome

既有曝氣池功能提升平板膜MBR三步驟

目前台灣多數既有的市政污水廠，原設計多採用傳統活性污泥系統，主要配置包括初沉池、曝氣池與終沉池等池槽，若欲升級成平板膜MBR+RO，只需要做三件事情就可以搞定，以下將以北美最大MBR實績廠為例，說明其升級模式與執行重點。

1. 增設細篩機

細篩機最主要的功能有兩個，第一個是預防尖銳物質割傷MBR膜片，第二個則是與初沉池相同，去除污水中可沉澱性或大型物質，提高後續生物處理單元之處理效果。平板膜MBR的細篩機需求為≤3mm的圓孔型細篩機，而中空纖維膜的需求則為≤1mm的圓孔型細篩機。根據多座實績廠的運轉經驗，Kubota建議採用多種孔徑類型綜合使用，可有效簡化維護操作並提升系統穩定性。例如，25mm粗格柵＋4mm細格柵＋2mm圓孔細篩機的綜合應用設計，不同孔徑濾網的組合可在不同階段篩除尺寸不一的進流水雜質，來避免單一孔徑細篩機因孔徑過小堵塞而需頻繁清潔的情況。

北美最大MBR實績廠美國坎頓(Canton)廠，至今運轉10年多膜零更換，現場過去10年所使用的配置就是25mm粗格柵＋4mm圓孔細篩機＋2mm圓孔細篩機，而KUBOTA日本原廠的規定，僅有最後一道細篩機孔徑須為圓孔並小於或等於3mm。

2. 隔牆工程

除氮功能會需要缺氧池的存在，利用隔牆工程，將既有曝氣池隔成缺氧、混合池(膜濾好氧池)及脫氣池等。在平板膜MBR的世界，混合池的組成為曝氣盤區及 MBR區，前端為曝氣盤區，後端為MBR區，稱為混合池，又稱為膜濾好氧池。平板膜與中空纖維膜最大的不同，就在於平板膜池具有好氧池功能，可進行硝化作用。使用平板膜的MBR系統，總氮去除率與迴流比成正比，2.5Q迴流除氮可達71%、3Q迴流除氮可達75%、4Q迴流除氮可達80%、5Q迴流除氮可達83%...以此類推。

美國Canton廠即為既有曝氣池功能提升的典型案例。工程公司將原有曝氣池隔成厭氧(除磷)、缺氧(脫氮)、曝氣盤區(硝化)以及MBR區(硝化+過濾SS)。值得注意的是，曝氣盤區HRT僅0.62hr。透過有效分區與 MBR 系統整合，可達成優異的處理效能。

3. 停用初/終沉池

改成緊急應變池或調整池。

在增設細篩機後，初沉池成為可省略的角色；眾所皆知，採用MBR最大的優勢即為可完全取代終沉池，進一步有效節省佔地面積。

根據國土署於113年初公告之《污水處理廠重要設備規範》中有提到：「污水處理廠中，細篩機常用於保護膜處理單元(如MBR)，使膜單元不受損壞或堵塞；替代細攔污柵之前處理或替代初沉池，用以攔除漂浮物、浮渣等，減低下游單元之操作障礙如轉動設備纏繞。」

有些污水廠會沿用初沉池，為了達到所需的再生水量，截流取水是近幾年設計再生水廠的常態。然而初沉池除了會移除大型沉澱物SS之外，也會移除約30%的BOD，續用初沉池的方式容易導致缺氧池的碳源不足，而需要額外加碳源，增加操作成本。因此，將初沉池與終沉池改為緊急應變池或調整池才是最佳設計。

美國坎頓(Canton)廠於2017年9月，因融雪與大雨同時發生導致超大水量灌入坎頓廠，MBR膜的通量，從平均日的150,000CMD，直接兩倍暴漲到333,000CMD，當時就開啟了平時備而不用，由初沉與終沉改建而成的緊急應變池共16池，去消化突然暴增的水量，最終順利的落幕。

MBR設計

MBR實務設計: Features

圖為美國Canton廠150,000CMD遵循功能提升三步驟 2016年運轉至今

如何判斷既有曝氣池夠不夠大？

設計參數(一)：MLSS操作濃度

MBR相較於傳統活性污泥系統MLE的好處，相信各位在網站或書本上都可查到大同小異的答案，不外乎就是放流水質更佳跟佔地面積更小這兩項。佔地面積較小這點，跟所需池槽較小相同，主要原因來自於MBR的MLSS操作濃度是傳統活性污泥系統MLE的好幾倍。一般傳統活性污泥系統的MLSS濃度介於2,000~5,000mg/L，MBR又分為中空纖維膜與平板膜。中空纖維膜MBR的MLSS操作濃度介於5,000~12,000mg/L，在台灣使用中空纖維膜污水廠的膜池MLSS濃度，普遍會控制在6,000~8,000mg/L，而平板膜MBR的MLSS操作濃度則介於5,000~20,000mg/L，台灣使用平板膜污水廠的膜池MLSS濃度，普遍控制在8,000~12,000mg/L，這兩種MBR膜在結構上的差異，導致其對MLSS操作範圍有所不同。

處理相同水質水量，MLSS濃度與池槽大小成反比，因為所需的微生物數量是相同的，稀釋的MLSS濃度所需的池槽大小就會比較大，濃縮的MLSS濃度所需的池槽大小就會比較小。傳統活性污泥系統MLSS濃度平均3,000mg/L、中空纖維膜MLSS濃度平均7,000mg/L、平板膜MLSS濃度平均10,000mg/L，以平均值來概算（在此假設水中沒有非活性的污泥），同時假設流程：

1) 傳統活性污泥系統：缺氧池➜好氧池➜3Q迴流到缺氧池
2) 中空纖維膜：缺氧池➜好氧池➜中空纖維膜池➜3Q迴流到缺氧池
3) 平板膜：缺氧池➜混合池/膜濾好氧池(前端為曝氣盤區、後端為MBR區)➜3Q迴流到缺氧池

單比所需曝氣池(混合池)池槽大小，使用中空纖維膜的曝氣池，因3Q迴流曝氣池MLSS濃度為5,250mg/L；而使用平板膜的曝氣池(混合池)，因膜池與曝氣池共池，其MLSS濃度依然為10,000mg/L。依據計算結果，當平板膜的曝氣池為100m³時，中空纖維膜的曝氣池則需190m³，而傳統活性污泥系統的曝氣池則需達333m³。換言之，中空纖維膜的好氧池比傳統活性污泥系統的曝氣池減少約43%；平板膜的好氧池則可減少高達70%。若池槽高度皆相同，則其佔地面積亦有相同幅度的縮減，中空纖維膜比傳統活性污泥系統的好氧池佔地面積減少43%，平板膜則減少70%。