工程學理與機理模型模擬對MBR處理生活污水效能計算比較
目前廢水處理工程人員對生物處理反應槽之設計，多以過往經驗參數輔以安全係數進行規劃。然往往僅使用十分簡易之水力停留時間、槽體負荷為設計參數，無法確實反應污染物質與量及生物反應動力學之影響。故常因引用了不同類別製程、排放特性廢水經驗值，設置了不符合目標廢水處理需求的生物反應槽，增加後續操作維護困難度與放流水超標風險。
工程學理上實已有一套完善的廢水生物處理反應槽設計基準，經由長久以來的實務驗證，已有足夠設計參數可反應廢水特性、生物反應動力學之影響。依其資料進行規劃設計所得生物反應器，除可獲得較妥適之反應器規模，後續技術人員於日常操作維護上，也更能掌握參數調整與效果之相關性。前述工程學理設計資料，可於環工廢水處理相關教科書上取得，如筆者常借鑑的Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery, Fifth Edition, Metcalf & Eddy I AECOM。
機理模型模擬軟體為一種便捷的生物反應槽設計工具，其將前述影響廢水生物處理之參數內建其中，有經驗的工程師於輸入廢水特性資料，即可快速獲知相對應的生物反應器運轉模擬結果。部分軟體亦開放參數修正功能，允許使用者針對廢水水質特性進行修正，另有些軟體針對不同生物反應器特性，設立單獨對應模塊，大幅增加機理模型模擬的精細度。
本文以一國內新建社區採用MBR處理生活污水案例，以工程學理與機理模型模擬兩種方式，對MBR處理社區生活污水之效能進行驗算，並檢視兩者所得結果之差異性。圖1為以工程學理建構之試算表，圖2為機理模型流程建模示意，表1為工程學理與機理模型模擬結果比較表。其中廢水流量為60 CMD、MBR反應槽有效體積為45 m3、水溫為25 ℃。
圖1、工程學理建構之試算表
圖2、機理模型流程建模示意
表1、工程學理與機理模型模擬結果比較表
| 項目 | 單位 | 進流水 | 出流水 | |
| WW engineering | Simulation | |||
| CODt | mg/L | 400 | 18.2 | 29.5 |
| CODs | mg/L | 150 | 18.2 | 29.4 |
| BOD5t | mg/L | 200 | 0.17 | 0.64 |
| BOD5s | mg/L | 120 | 0.17 | 0.63 |
| TSS | mg/L | 200 | 0.10 | 0.10 |
| VSS | mg/L | 150 | 0.073 | 0.063 |
| NH4-N | mg/L | 50 | 0.20 | 0.22 |
| NO3-N | mg/L | 0 | 45.4 | 43.7 |
| 乾污泥排放 | kg/day | — | 11.0 | 9.3 |
除COD外，兩種方法之效能驗算結果十分接近，此主要來自對生物可分解性物質之比例設定不同。工程學理上目前對有機物生物分解性參數設定，相較模式模擬參數簡易，對工程師來說，兩者驗算結果實屬相當，均可作為協助設計的良好工具。
由於環保要求日趨嚴格，廢水處理廠規劃也日益複雜，一些須耦合設計的項目(如出流水須部分迴流回進水)，工程學理之試算表建構對多數工程師而言仍屬不易，而機理模型軟體，則可以拉拖連結輕鬆完成建模，並進行各式各樣的應用情境的模擬，特別對既設廢水處理廠改造方案評估，有著莫大的助益。
