水處理機理模型將水污染物組分依特性區分，以成熟、可驗證之學理反應機制與數學模型，模擬廢水處理過程中各種物理、化學和生物過程。

將系統單元參數、操作條件與廢水特性輸入軟體後，即可模擬預測廢水處理系統之廢水處理效果、能耗和成本等。常見的水處理模擬軟體有 SUMO、BioWin與GPS-X 等，此些軟體可模擬不同設計與操作條件下，廢水前處理與生物處理及污泥處理等成效，了解完整廢水處理流程是否可達到預期目標。換言之，藉由改變不同模擬情境、流程規劃與單元參數條件，設計者可以多方面、低成本的評估廢水處理成效、能耗與成本，作為新建廢水廠工程規劃與既設廢水廠功能提升之決策依據。

水處理機理模型應用領域

新建廢水處理廠規劃設計

既設廢水處理廠問題排查與功能提升

  • 評估不同流程之可行性，有助於選擇最妥適或最經濟方案
  • 確定廢水處理流程、單元規模與主要設備參數
  • 優化系統設計參數，進行水力計算與設備選型
  • 分析廢水處理廠系統瓶頸點與可能原因
  • 快速經濟的評估不同改善方案之處理效果、能耗、碳排放與成本
  • 模擬改善後系統運轉情況，優化操作參數

案例一、既設廠增加處理量評估

某半導體廠擬將製程新產生含有機硫與氨氮廢水，導入既設AOO+MBR系統處理，今應用水處理模擬軟體評估其可行性。模擬結果顯示，廢水pH值受有機硫降解而大幅降低，若能控制廢水處理過程pH值維持中性範圍，既設AOO+MBR系統仍可有效降解氨氮。

案例二、比較『喜氣生物』系統與『厭氣+喜氣生物』系統之能耗與產電效益

某食品廠擬將目前喜氣生物(AS)處理系統改建為厭氣(UASB)+喜氣生物(AS)處理系統，應用水處理模擬軟體，評估改建UASB+AS系統與納入污泥消化單元，對廢水處理廠節電成效與發電量影響。模擬結果顯示，採用UASB+AS系統較原AS系統可節約廢水廠耗電量達63 %，增設污泥消化單元對增加發電量並無顯著效益。

不同廢水處理系統之運轉能耗與發電量比較

項目

活性污泥系統

厭氧UASB+活性污泥系統

厭氧UASB+活性污泥+污泥消化系統

運轉需電量, kW

126

47

52

產電量, kW

—

92

95.9

蒸汽產量, kW

—

106

110.3

案例三、既設活性污泥系統改建為曝氣生物處理單元(MABR)以提升氨氮處理能力

某綜合廢水處理廠初始設計以處理有機物為主，現因放流水氨氮標準加嚴，需將目前喜氣生物處理系統(AS系統)進行功能提升，使入流氨氮經處理後可達10 mg/L以下排放。今應用水處理模擬軟體，模擬廢水處理廠改建為MABR系統後，出流水氨氮不僅可符合目標，且總氮去除效率佳。

項目

進流

改建成MABR系統後出流水

COD, mg/L

402

36

BOD5, mg/L

266

13

SS, mg/L

30

30

NH4-N, mg/L

28

3.2

NO3-N, mg/L

42

1.4

其他應用案例

超高濃度氨氮廢水採用OA或AO兩種不同生物處理程序之運轉成本差異