2026年9月13日星期日

污水處理廠的運作

 污水處理廠的運作

 

以下是污水處理廠的基本運作方式: (重要提醒: 下圖並不是香港污水處理廠的一般運作方式,因為香港的污水處理廠大部份並不處理第三級)

 

基本上,污水處理廠處理污水的方式跟在河流中有機污水的方式是差不多的。

 

污水處理廠的污水處理分為三級(要記誦)

第一級: 處理污水中的較大的顆粒(步驟2)

第二級: 處理污水中的有機物(變成無機鹽)(步驟3)

第三級: 處理污水中的無機鹽。(步驟4)

 

過程說明:

## 留意,方法不是重點,不同的污水處理廠採用的方法會不同,以下列出的方法亦未必是最有效的,祇是DSE生物科範圍內學生能掌握的方法而已。

因此,祇需要掌握這些方法的原理便可以(即這些方法如何達到目的)

1.      隔去砂礫

-          目的: 隔去大塊的沙石而已。

2.      沉降(一級處理)

-          目的: 除去污水中較大的顆粒,即懸浮固體。。

-          方法:

(1)   於沉降池中,污水中懸浮固體會沉降到底部。

(2)   亦可能會加入化學物,加快有機物的沉降,這過程稱為化學強化一級處理。

3.      需氧分解(二級處理)

-          目的: 把污水中有機物變成無機化合物。

-          方法: 於曝氣池內,會加入空氣於水中,提供足夠氧氣讓微生物(主要是細菌)進行需氧呼吸,讓

(1)   分解者有機物分解成銨化合等無機化合物

(2)   硝化細菌把銨化合物轉化成硝酸鹽

##參考氮循環的過程。

4.      缺氧分解(三級處理)

目的: 把第二級處理完的污水內的無機鹽除去。

方法: 使用反硝化細菌,把硝酸鹽、磷酸鹽等轉成氮氣。

##這不是唯一除去無機鹽的方法! 這祇是DSE課程範圍內應已掌握的知識而已。

5.      沉降及消毒

目的: 把污中的微生物殺死

方法: 利用紫外光、臭氧等把進行消毒。

6.      污(瘀)泥消化

目的: 盡量處理剩下的污泥,變成有用的物質,無法再處理的話,便要作一般垃圾處理方式(運至堆填區或垃圾焚化)

方法: 在缺氧的情況下,厭氧細菌分解有機物,會釋出含有甲烷的沼氣。

沼氣用作為燃料,供污水處理廠使用。

污泥被弄乾,送至堆填區或其他處理。

 

## 基本上,所有的污水處理廠都會處理第一及第二級的步驟,但未必會處理第三級。

相關問題: (建議答案在最後)

1.      為何污水處理廠不普遍採用三級處理?

2.      為甚麼要先隔去砂礫?

3.      在自然界中,例如河流中,懸浮固體會否被分解?

4.      即使不處理懸浮固體,分解者還是能分解懸浮固體內的有機物,那為何要處理?

5.      需氧分解的過程涉及甚麼微生物? 作用是甚麼?

6.      如果不進行第三級處理而直接排出河流或海中,有甚麼影響?

7.      不進行消毒有甚麼問題?

8.      有些污水處理廠,並不採用缺氧分解方式處理污水中的無機鹽,而採用藻類。試估計其原理。

9.      甲烷的沼氣不能作為污水處理廠內唯一的燃料來源,為甚麼?

10.  除了被送去堆填區,弄乾的污泥還可能有甚麼去向?

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相關問題:

1.      為何污水處理廠不普遍採用三級處理?

答: 這主要是基於成本效益與環境需求的考量。政府在決定處理級別時,會評估受納水體的稀釋和擴散能力。

  • 對於大部分排放到開闊海域的污水,二級處理已足以符合水質指標,而升級至三級處理的成本極高(可能達數倍以上)。
  • 因此,除了像昂坪這類直接排放到水塘集水區的極敏感區域外,大規模採用三級處理在資源上並不划算。

香港沒有大河流,昂船洲處理完的污水會排放至維多利亞港,水流急速。

2.      為甚麼要先隔去砂礫?

答: 避免砂礫阻隔污水處理其他機件的孔洞,減低處理的效果。

3.      在自然界中,例如河流中,懸浮固體會否被分解?

答: 懸浮固體其實都是有機物,在大自然界中一樣會被分解者分解。但由於體積大,微生物祇能於懸浮固體表面進行分解,效率會較慢。

4.      即使不處理懸浮固體,分解者還是能分解懸浮固體內的有機物,那為何要處理?

答: 這樣效率會很慢的,亦容易阻塞裝置。

5.      需氧分解的過程涉及甚麼微生物? 作用是甚麼?

分解者: 作用是把有機物變成氨化合物。

硝化細菌: 作用是把氨化合物轉化成硝酸鹽。

留意,自然界中的分解者包括細菌(主要者)、真菌、原生生物或小型無脊椎動物。但水中的主要是細菌。

6.      如果不進行第三級處理而直接排出河流或海中,有甚麼影響?

答: 未經第三級處理的污水含有大量無機鹽,包括硝酸鹽、磷酸鹽等。這些無機鹽對藻類及植物來說是營養素,容易引致藻類大量繁殖,形成藻花,干擾水中的生態環境。

7.      不進行消毒有甚麼問題?

答: 由於處理完的污水含有大量細菌,如直至排出河流或海中的話,便有可能干擾水中的生態環境。如人類於含有大量細菌的水中游泳的話,會吸入大量細菌,容易引致疾疾。

8.      有些污水處理廠,並不採用缺氧分解方式處理污水中的無機鹽,而採用藻類。試估計其原理。

答: 對藻類而已,無機鹽是養料。可利用藻類吸收無機鹽,讓藻類大量繁殖。可用作單細胞蛋白質食物來源或其他用途。其實,這些無機鹽,本身也是化學肥料,使用缺氧分解方式有點浪費。

9.      甲烷的沼氣不能作為污水處理廠內唯一的燃料來源,為甚麼?

答: 污水中的有機物含量不太穩定,因此產生的沼氣不一定足夠,如要使用容器貯存的話,也佔用不少地方,因此過量的沼氣許多時在污水處理廠內燒掉。

10.  除了被送去堆填區,弄乾的污泥還可能有甚麼去向?

答: 有些會被再加工成一些物料,供建築、裝修或其他用途。


生物需氧量(BOD)

 生物需氧量(BOD)

 

重要提示: 這是「生物需氧量」,不是水中的溶氧量。

 

這是甚麼?

-          生物需氧量(Biochemical Oxygen Demand,簡稱 BOD)是衡量水質污染程度的一個重要指標。它指的是在特定條件下(通常是 20°C),水中微生物(主要是細菌)分解水中有機污染物時,所消耗的溶解氧量。

n   亦即是,主要估算水中有機物濃度的指標。

 

簡單來說,BOD 數值越高,代表水中有機污染物越多,水質污染越嚴重。

 

背後的原理

水中如果含有大量有機物(例如來自污水、排泄物、食物殘渣),微生物就會開始分解這些有機物。分解過程中,微生物需要消耗水中的氧氣。因此,透過測量水中氧氣被消耗了多少,就可以間接推算出有機污染物的含量。

 

常見的測量方式

- **BOD₅**:最常見的標準,指在 20°C 下培養 5 天後測得的氧氣消耗量。這是因為 5 天通常足以分解大部分容易分解的有機物,同時避免硝化作用干擾。

- **BOD₂₀**:培養 20 天,接近完全分解,但耗時較長,實務上較少用。

 

為什麼重要?

BOD 是污水處理廠、環保法規和水質監測的核心指標之一。如果 BOD 過高,水中氧氣會被大量消耗,導致魚類和其他水生生物缺氧死亡,生態系統崩壞。

 

BOD 雖然是水質監測的常用指標,但在實際應用上有不少限制,主要可以從以下幾個層面來看:

1. 只能反映「可被微生物分解」的有機物

- BOD 測的是微生物分解有機物時消耗的氧氣,因此:

無法反映難分解的有機物**:例如某些塑膠、農藥、工業化學品,微生物難以分解,BOD 值可能很低,但水其實有毒或污染嚴重。

無法反映無機污染物:重金屬、氰化物、氨氮等無機污染物不會被微生物當作「食物」分解,BOD 測不出來。

對毒性物質不敏感:如果水中有殺菌劑或重金屬,微生物被毒死,BOD 反而會偏低,造成「水很乾淨」的假象。

 

2. 測量時間長,無法即時反映水質

- **BOD₅ 需要 5天才能得到結果,BOD₂₀ 更要 20 天。

- 這段時間內水質可能已經變化,因此無法用於即時監測或緊急應變。

- 污水處理廠若要靠 BOD₅ 來調整操作,往往已經太遲。

3. 重現性與準確度較差

- 微生物活性受溫度、pH、營養鹽、接種菌種等因素影響,不同實驗室測同一水樣,結果可能差異很大。

- 需要嚴格控制培養條件(20°C、避光、特定稀釋倍數),操作門檻較高。

- 若水樣本身缺乏足夠微生物或營養,還需額外接種或添加營養鹽,否則結果不準。

4. 稀釋倍數難以拿捏

- 高濃度污水(如未處理污水)BOD 可能高達數百甚至數千 mg/L,必須大幅稀釋。

- 稀釋倍數選錯,可能導致培養後溶氧耗盡(無法判讀)或耗氧太少(誤差大)。

- 需要事先預估 BOD 範圍,實務上常靠經驗或先用 COD 輔助判斷。

5. 硝化作用會干擾結果

- 水中的氨氮會被硝化細菌氧化,這個過程也會消耗氧氣,但不屬於有機物分解。

- 若不抑制硝化作用,BOD 值會被高估。

- 因此標準方法常加入硝化抑制劑,或另測 CBOD(碳質 BOD)來區分。

6. 不適合某些特定水樣

- 含殺菌劑或高毒性廢水:微生物無法正常作用。

- 高鹽度或極端 pH 水樣:微生物活性受抑制。

- 含藻類的水樣:藻類行光合作用會產生氧氣,干擾溶氧測定。

- 難分解工業廢水:BOD 值低,但 COD 可能很高,單看 BOD 會嚴重低估污染。

7. 與法規標準的搭配問題

- 許多法規以 BOD₅ 為放流水標準,但對某些產業廢水,BOD₅ 無法代表實際污染負荷。

- 因此實務上常同時測 BOD、COD、TOC、SS等,互相補充,才能較完整評估水質。

 

總結:

BOD 的限制核心在於:它只反映「微生物可分解有機物」的耗氧量,且測量耗時、重現性受多種因素影響。因此它適合用來評估生活污水、易分解有機污染的程度,但不適合單獨用來判斷所有類型的水污染。實務上通常會搭配 COD、TOC、溶氧、氨氮等指標一起看,才能得到較全面的水質圖像。