高考申論題
114年
[環境工程] 流體力學與水處理工程
第 三 題
三、有一高科技產業廢水量 15,000 m3/d 且含有 COD 1,500 mg/L。若以一活性污泥系統處理此廢水至出流水 COD 50 mg/L，假設此活性污泥系統污泥槽體積 15,000 m3，且活性污泥之擬一階降解速率常數為 0.3 L/g VSS/hr，試計算此活性污泥系統之活性污泥濃度（MLVSS）與水力停留時間。（20 分）
📝 此題為申論題
思路引導 VIP
看到此題，應先利用已知體積(V)與流量(Q)求出水力停留時間(HRT)。接著，假設曝氣槽為完全混合流反應槽(CSTR)並處於穩定狀態，利用「質量守恆定律」列出基質(COD)的平衡方程式。解題核心在於處理「擬一階降解速率常數」的單位，務必將 HRT 的天數轉換為小時(hr)，並留意 MLVSS 算出的單位(g/L)需換算回工程常用的 mg/L。
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【解題關鍵】運用完全混合流反應槽(CSTR)之穩定狀態質量守恆定律，並注意動力學常數的時間(hr)與濃度(g/L)單位換算。 【解答】 計算：
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活性污泥動力學計算
💡 運用 CSTR 質量守恆與反應動力學公式求解污泥濃度與停留時間。
🔗 活性污泥系統計算流程
- 1 步驟 1：求 HRT — 利用 V/Q 求得停留時間，將單位轉換為 hr。
- 2 步驟 2：列質量平衡 — 建立 (S0 - Se) / HRT = r_su 之守恆式。
- 3 步驟 3：代入動力學 — 將基質消耗速率 r_su 代換為 k * X * Se。
- 4 步驟 4：求解 MLVSS — 移項解出 X 並轉換為常用單位 mg/L。
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🔄 延伸學習：延伸學習：若考慮微生物增殖，需額外納入產率係數 (Y) 與內呼吸常數 (kd) 之平衡。
