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利用薄膜生物處理程序處理染整廢水之研究

本研究利用循序批分式生物反應槽（sequencing batch bioreactor, SBR）、薄膜生物處理系統（membrane bioreactor, MBR）、及結合厭氧脫色槽之厭-好氧生物脫色薄膜處理程序（Anerobic-aerobic membrane bioreactor, AOMBR）與RO膜（AOMBR/RO）進行處理染整廢水之研究。 經由SBR處理後之出流水其COD、SS、BOD及真色色度等這四項水質分別為133 mg/L、96 mg/L、68 mg/L及548 ADMI，其處理效率分別是70、60、64及40 %，可以發現此程序對於有機物及色度的去除效果皆不佳。AMBR程序出流水水質COD、SS、BOD及真色色度ADMI值分別為95 mg/L、低於1mg/L、3mg/L及513 ADMI，其處理效率分別為78、100、98及43%，可以發現AMBR程序對於有機物的去除效果可達75%以上，但至於色度的去除效果仍停留在50%左右。 AOMBR程序為在原有的AMBR模廠前加設一組厭氧脫色反應槽，進料方式採批次進流，此程序之出流水水質COD、SS、BOD及真色色度ADMI值分別為36.5 mg/L、0 mg/L、3 mg/L及196.1 ADMI，處理效率分別為88、100、98及81%，由結果顯示，此程序不僅僅對有機物質的去除果高外，對於色度的去除效果也達到80%以上，這是SBR與AMBR程序所無法達到的效果。AOMBR/RO程序為在原有的AMBR模廠後加設一組RO膜組，以兩天過濾一次的方式操作，其出流水水質COD、SS、BOD及真色色度ADMI值分別為38 mg/L、0 mg/L、0 mg/L及32.1 ADMI，處理效率分別為88、100、100及97%，此程序幾乎能成功的將所有色度去除。 本研究接著利用分子生物方法進行AMBR菌相分析，其中發現多株菌種，如Microbacterium aurum 、Paenibacillus azoreducens與Bacillus sp，其中Microbacterium aurum反應槽中之優勢菌種；而P. azoreducens，此菌可以在24hr內將偶氮染料Rective Black 5降解98%；及Bacillus sp ，其具有能將偶氮還原的能力。在厭氧脫槽菌相分析部分，本研究以菌種脫色實驗來進行，將具有脫色能力之菌種藉此實驗篩選出。此實驗可分為針對一般菌種之TGE（好氧）及TGC（厭氧）培養基，以及針對真菌之PDA，PDB（好氧、厭氧）培養基進行種種篩選，並成功篩選出24株脫色效果極佳之菌種，其中包括3株好氧真菌及18株厭氧菌。

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預鑄生態塊石運用在灌溉及排水渠道 之水理分析

摘 要 農業灌溉及排水渠道在考量輸水效率、減少輸水損失及結構體安全之情況下，大部分皆以架設模板澆置而成。大量的鋼筋混凝土內面工，取代了原有的溝渠及土堤，使得渠道表面光滑且無孔隙，進而塑造出單調缺乏變化的流況，造成生物難以棲息其中。本研究以不影響輸水效率的前提下，研擬使用預鑄生態塊石，塊石採用四種不同凸出高度，並以水工渠槽進行試驗，求得渠道內佈置預鑄生態塊石之水理特性。實驗結果顯示，預鑄生態塊石之曼寧係數介於0.0167~0.0437間，與流量關係成反比與坡度關係成正比，且大於乾、漿砌卵石之曼寧係數。當模型塊石凸出高度為2.5~7.0公分時，分析得其粗糙度介於0.446~1.17間，進行迴歸分析後，得到塊石凸出高度D與粗糙度fr關係式為fr=0.1723D+0.0126及塊石粗糙度fr與曼寧n值關係式為n=n0+n*(1-e-1.854fr)。本實驗結果可提供使用預鑄生態塊石施工時規劃設計之參考。

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泡沫化薄膜生物反應槽中絲狀菌之研究

泡沫化及膨化問題常出現在國內外污水處理廠，對於處理效率有非常大的影響。而薄膜生物反應槽(SBMBR)為目前積極發展的一種污水處理程序，但由於其特殊的處理單元，常會導致泡沫化、膨化及薄膜阻塞的問題。本研究將利用Eikelboom及Jenkins所提出的絲狀菌型態鑑定方法，鑑定SBMBR程序中泡沫化污泥(foaming sludge)之絲狀菌。並以16S rDNA為基礎的分子生物技術(PCR-RFLP)針對純菌培養的泡沫污泥菌株進行篩選及分類，且結合螢光原位雜交法(FISH)對於100個菌株做進一步的分類，藉以加強泡沫化污泥鑑定的可靠性。 實驗結果顯示該模廠之DSVI介於200~300ml/g、Filament Index為5、Scum Index為14％等各指標結果發現本模廠為一複雜的泡沫化及膨化的反應槽且其污泥含有大量EPS。 在泡沫化污泥直接觀察的部分，依Eikelboom的絲狀菌鑑定方法，可發現存在於泡沫中的優勢菌種為Nostocoida limicola III及Actinomycetes菌屬，但顯微鏡觀察常會造成的人為的誤差，故本研究接著以純菌培養的方式培養泡沫中的微生物並進行型態觀察及染色試驗，以進一步確認鑑定結果是否正確。 另外以螢光原位雜交法分析泡沫污泥之菌相結構方面，利用四種不同之螢光探針進行雜交的結果分別為: Alphaproteobacteria綱(3.97％)、Betaproteobacteria綱(8.52％)、Gammaproteobacteria綱(8.33％)及針對革蘭氏陽性菌的High mol% G+C (54.8％)，由於放射菌屬於High mol% G+C，故可證明泡沫化污泥中含有大量的放射菌屬，且間接證明與前述之直接觀察結果相符。 在泡沫純菌的鑑定方面，本研究以PCR-RFLP法針對100株純菌進行篩選，在PCR成功之66個樣品中，以RFLP快速篩選分出11類並將其定序之，由定序結果縮減類別。由定序結果發現，分別為Firmicutes門(Low G+C)和Actinobacteria門(High G+C)之革蘭氏陽性菌，此結果與純菌染色試驗結果相符。 另外在FISH法篩選菌種方面，首先以HGC69a螢光探針篩選前述之100株純菌，發現有51株屬於HGC(High mol％ G+C)及26株為Non-HGC，而其中Non-HGC的部分再以Alphapoteobacteria綱、Betaproteobacteria綱及Gammaproteobacteria綱等三種探針進行篩選，發現此26株Non-HGC皆不屬於此三個division的菌種。在比對其定序結果，發現皆為Firmicutes門之菌屬，故以FISH的方式篩選菌種將可快速地獲得正確的鑑定結果。 最後比較各方法之鑑定結果發現，純菌以顯微鏡鑑定時常會導致兩種不同的結果，而以分子生物技術則相對可以得到較一致的結果。然而每一菌株的四項結果無法完全一致，但只要有某幾項結果相符，其菌種鑑定還是具有相當的可靠性。而本研究認為螢光原位雜交法對於絲狀菌的研究較為準確。

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建築結構強震紀錄之類神經網路參數識別

現今地震災害頻傳，預測地震之科技也尚未成熟，所以只能依照法規進行耐震設計以防患未然，建築結構的動態行為一直是耐震設計與分析中所考慮的重要因素之ㄧ。近年來發展了各種系統識別方法與模式，其中參數系統識別模型的建立，如ARX模型。為利用整批處理的參數推測法，不適用於非線性與時變性系統。而單純使用類神經網路建立輸出入值之關係，其權重並無法有效表達動力參數。 本研究採用遞迴參數推測(recursive parameter estimation)方法，發展出線上系統識別，即遞迴最小平方法(RARX)模型。此模型在設定初始共變異數矩陣(covariance matrix)時，往往因設定不理想，導致識別效果不佳。因此將類神經網路與RARX模型做一結合，採用單層神經元，定義其類神經權重值為估測動力參數，藉由無須設定共變異數矩陣，識別非線性時變系統。 將類神經網路與RARX模型做一結合，衍生出RARX-ANN模型。最後利用加裝阻尼器之鋼構架試驗與台東消防分隊大樓，分析非線性時變行為，由識別結果發現，因塑性行為增加與主結構破壞，會導致頻率遞減與阻尼比突增之現象，可做為一參考指標。

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三維分岔血管質傳現象之數值模擬

本研究運用分散式平行運算系統，以最小平方有限元素法(LSFEM)模擬腹主動脈系統的流場。在本文中建立了兩分岔血管位於動脈的同側以及兩分岔血管之間不同間距的模型。著重點在於三維分岔血管質傳現象和流場分析，觀察其速度向量、流線、濃度分佈。當兩分岔血管之間的距離 時，兩分岔血管交互影響越低，兩分岔血管之間的腹主動脈血管管壁上的迴流區域也越來越小。質傳方面，迴流區域是影響氧濃度的最大關鍵，在第一與第二根分岔血管中的迴流造成了低氧濃度的產生，而且低氧濃度會一直延伸至出口處。在腹主動脈血管管壁上的迴流區域同樣也造成了低濃度區的產生，並且當 時，低濃度區也隨之遞減。其他正常區域則是接近入口氧濃度 。運用平行化所得之結果，使用不同數量的CPU可以提昇100％以上的平行效益，對於複雜的數值計算相當有幫助。基於此數值模擬方式，本研究可以有效的利用數值模擬來處理整個複雜的流場與質傳現象。

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以數值方法分析擋土牆邊坡之降雨排水行為

擋土牆為邊坡穩定主要設施，設計規範中僅以「每兩平方公尺一孔」規定擋土牆排水管數量，並未考慮到土壤性質、降雨入滲、坡頂裂縫對排水效能之影響。本研究之目的在於了解上述變因對擋土牆邊坡降雨入滲排水行為之影響。 本研究以數值程式SEEP/W，針對砂質壤土、粉質粘土及龍潭紅土等三種均質土壤擋土牆邊坡，考慮不同颱風降雨型式、不同坡頂裂縫深度、不同坡頂裂縫與牆背距離、不同排水管間距等四種影響因素，進行降雨入滲排水分析，以了解牆背地下水位高程變化。 本研究之結論如下：（1）在擋土牆底部排水管之高程低於初始牆背水位高程之前提下，設置底部排水管能有效地降低擋土牆背之初始地下水位高程。降雨期間，排水管能延緩牆背水位之上升速度並降低牆背水位之最大上升高度；（2）滲透係數值高之未飽和土壤（如龍潭紅土）擋土牆邊坡若以垂直間距1公尺設置排水管，降低降雨期間之最高牆背水位的效果並不明顯，若增加其排水管直徑則有助於降低最高牆背水位。（3）滲透係數甚低之未飽和土壤（如粉質粘土）擋土牆邊坡由於降雨入滲量極少，只須設置底部排水管即可；（4）未飽和狀態下對應滲透係數愈大之土壤擋土牆邊坡，其牆背水位愈易受降雨型式所影響；（5）坡頂裂縫將導致降雨期間降雨之入滲速度及入滲量大幅提升，越深之裂縫其降雨入滲量越大，牆背水位上升速度及抬升高度皆有顯著增加；但坡頂裂縫距牆背超過6公尺後，其對牆背水位高程之影響已大幅減少。

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以數值程式 PLAXIS 分析垂直排水帶對 地盤壓密之影響

中文摘要 預壓及垂直排水帶為地盤改良工法之ㄧ，在改良軟弱黏土時較常 被使用。本研究之主要目的係針對預製式垂直排水帶在軟弱土層之地 盤改良等相關問題，利用有限元素程式PLAXIS 進行數值模擬分析， 此一程式尚未內建可資分析垂直排水預壓之功能。本研究以PLAXIS 程式之建構元素功能，模擬垂直排水帶加速地盤壓密，主要研究課題 包括：(1) 垂直排水帶打設深度對壓密沉陷之影響；(2)垂直排水帶打 設間距對壓密沉陷之影響；(3) 塗抹效應對壓密沉陷之影響；(4) 井 阻效應對壓密沉陷之影響；(5) 曼谷第二國際機場之預壓及垂直排水 現地案例之數值分析。 分析結果顯示：(1)在打設深度在欲改良土層厚度之85%以上， 縮短排水帶之間距對於壓密速率有良好之效果；但排水帶打設深度為 改良土層厚度之85%以下時，縮短排水帶之間距幾無效果；(2)考量 塗抹效應下，在kh/ks之比值為2 時，其s 值增加所帶來之影響有限， 但在kh/ks之比值增大至10 時，s 值所來之影響將增大；(3)垂直排水 帶內部之超額孔隙水壓力不等於零，且井阻抗愈大，超額孔隙壓力愈 大；(4)現地案例之計算壓密沉陷曲線及超額孔隙水壓力消散曲線與 觀測結果相近。

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淺水波方程式應用於彎曲河道之數值模擬

摘 要 以數值模擬方法研究不同河道流場之水面變化。此方法使用最小平方有限元素法 (LSFEM) 求解淺水波方程式 (SWE)。潰壩數值模擬首先模擬一維潰壩與水深、速度、單位流量與福祿數等理論值比較。模擬L 型河道潰壩與45°彎曲型河道潰壩分別與前人研究 Gottardi and venutelli (2004) 和 Lai et al. (2005) 等實驗數據相比較，結果水深變化也都極為接近。最後再將 L 型河道潰壩與 45° 彎曲型河道潰壩初始條件皆假設相同，模擬 S 彎曲型河道相互比較水位雍高，希望能更接近現實情況之河道。 本文研究，發現最小平方有限元素法所得的結果與理論值及其他研究方法吻合，可以有效地呈現出不同河道的水面變化情形。希望結果能為水利工程學界設計應用提供參考。

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二維圓盤柔性約束結構之模擬

本文主要以Cundall提出的分離元素法（DEM）理論運用於顆粒力學，將顆粒簡化為二維圓盤進行分析。並將二維圓盤元素與張力彈簧進行連接，進而模擬柔性約束結構。為了有效模擬如接觸力等衝擊力之反應，本文使用動量-衝量方程進行分析，期望能使用較大的時間步程進行模擬，且希望在容許的誤差範圍內接觸彈簧勁度值可選擇的範圍擴大，以求程式能快速且準確的進行模擬。 使用動量-衝量方程與動力方程比較，在同ㄧ時間步程、同ㄧ接觸彈簧勁度值下進行分析，由結果可知動量-衝量方程較動力方程準確。且在同ㄧ時間步程下，動量-衝量方程對於接觸彈簧勁度值的選取範圍較廣。 運用二維圓盤元素與張力彈簧連接而成的柔性約束結構，可進行模擬柔性防護結構網及蛇籠結構。由於柔性約束結構由實驗方式進行參數研究有其困難性，藉由數值運算的可重覆性，在模擬時不會受限於實驗的各種條件，進而可對於所需之參數進行研究。未來可運用程式運算來進行柔性防護結構之設計。

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缺氧環境對薄膜生物反應槽除磷系統之影響

利用薄膜分離功能結合生物處理的技術發展出的薄膜生物處理程序，能大幅的提高對於廢水處理的效率，因此亦成為各種產業及都市污水處理技術的主要研究議題之一。本研究為結合傳統循序批分式生物反應槽（sequencing batch bioreactor, SBR）及薄膜生物處理程序（membrane bioreactor, MBR）而發展出循序批分式薄膜生物反應槽（sequencing batch membrane bioreactor, SBMBR），以不同延時之間歇曝氣方式及不同配比之分段式進流探討碳、氮、磷成分廢水之處理效率，並亦以不同試程之SBMBR模廠所馴養出的污泥，利用批次實驗探討脫硝除磷現象。 在以不同延時間歇曝氣比SBMBR程序操作下，間歇曝氣比厭氧/好氧/缺氧/好氧＝3/3/2/4小時之COD、TN及TP去除率分別為95.5％、72.84％及63.33％。而間歇曝氣比厭氧/好氧/缺氧/好氧＝3.5/3.5/2.5/2.5小時之COD、TN及TP去除率分別為97.1％、32.3％及49.53％。 固定間歇曝氣比厭氧/好氧/缺氧/好氧＝3.5/3.5/2.5/2.5小時以不同分段式進流配比進行SBMBR程序之操作下，分段式進流配比厭氧/好氧/缺氧/好氧＝8/0/2/0之COD、TN及TP去除率分別為97.1％、44.9％及22.09％。分段式進流配比厭氧/好氧/缺氧/好氧＝9/0/1/0之COD、TN及TP去除率分別則為96.7％、74.9％及96.69％。 整體而言，以間歇曝氣比厭氧/好氧/缺氧/好氧＝3.5/3.5/2.5/2.5，分段式進流配比厭氧/好氧/缺氧/好氧＝9/0/1/0進行SBMBR模廠之操作下，在厭氧段及好氧段中均有最佳之比釋磷量與比攝磷量，且經由分段進流亦可降低第一好氧段之比硝化量並提高缺氧段之比脫硝量，雖然系統中仍一度有23.81mg-N/l之亞硝酸鹽累積但經由模廠長期馴養，缺氧段亦有明顯之攝磷行為，因此為四個試程中最佳之程序操作條件。 在SBR模廠之脫硝除磷批次試驗中，亞硝酸鹽濃度達4 mg-N/l即有抑制攝磷行為發生。而在不同延時間歇曝氣比SBMBR程序之脫硝除磷批次試驗可知，試程一與試程二分別在亞硝酸鹽添加濃度為20mg-N/l及30mg-N/l以上始有抑制攝磷行為之發生，相較於各批次試驗中比攝磷率之差異可知，當系統中可利用亞硝酸鹽之PAO數量增加時，受到亞硝酸鹽抑制的濃度界限可提高。 同時在SBMBR及SBR試驗中均發現在亞硝酸鹽濃度較高時，攝磷速率有增加之趨勢，因此有強迫攝磷行為之行為發生。而攝磷速率則與硝酸鹽濃度的高低無關。 在有足量碳源供給釋磷後進行亞硝酸鹽添加之試驗中可知，亞硝酸鹽添加僅在反應剛開始會造成攝磷行為的抑制，其後可正常攝磷，而100 mg-N/l之亞硝酸鹽添加則完全不會有抑制現象發生，因此在高PHB累積下，亦可提高產生亞硝酸鹽抑制的濃度界限。