環境微生物及生物處理

1.1微生物在環境及生態的角色
微生物依其字義為形體微小，僅能在顯微鏡下才能辨識的生物，其普通存在水、空氣或土壤中，對於環境工程而言其主要扮演「分解者」（decomposer）的角色，使能量流（energy flow）及養分流（nutrient flow）得以循環。同時環境工程界利用其分解汙染物質之特質，應用於廢水之生物處理使高負荷之汙染物降低其能階，高能物質被分解為無機營養物回歸大自然，使生態系得以周而復始循環，成為一穩定之系統。
因微生物對於環境有主要分解及對生態有平衡之角色，在重視環保的20世紀後半期及21世紀伊始，對於微生物在環境及生態之功能必須充分瞭解，才能妥善掌握造福人類及生態。
1.2環境微生物與生物處理之關連性
有機性廢汙水的處理，凡利用水的自淨作用過程之一部分，藉人工設施以提高處理效率的方法，稱為生物處理法。生物處理顧名思義為採用微生物之特性有效去除及降低汙染負荷之程序，傳統上生物處理有懸浮性（Suspended Growth Biological Treatment）以及生物膜法（Attached Growth and Combined Biological Treatment）等二大類（Mecalf & Eddy, Wastewater Engineering: Treatment and Reuse (Fourth edition)）。另依據生物之分解作用（decomposition）or（biodegradation）（李公哲，環境工程，1989）又可區分為好氧及厭氧分解作用，因之不同之狀況有不同之反應機制。
活性汙泥為環境工程生物處理之主要核心內容，不同生物處理程序雖然有一定去除汙染負荷能力，然而其反應機制中所存在之生物相及生物群並不盡相同，即便是同一種生物處理程序於A廠或於B廠其進入基質之不同，亦有不同之生物群聚。
「環境微生物」為「生物處理」之核心，「生物處理」為「環境微生物」之表徵，兩者互為表裡。於實務學習上兩門學科通常分別獨立講授，缺少有系統之連結，為利於有生物處理基礎再深入瞭解微生物，以及有微生物學基礎更有實務瞭解生物處理之程序，將兩者合而為一，於實務操作上相得益彰。
1.3生物處理之重要性
環境工程之單元操作主要有物理性、化學性及生物性等三大類，其中生物性意即生物處理為貼近自然及符合生態原則之處理方式，對於物質流及能源流之循環貢獻顯著。為使永續發展之精神持續，生物處理儼然成為環境工程單元操作之主流。
1.3.1生物處理之種類
自1914年開發及應用活性汙泥法汙水處理技術迄今已逾100年，一直是汙水處理的主流。隨著時代的演變對於處理對象物質及水汙染問題的變化，其處理程序也一直在改變及進步中，其中1930年代後為提高能源利用效率而發展出遞減曝氣法及階梯式等活性汙泥法，接著為了要超量處理汙水，進而發展出高率法等。另於1960年代因要處理小規模之汙水發展長時間曝氣、氧化渠法及接觸穩定法等，至1970年代為使既有處理設施空間中，提高處理容量又續發展出深層、超深層曝氣法，純氧曝氣法等，以及去除優養物質氮、磷為目的的厭氧好氧活性汙泥法，分批式活性汙泥法及氧化渠法。
以往既有之放流水標準，以去除BOD為對象多採用傳統活性汙泥法，惟自民國82年及87年之放流水標準皆訂有氮鹽、磷酸鹽之水質標準後，汙水處理採用活性汙泥法者，必須考慮到能併同去除氮、磷的處理程序，同時選用提升有效用地面積之方法為一主流重點。生物處理包括有活性汙泥法、生物膜法以及安定池法等好氧性，另亦有厭氧性的消化處理等。然近年則開發出有去除營養鹽類及回收蛋白資源為目的的特殊生物處理法，詳如表1.3-1。（參考經濟部工業局工業汙染防治技術「活性汙泥法新技術」手冊，1991；以及下水道工程學，歐陽嶠暉，2011）。
生物處理法之淨化，與細菌、菌類、原生動物、微小後生動物等各種微生物有關，生活汙泥為由數十種以上的混合體所組成，活性汙泥法為各種生物處理法中最具效率的處理方法，由於可獲致良好的處理水質，故為世界各國主要採用的處理方法。
1.3.2生物處理活性汙泥法開發及經過
生物處理之活性汙泥法為1914年由英國之Arden及Lockett所開發的方法，對於都市人口增加之水汙染防治具有極大的貢獻，雖經一再的修正改良，其形態並無太大的改變，近年來由於土地利用的高度化，人口集中及環境惡化造成水汙染問題嚴重，原來的方法達到需進一步提升的瓶頸。因此活性汙泥的發展提升在於環境微生物技術的改良，表1.3-2反應出生物處理為生物濃度之變遷。表中自然產生型的生物膜法有如表1.3-1之實用化旋轉生物圓盤法，接觸曝氣法，惟單位面積之微生物量有限，且單位容積處理效率低。因此相對微生物的人工固定化活性汙泥法，其固定之擔體的比重及型態，如何維持高濃度及提高處理效率一直持續研究中。同時在其後之研究，朝向提昇容積處理效率，省能源及優養化對策方向發展。

1.1微生物在環境及生態的角色
微生物依其字義為形體微小，僅能在顯微鏡下才能辨識的生物，其普通存在水、空氣或土壤中，對於環境工程而言其主要扮演「分解者」（decomposer）的角色，使能量流（energy flow）及養分流（nutrient flow）得以循環。同時環境工程界利用其分解汙染物質之特質，應用於廢水之生物處理使高負荷之汙染物降低其能階，高能物質被分解為無機營養物回歸大自然，使生態系得以周而復始循環，成為一穩定之系統。
因微生物對於環境有主要分解及對生態有平衡之角色，在重視環保的20世紀後半期及21世紀伊始，對於微生物在環...

第一章　總論
1.1微生物在環境及生態的角色
1.2環境微生物與生物處理之關連性
1.3生物處理之重要性
參考文獻
第二章　微生物之分類
2.1組成及主要分類
2.2原核生物
2.3真核生物
2.4其他
參考文獻
第三章　水體與微生物
3.1水環境之汙染
3.2與水質淨化有關之生物相
3.3河川自淨
參考文獻
第四章　微生物的代謝與生長
4.1代謝作用
4.2微生物之生長
4.3微生物生長動力學
參考文獻
第五章　廢汙水之成分與組成
5.1物理特性
5.2有機性汙染物
5.3無機性汙染物
5.4其他毒性物質
參考文獻
第六章　生物處理之反應動力學
6.1反應槽之種類
6.2各類反應槽之反應動力學
6.3生物基質反應模式
參考文獻
第七章　好氧生物反應及機制
7.1好氧性分解
7.2好氧性生物處理方法
參考文獻
第八章　厭氧生物反應及機制
8.1厭氧性分解
8.2厭氧性生物處理方法
參考文獻
第九章　懸浮式生物處理與微生物
9.1懸浮式生物處理方法
9.2相關之微生物
9.3案例說明及結論
參考文獻
第十章　生物膜法生物處理與微生物
10.1生物膜法生物處理方法
10.2相關之微生物
參考文獻
第十一章　氮、磷之生物循環與去除
11.1生物去氮機制與程序應用
11.2生物除磷、兼具去氮除磷與新穎技術
參考文獻
第十二章　其他去除微生物之高級處理方式
12.1膜過濾程序
12.2其他高級去除程序
參考文獻
第十三章　生態工法、現地處理、人工濕地及礫間接觸曝氣
13.1生態工法簡介
13.2現地處理
13.3人工濕地之程序及機制
13.4礫間接觸曝氣之原理
參考資料
第十四章　案例介紹（汙水處理廠、人工濕地及礫間處理之微生物相）
14.1概說
14.2處理程序介紹
14.3微生物相在不同汙水處理程序中之實際案例
參考文獻
附錄一　歷屆考題
附錄二　考題參考解答
附錄三　環境微生物基本重點

第一章　總論
1.1微生物在環境及生態的角色
1.2環境微生物與生物處理之關連性
1.3生物處理之重要性
參考文獻
第二章　微生物之分類
2.1組成及主要分類
2.2原核生物
2.3真核生物
2.4其他
參考文獻
第三章　水體與微生物
3.1水環境之汙染
3.2與水質淨化有關之生物相
3.3河川自淨
參考文獻
第四章　微生物的代謝與生長
4.1代謝作用
4.2微生物之生長
4.3微生物生長動力學
參考文獻
第五章　廢汙水之成分與組成
5.1物理特性
5.2有機性汙染物
5.3無機性汙染物
5.4其他毒性物質
參考文獻
第六章　生物處理之反應動力學...