第一章 前言 1 1-1 研究緣起 ………………………………………………… 1 1-2 研究目的 ………………………………………………… 3 第二章 文獻回顧 4 2-1 廢水管理系統之問題 …………………………… 4 2-2 電腦應用於廢水管理系統 ………..……………… 5 2-3 廢水處理系統之質量平衡計算模式 …………… 6 2-4 廢水處理系統之操作最佳化模式 ……………… 7 第三章 研究方法 9 3-1 廢水管理資訊系統之發展、建置與運作 ……………… 10 3-2 質量平衡計算模式之發展與建立 ……………………… 10 3-3 操作最佳化模式之發展與建立 ………………………… 11 第四章 廢水管理資訊系統 12 4-1 需求分析 ………………………………………………… 12 4-2 管理資訊系統之架構 …………………………………… 13 4-3 管理資訊系統之資料庫架構 …………………………… 14 4-4 系統功能架構 …………………………………………… 18 4-4-1 廠外作業管理系統 ………………………………… 19 4-4-2 廠內作業管理系統 ………………………………… 22 4-4-3 報表製作 …………………………………………… 23 4-5 系統操作簡介 …………………………………………… 24 4-5-1 系統發展之環境 …………………………………… 24 4-5-2 系統使用說明 ……………………………………… 25 4-6 試用結果 ………………………………………………… 28 第五章 質量平衡計算模式 31 5-1 廢水處理系統之流程 …………………………………… 31 5-2 各處理程序之數學模式 ………………………………… 32 5-2-1 調和池 ……………………………………………… 32 5-2-2 初沈池 ……………………………………………… 33 5-2-3 曝氣池與二沉池 …………………………………… 35 5-2-4 快混池、慢混池與三沉池 ………………………… 36 5-2-5 快濾池 ……………………………………………… 37 5-2-6 浮除濃縮池 ………………………………………… 38 5-2-7 污泥脫水機 ………………………………………… 40 5-3 去除率公式之建立 ……………………………………… 41 5-3-1 初沉池之SS去除率公式 …………………………… 41 5-3-2 初沉池之COD去除率公式 ………………………… 44 5-3-3 生物處理之SS去除率公式 ………………………… 47 5-3-4 生物處理之COD去除率公式 ……………………… 48 5-3-5 化學處理程序之SS去除率公式 …………………… 50 5-3-6化學處理程序之COD去除率公式 ………………… 51 5-3-7 快濾池之SS去除率公式 …………………………… 52 5-3-8 快濾池之COD去除率公式 ………………………… 54 5-3-9 整體處理系統之SS去除率模式….….………… 55 5-3-10 整體處理系統之COD去除率模式 ……………………… 56 5-4 質量平衡計算程式 ……………………………………… 57 5-4-1 程式簡介 …………………………………………… 57 5-4-2 資料輸入之設計 …………………………………… 58 5-4-3 質量平衡執行流程說明 …………………………… 63 第六章 操作最佳化模式 65 6-1 廢水管理系統之營運成本分析 ………………………… 65 6-2 成本函數之建立 ………………………………………… 65 6-3 各處理程序之控制變數與決策變數選取 ……………… 67 6-4 操作最佳化模式 ………………………………………… 69 6-4-1 目標函數 …………………………………………… 69 6-4-2 限制式 ……………………………………………… 70 6-5 操作最佳化輔助決策程式 ……………………………… 75 6-5-1程式簡介 ……………………………………………… 75 6-5-2資料輸入設計 ………………………………………… 76 6-5-3 程式執行流程說明 ………………………………… 76 6-6 案例研究 ………………………………………………… 78 6-6-1 案例簡介 …………………………………………… 78 6-6-2 案例資料說明 …………………………………… 79 6-6-3 案例研究 …………………………………………… 80 6-7 案例研究之結果與討論 ………………………………… 81 第七章 結論與建議 …………………………………… 82 7-1 結論 …………………………………………………… 82 7-2 建議 ………………………………………………… 82 參考文獻 ……………………………………………………… 84 附錄 A 廢水管理資訊系統之作業流程圖 附錄B 以類神經網路建立各處理單元及程序之去除率模式 附錄C 質量平衡計算模式 表目錄 目次 頁次 表4-1 廢水資訊系統之管理工作項目 ……………………. 18 表4-2 廢水管理資訊系統之報表項目 ………………… 24 表5-1 初沉池SS去除率模式(1)之係數 …………………. 42 表5-2 初沉池SS去除率模式(2)之係數 …………………… 42 表5-3 初沉池SS去除率模式(3)之係數 ……………………. 42 表5-4 初沉池COD去除率模式(1)之係數 ………………… 45 表5-5 初沉池COD去除率模式(2)之係數 …………………. 45 表5-6 初沉池COD去除率模式(3)之係數 ………………… 45 表5-7 生物處理SS去除率模式之係數…………………. 48 表5-8 生物處理COD去除率模式之係數…………………… 49 表5-9 化學處理SS去除率模式之係數………………….. 50 表5-10 化學處理COD去除率模式之係數……………….. 52 表5-11 快濾池SS去除率模式之係數……………………. 53 表5-12 快濾池COD去除率模式之係數…………………… 54 表5-13 整廠之SS去除率模式之係數 …………………….. 55 表5-14 整廠之SS去除率模式之係數 ………………….. 56 表6-1 決策變數與控制變數一覽表 ……………………. 69 表6-2 案例之操作參數限制式範圍 ……………………. 79 表6-3 案例之計算參數值…………………………………. 79 表6-4 案例之機械設備資料 ……………………………. 80 表6-5 案例之成本資料 …………………………………. 80 表6-6 案例結果(實際情形) ……………………………… 81 表6-7 案例結果(執行操作最佳化模式) ………………… 81 圖目錄 目次 頁次 圖3-1 研究流程 ………………………………………………… 9 圖4-1 廢水管理資訊系統架構圖 ……………………………… 14 圖4-2 廢水管理資訊系統資料庫架構圖 ……………………… 15 圖4-3 系統功能架構圖 ………………………………………… 19 圖4-4 工廠作業功能圖 ………………………………………… 20 圖4-5 取樣作業功能圖 ………………………………………… 20 圖4-6 水質檢驗作業功能圖 …………………………………… 21 圖4-7 前處理作業功能圖 ……………………………………… 22 圖4-8 污水廠操作作業功能圖 ………………………………… 23 圖4-9 污水廠維護作業功能圖 ………………………………… 24 圖4-10 廢水管理資訊系統之系統進入畫面 ………………… 25 圖4-11 廢水管理資訊系統之系統主功能選單 ……………… 26 圖4-12 廢水管理資訊系統之廠外管理作業功能選單 ……… 26 圖4-13 廢水管理資訊系統之廠內管理作業功能選單 ……… 27 圖4-14 工廠作業之功能選單 ………………………………… 27 圖4-15 工廠基本資料管理作業 ……………………………… 27 圖4-16 工廠水量管理作業 …………………………………… 27 圖4-17 取樣作業之選單畫面 ………………………………… 28 圖4-18取樣作業之選單畫面 ………….…………………… 28 圖4-19 水質檢驗記錄之選單畫面 ………………………… 28 圖5-1 質量平衡之廢水處理流程圖 …………………………… 31 圖5-2 調和池之質量平衡圖 …………………………………… 32 圖5-3 初沉池之質量平衡圖 …………………………………… 34 圖5-4 曝氣池與二沉池之質量平衡圖 ………………………… 35 圖5-5 快混池、慢混池與三沉池之質量平衡圖 ……………… 36 圖5-6 快濾池之質量平衡圖 ………………………………… 37 圖5-7 浮除濃縮池之質量平衡圖 ……………………………… 39 圖5-8 污泥脫水機之質量平衡圖 ……………………………… 40 圖5-9 初沉池SS去除率模式(1)之預測值與實際值之比較 …… 42 圖5-10 初沉池SS去除率模式(2)之預測值與實際值之比較 … 43 圖5-11 初沉池SS去除率模式(3)之預測值與實際值之比較 … 43 圖5-12 初沉池之進流SS與進流COD比較 ………………….. 44 圖5-13初沉池之出流SS與出流COD比較 …………………… 44 圖5-14 初沉池COD去除率模式之預測值與實際值之比較 … 46-47 圖5-15 生物處理SS去除率模式之預測值與實際值之比較 … 48 圖5-16 生物處理程序COD去除率模式之預測值與實際值之比較 49 圖5-17 化學處理程序SS去除率模式之預測值與實際值之比較. 51 圖5-18 化學處理程序COD去除率模式之預測值與實際值之比較 52 圖5-19 快濾池SS去除率模式之預測值與實際值之比較 …… 53 圖5-20快濾池COD去除率模式之預測值與實際值之比較 …. 55 圖5-21 整體處理系統SS去除率模式之預測值與實際值之比較 56 圖5-22 整體處理系統COD去除率模式之預測值與實際值之比較 57 圖5-23 質量平衡與最佳化模式之試算表畫面 ……………… 58 圖5-24 基本資料輸入---進流水 ……………………………… 58 圖5-25 基本資料輸入---初沉池 ……………………………… 59 圖5-26 基本資料輸入---曝氣池 ……………………………… 59 圖5-27 基本資料輸入---二沉池 ……………………………… 60 圖5-28 基本資料輸入---快混池 ……………………………… 60 圖5-29 基本資料輸入---慢混池 ……………………………… 61 圖5-30 基本資料輸入---三沉池 ……………………………… 61 圖5-31基本資料輸入---快濾池 ………………………………… 62 圖5-32 基本資料輸入---浮除濃縮池 ………………………… 62 圖5-33 基本資料輸入---污泥脫水機 ………………………… 63 圖5-34 質量平衡執行前之詢問表單 ………………………… 63 圖5-35 質量平衡之計算結果顯示畫面 ……………………… 64 圖6-1 最佳化模式執行前之詢問表單 ………………………… 76 圖6-2 最佳化模式之結果畫面(有一合適解) ………………… 77 圖6-3 最佳化模式之結果畫面(無合適解) …………………… 77 圖6-4 規劃求解後，最佳控制策略結果畫面 ………………… 77