侯文祥臺灣大學：生物環境系統工程學研究所林志軒Lin, Chih-HsuanChih-HsuanLin2007-11-272018-06-292007-11-272018-06-292007http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/55973由於水域普遍存在水溫以及溶氧分層，所以使用兼具上下水體交換與曝氣能力的湧升柱設備，以打破上下水體分層及增加水體溶氧。湧升柱裝置由市售硬質塑膠管材組裝而成，以打氣設備作為湧升柱裝置動力，此裝置利用氣體浮力揚升原理，將裝置內水體間歇式地湧升至水體表面，能夠使得上下水體交換，破壞水溫及溶氧分層，並提升水體溶氧量以改善水質環境。 根據裝置基本設計，初步地完成裝置的兩種規格，為了後續可建立多規格化設備的產品目標，明確提出對各項設備能力評估的實驗方法設計與計測結果。使用此兩種規格分別於實驗現場進行應用研究，觀察裝置於不同水體之增氧與打破水層效果，明確量化本裝置所能影響的水體範圍，以利日後針對不同水域，設計所需使用的增氧裝置數量與配置。 依湧升柱裝置標準化試驗結果，Ⅰ型裝置標準曝氣效率為0.56 (kgO2/kw/hr)，Ⅱ型裝置標準曝氣效率為0.72 (kgO2/kw/hr)，Ⅱ型裝置略優於Ⅰ型。本裝置應用於深水域之效果較淺水域顯著，增氧擴散範圍與水深成正相關，Ⅰ型裝置於1公尺淺水域之增氧範圍可達半徑8公尺，配置間隔可設計為16公尺，5公尺深水域則為15公尺，配置間隔可設計為30公尺。 低造價湧升柱裝置提供一個有效提高池底溶氧環境、加速改良池底有機物消化作用的途徑，如能提供長期連續曝氣，對水質改善應有正面效益。Water areas have temperature and dissolved oxygen dividing layer. We use air-lift equipments with aerated ability to exchange upper and lower water to break the layer and increase the water’s dissolved oxygen. Air-lift equipments was assembled of PVC tubes. Regard air-lift pump as equipments’ motive force. Utilizing gas buoyancy that wells up the water in equipments and raises the water periodically to the surface, causing the water to exchange. Equipments increase dissolved oxygen in water to enhance the water quality. According to the design of the equipments, two kinds of specifications of the device are designed. The experiment methods and designs and results are clearly propositioned to standardize more product of equipment to set up. This research analyses two kinds of specifications for air-lift equipments and confirming its movement characteristic. Oxygen increasing efficiency and range were recorded as well for identifying applicable conditions and clarifying operation methods. We design the numbers of oxygenation device to be used in order to apply different water areas. The standard aeration efficiency (SAE) with air-lift equipments typeⅠis 0.56 kgO2/kw/hr, typeⅡis 0.72 kgO2/kw/hr. The latter is more efficient than type Ⅰ. The equipments showed outstanding effect in deep water since the oxygen diffused area expanded as the depth increased. The experiments showed that the oxygen diffused area can access to 8 meters in radius when the equipments was placed at 1 meter underwater,and 15 meters when it was placed at 5 meters . The results confirmed that air-lift equipments can aerate more effective of whole bottom water in ponds, and it should enhance the organic matter digestion. It benefits water quality improvement when we aerate the water for a long time in succession.學位考試委員審定書 i 誌謝 ii 中文摘要 iii 英文摘要 iv 目錄 vi 圖目錄 ix 表目錄 xii 第一章 前言 1 1.1 研究緣起 1 1.2 研究內容與目的 1 第二章 文獻回顧 3 2.1 水體水質特徵 3 2.1.1 彰化鹿港露天養鰻池水體(水深1公尺以內) 3 2.1.2 金門太湖水庫自來水用水體(水深5公尺以內) 5 2.1.3 苗栗鯉魚潭水庫自來水用水體(水深20公尺以上) 7 2.2 物理性處理法設備原理簡介與相關文獻 11 2.3 低造價微型動力湧升柱之設備動作與原理 22 2.4 曝氣理論 23 2.4.1 總體氧氣質傳係數 23 2.4.2 溶氧傳遞效率相關係數 26 2.5 設備的平均增氧能力 26 2.6 營養狀態指數 27 第三章 材料與方法 29 3.1 兩種規格裝置之初步設計 30 3.1.1 低造價微型動力湧升柱規格設計用材料 32 3.1.2 低造價微型動力湧升柱組裝方法 33 3.2 配置水深、入氣速度與間歇湧升時間關係試驗 35 3.2.1 配置水深與間歇湧升時間關係試驗 35 3.2.2 配置入氣速度與間歇湧升時間關係試驗 35 3.3 裝置之增氧效率標準試驗 35 3.3.1 增氧效率試驗材料與儀器 35 3.3.2 增氧效率標準試驗 36 3.4 低造價微型動力湧升柱增氧能力之應用研究 39 3.4.1 應用於彰化鹿港露天養鰻池水體 39 3.4.2 應用於金門太湖水庫自來水用水體 40 3.4.3 應用於苗栗鯉魚潭水庫自來水用水體 43 3.5 裝置經濟性分析方法 50 第四章 結果與討論 51 4.1 配置水深、入氣速度與間歇湧升時間關係 51 4.2 裝置之增氧效率標準試驗結果 55 4.3 低造價微型動力湧升柱增氧能力之應用研究結果 56 4.3.1 應用於彰化鹿港露天養鰻池水體 56 4.3.2 應用於金門太湖水庫自來水用水體 58 4.3.3 應用於苗栗鯉魚潭水庫自來水用水體 69 4.4 裝置經濟性分析 86 第五章 結論與建議 87 5.1 結論 87 5.2 建議 88 第六章 參考文獻 90 附錄—增氧試驗計算記錄 932747962 bytesapplication/pdfen-US湧升柱裝置氣體湧升深層曝氣溶氧水質改善Air-lift equipmentsAir-liftHypolimnetic oxygenationDissolved oxygenWater quality improvementthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/55973/1/ntu-96-R94622024-1.pdf