107 地方特考三等 環境工程 環境化學與環境微生物學 考古題詳解

核心觀念

1. 持久性有機污染物（POPs）之特性與判準：具有持久性（Persistence）、生物累積性（Bioaccumulation）、毒性（Toxicity）及長距離大氣輸送能力（Long-range Atmospheric Transport, LRAT）。
2. 多溴二苯醚（PBDEs）之物化特性與宿命：非極性疏水性化合物，具極高辛醇-水分配係數（$K_{ow}$）、極低水溶性與蒸汽壓；在環境中主要吸附於土壤、沉積物與懸浮微粒，移動多仰賴顆粒附著輸送與大氣長程遷移（蚱蜢效應）。
3. 五氯酚（PCP）之酸鹼游離與環境宿命：具弱酸性（$pK_a \approx 4.75$），在自然水體及中性土壤（$\mathrm{pH} > 6$）中主要以五氯酚陰離子（$\mathrm{PCP}^-$）形態存在，其水溶性提高且不易被帶負電的土壤膠體吸附，容易隨水淋洗並污染地下水；光解時易轉化為多氯戴奧辛（PCDDs）。
4. 反應動力學與阿瑞尼斯方程式（Arrhenius Equation）：

• 一階反應降解積分式： $\ln\left(\frac{C_0}{C_t}\right) = k \cdot t \quad \text{或} \quad C_t = C_0 \cdot e^{-k t}$
• 反應速率常數與溫度關係： $\ln\left(\frac{k_2}{k_1}\right) = \frac{E_a}{R}\left(\frac{1}{T_1} - \frac{1}{T_2}\right)$ 其中氣體常數 $R = 1.987\,\mathrm{cal}/(\mathrm{mol}\cdot\mathrm{K})$（或使用 $8.314\,\mathrm{J}/(\mathrm{mol}\cdot\mathrm{K})$），絕對溫度 $T\,(\mathrm{K}) = T\,(^\circ\mathrm{C}) + 273.15$。

解題方法

（一）多溴二苯醚（PBDEs）結構通式、特性與環境移動性

1. 結構通式： 多溴二苯醚骨架由兩個苯環藉由一個醚鍵（$-\mathrm{O}-$）相連，苯環上的氫原子被 $1 \sim 10$ 個溴原子取代。其化學通式為 $\mathrm{C}_{12}\mathrm{H}_{10-x}\mathrm{Br}_x\mathrm{O}$（$x = m + n = 1 \sim 10$）。

(Br)m (Br)n
/-----\ /-----\
// \\ // \\
| A |---- O ----| B |
\\ // \\ //
\-----/ \-----/

2. 化學與物理特性：

• 高疏水性與高親脂性：$\log K_{ow}$ 值極高（約 $6 \sim 10$），且隨溴原子數增加而上升。
• 極低水溶性與極低飽和蒸汽壓：常溫下揮發度低，屬於半揮發性有機物（SVOCs）。
• 高度化學與熱穩定性：芳香環鍵結溴原子，不易受水解或普通生物代謝酵素分解。

3. 環境移動性（Mobility）：

• 水體與土壤環境：極強的吸附能力（$K_{oc}$ 極高），入水後迅速吸附於懸浮微粒並沉降累積於底泥中；在土壤中垂直滲透移動性極差，幾乎不隨水流淋洗入地下水層。
• 大氣環境：主要鍵結吸附於大氣懸浮微粒（$PM_{2.5}$、$PM_{10}$）上進行長距離大氣輸送（LRAT），可經由「蚱蜢跳躍效應」（Grasshopper Effect）遷移至極地等偏遠冷凝區。
• 生物相：因高脂溶性而極易在食物鏈中發生高倍率的生物累積（Bioaccumulation）與生物濃縮放大（Biomagnification）。

（二）五氯酚（PCP）結構、特性、環境轉化與移動性

1. 結構式： 苯環上的一個氫原子被羥基（$-\mathrm{OH}$）取代，其餘五個碳位置皆被氯原子（$-\mathrm{Cl}$）取代，分子式為 $\mathrm{C}_6\mathrm{Cl}_5\mathrm{OH}$。

OH
/ \
Cl Cl
| (O) |
Cl Cl
\ /
Cl

2. 特性：

• 弱酸性可游離性：具酚羥基，酸解離常數 $pK_a \approx 4.75$。
• 型態隨 pH 轉變：在酸性環境（$\mathrm{pH} < 4.75$）以分子態存在，親脂性高（$\log K_{ow} \approx 5.0$）；在多數天然水體與土壤（$\mathrm{pH} = 6 \sim 8$）中，大部分（$> 90\%$）解離為五氯酚鈉或陰離子態（$\mathrm{PCP}^-$）。
• 具光敏反應活性與中等揮發性。

3. 環境轉化（Transformation）：

• 光化學降解：在表層水體受到陽光照射時，光解是其主要消散途徑。但光化學二聚化反應或熱反應可能轉化生成危害更大的多氯二苯駢戴奧辛（如八氯戴奧辛 OCDD）及多氯二苯駢呋喃（PCDFs）。
• 生物降解：好氧條件下，特定耐受菌屬（如 Sphingobium chlorophenolicum）可經由對苯二酚途徑進行氧化脫氯；厭氧條件下底泥微生物則進行還原脫氯。此外，真菌等微生物可將其甲基化代謝生成五氯苯甲醚（Pentachloroanisole, PCA），揮發性與親脂性隨之增加。

4. 環境移動性（Mobility）：

• 在環境正常 pH 範圍（$6 \sim 8$）下，五氯酚主要以陰離子（$\mathrm{PCP}^-$）存在，因受土壤膠體之同電荷靜電排斥，在土壤中之吸附分配係數遠低於非極性化合物。
• 其移動性隨環境 pH 升高而顯著增加，極易隨降雨與地表水向下滲透淋溶（Leaching），造成地下水與下游水體之擴散污染。

（三）五氯酚與十溴二苯醚（最高含溴數 PBDE）之轉化與移動性比較

最高含溴數之多溴二苯醚為十溴二苯醚（DecaBDE / BDE-209，含 10 個溴原子）：

（四）降解動力學與時間計算

1. $20^\circ\mathrm{C}$ 下移除 $90\%$ 所需時間

一階降解反應速率方程式： $\ln\left(\frac{C_0}{C_t}\right) = k \cdot t$

核心觀念

本題考查環境化學中「水體膠體化學與界面化學」的核心理論，重點包括：

1. 膠體與奈米顆粒之定義與尺寸界定：依據國際純化學暨應用化學聯合會（IUPAC）及環境工程慣用定義，膠體粒徑介於 $1\text{ nm} \sim 1\ \mu\text{m}$，奈米顆粒尺寸介於 $1\text{ nm} \sim 100\text{ nm}$。
2. DLVO 理論（Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek Theory）：膠體粒子間的作用勢能由靜電排斥能（$V_R$，源自雙電層重疊）與凡得瓦吸引能（$V_A$）疊加而成，總位能 $V_T = V_R + V_A$ 決定膠體的穩定度。
3. 膠體穩定機制：自然水體中膠體粒子表面通常帶負電荷，擴散雙電層重疊產生的排斥能障（Energy Barrier, $V_{\max}$）阻擋熱運動（布朗運動）碰撞，使粒子維持均勻分散。
4. 膠體去穩定化與聚集機制：改變環境化學因子（離子強度、反離子價數、$\text{pH}$ 值、高分子或特定吸附離子），藉由「壓縮雙電層」、「電荷中和」等機制降低或消除能障，引發膠體凝聚。符合舒茲-哈迪法則（Schulze-Hardy Rule）。

解題方法

1. 第（一）小題：以粒徑尺寸作為定量切入點，並補充比表面積與物理化學特性（布朗運動、沉降性），界定兩者的交集與範疇差異。
2. 第（二）小題：建立勢能對顆粒距離（$V-d$）坐標軸，繪出 $V_R$（斥力正值）、$V_A$（引力負值）及總作用能 $V_T$。標示「排斥能障（$V_{\max}$）」與「第一極小值（Primary Minimum）」，說明常溫下顆粒熱動能無法跨越能障，故膠體能維持動力學穩定。
3. 第（三）小題：從水溶液化學本質出發，列出四項直接影響雙電層厚度及表面電荷密度的環境因子：電解質濃度（離子強度）、反離子價數、溶液 $\text{pH}$ 值、天然有機物或特定多價金屬離子濃度。
4. 第（四）小題：利用第（二）小題所建立的 DLVO 勢能圖，疊加環境因子改變後（如離子強度上升）的勢能曲線變化：雙電層被壓縮，Debye 長度縮短，排斥力 $V_R$ 有效作用範圍退縮，使淨勢能曲線之能障 $V_{\max}$ 大幅下降或消失，顆粒碰撞落入第一極小值形成不可逆聚集。

選項分析

本題為申論題型，無選擇題選項，各小題之評分核心與作答構面分析如下：

• 第（一）子題：評分焦點在於粒徑界限的精準度（膠體 $1\text{ nm} \sim 1\ \mu\text{m}$；奈米顆粒 $1\text{ nm} \sim 100\text{ nm}$）以及兩者在環境分散相中的從屬關係。
• 第（二）子題：評分焦點在於能否精確繪出 DLVO 勢能分解圖（引力、斥力、合力），並在文字中扣緊「雙電層排斥力形成能障抵抗布朗運動碰撞」之穩定機制。
• 第（三）子題：評分焦點在於環境因子的全面性，須涵蓋無機鹽離子、酸鹼度及錯合/吸附性物質，不可僅單答一項。
• 第（四）子題：評分焦點在於「圖文相扣」，必須直接引用勢能圖中的能障消長，以雙電層壓縮理論（Debye 長度縮短）作合理解釋。

解題技巧

1. 圖形繪製口訣：

• 橫軸是顆粒間距 $d$（或 $r$），縱軸是位能 $V$（上方為斥力 $+V$，下方為引力 $-V$）。
• 凡得瓦引力曲線 $V_A$ 恆在下方（第四象限，隨距離漸近至 0）。
• 靜電斥力曲線 $V_R$ 恆在上方（第一象限，隨距離指數衰減）。
• 總合曲線 $V_T$ 必須畫出明顯的頂點（能障 $V_{\max}$）與近距離深谷（第一極小值）。

2. 舒茲-哈迪法則（Schulze-Hardy Rule）快速聯想：臨界凝集濃度（CCC）與反離子價數的六次方成反比（$\text{CCC} \propto z^{-6}$），三價離子（$\text{Al}^{3+}, \text{Fe}^{3+}$）破壞膠體穩定性的能力遠高於二價（$\text{Ca}^{2+}, \text{Mg}^{2+}$）與單價（$\text{Na}^+$）。
3. 避免失分陷阱：回答「聚集原因」時，切勿僅寫「異性相吸」，必須寫出「雙電層被壓縮，導致凡得瓦引力作用範圍超越靜電斥力，消除能障」。

【答案】

（一）膠體與奈米顆粒的定義

1. 膠體（Colloids）：

• 粒徑範圍：分散於連續介質（如水體）中，粒徑通常介於 $1\text{ nm}$ 至 $1\ \mu\text{m}$（$10^{-9}\text{ m} \sim 10^{-6}\text{ m}$）之間的固體、液體或氣體微粒。
• 行為特徵：比表面積龐大，重力沉降作用極微，在水中受水分子碰撞呈現劇烈的布朗運動（Brownian motion），且具廷得耳效應（Tyndall effect）。其界面電荷與雙電層靜電斥力在分散懸浮中起決定性作用。

2. 奈米顆粒（Nanoparticles）：

• 粒徑範圍：指在三維度空間中，至少有一維的幾何尺寸介於 $1\text{ nm}$ 至 $100\text{ nm}$ 之間的超微顆粒。
• 行為特徵：粒徑位於膠體尺度範圍之低端，具有顯著的量子尺寸效應與極高的表面原子比例，具備強烈的表面反應活性與吸附能力。

核心觀念 本題評量環境微生物學中「病原微生物之傳播機制」及「環境流行病學之病毒擴散動態學」。核心觀念涵蓋：

1. 登革病毒（Dengue virus, DENV）之傳播途徑：屬於黃病毒科（Flaviviridae）黃病毒屬（Flavivirus）之單股正鏈 RNA 病毒，區分為四種血清型（DENV-1～DENV-4）。傳播仰賴病媒蚊（主要為埃及斑蚊 Aedes aegypti 與白線斑蚊 Aedes albopictus）叮咬，透過「人－蚊－人」之循環傳播，涉及宿主體內之「內潛伏期」與蚊體內之「外潛伏期」（Extrinsic Incubation Period, EIP）。一般情況下無直接人傳人之途徑。
2. 病毒擴散動態學（Viral Diffusion Dynamics）與流行病學參數：病毒在族群中的傳播擴散受基本再生數 $R_0$ 與有效再生數 $R_t$ 調控。決定擴散強度的關鍵因子包括：病原血清型與群體易感性（Herd susceptibility）、環境氣候對病媒蚊生命週期與 EIP 的影響、空間傳播模式（接觸擴散與階層擴散），以及公共衛生介入（早期通報、孳生源清除、化學防治防火牆）對傳播鏈的阻斷效應。

解題方法 本題為標準的兩段式申論題，答題架構應包含：

1. 傳染途徑解析：依序說明「病原體－病媒蚊媒介－人體宿主」之感染過程，清楚界定病毒血症期、外潛伏期、內潛伏期，並強調其為非人傳人之蟲媒傳染病。
2. 2015 年與 2018 年病例差異之病毒擴散分析：從傳染病擴散動力學之四個面向進行對比分析：

• 易感族群與血清型抗體免疫屏障（2015 年流行南台灣多年未見之 DENV-2，缺乏群體免疫；2018 年多為零星單點型別）。
• 氣候環境與病媒蚊生態動態（2015 年高溫多雨及颱風，縮短 EIP 並加速病媒蚊繁殖，擴大擴散通量；2018 年無極端誘發因子）。
• 空間擴散模式與傳播鏈連續性（2015 年都會高密度區之接觸擴散疊加跨區階層擴散；2018 年呈點狀侷限分布）。
• 公衛防治介入與有效再生數控制（2015 年大流行前診斷與介入存在時間差；大流行後成立國家蚊媒傳染病防治研究中心，2018 年普遍運用 NS1 快篩與精準防火牆圍堵，使 $R_t < 1$ 迅速切斷傳播鏈）。

選項分析 本題為申論題，無選項分析。

解題技巧

1. 避免純敘事，導入學理名詞：分析病例數差異時，切忌僅以口語化的「天氣熱、積水多、政府有做好」帶過，應使用「外潛伏期（EIP）」、「布氏指數（Breteau Index）」、「有效再生數（$R_t$）」、「接觸擴散（Contagious diffusion）與階層擴散（Hierarchical diffusion）」等環境流行病學專有名詞，方能獲取高分。
2. 掌握歷史背景細節：2015 年台灣登革熱疫情主要集中於台南市與高雄市（台南以 DENV-2 為主，重症與致死率偏高），累積病例突破 4.3 萬人；該次戰役促成後續公衛體系導入「NS1 快速診斷試劑」全面篩檢、成立「國家蚊媒傳染病防治研究中心」及科技防疫（GIS 空間定位、誘卵桶監測），這些正是 2018 年成功將本土疫情壓制在 177 例的關鍵科學機制。

【答案】

一、登革熱傳染給人類之機制與途徑

登革熱（Dengue fever）是由黃病毒科（Flaviviridae）黃病毒屬（Flavivirus）之登革病毒（包含第一至第四型血清型）所引發之急性蟲媒傳染病，其傳染給人類之循環機制如下：

1. 傳播媒介與吸血行為：

• 登革熱無法由人直接傳染給人，必須透過受感染之雌性病媒蚊叮咬傳播。在台灣，傳播媒介以埃及斑蚊（Aedes aegypti，主要分布於嘉義布袋以南，喜室內棲息且警覺性高，具多次吸血習性，傳播效率極高）與白線斑蚊（Aedes albopictus，全台平地及海拔 1,500 公尺以下均有分布，多棲息於室外）為主。

2. 人至蚊之傳播（病毒血症期）：

核心觀念 本題考查環境微生物學中水體環境生態與工程生物處理的核心菌種。命題涵蓋兩大面向：

1. 微囊藻（Microcystis aeruginosa）：考查原核藍綠菌（Cyanobacteria）的生理構造（光合作用色素、氣囊）、優養化水華形成機制、胞內合成之微囊藻毒（Microcystins，特別是 Microcystin-LR）之化學結構、毒理特性（肝毒素、抑制蛋白質磷酸酶 PP1/PP2A）及公共衛生與自來水淨水處理對策（包含我國《飲用水水質標準》之規範）。
2. 硫酸還原菌（Sulfate-reducing bacteria, SRB）：考查偏性厭氧微生物之代謝途徑（異化性硫酸還原作用，Dissimilatory Sulfate Reduction）、電子供體與受體之氧化還原反應、在自然硫循環中的角色、厭氧消化系統中與產甲烷菌（Methanogens）之基質競爭熱力學，以及在環境工程中兼具的雙重性（管線生物誘發腐蝕 MIC、下水道冠部腐蝕 vs. 酸性礦山廢水與重金屬生物沉澱回收）。

解題方法 本題為標準的雙子題申論題（各 10 分），解題應採取「分類與生理特徵」＋「環境與工程意義（正負面兼具）」的結構化切入點，確保得分點完整：

1. 針對微囊藻：

• 特性部分：必須明確釐清其為「原核生物之藍綠菌」而非真核藻類；點出其「無異形細胞（不能固氮）」、「具氣囊（調節浮力）」及「產產氧光合作用」之特徵。
• 環境意義部分：分點論述優養化水華對水體溶氧與透光的衝擊、釋放微囊藻毒素對自來水安全與人體肝臟的威脅、衍生臭味物質（2-MIB 等），以及現行自來水常規處理之侷限與進階處理需求。

2. 針對硫酸還原菌：

• 特性部分：界定其為「偏性（嚴格）厭氧菌」，以有機酸（或氫氣）為電子供體，以硫酸根（$\text{SO}_4^{2-}$）為終端電子受體，生成硫化氫（$\text{H}_2\text{S}$）。
• 環境意義部分：需同時涵蓋工程公害（下水道混凝土冠部腐蝕、金屬管線生物腐蝕、抑制厭氧產沼氣效率）與工程正面應用（利用生成之 $\text{S}^{2-}$ 與重金屬離子結合生成金屬硫化物沉澱，處理酸性礦山廢水）。

選項分析 本題為申論問答題，非選擇題型。兩子題各佔 10 分，評分關鍵在於能否精準使用微生物學專有名詞，並將生理特性與水質工程、毒理及法規標準無縫扣合。

解題技巧

1. 名詞勿混淆：微囊藻雖常被俗稱為「藻」，但在生物學與環境微生物學作答時，務必第一句強調其屬「藍細菌門（Cyanobacteria），為原核生物」，展現學術嚴謹度。
2. 化學計量與反應式佐證：在說明硫酸還原菌時，寫出其厭氧呼吸與重金屬沉澱的代表性化學反應式，可立即拉開與一般考生的分數差距。
3. 法規加分亮點：提到微囊藻毒時，主動援引我國《飲用水水質標準》（以命題當年民國 107 年法規為準，規定微囊藻毒-LR 最大容許限值為 $0.001\text{ mg/L}$），能顯著提高閱卷委員對專業度的評價。

【答案】

（一）微囊藻（Microcystis aeruginosa）之特性及環境意義

1. 微生物特性

• 分類與細胞構造：屬於原核生物界藍細菌門（Cyanobacteria）、色球藻目。微囊藻多以無數球形或橢圓形細胞包埋於無色黏液質膠鞘中，形成肉眼可見的不規則群體（Colonies）。
• 生理代謝：
• 為產氧光合自營菌，含葉綠素 a（Chlorophyll a）及藻藍蛋白（Phycocyanin），能行光合作用自營生長。
• 不具異形細胞（Heterocyst），故不具固氮能力，特別依賴水中外源性無機氮（如銨鹽、硝酸鹽）與可溶性磷酸鹽。
• 浮力調節能力：細胞內富含氣囊（Gas vacuoles / Gas vesicles）。微囊藻可藉由充氣與放氣調節浮力，在水柱中垂直遷移，於光照充足的表水層獲取陽光與二氧化碳，而在深水層吸收營養鹽。
• 產毒能力：為水體中最常見之產毒藍綠菌，能合成強烈肝毒素——微囊藻毒（Microcystins, MCs），其中以微囊藻毒-LR（Microcystin-LR）毒性最強、分佈最廣。該毒素化學結構為環狀七胜肽（Cyclic heptapeptide），化學性質極為穩定，耐熱、耐酸鹼，不易被常規水溫沸騰破壞。

2. 環境上之意義

• 水體優養化與水華（Water Bloom）之指標： 在富營養化（高氮、高磷、高溫及低水流擾動）的水庫或湖泊中，微囊藻極易爆發性生長，形成厚層綠色水華。此現象會遮蔽陽光，阻礙底層水生植物行光合作用；藻體衰亡分解時，異營微生物大量耗氧，造成水體嚴重缺氧或死區（Dead zone），引發魚貝類大量窒息死亡。
• 公共衛生與飲用水安全危害： 微囊藻毒（MCs）經攝入人體後，會專一性抑制肝細胞內之第一型及第二 A 型蛋白質磷酸酶（PP1 及 PP2A），導致細胞骨架崩解、肝出血，具促癌性與慢性肝衰竭風險。

核心觀念

本題旨在測驗環境工程水處理中「強化生物除磷法」（Enhanced Biological Phosphorus Removal, EBPR）之核心工程原理與環境微生物生理代謝機制。關鍵核心包含：

1. 聚磷菌（Polyphosphate-Accumulating Organisms, PAOs）的代謝特性：PAOs 在厭氧與好氧交替環境下，利用細胞內多聚磷酸鹽（Polyphosphate, Poly-P）與胞內碳源聚-$\beta$-羥基丁酸酯（Poly-$\beta$-hydroxybutyrate, PHB）或聚羥基烷酸酯（Polyhydroxyalkanoates, PHAs）之互轉循環。
2. 生物除磷之工程本質：磷元素無法像氮元素藉由氣化（如硝化／脫硝轉化為 $\text{N}_2$）逸散至大氣，水中磷的實質移除**必須透過排放富含 Poly-P 的剩餘活性污泥（Waste Activated Sludge, WAS）**達成。
3. 生化反應與環境控制因子：涵蓋碳源品質（揮發性脂肪酸 VFAs）、競爭性電子受體（$\text{DO}$ 與 $\text{NO}_3^-$）、污泥停留時間（$\text{SRT}$）、溫度、$\text{pH}$、共存金屬陽離子（$\text{Mg}^{2+}、\text{K}^+$）及聚糖菌（Glycogen-Accumulating Organisms, GAOs）之基質競爭。

解題方法

本題配分 15 分，為標準的申論圖解題。答題策略分為三大架構：

1. 工程方法圖解：繪製典型的厭氧／好氧（Anaerobic/Oxic, A/O）生物除磷程序流程圖，標明進水、迴流污泥與富磷廢棄污泥排放點。
2. 微生物生理代謝機制圖解：分別剖析並繪製 PAO 細胞在「厭氧階段（釋磷與儲碳）」與「好氧階段（超量吸磷與生長）」之生化反應機制。
3. 影響磷去除之因子分析：從進水水質特性、操作運轉參數、環境物理化學條件及微生物競爭等面向進行條列歸納。

選項分析

本題為公職專技申論題，非選擇題，故無選項分析。考生作答時應以「雙圖整合（流程圖＋細胞代謝圖）」搭配「條列式機制說明」展現邏輯完整性。

解題技巧

1. 破除盲點：切勿將除磷寫成「轉化為磷化氫氣體揮發」。生物除磷的終點永遠是「富磷污泥排放」，無排泥則無除磷。
2. 雙圖必備：卷面務必包含「單元配置流程圖」與「PAO 微生物細胞內反應機制圖」，單純文字敘述難以拿滿 15 分。
3. 關鍵化學品與受質背誦口訣：

• 厭氧段：水解 Poly-P $\rightarrow$ 釋放 $\text{PO}_4^{3-}$ 獲取能量 $\text{ATP}$ $\rightarrow$ 攝取 VFA 合成 PHB。
• 好氧段：氧化 PHB 獲取能量 $\text{ATP}$ $\rightarrow$ 超量攝取 $\text{PO}_4^{3-}$ 合成 Poly-P。

4. 影響因子結構化：依「水質碳源（COD/P、VFA）」、「電子受體干擾（$\text{DO}$、$\text{NO}_3^-$）」、「操作條件（SRT、$\text{HRT}$）」、「環境化學（$\text{pH}$、溫度、陽離子）」四分法作答，層次分明。

【答案】

一、利用生物處理法去除廢水中磷之方法（工藝流程）

生物除磷主要利用「強化生物除磷系統」（EBPR），最基本且典型之配置為 A/O（Anaerobic/Oxic）系統。其流程包含前端「厭氧反應槽」與後端「好氧反應槽」，並配合二次沉澱池與污泥迴流系統。

 【生物除磷 A/O 程序流程圖】

 進水 ───> ┌──────────┐ ┌──────────┐ ┌──────────┐
 (含有機物與磷) │ 厭氧槽 │ ───> │ 好氧槽 │ ───> │ 二次沉澱池 │ ───> 放流水
 │(Anaerobic)│ │ (Aerobic)│ └────┬─────┘ (低磷)
 └─────▲────┘ └──────────┘ │
 │ │
 └────────── 污泥迴流 (RAS) ─────────┤
 ▼
 富磷剩餘污泥 (WAS)
 (排放帶走磷，完成除磷)

1. 厭氧槽（Anaerobic Tank）：維持嚴格無分子氧（$\text{DO} < 0.2\text{ mg/L}$）且無硝酸鹽（$\text{NO}_3^-$）之環境。進水與迴流污泥在此混合，聚磷菌（PAOs）進行厭氧釋磷。
2. 好氧槽（Aerobic Tank）：曝氣供給充足氧氣（$\text{DO} \ge 2.0\text{ mg/L}$），PAOs 進行好氧超量吸磷。
3. 二次沉澱池與排泥：固液分離後，上清液作為低磷放流水排出；沉澱於底部之污泥除部分迴流至厭氧槽補充生物量外，其餘富含聚磷酸鹽之「剩餘活性污泥（WAS）」排出系統進行後續處置，達成廢水磷之完全去除。

二、生物除磷之生化反應機制

生物除磷之核心在於聚磷菌（Polyphosphate-Accumulating Organisms, PAOs，如 Candidatus Accumulibacter phosphatis）在不同氧化還原條件下的特殊生理代謝：