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環境技術概論. 數位學習課程 環境資源管理系 許信儀 老師 syhsu@ocit.edu.tw. 第六單元 水污染防治. 一、飲用水的處理 二、廢水處理方法 三、廢 ( 污 ) 水處理程序 四、管理措施 五、結論. 一、飲用水的處理. 對一些落後的、開發中國家所作的調查研究報告指出至少有 40% 的民眾無法得到安全的、處理過的飲用水 (Drinking-water)
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環境技術概論 數位學習課程 環境資源管理系 許信儀 老師 syhsu@ocit.edu.tw
第六單元 水污染防治 • 一、飲用水的處理 • 二、廢水處理方法 • 三、廢(污)水處理程序 • 四、管理措施 • 五、結論
一、飲用水的處理 • 對一些落後的、開發中國家所作的調查研究報告指出至少有40%的民眾無法得到安全的、處理過的飲用水(Drinking-water) • 我國亦訂定了飲用水水質標準其旨意在保護民眾健康，其主要列舉管制項目包括(1)和健康有關係的各種污染物的最大污染值，如重金屬、三鹵甲烷(THMs)、有機農藥或殺蟲劑，VOCs(苯、氯乙烯、四氯化碳….)和放射性物質(氡氣)(2)不影響健康的項目如色度、氣味、硬度、濁度(懸浮固體)等等，其標準值可稱為參考標準值。
所謂可口便是指飲用水須無色、無味、清潔乾淨(低濁度)安全則是要求飲用水中所含有礙健康的污染物(如上述)不得超過管制的最大污染值。 • 由原水到供飲用水的整個流程為飲用水工程。包括取水、輸水、抽水、淨水和配水等5大部份。 • 飲用水處理程序(淨水程序)的主要重點在於去除原水中懸浮固體(無機或有機的，可造成濁度、色度)、微生物和鐵、錳etc金屬成份。
水中所含雜質可區分成溶解態、膠體態和懸浮微粒(固體)等三種狀態，膠粒和懸浮固體的雜質則使水呈現色度、濁度、膠體粒在水中不規則反射的光線，此謂之庭得耳(Tyndall)效應，可清晰看出微粒，它們和懸浮固體使水呈現較高的混濁度。水中所含雜質可區分成溶解態、膠體態和懸浮微粒(固體)等三種狀態，膠粒和懸浮固體的雜質則使水呈現色度、濁度、膠體粒在水中不規則反射的光線，此謂之庭得耳(Tyndall)效應，可清晰看出微粒，它們和懸浮固體使水呈現較高的混濁度。 • 含金屬離子的膠體、有機複合物、腐植質則形成水的色度，膠體粒可說是水的色度的大部份來源。 • 一般在傳統的淨水程序中多以混凝、沈澱和過濾來減少、去除原水中的濁度、色度和微生物。
飲用水處理程序便是利用物理、化學方法將原水中的雜質和微生物(細菌和寄生蟲)裱除，調整其酸鹼度、去除硬度、色度，降低濁度以提供乾淨、安全的飲用水。 • 整個飲用水的工程應包括了取水、輸水、抽水、淨水和配水。圖8-5為一般淨水廠的淨水程序之流程示意圖，但環境工程師實應依據當地的飲用水水質標準、原水的水質持性、用水的目的等作考慮，在處理程序上作增減或作特殊的處理。
井水可分成淺井和深井，而地表水則可分成河水、湖泊和水庫。經混凝、過濾等單元去除原水中的濁度、色度、微生物等。井水可分成淺井和深井，而地表水則可分成河水、湖泊和水庫。經混凝、過濾等單元去除原水中的濁度、色度、微生物等。 • 以混凝劑破壞膠體粒，或細小懸浮粒的帶電性使形成大的膠羽以增加其沉降性，此即混凝(flocculation)，而這些中性粒子彼此碰撞、凝集成可沈澱下來的大小(size)此謂之膠凝(Coagulation)。 • 在飲用水的處理程序裡，快混和慢混池使膠體粒形成可沈澱(降)的膠羽。除了飲用水處理利用混凝沈澱去除水中懸浮固體以降低濁度、色度外，部份廢污水處理程序中亦有混凝沈澱的單元。
二、廢水處理方法 • 廢水處理法大致可分成兩類，一類是從流入都市下水道的污水和雨水中除去砂、浮游物、有 機化合物(碳氫化合物)等之後，再放流於公共水域的下水處理；另一類則是處理酸、鹼、浮游物 質、無機鹽、有毒物質，以及微生物等的產業廢水處理。 • 廢水的處理方式一般可分成物理、化學和生物學的方法，不過，實際上單以物理方法或者生 物方法處理的情形很少，大多利用各方法組合來進形處理。以下列舉幾種常見的處理方法:
(一)物理處理方法 • 1.沉澱法 • 沉澱為污水及廢水處理最普遍廉價的方法，沉澱法可去除沉降懸浮固體物質，如砂、 無機固體物、懸浮性有機，以減少有機物質。最終沉澱池用以分離污泥與廢水之混合水，濃縮生物性污泥，排出清澄之廢水。沉澱由懸浮固體物質之濃度及顆粒凝聚性而分成四種，即單獨沉澱 (discrete settling)、 混凝沉澱(flocculant settling)、層沉澱(zone settling)及壓密(com- pression)。 第一種沉澱係保持單顆粒之沉降性，其大小、形狀、密度不變，沉砂池屬於此種。
混凝沉澱之特點為顆粒有凝聚作用，沉降速度隨之變化。層沉澱大都使顆粒成塊狀沉降，上澄液與沉澱固體物出現明顯之界面。壓密係固體物向下壓縮，孔隙中液體被壓出,減少固體物體積。在沉澱法的操作過程中，也可加入凝聚劑，以提高沉澱效果。污水經初級處理後約可去除百分之三十的BOD 和百分之三十到四十的SS(污泥)。去除後的污泥經消化處理後成為安定性物質，再經脫水晒乾後，可供作有機肥料用。而污水可加氯消毒後即可放流，或再提高處理程度。
2.過濾法 • 過濾為流體穿過多孔質濾料，使懸浮物與液體分離的方法，一般較沉澱池價高，但佔 地小且操作迅速，去除之固體物質易於乾燥。過濾分為：1)重力、2)壓力、3)真空、4)離心力等四種形式。重力法用於去除懸浮物濃度低之廢水，可直接通過濾床。真空過濾用於懸浮物濃度較高時，污泥之脫水應用。離心式用於易過濾之固體物，如含水率低的泥餅。過濾的材料方面有砂、粗目和細目濾網，或一些柔軟材料。但一般工業用水 (包括自來水) 的處理都使用砂過濾，砂過濾槽可分為，使廢水直接通過濾槽來進行的緩速過濾法，以及使用藥品來進行凝聚和沉澱處理為前題的急速過濾法二種，在此所產生的污泥則要先進行脫水處理後再廢棄。
(二)化學處理法 • 1.中和法 • PH值為放流水之重要標準之一，而廢水處理時，PH高低對處理效果影響甚大。因此，酸性、鹼性廢水均需利用化學藥劑起中和反應，調節PH值到適宜範圍內，係化學處理法中最普遍使用的一種。
2.氧化還原法 • 氧化作用對各種廢水之處理，具有很高之價值，不但能有效地去除生化需氧量，能破壞廢水中合成物之構造，且產生無害之物質如二氧化碳、氮、亞硝酸鹽和硫酸鹽等。還原作用在廢水處理上之應用較少，但對某些廢水如電鍍廢水甚具價值，如鉻酸鹽還原為三價鉻減少毒性。
(三)生物處理方法 • 1.活性污泥法 • 利用微生物的分解作用之氧化處理在廢水處理法中也是很重要的。活性污泥法對BOD 和 COD的除去率都在95%以上，在廢水處理法中70-80%是採用此種活性污泥法。
活性污泥法是當有機廢水與自最終沉澱池之迴流污泥接觸後 (1)微細的懸浮固體膠質物及部分溶解有機物迅速被吸著於污泥上 (2)此種被吸著物質，與溶解性有機物同時進行氧化及聚合，產生生物膠羽 (3)再繼續曝氣且營養缺乏時，生物膠羽被氧化而消散。
活性污泥法又可細分成很多種方法，常用的為標準活性污泥法，這是在曝氣槽的入口附近有大量的有機物被分解之方法。 • 採用活性污泥來處理的廢水向來是以紙漿廢水、食品工業廢水、發酵釀造廢水等為主，最近在有機合成工業的廢水方面也採用的很多。
2.滴濾法 • 滴濾法和活性污泥法相同，為有機性廢水生物處理法中最廣用之一種方式。廢水自濾料上層分佈滴濾於池，與繁殖在濾料表面微生物接觸，發生吸著混凝作用。因微生物固著濾料上，其數量不似活性污泥以人工調節，故缺乏操作伸縮性，如通風不良，池底附近易成厭氧分解產生臭氣，因此近年來家庭污水處理使用者有較活性污泥法為少之趨勢。但滴濾法對原水水質及流量之變動適應性較大，管理簡便，適合於工業廢水及小型污水廠之用。
3.旋轉生物圓盤法 • 旋轉生物圓盤法(Rotating Biological Contactor)簡稱RBC法，為生物處理的一種，由於 其可在短時間接觸下獲得高處理效率，對負荷變動較具彈性，設計簡單，產生污泥量少，無活性 污泥之鬆化(bulking)、發泡(foaming)、及滴濾法之散發臭氣、濾池阻塞等缺點，且噪音小，操 作上不必如活性汙泥法需迴流污泥、調節污泥濃度及曝氣槽之溶氧量等高度技術，所需動力亦較 活性污泥法少。因此，近年來歐、美、日本等國漸加重視，而積極開發為有機工業廢水及都市污 水處理之用。
RBC 法為利用附著於圓板上之微生物群以去除廢水中有機性污染物質的處理法。是將一連串的圓盤分成數段，其直徑之40% 浸於接觸槽之水中，當緩慢旋轉的圓盤與進流污水接觸後，經數日圓板表面開始產生附著微生物群，這些微生物群隨著圓盤的旋轉，自空氣中吸收氧及自水中吸收有機物進行喜氧性分解。微生物之厚度通常為0.5-2mm， 隨著接觸日數微生物膜漸厚，被覆蓋於底層的微生物群呈厭氧性，當其失去活性時則由於圓盤旋轉的剪力，而使微生物群 (污泥)自圓盤表面脫落，併同溢流水接觸槽流出，而於沉澱池分離去除污泥。
(四)污泥的利用及最後處置(disposal) • 經過處理之後的污泥，由於其中尚含有可利用之物質，若能妥善利用，不惟可以節省用新的或其它物質來發揮其功效的費用，也可以減少污泥最後處置量。回收利用外的剩餘污泥需加以處置，否則隨意棄置於水體或土地上將造成二次公害，也將降低最初水處理的預期功效。污泥的最後處置方法很多，但所選擇的方法需為最具經濟性且為所有關心的人所接受，一般可分為：1 地上處置：有土地填築、土地改良、堆化肥等。2 水中處理：有海洋擴散、集中投入(由於污泥加工物形成人工魚礁)。3 固體處理：以水泥或柏油使之固體化。4 焚化處理：污泥與垃圾混合投入焚化爐焚化。
三、廢(污)水處理程序 • 廢(污水)處理程序可大概分成前處理(pretreatment)，一級處理(primary treatment)、二級處理(secondary treatment)、三級處理(trimary treatment)和最終處理(final treatment)等幾個重大部分，一般廢(污)水處理只須處理到二級處理後，便可作最終處理排放或補注地下水或再作利用。但若要進一步去除水中的氨氮，特殊難分解的有機物，重金屬離離子等 則須再以離子交換法、脫硝程序、活性碳吸附等三級處理後，再行最終處理，所謂最終處理則包括酸鹼中和(調整池，消毒脫臭等)。
廢(污水)處理程序可大概分成前處理(pretreatment)，一級處理(primary treatment)、二級處理(secondary treatment)、三級處理(trimary treatment)和最終處理(final treatment)等幾個重大部分，一般廢(污)水處理只須處理到二級處理後，便可作最終處理排放或補注地下水或再作利用。但若要進一步去除水中的氨氮，特殊難分解的有機物，重金屬離離子等 則須再以離子交換法、脫硝程序、活性碳吸附等三級處理後，再行最終處理，所謂最終處理則包括酸鹼中和(調整池，消毒脫臭等)。嚴格來說，真正廢污水處理程序僅包括一級、二級和三級(高級)處理三個部份。
最常用的混凝劑包括 • (1)明礬(2)硫酸鐵(3)鋁酸鈉(4)硫酸亞鐵(5)三氯化鐵(6)高分子混凝劑 • 廢污水二級處理之生物處理程序，其常應用的生物單元包括活性污泥法、滴濾池、氧化塘(渠)、接觸曝氣法、生物旋轉盤技術(RBC)等等，其中最經常普遍被採用者就是活性污泥系統。活性污泥法(Activated Sludge A.S)主要由曝氣槽和最終沈澱池兩部份構成，屬好氧處理技術的一種。
活性污泥系統若要運轉正業順利，首先是食微比作參數的掌握十分重要，以下說明一些重要的操作參數，首先是食微比(F/M)，食微比係指一活性污泥系統中每單位質量的微生物MLSS 或污泥)其負責分解有機基質的速率，單位可表示成kg(BOD)/kg MLSS-day。
食微比(Food to Microorganism ratio F/M)可看成曝氣槽中有機物質(污染物)對微生物污泥團濃度(混合懸浮物濃度)的比值，其可定義成下式： • F/M=BOD=進流廢(污)水的有機質(污染物)濃度(mg/1) • MLSS=曝氣槽之混合懸浮液濃度(mg/1) • Q=進流廢(污)水的流量(m3/day) • V=曝氣槽的體積(m3) • F/M=食微比
曝氣槽的溶氧量通常希望能保持在3mg/1左右，太低溶氧量時可能厭氧分解的進行而產生臭味，供氧過剩(溶氧量太高)則除浪費能源外，易產生泡沫，膠羽不易形成現象亦會發生。曝氣槽的溶氧量通常希望能保持在3mg/1左右，太低溶氧量時可能厭氧分解的進行而產生臭味，供氧過剩(溶氧量太高)則除浪費能源外，易產生泡沫，膠羽不易形成現象亦會發生。 • 污泥容積參數(sludge Volume Index,SVI)可由每1升的曝氣槽流出液靜置沈降30分鐘所的沈澱率SV30依下式求得式中 SV30==活性污泥靜置30分鐘之沈降率 • MLSS=混合懸浮物濃度(mg/1) • SV30=在1000ml沈降管中沈降30分鐘 • 後所得污泥的體積(ml)數 • SVI=污泥容積參數(ml/g)
四、管理措施 • 1.目前政府所依據的「水污染防治法」是民國六十三年訂定，經過民國七十二年和民國八十年修正而成，可分為五章六十三條。 • 2.國內污水下水道系統的規劃興建是由內政部營建署負責，河川污染整治工作則由環保暑推動，由於國內下水道普及率不及3%，而全面推動污水下水道的建設經費要好幾千億，以目前的財力，並無法全面推動，因此政府依據污染現況訂定優先順序。
3.民國七十七年內政部營建署研擬「污水 下水道發展方案，其內容如下： • (一)方案目標1.改善都市居住環境衛生，提昇生活環境品質。2. 防止水域污染，確保良好水源水質。 • (二)基本原則1.整體規劃分區分期建設2.確立優先順序3.建立財務補助制度4.建立污染者付費的原則。 • (三)實施年限1.近程：民國七十七年度至八十二年度共六年2.長程：民國八十三年至九十六年度共十四年。
(四)建設目標1.近程目標使臺北市接管人口普及率達45%，高雄市達48%，臺灣省達8%，平均臺灣地區達16% 2.長程目標使臺北市接管人口普及率達90%，高雄市達80%，臺灣省達30%， 平均臺灣地區達42% 。 • (五)預期效益1.受益人口約一千三百七十萬人2.主要城鄉的污水獲得收集處理，都市生活環境獲致改善3.配合河川污染防制措施，河川污染的情形可獲改善
(六)建設計劃綱要：近程建設計劃綱要1.臺北市部分--將現有截流部分改為用戶直接接管，以直接收集處理污水，配合基隆河整治計劃興建污水下水道系統2.高雄市部分--辦理三民、新興、鹽珵等集水區的污水下水道分、支管工程。3.臺灣省部分--規劃臺北水源特定區、石岡水源地區、臺南市、烏溪、扑子溪、急水溪、東港溪流域、高雄市近郊污水下水道系統。(六)建設計劃綱要：近程建設計劃綱要1.臺北市部分--將現有截流部分改為用戶直接接管，以直接收集處理污水，配合基隆河整治計劃興建污水下水道系統2.高雄市部分--辦理三民、新興、鹽珵等集水區的污水下水道分、支管工程。3.臺灣省部分--規劃臺北水源特定區、石岡水源地區、臺南市、烏溪、扑子溪、急水溪、東港溪流域、高雄市近郊污水下水道系統。 • 長程計劃綱要是依據臺灣地區污水下水道普及率及年平均增加1.5%的原則，其中院轄市4%、省轄市2.5%、縣轄市2.5%、鄉鎮1%。
雖然最理想解決家庭廢水所引起的水污染問題的方法是污水下水道系統的興建，但是長年累積的經驗告訴我們，興建污水下水道系統並不一定是惟一可行的辦法，另有藉由高性能小型合併處理設備的普及化，加速解決水質環境的變通辦法。雖然最理想解決家庭廢水所引起的水污染問題的方法是污水下水道系統的興建，但是長年累積的經驗告訴我們，興建污水下水道系統並不一定是惟一可行的辦法，另有藉由高性能小型合併處理設備的普及化，加速解決水質環境的變通辦法。 • 除此之外，大眾應於日常生活中減輕生活污 水的污染。舉例來說：在廚房調理菜餚時，菜屑等殘渣或是魚的血水，不要用水沖掉，因為其所 含的有機物濃度非常高，最好的辦法是當作垃圾處裡。誠然家庭廢水的管理措施是政府應辦的工 作，但是不可否認地，我們每一個人小小努力的累積成果，將成為改善水質環境的巨大力量。
對於工業廢水污染，管理措施是規定設置廢水處理設備、訂立工廠廢水排放標準、嚴格取締工廠排放污水；而垃圾污染管理措施是垃圾減量、資源回收、不在河川傾倒垃圾、興建焚化爐、垃圾場需妥善處理垃圾。至於農業污染管理措施是不濫用農藥、化學肥料、不濫墾農地；養殖污染管理措施是減少養豬量、做好養殖廢水處理。最後水源區水污染的管理措施是嚴禁「六濫」、 多種樹、建水庫時做好生態保育設施且不濫採礦。
五、結論 • 1.水是一切生命的泉源，它不但是人類同時也是地球上所有生物不可或缺的資源。 • 2.水在日常生活中，具有飲用、燒飯、煮菜、洗衣、洗澡等各種用途，而且也是支持農業、水產業、工業等各種產業活動極為重要的資源。 • 3.潔淨的河川、青藍的湖泊、海洋、綠意豐潤的水邊等景觀，自古以來即是人們散步、嬉戲、觀賞、休閒、娛樂的場所。
4.隨著都市化的發展、社會的變遷，加上現今社會用水的方便，人們往往容易忽視了水的珍貴以及它所賜給我們的恩惠，我們只知利用它而未予適當的保護，於是造成今日令人可嘆的水質環境，我們每一個人都變成水污染的被害者及加害者。4.隨著都市化的發展、社會的變遷，加上現今社會用水的方便，人們往往容易忽視了水的珍貴以及它所賜給我們的恩惠，我們只知利用它而未予適當的保護，於是造成今日令人可嘆的水質環境，我們每一個人都變成水污染的被害者及加害者。 • 今天臺灣，清晰見底的溪水已不復多尋，水質的惡化以經逐漸影響到人們的健康、生命以及財產；唯有大家都有環境保育的共識，配合政府的水污染整治計劃，並且從自身做起：減少污染、節約用水，才能重新淨化我們的河川。
