107 中央造幣廠分類職 廢水處理工程員 1 (水處理工程) 考古題詳解

核心觀念

本小題考《水污染防治法》第 2 條的專有名詞定義。判斷重點有二：水的來源用來區分「廢水」與「污水」；收集、輸送及處理設施的整體則構成「污水下水道系統」。

解題方法

先依產生水的對象區分廢水、污水，再完整寫出污水下水道系統涵蓋的設施與處理流程：

1. 廢水：事業於製造、操作、自然資源開發過程中，或作業環境所產生，且含有污染物之水。
2. 污水下水道系統：指公共下水道及專用下水道之廢（污）水收集、抽送、輸送、處理及最後處置的各種設施。

辨別時要注意：事業所產生的含污染物水屬「廢水」；事業以外所產生的含污染物水，才是《水污染防治法》所稱的「污水」。污水下水道系統則不限於管線，也包括收集、抽送、處理及最後處置等設施。

（二）處理設施故障後二十四小時內不適用主管機關所定標準的條件

核心觀念

本小題考《水污染防治法》第 59 條的故障例外規定。這不是設施一故障就自動免除標準，而是必須同時符合條文所列條件，始得於故障發生二十四小時內不適用主管機關所定標準。

解題方法

作答時依故障處理流程整理：立即應變及通報、限時恢復或減產停產、限期提出報告，並確認故障與超標的關係及是否為短期重複故障。

依《水污染防治法》第 59 條，應符合以下六項規定：

1. 立即處理並採取應變措施：立即修復或啟用備份裝置，並採取包括減少、停止生產或服務作業量，或其他應變措施。
2. 立即記錄並通報：在故障紀錄簿記錄故障設施名稱及故障時間，並以電話或電傳向當地主管機關報備；同時記錄報備發話人及受話人的姓名、職稱。
3. 限時恢復或減停作業：故障發生二十四小時內恢復正常操作；若未能恢復，則應在恢復正常操作前減少或停止生產及服務作業。
4. 限期提出書面報告：於故障發生五日內向當地主管機關提出書面報告。
5. 故障與超標有直接關係：故障須與所違反的該項放流水標準有直接關係。
6. 不得為六個月內相同故障：故障不得屬於六個月內發生的相同故障。

前述書面報告應記載設施名稱及故障時間、發生原因及修復方法、故障期間採取的污染防治措施、防止未來同類故障再發生的方法、前述應變措施及通報的證據資料，以及主管機關規定的其他事項。

核心觀念

混凝是使膠體顆粒脫穩，膠凝則是讓脫穩顆粒經碰撞結合成較大的絮體。兩者都需要攪拌，但目的和強度不同：

• 快混：快速、均勻地分散混凝劑，促進膠體脫穩。
• 慢混：以較溫和的攪拌增加顆粒碰撞機會，使絮體逐步長大，同時避免剪碎絮體。

攪拌強度常以速度梯降 $G$ 表示，其定義為：

其中 $P$ 為傳入水體的攪拌功率（$\mathrm{W}$），$\mu$ 為水的動力黏滯係數（$\mathrm{kg/(m\cdot s)}$），$V$ 為池體有效容積（$\mathrm{m^3}$）。$G$ 的單位為 $\mathrm{s^{-1}}$。

(1) 混凝與膠凝的攪拌方法

攪拌方式主要分為兩類：

1. 水力攪拌：利用水流本身的能量造成混合，例如水躍、擋板、孔口、折流或上下迴流等。
2. 機械攪拌：以馬達帶動葉片或攪拌器，將能量傳入水中；轉速可調整，常用於快混及慢混。

部分特殊設施也會使用空氣攪拌；在一般水處理工程的分類中，主要攪拌方式仍以水力與機械攪拌為主。

(2) 攪拌對混凝的影響及 $G$ 值範圍

適當攪拌能使混凝劑迅速分散，並增加膠體顆粒彼此接觸、碰撞的機會。攪拌不足時，混凝劑分布不均、顆粒碰撞不足，混凝與絮體形成效果會下降；攪拌過強則可能使已形成的絮體破碎，降低沉澱或後續固液分離效果。

常用設計範圍如下：

• 快混：$G \approx 700\sim1{,}000\ \mathrm{s^{-1}}$。
• 慢混（膠凝）：$G \approx 20\sim80\ \mathrm{s^{-1}}$。

快混的 $G$ 值較高，重點是迅速分散藥劑；慢混的 $G$ 值較低，重點是促進絮體成長並避免破壞絮體。

(3) 上下迴流慢混池的 $G$ 值

已知水量 $Q=4{,}000\ \mathrm{m^3/day}$、有效容積 $V=120\ \mathrm{m^3}$、水位差（視為水頭損失）$h=0.80\ \mathrm{m}$。水力攪拌池中，水流損失的水力能量轉為攪拌功率，因此：

先將流量換算為 $\mathrm{m^3/s}$：

代入水力攪拌功率公式：

再代入速度梯降公式：

核心觀念

本題考查廢水處理與水質分析中的五個基本術語：水樣採集方式、化學去除污染物的方法、膜分離原理，以及沉砂與生物處理單元的功能。題目為名詞解釋，作答時應交代定義、作用原理、主要用途與操作特性。

解題方法

依各術語的功能分類說明：

• 採樣方法：說明如何取得能代表一段時間水質的樣品。
• 物化處理方法：說明污染物如何藉化學反應或膜分離去除。
• 處理單元：說明設備的構造特徵、主要去除對象及其在流程中的位置。

各術語解析

（1）混合採樣（composite sampling）

混合採樣是指在一段指定時間內，於不同時間點採取多個水樣，再依一定方式混合成一個代表性樣品，以分析該時段的平均水質。可採取等體積混合，也可依各時段流量比例採樣或混合，使樣品代表該時段的平均污染負荷。

若水量或污染物濃度隨時間變動，按流量比例混合較能代表時段內的平均濃度；其概念可表示為：

其中 $Q_i$ 為第 $i$ 時段流量，$C_i$ 為該時段濃度，$\Delta t_i$ 為採樣間隔。混合採樣常用於評估平均水質及計算污染負荷；若需掌握瞬間或短時間的尖峰變化，則應採用瞬間採樣。

（2）化學沉降（chemical precipitation）

化學沉降是加入適當藥劑，使水中的溶解性物質發生化學反應，生成難溶性固體，再經混凝、絮凝、沉澱或固液分離予以去除的處理方法。其基本流程為：

常見用途包括利用石灰或其他藥劑去除重金屬、磷酸鹽，或調整 pH 使金屬離子形成氫氧化物沉澱。處理效果受藥劑種類與劑量、pH、反應時間及混合條件影響；藥劑過量或控制不當，可能增加污泥量或造成去除效率下降。

（3）逆滲透（reverse osmosis，RO）

逆滲透是加壓膜分離程序。自然滲透時，水會透過半透膜由低溶質濃度側流向高溶質濃度側；逆滲透則在高濃度側施加大於滲透壓的壓力，使水分子逆著自然滲透方向通過膜，而多數溶解鹽類及其他溶質被膜截留。

RO 可用於脫鹽、純水製造及廢水回收。其操作通常會產生透過水與濃縮水兩股水流；膜污染、結垢及濃縮水處置是操作管理的重要課題。

（4）曝氣式沉砂池

曝氣式沉砂池是以曝氣形成池內旋流，使砂粒等較重、不可沉降的無機顆粒沉降至池底，而有機物則較不易沉降、可隨水流帶出，以達到沉砂目的的處理單元。

核心觀念

電鍍廢水含有的污染物會隨電鍍製程與藥劑種類而異。傳統上依主要污染特性分流為三類：含氰廢水、含鉻廢水，以及一般酸鹼與重金屬廢水。分流的目的，是避免不同污染物彼此干擾，並為各類廢水選擇適當的化學處理方式。

解題方法

作答時先按主要污染物分類，再分別寫出各類的核心處理反應與後續固液分離程序：

1. 含氰廢水以氧化法破壞氰化物。
2. 含鉻廢水先將六價鉻還原成三價鉻，再使其沉澱。
3. 一般酸鹼與重金屬廢水先調整 pH，使金屬形成難溶氫氧化物，再經混凝沉澱去除。

（1）電鍍廢水的三種類別

1. 含氰廢水：含有氰化物，常見於氰化鍍銅、鍍鋅、鍍金等製程。
2. 含鉻廢水：主要含六價鉻，常見於鍍鉻、鉻酸鈍化等製程。
3. 一般酸鹼與重金屬廢水：含酸、鹼及銅、鎳、鋅等重金屬，常來自酸洗、脫脂、非氰系電鍍及工件清洗。

（2）傳統處理方法

1. 含氰廢水：鹼性氯氧化法

將廢水維持在鹼性條件，加入次氯酸鈉、漂白水等氧化劑，使氰化物氧化分解。典型流程分兩階段進行：先將氰化物氧化為氰酸鹽，再進一步氧化分解；反應完成後檢查殘餘氰化物，並依後續處理需求調整 pH。

處理時須避免在酸性條件下操作，因酸化含氰廢水會產生具高度毒性的氰化氫氣體。

2. 含鉻廢水：還原後中和沉澱

先在酸性條件下加入還原劑，例如亞硫酸氫鈉或硫酸亞鐵，將毒性較高、可溶性較強的六價鉻還原成三價鉻：

$\mathrm{Cr_2O_7^{2-} + 3SO_3^{2-} + 8H^+ \rightarrow 2Cr^{3+} + 3SO_4^{2-} + 4H_2O}$

接著加入石灰或氫氧化鈉提高 pH，使三價鉻形成氫氧化鉻沉澱：

$\mathrm{Cr^{3+} + 3OH^- \rightarrow Cr(OH)_3 \downarrow}$

最後經混凝、沉澱及污泥脫水，去除水中的鉻。

3. 一般酸鹼與重金屬廢水：中和、化學沉澱與混凝沉澱

先以酸或鹼調整廢水 pH，將酸鹼度調至適合金屬沉澱的範圍；再加入石灰、氫氧化鈉等，使銅、鎳、鋅等金屬離子形成難溶氫氧化物。例如：