108 地方特考三等 環境工程 水處理工程（包括相關法規） 考古題詳解

核心觀念

淨水場把原水中的泥砂、懸浮微粒、有機物、微生物及部分溶解物去除後，這些物質會集中在反沖洗廢水或污泥中。題目主要考查三件事：廢水與污泥的來源、主要組成，以及產生量與回收再利用方式。

以下所稱比例，通常是指快濾池反沖洗廢水量占淨水場處理水量的比例。污泥則是固體去除後濃縮、脫水形成的殘餘物，不能把污泥的乾固體量直接與反沖洗廢水量相加，當成同一種水量比例。

法規與廢棄物管理說明以命題當年（民國 108 年）法規為準；淨水污泥餅的處理與再利用，須依當時《廢棄物清理法》及相關再利用管理規定辦理，放流水則須符合當時適用的水污染管制規定。

解題方法

依淨水流程逐單元追蹤「被去除的物質去了哪裡」，再將產物流分成液態廢水與污泥：

1. 沉澱與預處理單元：原水中的砂粒、泥砂及混凝後沉降的膠羽，形成沉澱污泥。
2. 過濾單元：濾床截留殘餘微粒，反沖洗時形成反沖洗廢水；濾池恢復過濾初期的排水也可能成為廢水。
3. 其他清洗、排泥與污泥處理單元：池槽清洗水、排泥水、污泥濃縮上澄液及脫水濾液，依其收集與處理方式回收或排放。

傳統快濾淨水場的反沖洗廢水量，常用約 2～5% 作概估；國內淨水場調查的反沖洗廢水量約占處理水量 1.2～4.5%，實際值會受原水濁度、濾池操作及反洗頻率影響。此比例指廢水體積，不是污泥乾固體的重量比例。

各單元廢水（污泥）來源與成分

若淨水場另有化學軟化程序，會產生石灰污泥；若地下水含鐵、錳且經氧化處理，則可能形成鐵、錳氧化物污泥。因此，不同水源及流程的污泥成分並不相同。

核心觀念

化學沉降是加入適當藥劑，改變廢水的 pH 或離子組成，使溶解態重金屬離子轉化為難溶化合物，再以沉澱、混凝、沉澱分離或過濾等固液分離程序移除。它主要移除的是水中的溶解態金屬；若要達到穩定去除，須同時控制沉澱反應與後續固液分離。

以氫氧化物沉降為例，重金屬離子與氫氧根反應形成固體：

沉澱是否形成及其殘留溶解濃度，受溶度積與 pH 控制。對二價金屬氫氧化物而言：

因此，調整 pH 可降低溶解態金屬濃度；但各種金屬的最佳沉澱 pH 不同，且有些金屬氫氧化物具兩性，pH 過高時會再溶解形成可溶性錯離子。

解題方法：一般處理做法

本題可依「反應形成沉澱—固液分離—污泥處置」說明，一般流程如下：

1. 調整廢水水質與酸鹼值：視水質先行均化，並以石灰、氫氧化鈉等鹼劑調高 pH，使金屬離子生成氫氧化物沉澱。石灰常用於大量廢水，氫氧化鈉則較易控制加藥量。
2. 充分混合與反應：加藥後攪拌，使藥劑均勻分散、金屬離子與沉澱劑充分接觸；需要時加入混凝劑或高分子助凝劑，促使微細沉澱形成較大的絮體。
3. 固液分離：以沉澱池沉降分離，或搭配過濾等方式降低出流水中的懸浮固體及殘留金屬。
4. 處理污泥與檢驗出流水：沉澱污泥須妥善濃縮、脫水及處置；出流水則依排放標準及處理目標確認金屬濃度。

除氫氧化物沉降外，也可依金屬種類與水質採用硫化物沉降，例如：

硫化物沉澱通常具有較低的溶解度，有助於降低金屬殘留，但須控制硫化物投加量與操作條件，避免殘留硫化物造成後續問題。

化學沉降的實際操作困難

核心觀念

本題考查活性污泥系統的兩項操作控制指標：食微比（$F/M$ ratio）與污泥齡（sludge age，又稱固體停留時間、$SRT$ 或平均細胞停留時間、$MCRT$）。兩者分別描述「每日有多少有機物供微生物利用」及「污泥固體平均留在系統中的時間」。

食微比（$F/M$ ratio）

食微比是每日進入曝氣槽的有機物負荷，除以槽內微生物（或污泥）固體量，常以 BOD$_5$ 表示有機物負荷：

式中：

• $Q$：污水流量（m$^3$/d）
• $S_0$：進流 BOD$_5$ 濃度（kg/m$^3$）
• $V$：曝氣槽體積（m$^3$）
• $X$：曝氣槽混合液懸浮固體濃度（MLSS，kg/m$^3$）

因此，$F/M$ 的單位為 kg BOD$_5$/(kg MLSS·d)。以微生物量衡量時，也常以 MLVSS 代替 MLSS；作答時應註明採用的固體濃度基準。

一般活性污泥系統常用的合理範圍約為 0.2～0.5 kg BOD$_5$/(kg MLSS·d)；有些操作資料採較窄的 0.2～0.4 範圍，實際設定仍應配合處理目標與系統狀況。

污泥齡（sludge age）

污泥齡是曝氣槽及相關處理單元內的污泥固體總量，除以每日離開系統的固體量，代表污泥平均留在系統中的時間：

式中：

• $\theta_c$：污泥齡（d）
• $Q_w$、$X_w$：每日排泥流量及其固體濃度
• $Q_e$、$X_e$：每日出流水量及其懸浮固體濃度

若出流水帶出的固體量相對很小，可近似為：

一般傳統活性污泥系統的污泥齡常取 約 3～10 d；實際操作範圍會隨溫度、污水性質及處理目標而調整。若要求硝化，通常需採較長污泥齡，以保留生長較慢的硝化菌。

解題方法與控制理由

核心觀念

厭氧污泥消化是微生物在無氧環境下分解污泥有機物、產生甲烷與二氧化碳，並使污泥穩定化的程序。消化效率取決於產酸菌與產甲烷菌能否維持穩定且相互配合的代謝；產甲烷菌對環境變化尤其敏感。

本題是申論題，無須引用特定法條或計算公式。作答時列出四項重要操作因子，並說明各因子如何影響微生物活性及消化結果即可。

解題方法

可從「微生物生長環境、反應槽操作、進料負荷、抑制物」四個方向選取因子。以下四項均屬厭氧消化的重要控制條件。

一、溫度

溫度影響微生物的生長、酵素反應及有機物分解速率。污泥消化常採中溫操作，約在 $30\text{–}38^\circ\mathrm{C}$；也可採高溫操作，約在 $50\text{–}55^\circ\mathrm{C}$。高溫消化反應較快，但溫度控制要求較高。

消化槽應維持適當且穩定的溫度。溫度過低會使反應速率下降；突然變動則會抑制微生物，尤以產甲烷菌受影響較大，可能造成揮發性脂肪酸累積及產氣量降低。

二、酸鹼值與鹼度

產甲烷菌適合接近中性的環境，消化槽通常維持在約 $pH=6.8\text{–}7.4$。若產酸作用快於產甲烷作用，揮發性脂肪酸會累積，使 pH 下降，進而抑制產甲烷菌，形成消化效率降低的惡性循環。

核心觀念

附著式生物處理系統是指微生物附著並生長於固體介質表面，形成生物膜；廢水流經或接觸生物膜時，污染物質由水相傳送至膜內，經微生物吸附、分解及代謝而去除。生物膜外層通常較容易接觸溶氧與基質，內層則可能因傳質限制而形成低氧或厭氧區。

本題重點是掌握「微生物附著在介質上」與「微生物懸浮在水中」的差異，並說明生物膜的處理原理、操作特性、優缺點及常見程序。題目不涉及特定法條，故無須援引法規。

解題方法

依「定義 → 處理原理 → 優缺點 → 例子」作答，並以生物膜的傳質與固液分離特性作為說明主軸：

1. **定義：**微生物固定附著於載體或濾材表面，形成生物膜。
2. **原理：**廢水中的有機物與溶氧傳送至生物膜，微生物以污染物作為基質進行分解代謝；膜體增厚、老化後會脫落，脫落的生物固體須經後續沉澱或其他固液分離程序移除。
3. **評估特性：**生物量可留存在介質上，通常較不易受水力沖擊或污泥流失影響；但需考量堵塞、通風、傳質與脫落生物膜的處理。
4. **列舉實例：**列出兩種常見程序，並簡要說明其載體或接觸方式。

處理原理

附著式系統的微生物聚集於濾材或載體表面，形成具有一定厚度的生物膜。廢水流經載體時，有機污染物先由水相傳送至生物膜表面，再擴散進入膜內；氧氣則由空氣或曝氣水體供應。微生物利用有機物進行氧化分解，轉化為二氧化碳、水及新的細胞物質。

生物膜持續生長後，內部可能因氧氣或基質不足而死亡、老化，並因水流剪力而剝落。剝落的生物膜形成懸浮固體，通常須由二級沉澱池等後續單元去除。因此，附著式系統雖以生物膜處理為核心，仍須妥善設計後續固液分離。

優點與缺點

優點：