113 地方特考三等 環境工程 流體力學與水處理工程 考古題詳解

核心觀念

矩形渠道的比能量水頭，是相對於渠底的總水頭，等於水深與流速水頭之和：

其中 $y$ 為水深、$V$ 為平均流速、$g$ 為重力加速度。題目已指定渠底為基準面，因此位能水頭即為水深 $y$。

解題方法

先以流量除以渠道斷面積求平均流速。矩形渠道的斷面積為：

因此平均流速為：

核心觀念

本題考查以螢光染劑稀釋法量測渠道流量，依據質量守恆：染劑在渠道中穩定、不吸附、不分解，且下游水樣已完全混合，因此染劑注入前後的質量流率相等。

設渠道原流量為 $Q$，注入染劑的流量為 $q$，下游混合後總流量為 $Q+q$。注入前渠道水中的染劑濃度視為零。

解題方法

染劑注入流率為 $qC_1$；下游混合水中的染劑流率為 $(Q+q)C_2$。依質量守恆：

$qC_1=(Q+q)C_2$

整理求渠道流量：

$qC_1=QC_2+qC_2$

$Q=\left(\frac{C_1}{C_2}-1\right)q$

代入數值前，須先統一濃度單位。因為 $1\ \mathrm{g}=10^6\ \mathrm{\mu g}$：

$C_1=5\ \mathrm{g/L}=5\times10^6\ \mathrm{\mu g/L}$

核心觀念

污泥容積指數（sludge volume index, SVI）表示每克混合液懸浮固體（MLSS）經沉降後所占的污泥體積，常用來評估活性污泥的沉降與濃縮性。其定義為：

解題方法

一公升量筒中，30 分鐘後污泥占 $400\ \mathrm{mL}$，因此每公升混合液的沉降污泥體積為 $400\ \mathrm{mL/L}$。

將 MLSS 由 $\mathrm{mg/L}$ 換算為 $\mathrm{g/L}$：

代入 SVI 定義：

鬆化污泥的可能原因及解決方法

本題算得 $\mathrm{SVI}=250\ \mathrm{mL/g}$，高於題目所列的 $200\ \mathrm{mL/g}$ 判準，屬鬆化污泥，表示污泥絮體沉降、濃縮性不佳，固液分離較困難。

常見原因與改善方向如下：

核心觀念

本題考查二級污水處理廠污泥的來源與組成、廠內污泥處理各單元的功能與目的，以及污泥最終的處置或再利用途徑。回答時宜依「污泥從哪裡來、如何處理、最後去哪裡」的流程分段說明。

解題方法

先依處理流程辨認污泥來源，再概述污泥所含物質與特性；接著說明廠內處理如何減量、穩定化並改善脫水與衛生條件；最後列出至少三種符合污泥特性的處置或再利用方式，並指出各自的適用條件。

一、廢棄污泥的來源與組成

二級污水處理廠的廢棄污泥主要來自下列單元：

1. 初級處理污泥：初沉池沉降去除的懸浮固體，包含糞便、食物殘渣、纖維、砂粒及其他有機、無機顆粒。若設有化學加藥，亦可能含化學沉澱物。
2. 剩餘生物污泥：生物處理單元中微生物分解污染物後增殖，必須排出的剩餘微生物及其代謝產物。活性污泥程序的主要來源是剩餘活性污泥；生物膜程序則可能包含剝落的生物膜固體。
3. 其他處理殘渣：視廠內流程而定，可能包括砂礫、攔污柵渣、化學混凝沉澱物，以及污泥處理或污水回流過程產生的固體。

污泥通常含有大量水分與有機物，也含無機固體、微生物細胞及其代謝產物。其性質受來源影響：初級污泥含可沉降固體及較易腐敗的有機物；生物污泥則以微生物細胞、有機膠體及結合水為主。若污水中含有工業放流水或特定污染物，污泥亦可能含重金屬或其他有害物質，須依檢測結果管理。

二、廠內污泥處理設施的主要功能與目的

污泥處理通常依序進行濃縮、穩定化、調理、脫水，必要時再乾燥或熱處理。各單元的主要功能如下：

1. 濃縮：以重力濃縮、浮選或機械方式提高污泥固體濃度，減少後續處理所需的槽體容量、藥劑量與加熱能耗。
2. 穩定化與消化：利用厭氧或好氧消化、石灰穩定化等方式降低易腐敗有機物與臭味，減少病原體及揮發性固體，並提高污泥儲存與後續利用的穩定性。厭氧消化另可產生沼氣，供回收利用。

核心觀念

本題考查下水道內可燃或有毒氣體的來源機制，以及硫化氫的生成控制。下水道中的氣體常源自污水有機物分解、工業廢水排放、化學反應及外部燃料或溶劑滲入。缺氧時，有機物經微生物分解會產生硫化氫、甲烷等氣體；若氣體在通風不良處累積，遇火源便有爆炸或火災風險。

解題方法

先按危害類型列出代表性氣體，再說明各自的生成或進入管線原因；控制硫化氫時，則從「減少硫化物來源、抑制硫酸鹽還原、改變管內氧化還原環境、避免氣體逸出後腐蝕」等方向作答。

一、下水道可能存在的易燃或有毒氣體及來源

此外，下水道內的缺氧或低氧環境本身會增加窒息危害；二氧化碳（$\mathrm{CO_2}$）及氮氣（$\mathrm{N_2}$）雖不燃，但若大量累積而置換氧氣，也會造成缺氧窒息。

二、硫化氫生成與腐蝕的關聯