112 高普考普通考試 環境工程 水處理工程概要 考古題詳解

核心觀念

本題考「完全混合」的質量平衡：混合後硼的總質量流率，等於各股水流硼質量流率的總和。濃度以流量加權平均計算，不能直接把兩股水的濃度取算術平均。

解題方法

河川上游流量為 $150\ \mathrm{m^3/min}$，其中抽取 $20\ \mathrm{m^3/min}$ 供洗滌塔使用，因此流至放流口下游的河川流量為：

電廠另排放 $18\ \mathrm{m^3/min}$ 放流水，故完全混合後的總流量為：

依硼的質量平衡，完全混合後濃度為：

核心觀念

本題考查典型污水處理廠的液流處理流程與污泥處理流程，以及兩者如何銜接。二級處理通常以活性污泥法等生物處理程序去除污水中的可生物分解有機物；二沉池分離處理水與生物污泥，部分回流污泥送回曝氣池維持生物量，剩餘污泥則進入污泥處理程序。

解題方法

作答時依污水與污泥的流向分成兩條線繪製：先畫出污水從進流至放流的主流程，再由初沉池、二沉池標出污泥去向，補上回流污泥及污泥處理單元。典型流程如下：

核心觀念

本題考沉澱池的四項水力設計參數：

• 水力停留時間：池內有效水量除以流量，$t=V/Q$。
• 水平流速：流量除以池內水平過水斷面積，$v_h=Q/A_c$。
• 溢流率：流量除以沉澱池表面積，$v_o=Q/A_s$，又稱表面水力負荷。
• 溢流堰負荷：流量除以總溢流堰長度，$L_w=Q/L_{\mathrm{weir}}$。

全廠流量須平均分配至四座沉澱池，計算單池參數時，流量、池體尺寸及溢流堰長度都要採用單池數值。

解題方法

全廠處理流量為 $12{,}000\ \mathrm{m^3/d}$，四座池平均分流，因此單池流量為

每座池長 $25\ \mathrm{m}$、寬 $5\ \mathrm{m}$、有效水深 $4\ \mathrm{m}$。

1. 水力停留時間

單池有效容積：

因此：

2. 水平流速

水平過水斷面積為池寬乘有效水深：

將單池流量換算為秒流量：

故水平流速為：

核心觀念

本題考「折點加氯法（breakpoint chlorination）」中，加氯量與水中總氯量（餘氯）之間的關係。

折點是指：水中氯胺等結合餘氯被充分氧化破壞後，再繼續加氯，開始形成自由餘氯的轉折點。圖中即為曲線最低點，位於 C 區與 D 區的交界處。

主要反應如下：

其中次氯酸（$HOCl$）具有較強的消毒殺菌能力；次氯酸根（$OCl^-$）的消毒能力則較弱。

解題方法

依曲線由左至右觀察：

1. 曲線尚未上升時，所加氯量被水中耗氯物質消耗。
2. 曲線上升時，氯與氨氮反應形成氯胺，結合餘氯增加。
3. 曲線下降時，氯胺被進一步氧化、分解，結合餘氯降低。
4. 曲線通過最低點後，繼續加氯即形成自由餘氯，餘氯量隨加氯量增加。

（一）折點位置

折點位於圖中 C 區與 D 區的交界處，也就是曲線的最低點。

此點代表：

• 水中氨氮及氯胺已大致被氧化破壞；
• 水的氯需求量已獲滿足；
• 再繼續加氯，開始出現可量測且持續增加的自由餘氯。

（二）A、B、C、D 四區的反應

A 區：氯需求反應區

加入的氯優先與水中還原性物質及有機物反應，例如：

• 亞鐵離子；
• 硫化物；
• 亞硝酸鹽；
• 有機物；
• 其他耗氯物質。

此區的氯幾乎全部被消耗，因此尚未形成明顯餘氯。

B 區：氯胺形成區

當耗氯物質大致反應後，氯開始與水中的氨氮反應，形成結合餘氯，即氯胺，例如：

進一步可能形成二氯胺及三氯胺：

因此，隨著加氯量增加，總氯量逐漸上升。

C 區：氯胺破壞區