113 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

本題考查廢污水處理流程中預處理、初級處理、二級處理、三級處理及高級處理的功能差異，以及二級處理與高級處理的代表性技術。各段處理依序去除較粗大或易分離的物質，再處理溶解性污染物，最後視放流水或回收用途進一步去除特定污染物。

解題方法

依「處理對象與目的」區分五段程序：

1. 預處理：保護後續設備與管線，去除會造成堵塞、磨損或操作障礙的物質。
2. 初級處理：以物理分離為主，去除可沉降或可浮除的懸浮物。
3. 二級處理：以生物處理為主，去除可生物分解的溶解性及細小懸浮有機物。
4. 三級處理：對二級處理出流水再精製，去除殘留懸浮物、營養鹽或其他特定污染物。
5. 高級處理：依放流水標準或回收再利用需求，進一步去除傳統處理難以去除的溶解性、微量或難分解污染物。

二級處理與高級處理的技術種類很多，作答時列出具代表性的三項，並簡述其作用即可。

各處理程序的主要功能與代表技術

一、預處理

在污水進入主要處理單元前，先去除大型固體、砂礫、油脂及可能妨礙設備操作的物質，以減少管線堵塞、泵浦磨損、沉砂堆積及後續單元負荷。常見單元包括攔污柵、沉砂池及除油設施。

二、初級處理

主要以物理方法去除污水中可沉降的懸浮固體，以及部分可浮除物質，降低後續生物處理的固體與有機物負荷。代表單元包括初沉池；初沉污泥則須另行處理。

三、二級處理

主要利用微生物分解或轉化污水中的可生物分解有機物，以降低生化需氧量（BOD）及部分懸浮固體。若流程設計包含硝化、脫硝或生物除磷，也可去除部分氮、磷。

代表性技術如下：

1. 活性污泥法：在曝氣槽中使微生物與污水接觸、分解有機物，再以二沉池分離活性污泥與處理水；部分污泥回流維持生物量。
2. 生物膜法：微生物附著於濾料或載體表面形成生物膜，污水流經載體時由生物膜分解污染物；

核心觀念

混凝與膠凝是水處理中相連的兩個程序，目的都是去除水中不易沉降的細小懸浮物及膠體；兩者的主要差異在於作用方式與操作條件：

• 混凝（coagulation）：加入混凝劑並快速混合，使膠體顆粒失去穩定性。常見機制包括壓縮雙電層、電荷中和，以及金屬氫氧化物沉澱物的吸附架橋或網捕。
• 膠凝（flocculation）：在混凝之後以較緩和的攪拌，使已失穩的微粒互相碰撞、聚集，形成較大且容易沉降或過濾的絮體。

混凝與膠凝的功能及差異

混凝與膠凝並非互相替代：混凝先解除膠體穩定性，膠凝再把失穩顆粒聚集成可分離的絮體。若混凝不足，顆粒不易聚集；若膠凝攪拌過強，絮體會破碎。

常用藥劑

混凝劑常見者包括：

• 鋁鹽：硫酸鋁、聚氯化鋁（PAC）。
• 鐵鹽：氯化鐵、硫酸鐵。
• 其他方式：石灰可用於調整 pH 並促進沉澱；部分水質也會搭配助凝劑改善絮體形成。

膠凝助劑常見者包括：

• 高分子聚合物，例如陽離子、陰離子或非離子型聚丙烯醯胺。
• 膠凝助劑可透過吸附架橋等作用，增加絮體大小、強度或沉降性；實際適用種類須依水質與混凝劑特性選定。

解題方法：加藥量的決定

核心觀念

本題考活性污泥程序的食微比（$F/M$），也就是每日進入曝氣池的食物量（$F$，以 BOD 表示）與池內微生物量（$M$，以揮發性懸浮固體表示）的比值：

其中 $Q$ 為流量、$S_0$ 為曝氣池進流 BOD 濃度，$M$ 為池內污泥量。題目只提供池內 SS，未提供 MLVSS；依題目資料估算時，以池內 SS 代表 $M$。

解題方法

先將每日 BOD 負荷換算為質量：

利用 $1\ \mathrm{mg/L}=1\ \mathrm{g/m^3}$：

核心觀念

污泥濃縮前後，若假設固體質量不變，可用固體質量守恆計算體積變化。固體濃度由 $4\%$ 提高至 $10\%$ 時，污泥體積會按濃度反比縮小。

解題方法

設污泥濃縮前後的體積分別為 $V_1$、$V_2$，固體質量守恆為：

已知 $V_1=100\ \mathrm{m^3/day}$、$C_1=4\%$、$C_2=10\%$，代入：