115 高普考普通考試 環境工程 水處理工程概要 考古題詳解
第 一 題25 分
若不考慮工程設計之安全係數，請根據自來水工程設施規範，分別列舉取水、導水、淨水、配水等四項工程，於規劃設計時參考之「設計水量」。
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核心觀念
本題考《自來水工程設施標準》對取水、導水、淨水、配水四項設施的設計水量規定。關鍵是分清前三項以「最大日」為基準，配水則依平時與火災兩種情況分別檢討。
以下以命題當年（民國 115 年）法規為準。《自來水工程設施標準》相關條文為第 6 條、第 47 條、第 64 條及第 82 條。
解題方法與各項設計水量
依序對照各項設施的條文，先抓共同基準，再補上各自需要另計的水量：
| 工程項目 | 設計水量 |
|---|---|
| 取水 | 以計畫最大日供水量為準；視需要另加處理廠內處理用水量及原水輸送損失水量。（第 6 條） |
| 導水 | 以計畫最大日供水量為準；視需要另加處理廠內處理用水量及原水輸送損失水量。若將來擴充困難，或工程經濟分析有利，應視情形預留設計容量。（第 47 條） |
| 淨水 | 設計容量相當於最大日供水量加處理廠用水量。（第 64 條） |
| 配水 | 平時應滿足最大時供水量； |
第 二 題25 分
請分別比較自來水淨化處理之「慢砂濾」與「快砂濾」程序單元，說明兩種過濾單元在濾料配置方式、顆粒大小、過濾後水質、固體物主要濾除機制、產水量、再生清理方式上的差異。
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核心觀念
本題考查慢砂濾與快砂濾的操作原理及工程特性，須比較濾料配置與粒徑、出水水質、固體物去除機制、過濾速率及濾床清理方式。慢砂濾主要依靠濾床表層生物膜與細砂緩慢過濾；快砂濾則利用較粗濾料床截留顆粒，並以反沖洗快速恢復濾床。
解題方法
依題目指定的六個面向逐項比較，並以「慢砂濾靠生物作用、低速運轉；快砂濾靠濾床截留、高速運轉」作為主軸。快砂濾通常設於混凝、膠凝及沉澱等前處理之後；慢砂濾則較適合原水濁度與懸浮固體較低的情況。
慢砂濾與快砂濾比較
| 比較項目 | 慢砂濾 | 快砂濾 |
|---|---|---|
| 濾料配置方式 | 通常為單層細砂濾床，下設級配礫石承托層及集水系統；濾床表層會形成具生物活性的薄膜，稱為 schmutzdecke。 | 常見為單層砂濾床；也可採雙層或多層濾料，例如砂與無煙煤，以利用不同粒徑和密度的濾料深度截留固體。下設礫石承托層及集水、反洗系統。 |
| 濾料顆粒大小 | 砂粒較細，典型有效粒徑約 。 | 砂粒較粗，典型有效粒徑約 ；採雙層或多層濾床時，常搭配更粗的無煙煤等濾料。實際粒徑依設計而異。 |
| 過濾後水質 | 出水通常濁度低、微生物去除效果佳，水質穩定；對原水水質要求較高，原水濁度過高時容易快速堵塞。 | 經適當混凝、沉澱及過濾操作後，可達良好出水水質；水質較受前處理及反沖洗操作影響。一般而言，其病原微生物去除能力不如運轉良好的慢砂濾穩定。 |
第 三 題25 分
「含磷污染物」是導致河川優養化的污染物之一，請列舉廢污水中主要的含磷污染物及其來源，並列舉能去除含磷污染物的處理技術。
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核心觀念
本題考查廢污水中磷的存在形態、來源，以及對應的去除方法。污水中的磷常以總磷（TP）表示，主要可分為：
- 正磷酸鹽（orthophosphate）：溶解性磷酸鹽，能被藻類直接利用，也是金屬鹽化學沉澱及生物除磷的主要對象。
- 聚磷酸鹽（polyphosphate，又稱縮合磷酸鹽）：常見於清潔劑，也存在於微生物細胞中；可經水解轉成正磷酸鹽。
- 有機磷：存在於糞便、食物殘渣、細胞及其他有機物中，可隨顆粒物存在，也可能溶於水；經生物分解或水解後可轉成無機磷酸鹽。
- 顆粒態磷：吸附或結合於懸浮固體、生物污泥等固體物質上的磷，可藉固液分離去除。
解題方法
依序從「磷的形態 → 來源 → 去除機制」作答。來源按生活污水、工業廢水及農業逕流整理；處理技術則按生物轉移、化學沉澱、固液分離及進階處理分類。這樣可交代磷如何進入污水，也能說明各技術如何將磷移出水相。
含磷污染物及其來源
| 含磷污染物 | 主要來源 |
|---|---|
| 正磷酸鹽 | 人體及動物排泄物、尿液、食物殘渣分解；含磷清潔劑；肥料流失；部分工業製程廢水 |
| 聚磷酸鹽 | 洗衣及清潔用品中的助劑；食品加工、金屬表面處理等使用磷酸鹽的製程 |
| 有機磷 | 糞便、食物殘渣、動植物及微生物細胞；農藥等含磷有機物及相關工業排水 |
| 顆粒態磷 | 含磷固體、懸浮物與污泥；農田土壤沖蝕及逕流所帶入的含磷顆粒 |
生活污水通常是市鎮污水中重要的磷來源；工業排水及農業逕流則會依地區與產業特性增加磷負荷。
含磷污染物的處理技術
第 四 題25 分
試列舉廢污水處理衍生污泥處理處置之主要目的，並說明為達成前述目的，常需要配合哪些前處理與最終處置方式。
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核心觀念
污泥處理的目的，是把廢污水處理過程中產生的污泥，轉變成較容易運輸、利用或安全處置的形態。答題可用「減量、安定、衛生、資源化、妥善處置」五個方向整理：
- 減少體積與重量：降低後續運輸、處理及處置的負荷與成本。
- 安定污泥：降低可分解有機物及揮發性固體，減少腐敗、異味與污泥再分解。
- 衛生化與減害：降低病原體、寄生蟲卵及污泥對人體與環境的危害；視污泥來源與最終用途，亦須管控重金屬或其他污染物。
- 回收能源與資源：回收污泥中的能源、養分或可利用物質，減少最終廢棄量。
- 符合最終去向的要求：使污泥符合再利用、土地利用、焚化或掩埋等途徑的品質與管理條件。
污泥中的水分占比高，通常是減重與減容的主要處理對象；而污泥若含大量可分解有機物，則須考量安定與異味控制。處理方式需配合污泥特性及預定的最終去向選擇。
解題方法
本題可先列出「為何要處理污泥」，再逐一配對「哪些前處理有助達成目的」以及「處理後可採哪些最終去向」。須注意，濃縮、調理、消化、脫水、乾燥等屬污泥處理單元；土地利用、再利用、焚化及掩埋等則屬最終利用或處置途徑，兩者不能混為一談。
一、污泥處理前處理及其功能
| 處理單元 | 主要作用 | 對應目的 |
|---|---|---|
| 濃縮 | 移除部分自由水，提高固體濃度 | 減少後續消化槽、調理設備及輸送設備所需處理的液體量 |
| 調理 | 以化學藥劑、熱處理或其他方式改善污泥脫水性 | 讓固液分離更有效率，利於後續脫水 |
| 安定化 | 以厭氧消化、好氧消化、石灰穩定或堆肥等方式降低污泥腐敗性及異味 | 安定污泥、減害；厭氧消化亦可回收沼氣 |
| 脫水 | 以離心機、帶濾式壓濾機、板框壓濾機等設備移除水分 | 降低污泥重量與體積，便於運輸及後續處置 |
| 乾燥或熱處理 | 進一步降低含水率，或以熱處理破壞病原體、改善產品性質 | 減量、衛生化，並可能提升燃料或再利用價值 |
| 堆肥或其他資源化前處理 | 使污泥與適當材料混合並進行生物分解，形成較穩定產品 | 安定、減味，並利於後續土地利用或產品再利用 |
實際流程依污泥性質及最終去向而定，常見概念流程為：