110 高普考高考三級 環境工程 水處理工程（包括相關法規） 考古題詳解

核心觀念

本題考的是放流水法規限值的工程化落實：真色色度須由目前約 $400\sim500$ 降至不超過 $400$；自由有效餘氯須控制在不超過 $2.0\ \mathrm{mg/L}$。限值是放流水的最大值，因此工程操作應留有餘裕，避免只在平均狀況下達標。

以命題當年（民國 110 年）法規為準，真色色度及自由有效餘氯列於《放流水標準》相關附表，適用對象與實際限值須依 A 廠業別及附表規定判定。現行法規已修正，解題仍依命題當年規定。

解題方法

一、先降低真色色度

先確認色度來源及變化，再以試驗選定處理程序，避免直接依固定藥量設計：

1. 分流與源頭管理：盤點高色度製程、清洗排水及漂白作業；高色度廢水分流收集，減少瞬間負荷，並檢討是否有不必要的含氯漂白劑使用。
2. 均化水質水量：設置或改善調勻槽，均化流量、色度與 pH，降低進流水波動造成的處理失效。
3. 混凝、膠凝及固液分離：以燒杯試驗比較適用混凝劑、助凝劑及操作 pH，再配合沉澱或氣浮去除色度物質。藥劑種類與劑量應以試驗結果及污泥產量一併評估。
4. 必要時增設深度處理：若混凝後仍無法穩定達標，可評估粉末或粒狀活性碳吸附、臭氧等氧化處理，或適當膜處理。應依色度來源、後續副產物、成本及操作維護條件選擇。

驗收及日常監測應依《放流水標準》所定真色色度檢測方法辦理，並在不同生產負荷下確認放流水穩定低於 $400$。設計操作目標宜低於法定上限，留出水質波動的安全裕度。

二、控制自由有效餘氯

自由有效餘氯是放流水中仍具氧化能力的餘氯。若廠內以含氯藥劑消毒或漂白，應先從源頭減量，再控制排放前的殘餘量：

1. 檢討含氯藥劑使用：確認加氯目的與投加點，避免過量投加；若製程或消毒需求允許，可評估非含氯處理方式。

核心觀念

本題考查沉澱池在給水與污水處理流程中的位置、沉澱型態、斜管沉澱原理、自然環境對沉降的影響，以及方形沉澱池的構造特性。作答時，先掌握沉澱池的流程位置，再用「顆粒是否互相作用」區分第一型與第二型沉澱；斜管則從理想沉澱池的表面負荷原理說明。

解題方法與分題解析

（一）傳統自來水與污水處理程序中，沉澱池分別位於何單元之後？

• 傳統自來水處理：沉澱池位於混凝、膠凝（絮凝）單元之後，其後通常進入過濾及消毒程序。混凝與膠凝使細小懸浮物形成較大的絮體，再由沉澱池去除。
• 污水處理：若題目所稱為污水處理的初步沉澱池，則位於攔污、沉砂等前處理單元之後，生物處理單元之前。此池也稱初級沉澱池，用以去除可沉降固體及部分有機物。

**答題提醒：**自來水流程中的沉澱池主要接收已經絮凝的水；污水的初級沉澱池則處於前處理之後、生物處理之前。污水處理亦可能在生物處理後設置二級沉澱池，題目若未特別指定，通常以初級沉澱池作答。

（二）第一型與第二型沉澱之差異？

• **第一型沉澱（離散沉澱）：**顆粒彼此分散，沉降時不互相碰撞、凝聚或改變大小與形狀；各顆粒大致以固定沉降速度下沉。典型例子為沉砂池中砂粒的沉降。
• **第二型沉澱（絮凝沉澱）：**顆粒在沉降過程中會碰撞、凝聚，形成較大的絮體，因此顆粒的大小、形狀與沉降速度會隨深度及時間改變。自來水混凝、膠凝後的懸浮物沉澱屬此類。

**區別關鍵：**看顆粒沉降時是否會互相凝聚、改變尺寸；不發生者為第一型，會形成絮體者為第二型。

（三）為何在沉澱池中增設傾斜管可以提高沉澱效率？

傾斜管把池內分成許多短而淺的沉澱單元。顆粒只需沉降一小段距離，就能碰到管壁並附著、聚集，之後沿管壁滑落至池底；因此可在不大幅增加池體深度的情況下，增加有效沉澱面積並縮短顆粒的沉降距離。

核心觀念

本題考查活性污泥法中曝氣的基本功能、Monod 基質利用動力學，以及其他生物處理技術。題目未要求特定法規條文；作答重點在於說明曝氣如何支援微生物反應，並正確列式與解釋 Monod 方程式。

（一）活性污泥法曝氣的三項功能

1. 供應溶氧：提供好氧微生物氧化分解有機物所需的氧，使有機基質轉化為二氧化碳、水及新生細胞等產物。
2. 維持污泥懸浮與混合：使活性污泥與廢水充分接觸，避免污泥沉積，並促進基質、微生物與溶氧均勻分布。
3. 促進污泥絮體形成並維持良好狀態：適當曝氣有助污泥絮體與廢水接觸，並可減少局部缺氧造成的厭氧化與腐敗，維持後續沉澱分離所需的污泥性質。

（二）Monod 方程式與低基質濃度簡化

Monod 方程式描述微生物比生長速率隨限制性基質濃度變化的關係：

各參數定義如下：

• $\mu$：微生物比生長速率，單位通常為時間$^{-1}$。
• $\mu_{\max}$：基質充足時的最大比生長速率。
• $S$：限制性基質濃度。
• $K_s$：半飽和常數；當 $S=K_s$ 時，$\mu=\mu_{\max}/2$。

**解題方法與簡化：**低有機物濃度或難分解有機物的廢水，通常可視為基質濃度低於半飽和常數，即 $S\ll K_s$。因此分母 $K_s+S\approx K_s$，Monod 式簡化為：

核心觀念

本題考查快濾池的設計濾速、總濾池面積與池數配置。設計負荷量可視為設計濾速，即每日通過單位濾床面積的水量：

$v_d=\frac{Q}{A_T}$

其中 $Q$ 為設計流量，$A_T$ 為所需總濾床面積。題目另限制單池面積不得超過 $50\ \mathrm{m^2}$，因此須先求總面積，再據此決定池數與單池尺寸。

解題方法

先將設計流量由 $\mathrm{CMS}$（$\mathrm{m^3/s}$）換算為每日流量：

依設計負荷量 $160\ \mathrm{m^3/(m^2\cdot d)}$ 計算所需總濾床面積：

每座濾池面積上限為 $50\ \mathrm{m^2}$，故池數至少為：

採四座等面積濾池，單座面積為：