113 專技高考高等考試 環境工程技師 給水及污水工程 考古題詳解

核心觀念

$Ct$ 是消毒劑濃度與有效接觸時間的乘積，常用來表示消毒暴露量：

其中 $C$ 為接觸期間的消毒劑殘留濃度，單位通常為 mg/L；$t$ 為有效接觸時間，常以分鐘計，故 $Ct$ 單位為 mg·min/L。設計與操作時，通常以接觸池出口的殘餘消毒劑濃度及有效水力停留時間估算，並考慮短流等造成的實際接觸時間折減。

$Ct$ 不是脫離條件即可通用的固定值。同一種微生物要達到相同滅活程度，所需 $Ct$ 會因水質、消毒劑種類及操作條件而異。

解題方法：影響有效消毒所需 $Ct$ 的五項因素

作答時，從「微生物特性、消毒劑有效性、水體環境、接觸條件」整理出五項，並說明各因素如何改變滅活效率：

1. 微生物種類與抗消毒能力：細菌、病毒、原蟲孢囊等對氯的敏感度不同；具較強抗氯性的微生物，達到相同滅活率需要較高 $Ct$。
2. 氯濃度與氯的形態：氯濃度提高通常能加快滅活，但應看消毒期間實際有效的餘氯。自由有效氯中，次氯酸（HOCl）的消毒效力通常高於次氯酸根（OCl⁻）。
3. 接觸時間與水力條件：在其他條件相同時，增加有效接觸時間可提高滅活程度。接觸池的短流、混合不良或停留時間分布不均，會使實際有效時間低於名目停留時間。
4. 水溫：水溫較高時，反應速率通常較快，達到同一滅活程度所需的 $Ct$ 通常較低；低溫則通常需要較高 $Ct$。
5. pH 值：pH 會影響 HOCl 與 OCl⁻ 的比例。pH 越低，HOCl 比例通常越高，氯消毒效力較強；pH 越高，OCl⁻ 比例增加，達到相同滅活程度往往需要較高 $Ct$。

此外，濁度、懸浮固體及有機物也會影響氯的有效性：顆粒可能遮蔽微生物，有機物及還原性物質則會消耗氯，降低可用餘氯。因此實務設計及操作須以水質條件和目標微生物選用適當的 $Ct$，並避免只用加氯量代替有效餘氯。

為何廢污水再生消毒會同時使用氯與 UV？

兩者作用方式互補。UV 以紫外線破壞微生物核酸，使其失去繁殖能力，能快速提供消毒效果；但 UV 不會在水中留下持續的消毒餘效，且受水中顆粒遮蔽及微生物光復活等因素影響。

核心觀念

本題考查污水處理廠的基本流程、沉砂池型式、化學混凝劑用途，以及加藥後的混合設備選擇。判斷時要掌握各單元的處理目的與位置：前處理先去除大型雜物及砂粒，初級處理沉降懸浮固體，生物處理以曝氣供氧，最後由二沉池分離生物污泥。

解題方法

(一) 污水處理單元順序

正確順序：篩除 → 沉砂 → 初沉池 → 曝氣 → 二沉池。

1. 篩除（screening）：攔除布條、塑膠、樹枝等大型雜物，避免堵塞或損壞後續設備。
2. 沉砂（grit removal）：利用砂粒等無機顆粒密度較大、較易沉降的特性去除砂礫，減少管渠、泵浦及池體磨損或積砂。
3. 初沉池（primary sedimentation）：沉降較易沉降的懸浮固體，降低後續生物處理的固體與有機物負荷。
4. 曝氣（aeration）：供應溶氧並使活性污泥與污水充分接觸，進行生物分解；曝氣池屬生物處理單元。
5. 二沉池（secondary sedimentation）：沉降曝氣後形成的生物污泥，使處理水與污泥分離；部分污泥回流至曝氣池。

因此，不能把二沉池排在曝氣池之前，因為二沉池所分離的是生物處理後形成的污泥。

(二) 不是常用沉砂池類型者

常見沉砂池型式包括水平流式、曝氣式及渦流式；本題選項中垂直流（vertical flow）不是常用型式。

• 水平流（horizontal flow）：控制水平流速，使較重砂粒沉降，較輕有機物則隨水流帶走。
• 渦流（vortex）：利用旋轉流場促使砂粒集中並沉降。
• 曝氣式（aerated）：以曝氣形成循環流，使砂粒沉降，同時讓較輕有機物維持懸浮。

核心觀念

本題考查曝氣槽的水力停留時間（Hydraulic Retention Time, HRT）與槽體容積的關係，以及回流污泥對曝氣槽進流量的影響。曝氣槽的設計容積由進流污水量與停留時間計算；若題目將回流污泥送回曝氣槽，槽內需處理的總水量為污水進流量加回流污泥量。

解題方法

進流污水量為 $12{,}000\ \mathrm{m^3/d}$，停留時間為 $6$ 小時，換算為：

回流污泥比 $R=40\%=0.40$，因此回流污泥量為：

曝氣槽總流量為：

所需曝氣槽總容積：

題目未提供槽數、槽深或單槽尺寸限制，因此需作合理設計假設。採用 2 座相同方形曝氣槽，每座容積為：

核心觀念

本題考查薄膜分離設備的模組構造分類，以及不同處理程序如何依水質、操作壓力、污染特性與設備需求選擇模組。水處理常見的薄膜模組型式有四種：

1. 中空纖維式（hollow-fiber）：許多細長中空膜絲集束排列，水透過膜壁進入膜絲內腔，或由內腔透過膜壁流出。
2. 平板式（plate-and-frame／flat-sheet）：平板膜片分層排列，形成供進流水通過及透過液收集的流道。
3. 管式（tubular）：膜製成管狀或附著於管狀支撐體，水流沿管內通過膜面。
4. 螺旋捲式（spiral-wound）：膜片與透水支撐層、進水隔網等材料組成膜袋，再捲繞於集水管周圍，使進水沿膜袋流道前進，透過水則流入中央集水管。

解題方法

先辨認題目中的處理程序，再由其操作與水質特性判斷模組型式：

• 沉浸式 MBR：膜組浸在生物反應槽或膜槽中，處理含有大量活性污泥的混合液，通常以抽吸方式使產水透過膜面，並以曝氣沖刷膜面、降低污泥沉積。國內常見型式為中空纖維式；平板式也是常用的沉浸式 MBR 型式。
• 海水淡化 RO：逆滲透需施加高壓克服滲透壓，使水透過半透膜並截留鹽分。海水淡化廠常用螺旋捲式膜元件。

因此，本題兩種設備的典型答案分別是「中空纖維式」與「螺旋捲式」，判斷兩者是否相同，再說明模組幾何與操作條件的差異。

各小題說明

1. 國內常見的沉浸式 MBR 模組型式

常見答案為中空纖維式。膜絲集束成膜簾或膜束，沉浸於混合液中；抽吸產水時，水由膜外側穿過膜壁進入膜絲內腔。槽底曝氣可協助沖刷膜面並維持混合液循環。

沉浸式 MBR 亦有平板膜模組，因此「中空纖維式」指常見型式，不表示所有 MBR 都採同一種模組。

2. 國內離島海水淡化廠常用 RO 模組型式