112 公務人員升官等薦任 環境工程 水處理工程（包括相關法規） 考古題詳解

核心觀念

本題考查污水放流水回收再利用的規劃邏輯，以及再生水由水源端送至使用端所需的供水系統與安全管理。作答時應依序掌握「水源與需求是否匹配、處理水質是否符合用途、供水系統是否可靠安全」三個面向。

依《再生水資源發展條例》第 3 條，再生水是廢（污）水或放流水經處理後可再利用之水，依水源分為系統再生水與非系統再生水。再生水不是飲用水；同條例第 7 條規定，再生水不得供直接食用及食品業、藥品業用水，水質並應符合相關標準及標的用水主管機關訂定的標準。

法規時點：以下以命題當年（民國 112 年）法規為準。《再生水資源發展條例》於民國 111 年 5 月 18 日修正，為命題年度適用版本；《再生水水質標準及使用遵行辦法》訂有水質要求與使用管理規定。現行法規仍應依最新公告版本確認。

解題方法

這是申論題，宜依題目三個動詞分成三段作答：「設置考量」、「系統設施」、「設置注意事項」。規劃思路由源頭到用戶，先確認可回收多少水、用在哪裡，再據此決定處理、輸送、調蓄及監測設施。

一、再生水廠的設置考量

1. 水源條件與供水量 評估鄰近污水處理廠的處理水量、水質、季節變化及未來變化，並確認可穩定取得的水量。應考量污水處理廠本身的放流水排放需求及正常營運，避免取水影響既有下水道系統功能。

2. 用水需求與用途 調查工業製程、冷卻、沖廁、景觀、澆灌、道路清洗等潛在用途，掌握各用戶的用水量、時段、水壓與水質需求。再生水需求應與水源量及供水能力相互配合，避免廠址離需求端過遠、用戶分散，造成輸水成本過高。

3. 處理流程與水質目標 依用途決定處理程度及必要的可靠度。一般而言，須以污水廠放流水為進流水，再視水質與用途配置過濾、薄膜處理、消毒等深度處理單元；工業用戶若有特殊水質需求，也可由用戶端再作適當處理。水質標準應符合《再生水水質標準及使用遵行辦法》及相關標的用水規定。

4. 廠址與工程條件 評估土地取得、地形地質、洪水及地震風險、交通與施工條件、供電、排水，以及與污水處理廠和用戶端的距離。亦須規劃設備維修空間、藥品與污泥處置、噪音及異味管理，並考量對周邊環境及居民的影響。

5. 供水可靠性與調度 需評估污水量及用水量波動、停電、設備維修或水質不合格時的供水因應方式。重要用戶應有適當的調蓄或備援供水安排，並設置水質異常時的停止供水、切換及通報機制。

6. 經濟與法定程序 比較建設、能源、藥品、操作維護及輸水成本，評估水價與用戶接受度。依《再生水資源發展條例》，再生水開發案須依規定取得興建、廢（污）水或放流水使用及營運等許可，完工查驗合格並取得營運許可後始得營運；設施也須依規定辦理維護及水量申報。

二、再生水利用供水系統應包含的設施

可按水流方向說明，涵蓋取水、處理、輸送、調蓄、配水及監測：

核心觀念

本題考查兩項泵浦相似律的應用：**比流速（specific speed）**用來描述泵浦在最佳效率附近的流量、揚程與轉速組合，並協助判斷適合的葉輪型式；**親和定律（affinity laws）**則用來估算轉速或葉輪直徑改變時，泵浦性能如何變化。

泵浦比流速通常以最佳效率點（BEP）的流量、總揚程及轉速表示：

其中 $N$ 為轉速，$Q$ 為流量，$H$ 為總揚程。計算時須採用一致的單位制；不同單位制所算出的數值不能直接比較。若採 SI 單位，該式所得數值帶有單位，並非無因次量。比流速常用來比較泵浦型式與設計特性，不宜脫離單位制及定義方式，直接套用單一的型式分界數值。

親和定律描述同一泵浦改變轉速，或幾何相似泵浦改變葉輪尺寸時，流量、揚程與軸功率的近似比例關係。定律的推導基於相似流動條件；估算時通常假設效率變化不大。

解題方法與作答要點

一、比流速的意義

比流速可理解為：一個假想的幾何相似泵浦，在單位揚程下輸送單位流量時所需的轉速。實際泵浦的比流速依其 BEP 條件計算，主要反映葉輪與流道的水力設計特性。

比流速較低時，泵浦通常偏向徑向流葉輪，適合較高揚程、較低流量；比流速較高時，則較偏向混流或軸流葉輪，適合較低揚程、較大流量。這是連續的型式趨勢，實際選型仍須依泵浦性能曲線及製造商資料判斷。

二、比流速的重要性

1. 協助選擇泵浦型式與葉輪設計：可依設計流量及揚程，初步判斷適合徑向流、混流或軸流泵。
2. 比較不同泵浦的水力特性：比流速將轉速、流量與揚程組合成可供比較的指標，適合用於相似泵浦的選型與設計分析。
3. 供性能與相似性評估使用：幾何相似且在相似運轉狀態下的泵浦，其比流速具有相應的相似特徵，可作為泵浦放大、縮小及性能曲線判讀的參考。
4. 連結泵浦型式與運轉特性：比流速會影響泵浦的揚程—流量曲線形狀、效率及適用範圍，因此也是初步評估泵浦能否符合系統需求的重要依據。

三、親和定律及其實務應用

固定葉輪直徑、改變轉速時：

核心觀念

本題考查工業區專用污水下水道系統面對氨氮放流水限值加嚴時，如何從污染源管理、處理程序改善及資源回收三個層次因應。作答重點不是只列出設備名稱，而是說明各措施如何降低進流水負荷、提高氨氮去除率，或回收氨氮資源。

法規依據為《水污染防治法》第 7 條及《放流水標準》相關規定。法規部分以命題當年（民國 112 年）為準：部分既設工業區適用的第三階段氨氮限值為 $30\ \mathrm{mg/L}$，施行日期為民國 116 年 1 月 1 日。後續《放流水標準》已有修正，實際適用時應查核現行法規及個別工業區所適用的附表與限值。

氨氮主要經生物硝化作用轉化為硝酸鹽氮。硝化反應可概略表示為：

理論上，每氧化 $1\ \mathrm{mg}$ 氨氮約需 $4.57\ \mathrm{mg}$ 氧，並消耗約 $7.14\ \mathrm{mg}$ 以 $\mathrm{CaCO_3}$ 計的鹼度。硝化可降低放流水氨氮，但若題目管制的是氨氮而非總氮，並不要求僅靠硝化去除硝酸鹽；如另有總氮管制，則需搭配脫硝程序。

解題方法

可依「先減少進入處理廠的氨氮負荷，再提升處理效率，最後以補充或回收程序確保達標」的順序作答。工業區廢水成分與水量變動較大，若直接把所有高濃度含氮廢水混入總廢水，容易造成生物處理系統負荷突升；因此先做源頭分流，再調整既有生物處理及增設適當單元，通常較具體且完整。

可行因應作法及原因

一、源頭減量與廢水分流

1. 盤查區內產氨製程及高氨氮排水來源，包括原料、清洗水、製程排水及設備排放，找出主要氨氮貢獻者。
2. 減少含氮原料或含氮藥劑逸散至廢水，改善製程操作、清洗方式及藥劑管理，降低污染物進入下水道系統的量。
3. 將高濃度含氨廢水分流收集，避免未經處理即與大量低濃度廢水混合。

原因是生物處理系統承受的氨氮質量負荷可表示為：

其中 $Q$ 為流量，$C_{\mathrm{NH_3-N}}$ 為氨氮濃度。降低排放量或先分流處理高濃度廢水，能減輕中央處理廠的負荷及衝擊。

二、對高濃度含氨廢水採取回收或前處理

高濃度廢水可視濃度、流量及水質條件，採用氣提、蒸餾、酸吸收或化學沉澱結晶等方法。氣提或蒸餾可將氨轉移至氣相，再以酸吸收回收為銨鹽；磷酸銨鎂結晶法則可將氨氮轉化為磷酸銨鎂結晶物。

原因是高濃度廢水若直接送入生物處理，可能造成微生物抑制或負荷過大。分流前處理可降低進流水氨氮，也有機會回收氮資源，減少後續曝氣與處理成本。回收技術須依廢水濃度、伴隨污染物、回收物去化方式及操作成本評估。

三、改善既有硝化生物處理系統

可針對生物處理程序進行操作及設備改善：

核心觀念

淨水廠污泥主要來自原水中的懸浮物、混凝沉澱產生的膠羽，以及濾池反洗水中的固體物。污泥減量與再利用可分成三個層次：

1. 源頭減量：降低不必要的藥劑投加及污泥產生量。
2. 脫水減容：降低污泥含水率，減少外運重量與體積。
3. 資源化再利用：將脫水泥餅或回收成分作為產品或製程原料，減少掩埋、焚化需求。

須區分「固體物減量」與「含水率降低」：脫水主要是移除水分，通常不會消除污泥中的乾固體；但可有效降低待運送及處置的濕污泥量。

以濕污泥量估算乾固體量，可用：

其中 $M_{\mathrm{DS}}$ 為乾固體質量，$M_{\mathrm{wet}}$ 為濕污泥質量，$w$ 為含水率（以質量分率表示）。在乾固體量近似不變時，降低含水率即可降低濕污泥量。

**法規基準：以命題當年（民國 112 年）法規為準。**淨水污泥再利用應依《廢棄物清理法》及經濟部《事業廢棄物再利用管理辦法》等規定辦理；符合管理辦法附表所列淨水污泥再利用種類及管理方式者，仍須符合用途、品質與檢測等條件，不得因稱為「再利用」而免除污染防制責任。

解題方法

依「源頭減量 → 廠內濃縮脫水 → 末端再利用」的流程作答，並在各階段說明可行技術及其效益。這種切入方式能同時回應題幹所問的「減量」與「再利用」，也能說明對處理費用與掩埋場、焚化爐負荷的改善。

一、污泥減量的可行作法

1. 原水及混凝操作最佳化

依原水濁度、藻類及有機物變化調整混凝劑種類與投加量，並控制快混、慢混及沉澱條件，使膠羽形成與沉降有效。定期檢討混凝劑投加量、沉澱污泥排放頻率及濾池反洗操作，避免藥劑過量或不必要的反洗造成污泥量增加。

此作法可減少額外形成的化學污泥，也能避免膠羽沉降不佳而增加後續污泥處理負荷。操作調整仍須以符合出水水質為前提。

2. 濾池反洗水及廠內廢水回收

將濾池反洗水收集、沉降或適當處理後，回流至淨水流程或作其他合適用途。藉此回收水中固體物與水量，減少廢水排放；回流量及水質須受控，避免污染物在流程中累積，或造成處理單元負荷過高。

3. 濃縮、調理與機械脫水

先以重力濃縮等方式提高污泥固體濃度，再透過適當調理改善脫水性，接續使用帶濾式脫水機、離心脫水機或板框式壓濾機等設備製成泥餅。調理藥劑種類及用量應依污泥特性與脫水成效調整，避免藥劑成本增加或影響後端再利用品質。

濃縮與脫水可減少泥餅含水量，降低外運重量、貯存空間及運輸成本，也有助於穩定後續處理。

4. 深度脫水或乾燥

若既有機械脫水仍留下較高含水率，可評估深度脫水、熱乾燥或日照乾燥等方式。乾燥可進一步降低含水率與體積；採用熱乾燥時須評估能源使用、異味、粉塵及乾燥設備成本。是否適用須視污泥量、廠址、能源條件及後端用途而定。

5. 混凝劑回收