114 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

本題考查以 A²O（厭氧—缺氧—好氧）程序去除污水中的氮、磷，以降低排放水造成水體優養化的風險。氮、磷是藻類生長的重要營養鹽：氮主要經硝化與脫硝去除，磷則由聚磷菌攝取並隨剩餘污泥排出。

A²O 的名稱依序代表三個生物處理區：

• 厭氧區（Anaerobic）：無溶氧，也沒有硝酸鹽、亞硝酸鹽等硝化態氮。
• 缺氧區（Anoxic）：無溶氧，但有硝酸鹽或亞硝酸鹽，供脫硝菌進行脫硝。
• 好氧區（Oxic）：有溶氧，進行有機物氧化、硝化及聚磷菌吸磷。

題目未提供設計水量、水質或操作條件，因此以典型 A²O 流程說明。題目未要求特定法條，本題重點為處理程序與單元功能。

解題方法：依物質去除機制說明流程

典型流程為：

此外，設置兩種內部回流：一是由好氧區回流混合液至缺氧區；二是由二沉池回流污泥至厭氧區。系統並排放剩餘污泥，以移除污泥所含的磷及生物固體。

1. 厭氧區：聚磷菌釋磷與儲存碳源

回流污泥與進流水混合後進入厭氧區。此區須維持無溶氧、無硝酸鹽及亞硝酸鹽，避免聚磷菌以氧或硝酸鹽作為電子受體。

聚磷菌分解細胞內聚磷，將磷釋放至水中，並利用所得能量攝取進流水中的易分解有機物，轉化為細胞內儲存物質。此區的釋磷是後續好氧吸磷的前置步驟。

2. 缺氧區：脫硝去除氮

由好氧區回流的混合液含硝酸鹽、亞硝酸鹽，與厭氧區出流水及有機物混合。缺氧環境下，脫硝菌利用有機物作為電子供體，將硝酸鹽、亞硝酸鹽還原為氮氣，逸散至大氣，完成總氮去除。

核心觀念

本題考查如何依污染物的存在型態，選擇去除膠體與溶解性離子的方法。膠體粒子粒徑小、沉降性差，表面常帶電，彼此排斥而能穩定懸浮；離子性物質則以溶解離子存在，單靠沉澱或一般過濾通常無法有效去除。

題目未指定四種方法的分類，作答時可按作用原理列出具代表性的處理程序，並說明適用對象。

解題方法：四種處理方法及去除原理

1. 混凝、膠凝及沉澱（coagulation–flocculation–sedimentation） 投加硫酸鋁、氯化鐵等混凝劑，使其水解產生帶正電的金屬水解物，降低或中和膠體表面電荷，削弱粒子間的靜電排斥；快速混合與後續膠凝促使微粒碰撞聚集成較大的絮體，再以沉澱去除。此法主要處理膠體及部分天然有機物，通常接續過濾以攔截未沉降絮體。

2. 離子交換（ion exchange） 水流經具有固定官能基的交換樹脂時，水中離子與樹脂上可交換的反離子進行等電荷當量交換。例如陽離子交換樹脂可用樹脂上的鈉離子交換水中鈣、鎂離子，以達軟化；陰離子交換樹脂則可去除硝酸根等陰離子。樹脂容量耗盡後須再生。

核心觀念

本題考活性污泥法的水量與污染負荷計算，以及污泥產量與沉降性指標：

• 槽體容積由流量乘以水力停留時間計算。
• 食微比 $F/M$ 是每日進流 BOD 負荷除以曝氣槽內微生物量，常以 MLSS 代表。
• 容積負荷 $F/V$ 是每日進流 BOD 負荷除以槽體容積。
• 廢棄污泥量依 BOD 去除量及題目給定的污泥產率計算。
• 污泥容積指數 SVI 是 SV30 除以 MLSS 濃度。

本題未涉及法條。

解題方法

先統一單位：$1{,}000\ \mathrm{CMD}=1{,}000\ \mathrm{m^3/d}$；濃度換算時，$1\ \mathrm{mg/L}=0.001\ \mathrm{kg/m^3}$。

(一) 活性污泥槽容積 $V$

水力停留時間為 $6$ 小時，即：

因此：

(二) 食微比 $F/M$

進流 BOD 負荷：

槽內 MLSS 質量：

故：

(三) 容積負荷 $F/V$

核心觀念

本題考《自來水工程設施標準》第 3 條：自來水工程設施的「配置」不是只看單一設備，而是將取水、淨水、配水等設施的整體位置與相互關係納入評估，檢討比較後選定最佳方案。

依該條，應檢討比較下列七項：

1. 適合地勢。
2. 建設及管理均安全而容易。
3. 建設費及維持管理費便宜。
4. 有利於都市將來之發展，並與都市計畫相配合。
5. 取水、淨水、配水等各項設備的位置，須適合於發揮各該設備的機能。
6. 對地震、颱風、洪水等災害具有高度安全性。
7. 與原有設備能相互配合。

本題涉及法規，以上以命題當年（民國 114 年）法規為準。

解題方法

核心觀念

本題考查事業如何從製程與廠內用水管理著手，減少新水取用及廢水產生量，屬於「污染預防優先於末端處理」的源頭減量觀念。答題宜依「減少用水需求、提高用水效率、分流並回收再利用、改善管理」分層說明。

以命題當年（民國 114 年）法規為準。相關管理架構包括《水污染防治法》及《水污染防治措施計畫及許可申請審查管理辦法》；用水計畫相關內容則可參照《用水計畫書件內容及格式》。這些規範涉及事業用水、廢（污）水管理及節水規劃；本題重點在提出可行的製程與用水合理化措施，並非要求列舉特定法條項次。

解題方法

先盤點各製程與公用系統的取水、耗水、排水位置及水質，繪製水量平衡圖，再依序採取：

1. 減少用水需求：改善製程或操作條件，減少每單位產品用水量。
2. 提高使用效率：減少洩漏、溢流、過量沖洗及不必要的連續用水。
3. 分流及回收：將可回用水流與高污染水流分開，處理後依水質回用。
4. 持續管理：設置計量、監測與績效指標，確認措施確實降低用水及廢水量。

水量平衡可用下式檢視：

逐製程查明水流去向，才能辨認減量及回收的優先位置。

可採行的節水及用水合理化策略

1. 製程改善與省水化

• 採用省水型製程、設備或原料替代方案，降低產品單位耗水量。
• 優化清洗、漂洗、冷卻等操作條件，例如調整流量、時間、壓力及批次安排，避免過度用水。
• 以逆流漂洗、多段漂洗等方式提高洗水利用效率。
• 改善設備密閉性及管線配置，減少滴漏、溢流與不必要的沖洗。

2. 廠內水流分流管理

• 將高品質、低污染水流與高污染製程廢水分流，避免清潔水被污染後一併排放。