水及廢水91年度第2學期第一次平時測驗

水及廢水處理91年度第2學期第一次平時測驗_參考解答

一、名詞解釋（每題10分，合計20分）

1. Surface Overflow Rate：表面溢流率(SOR)

Ans：溢流率=。

Hazen將沉澱池之沉澱效率，區分為水平流式及完全混合式予以解析，水平流式沉澱池理論為假設池內任何一點之水平流速相等，並假設沉澱至池底的粒子不會再上浮，如圖所示自沉澱池上端流入之粒子，當其流至出口時，剛好沉澱至池底，該粒子之沉降速度為V₀，去除率y則如下：

若V≧V₀時，所有粒子皆可去除，即y=1又即

V₀ = = =

若V＜V₀之粒子y = ==，

式中h₀：沉澱池有效水深；B：沉澱池寬；A：沉澱池表面積；L：沉澱池長度；Q：處理水量；h：沉澱速度為V之粒子在池長L內所沉降距離。

所以由上可知顆粒之沉降速度V與表面積負荷Q/A之比與沉澱效率有關。因此為提高沉澱率，可提高粒子的沉降速度或減少表面積負荷(增大沉澱池面積)以達成之。提高粒子的沉降速度可以凝聚達成，減少表面積負荷可以2層或3層沉澱池，甚至以傾斜板沉澱池或傾斜管沉澱池達成。

2. Iodine Number：碘指數

Ans：以標準試驗時被吸附之碘毫克數表示。此即表示10至28Å孔徑之空隙體積之一種量度法，若在此範圍之活性碳具有之空隙百分率較高，表示可適合吸附低分子量之能力。

二、問答題（每題25分，合計50分）

1. 如何將臭氧處理配合顆粒活性碳組合成生物活性碳系統（Biological activated carbon system）？說明其原理與特性。

Ans：處理流程

過濾(Filtration)→臭氧氧化(Ozonation)→粒狀活性碳(GAC)→消毒(Cl₂)

(1) 臭氧O₃：可以氧化作用將複雜難分解的有機物氧化成易分解之小分子，以利微生物之分解，但是不利於吸附作用之進行。

(2) 可提供O₂；O₃氧化作用後可產生O₂以提供微生物生長所必須。

(3) 再生GAC：吸附之初期是以粒狀活性碳的方式吸附溶解性污染物，在粒狀活性碳吸附塔中所吸附之膠體中有高濃度的微生物，因此在粒狀活性碳表面長出生物膜(bio-film)，即細菌附著；因臭氧氧化作用可將難分解有機物分解成小分子，但是分解之小分子卻不利於活性碳吸附作用之進行，所以利用生物氧化溶解性(在液相中)生物可分解的污染物。接著生物可分解污染物在濃度降低後產生脫附，而生物可分解污染物再度在生物膜中分解。而生物難分解的污染物再度吸附於粒狀活性碳之空吸附位置，這種生物活性碳去除溶解性污染物的過程又稱為粒狀活性碳之生物再生作用。

BAC處理程序有以下之優點：它具有生物硝化作用，可將NH⁴⁺-N轉換成NO^3-，對溶解性有機物有生物氧化作用，此生物再生作用可以延長GAC之使用壽命。

(4) 吸附位置的減少：雖然生物再生作用可以延長GAC之使用，但是因為微生物所產生的生物膜亦會佔據部分的吸附位置，加上處理最終的難分解物質會使活性碳達到飽和吸附而必須再進行活性碳再生處理，然而活性碳再生處理雖然可恢復約90％的效果，但是也會消耗掉部分的活性碳。

2. 何謂Langlier Index？解釋其原理與應用。

Ans：藍氏飽和指標，自來水輸配水管材如鑄鐵管或延性球狀石墨鑄鐵管之內面，為防止水質與水管內部鐵金屬表面之接觸而發生腐蝕，常予以內襯保護膜。鑄鐵管及石墨延性鑄鐵管常用主要成份為碳酸鈣之水泥砂漿作為內襯保護。LSI於1936年提出且目前最廣泛應用於檢討水質腐蝕性之指標。

	HCO₃^- Û CO₃^2- + H⁺	(1)
	Ca²⁺ + HCO₃^- Û CaCO_3(S) + H⁺	(2)
	Ca²⁺ + CO₃^2- Û CaCO_3(S)	(3)

如(1)至(3)式反應所示考慮碳酸鈣之沈澱或溶解，即pH與鹼度對碳酸鈣溶解度之影響，若碳酸鈣溶解則表示內襯水泥保護膜變薄，增加金屬受腐蝕機會。相對地，碳酸鈣沈澱則表示水中硬度Ca²⁺離子與鹼度成分CO₃^2-或HCO₃^-形成CaCO_3(S)沈澱物，增加保護膜。然而過量沈澱物亦減少水管有效輸水斷面積及送水量且增加壓力。LSI指標值之計算函數如(4)式所示。

LSI = pH-pH_S

(4)

式中pH及pH_S分別為水管中水質pH及碳酸鈣達飽和時之相對pH值，由於鈣離子濃度(Ca²⁺)、總鹼度(Alk)、溫度(T)、總溶解性固體物(TDS)皆會影響pH_S，故pH_S值計算如(5)式所示(AWWA, 1986)。

pH_S = A + B -log[Ca²⁺] - log[Alk]

(5)

[Ca²⁺]及[Alk]單位均為mg/L as CaCO₃，A、B為分別對T及TDS之修正係數如表2-1所示。

表2-1 pH_S溫度與TDS修正係數A、B值(AWWA, 1986)

水溫

(℃)

水溫

(℃)

TDS

(mg/L)

2.6

2.5

2.4

2.3

2.2

2.1

2.0

1.90

1.70

1.55

1.40

1.25

1.15

100

200

400

800

1000

9.70

9.77

9.83

9.86

9.89

9.90

LSI值所代表意義可分為：(1)LSI值> 0時，表示CaCO₃呈現過飽和狀態，會有CaCO_3(S)沈澱，形成水管內壁保護膜以避免腐蝕發生；(2)LSI值< 0，表示CaCO₃為未飽和的狀態，會有CaCO_3(S)溶出，形成腐蝕現象；(3)LSI值= 0，則代表CaCO_3(S)為飽和的狀態，管內將不會腐蝕也不會有CaCO_3(S)沈澱結垢。

三、計算題（每題30分，合計30分）

1. 一沈澱池長30 m寬15 m深 4 m，原設計處理水量10000CMD。現欲設置傾斜板以增加處理量至15000CMD，並維持原設計之表面溢流率。傾斜板每片長寬各1.0 m，間距10cm，傾斜角60˚，需設置幾層？每層幾列？每列幾片？

Ans：SOR==

投影面積acosθ=1×1×cos60˚=0.5 m²

(若考慮傾斜平板效率η = 0.7時) 675= n × 0.5 × 0.7 n ≒ 1929片

設計時若以長度30 m，排25 m來設計，每列共250片，

1929/250 ≒ 7.7列 1929/7列 = 275.6，取280片，所以單層即可。

所以沈澱池需設置1層，7列，每列280片。

(設計時只要能夠符合系統需求，可依照實際需要自行調整沈澱池設置的層數、列數以及片數)