前氧化及混凝最適藥劑評估 - 淨水場操作效能評估 - 7月12日 - 淨水場供水水質改善最適對策評估研究-以金門自來水廠為例

7月12日

4.2 淨水場操作效能評估

4.3.1 前氧化及混凝最適藥劑評估

前氧化劑種類對混凝去穩定有機物及藻類之影響

金門自來水廠主要淨水處理程序中前氧化使用次氯酸鈉藥劑，並以硫酸鋁混凝劑進行混凝操作，隨後再由浮除單元移除混凝膠羽以澄清水質。然而，因為原水中藻類及有機物含量高，前氧化及混凝加藥無法有效去穩定水中藻類及有機物，致浮除單元移除藻類及有機物之成效差。因此，本研究主要先以實驗室浮除瓶杯試驗設備進行太湖淨水場原水混凝浮除試驗，評估不同前氧化藥劑 (次氯酸鈉、二氧化氯及高錳酸鉀)搭配硫酸鋁及聚矽酸鐵(PSI)混凝劑應用於混凝浮除程序之最適加藥策略。

實驗使用之原水為太湖淨水場原水，原水組成為金湖水庫搭配田埔水庫，

比例約為 1：1。結果如圖 4-37 所示，因前氧化劑之添加會使水中藻類破裂而釋出胞內有機物質，增加水中有機物濃度，故在低混凝劑量下，因有機物去穩定效率不佳，導致混凝浮除出流水中殘餘之 DOC 濃度高於原水之 DOC 濃度。

然而，隨著混凝劑量增加只有聚矽酸鐵混凝浮除可有效降低水中殘餘之 DOC，硫酸鋁混凝浮除完全無法降低水中殘留之 DOC 含量。此結果顯示，聚矽酸鐵可有效去穩定水中有機物，主要是藉由聚矽酸鐵混凝過程之強大的電性中合能力及架橋作用⁽ボリシリカ铁凝集剂普及協會，2009)，吸附及聚集有機物形成大膠羽後由浮除過程移除有機污染物。此外，在相同聚矽酸鐵劑量下(10 mg/L as Fe)，次氯酸鈉前氧化搭配聚矽酸鐵混凝浮除對水中 DOC 之移除效率最佳，主要是因為次氯酸鈉氧化力低於高錳酸鉀及二氧化氯，對藻類細胞破壞能力較差，以致於水中有機物釋出量較少，導致次氯酸鈉搭配聚矽酸鐵混凝浮出流水之有機物量較低。

另一方面，為了減少前氧化造成藻類破裂而增加水中有機物量及提昇混凝浮除程序除藻成效，本研究進一步評估金門自來水廠前氧化操作時以高錳酸鉀取代部分次氯酸鈉藥劑添加之可行性，並同時評估前氧化搭配混凝浮除程序移除藻類之最佳模式。實驗使用之原水為太湖淨水場原水，原水組成為金湖水庫搭配田埔水庫，比例約為 1：1。結果如圖 4-38 所示，以次氯酸鈉(1 mg/L)及高錳酸鉀(1 mg/L)搭配聚矽酸鐵混凝之加藥策略為前氧化搭配混凝浮除程序移除水中藻類之最佳處理方式，可在最低混凝劑量下(5 mg/L as Fe)達到最低之藻類殘留量。主要是因為適量的高錳酸鉀添加可形成二氧化錳顆粒，幫助藻類混凝去穩定及聚集⁽^陳，²⁰⁰⁵⁾。

淨水場供水水質改善最適對策評估研究-以金門自來水廠為例工作執行進度與結果

DOC (mg/L)

8 10 12 14 16

ClO₂+Al₂(SO₄)₃ ClO₂+PSI

DOC (mg/L)

8 10 12 14 16

NaOCl+Al₂(SO₄)₃ NaOCl+PSI

Dosage (mg/L)

0 2 4 6 8 10 12

DOC (mg/L)

8 10 12 14 16

KMnO₄+Al₂(SO₄)₃ KMnO₄+PSI

圖 4-37 不同前氧化方式下混凝浮除出水之殘餘 DOC (氧化劑劑量：1 mg/L)

Count (cells/mL)

0 1e+5 2e+5

3e+5 ClO₂+Al₂(SO₄)₃ ClO₂+PSI

Count (cells/mL)

0.0 5.0e+4 1.0e+5 1.5e+5 2.0e+5 2.5e+5

NaOCl+Al₂(SO₄)₃ NaOCl+PSI

Dosage (mg/L)

-2 0 2 4 6 8 10 12

Count (cells/mL)

0.0 5.0e+4 1.0e+5 1.5e+5 2.0e+5 2.5e+5

NaOCl+KMnO₄+Al₂(SO₄)₃ NaOCl+KMnO₄+PSI

(a)

(b)

(c)

圖 4-38 不同前氧化方式對混凝浮除出水之殘餘藻數 (氧化劑劑量：2 mg/L)

淨水場供水水質改善最適對策評估研究-以金門自來水廠為例工作執行進度與結果

前加氯方式對混沉移除有機物及藻類效能之影響

由先前實驗可知高錳酸鉀氧化力強，有助於藻類之混凝去穩定，但亦會造成藻體破裂而增加水中 DOC 含量，不利於混沉移除有機物，且高錳酸鉀藥劑成本高，不適合長期大量投加。因此，太湖淨水場現階段改採二氧化氯搭配次氯酸鈉前氧化程序，以二氧化氯在舊場管中加藥前氧化以減少次氯酸鈉劑量，

試圖減少原水因前加氯所產生之三鹵甲烷生成量，並藉由混凝劑加藥量之調整，找出最適混凝劑量。在此操作模式下，由於前氧化二氧化氯與次氯酸鈉添加比例會影響三鹵甲烷生成，並且會影響混凝劑的需求，故本研究現階段主要評估二氧化氯與次氯酸鈉前氧化對太湖淨水場原水混凝浮除效能之影響，試驗中使用硫酸鋁與聚矽酸鐵混凝劑，並搭配高分子陽離子聚合物(PolyDADMAC) 助凝劑使用，探討太湖淨水場原水最適前氧化加氯方式及最適混凝劑與助凝劑之使用策略。

實驗使用之原水為太湖淨水場原水，原水組成為金湖水庫搭配田埔水庫，

比例約為 1：1。結果如圖 4-39 所示，隨混凝劑量增加，混凝浮除出水殘餘濁度亦會隨之降低，當前氧化階段二氧化氯添加量固定為 0.5 mg/L as Cl 時，在相同混凝劑量下，次氯酸鈉添加量由 0.25 mg/L as Cl 增加至 0.5 mg/L as Cl，

硫酸鋁混凝浮除或是硫酸鋁混凝搭配 polymer 膠凝浮除出水殘餘濁度均可些微降低，此結果顯示前加氯有助於混凝去穩定濁度之效能。然而，在 DOC 去除上，當前氧化二氧化氯量為 0.5 mg/L as Cl 及次氯酸鈉量為 0.25 mg/L as Cl 時，經混凝浮除後可獲得較佳的 DOC 移除成效，但在相同前加氯量下，於慢混階段添加 0.2 mg/L polymer 並無助於浮除後 DOC 移除效率之提升。此外，

在相同混凝劑量下，當前氧化二氧化氯量為 0.5 mg/L as Cl 及次氯酸鈉量為 0.25 mg/L as Cl 時，混凝浮除後殘餘藻數可達到最低，而添加 polymer 可提升硫酸鋁混凝浮除 TTHMFP 之能力，且在高加藥量下較為明顯，但添加 polymer 對 TTHM 生成有阻礙作用(如圖 4-40)，可能是添加之氧化劑會與 polymer 產生作用，因而阻礙氧化劑與有機物之反應並減少 TTHM 生成。

實驗使用之原水為太湖淨水場原水，原水組成為金湖水庫搭配田埔水庫，

比例約為 1：1。結果如圖 4-41 所示，聚矽酸鐵混凝浮除移除濁度及有機物之

成效明顯優於硫酸鋁混凝，前加氯量增加亦會提升濁度移除效率，然而在相同 PSI 混凝劑量下，當二氧化氯添加量固定為 0.5 mg/L as Cl 時，次氯酸鈉添加量由 0.5 mg/L as Cl 減少至 0.25 mg/L as Cl 時，經混凝浮除後可獲得較佳的 DOC 及藻類移除效率，於慢混階段添加 0.2 mg/L polymer 以提升 PSI 混凝浮除 TTHMFP 之能力並不明顯，但添加 polymer 對 TTHM 生成有阻礙作用(如圖 4-42)。

綜合上述，太湖淨水場原水(金湖水庫搭配田埔水庫，比例約為 1：1)。於混凝浮除程序中使用聚矽酸鐵混凝之 DOC 及藻類移除效率並未明顯優於硫酸鋁混凝，而當二氧化氯及次氯酸鈉前氧化所需劑量之比例為 2：1 時，混凝浮除之 DOC 及藻類去除效率可達到最佳，其中混凝劑量控制在 1 ~ 2 mg/L as Al (即 20 mg/L ~ 40 mg/L as 10% Al₂O₃)，可達到最適的混凝浮除移除有機物及藻類之成效，此時添加少量(0.2 mg/L)之 polymer (polyDADMAC)有助於混凝浮除 TTHMFP 之能力提昇且降低 TTHM 之生成。

淨水場供水水質改善最適對策評估研究-以金門自來水廠為例工作執行進度與結果

圖 4-39 不同前加氯方式下 Alum 混凝浮除之殘餘濁度、DOC 及藻數

Residual Turbidity (NTU)

14 ClO2 (0.5 mg/L)+NaOCl (0.5 mg/L)+Al2(SO4)3 ClO2 (0.5 mg/L)+NaOCl (0.25 mg/L)+Al2(SO4)3

ClO2 (0.5 mg/L)+NaOCl (0.5 mg/L)+Al2(SO4)3+Polymer (0.2 mg/L) ClO2 (0.5 mg/L)+NaOCl (0.25 mg/L)+Al2(SO4)3+Polymer (0.2 mg/L)

DOC (mg/L)

ClO2 (0.5 mg/L)+NaOCl (0.5 mg/L)+Al2(SO4)3 ClO2 (0.5 mg/L)+NaOCl (0.25 mg/L)+Al2(SO4)3

ClO2 (0.5 mg/L)+NaOCl (0.5 mg/L)+Al2(SO4)3+Polymer (0.2 mg/L) ClO2 (0.5 mg/L)+NaOCl (0.25 mg/L)+Al2(SO4)3+Polymer (0.2 mg/L)

Dosage (mg/L as Al)

0 1 2 3 4

10000 ClO2 (0.5 mg/L)+NaOCl (0.5 mg/L)+Al2(SO4)3 ClO2 (0.5 mg/L)+NaOCl (0.25 mg/L)+Al2(SO4)3

ClO2 (0.5 mg/L)+NaOCl (0.5 mg/L)+Al2(SO4)3+Polymer (0.2 mg/L) ClO2 (0.5 mg/L)+NaOCl (0.25 mg/L)+Al2(SO4)3+Polymer (0.2 mg/L)

圖 4-40 不同前加氯方式下 Alum 混凝浮除出水之殘餘 TTHM 及 TTHMFP

T T HM (ug /L )

0 5 10 15 20 25

ClO2 (0.5 mg/L)+NaOCl (0.5 mg/L)+Al2(SO4)3 ClO2 (0.5 mg/L)+NaOCl (0.25 mg/L)+Al2(SO4)3

ClO2 (0.5 mg/L)+NaOCl (0.5 mg/L)+Al2(SO4)3+Polymer (0.2 mg/L) ClO2 (0.5 mg/L)+NaOCl (0.25 mg/L)+Al2(SO4)3+Polymer (0.2 mg/L)

Dosage (mg/L as Al)

1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

T T HMF P ( ug /L )

0 20 40 60

80 ClO2 (0.5 mg/L)+NaOCl (0.5 mg/L)+Al2(SO4)3 ClO2 (0.5 mg/L)+NaOCl (0.25 mg/L)+Al2(SO4)3

ClO2 (0.5 mg/L)+NaOCl (0.5 mg/L)+Al2(SO4)3+Polymer (0.2 mg/L) ClO2 (0.5 mg/L)+NaOCl (0.25 mg/L)+Al2(SO4)3+Polymer (0.2 mg/L)

淨水場供水水質改善最適對策評估研究-以金門自來水廠為例工作執行進度與結果

圖 4-41 不同前加氯方式下 PSI 混凝浮除出水之殘餘濁度、DOC 及藻數

Residual Turbidity (NTU)

14 ClO2 (0.5 mg/L)+NaOCl (0.5 mg/L)+PSI ClO2 (0.5 mg/L)+NaOCl (0.25 mg/L)+PSI