代入標準偏差公式進行運算
快混階段的 SD 值表示顆粒聚集的情形，當 SD 值越大表示顆粒聚集速度 越快，當 SD 越小表示顆粒聚集較慢所形成的大小變化並不明顯；在慢混階段 的 SD 值表示膠羽的大小，SD 值越大表示膠羽越大，SD 趨近於零表示可能膠 羽非常小，對整體影像 RGB 的影響有限，或是那個時間點沒有偵測到成長的 膠羽。
圖 11 低濁度不同加藥之 RGB-S.D.值(45 NTU)
在濁度 45 NTU 時(圖 11)，快混階段由於水中顆粒數較少，聚集後所形成 的膠羽較小，顆粒也較快被聚集完，所以不管加藥量為何，快混階段的 SD 值 較低；在慢混階段，在適量加藥時，膠羽長成較好，所以 SD 值較高；不足加 藥時，在慢混的前 8 分鐘，SD 值都很小，那是因為加藥量不夠，在慢混的時 候，顆粒還再聚集，直到慢混 9 分鐘後，SD 值才開始有上升趨勢，表示此時 才開始長成較大膠羽，但膠羽長成較適量加藥差；在過量加藥時，由於水中呈 現在穩定狀態，顆粒不會再聚集，在慢混 3 分鐘後，SD 值已呈現平穩狀態也 不會再上升。
淨水操作監控技術建立及模廠測試驗證
圖 12 高濁度不同加藥之 RGB-S.D.值(150 NTU)
在濁度 150 NTU 時(圖 12)，快混階段的 SD 值皆很高，表示顆粒聚集快速，
顆粒大小變化大，所以不管加藥量為何，快混階段的 SD 值都較大；在適量加 藥的慢混第 5 分鐘之 SD 值較低，那是因為在這兩分鐘期間並沒有較大的膠羽 通過，但在慢混 7 分鐘後，SD 值上升幅度相當大，表示膠羽長成良好；在不 足加藥時，慢混階段的 SD 值都偏高，表示有膠羽長成，SD 值較適量加藥的 低，膠羽長成比適量加藥差；在過量加藥時，慢混階段的 SD 值偏低且趨勢平 穩，是因為水中顆粒呈現再穩定狀態，不會再聚集形成較大膠羽，顆粒大小變 化較平穩。
圖 13 高濁度不同加藥之 RGB-S.D.值(430 NTU)
在濁度 430 NTU 時(圖 13)，快混階段的 SD 值較高，表示顆粒聚集快速，
顆粒大小變化較大，所以不管加藥量為何，SD 值都屬於較高的現象；在各加 藥量慢混 3 分鐘後，SD 值趨勢都已平穩且較小，由光訊號值變化圖可看出，
並沒有明顯的跳動現象，表示沒有偵測到膠羽，可能原因為，在高濁度所形成 的膠羽較緊實，受重力沉澱的影響較大，所以膠羽大多數已沉澱在槽體中，被 偵測到的顆粒都屬於較細小。在過量加藥慢混 8 分鐘後，SD 值有上升趨勢，
由光訊號變化圖可看出，此時光訊號值也有上升現象，可能原因為較鬆散的膠 羽因為攪拌所產生的剪力導致破碎，使得懸浮在水中的顆粒變多，顆粒大小不 一致所導致。
以修正後的 RGB-S.D.值監測混凝成效，其判斷邏輯是基於實驗室批次試 驗結果，將以模廠連續運轉驗證其判斷邏輯其適用性。
淨水操作監控技術建立及模廠測試驗證
5.3 傳統淨水程序模廠操作監控系統測試傳統淨水程序模廠操作監控系統測試傳統淨水程序模廠操作監控系統測試 傳統淨水程序模廠操作監控系統測試
為使本計畫研究開發之自動加藥監控系統及自動過濾反洗操作能順利應 用於淨水場，本計畫設計最大處理量為 100 CMD 之傳統處理程序模廠，利用 線上濁度計、溫度計、pH 計、鹼度計及顆粒計數器，作為混凝加藥及過濾反 洗監控操作之量測儀器，模廠將利用 BPANN 作為前饋加藥控制系統，以及 PDA 及 FICA 作為混凝加藥監測回饋系統，進行長時間之測試、修正、驗證及 示範。
本計畫選擇新竹第二淨水場作為模廠試驗場址。新竹第二淨水場隸屬於臺 灣自來水公司第三區管理處新竹給水廠，於民國 89 年完成，其原水主要由頭 前溪隆恩堰設攔河堰取水，其原水濁度差異性大，濁度變化可從數十到數萬 NTU，設計平均出水量 16 萬 CMD，目前出水量約 14 萬 CMD，供水區域包 括新竹市、新竹縣竹北市、竹東鎮之竹中地區，寶山鄉之雙溪地區及新竹科學 園區，其供水之穩定對於園區廠商非常重要。
5.3.1 模廠規劃設計及實場與模廠現況說明模廠規劃設計及實場與模廠現況說明模廠規劃設計及實場與模廠現況說明模廠規劃設計及實場與模廠現況說明 模廠規劃設計
模廠規劃設計模廠規劃設計 模廠規劃設計
本計畫於第一、二年度已完成模廠之設計規劃及建造，模廠設計最大處理 水量為 100 CMD，放置於新竹第二淨水場原水分水井旁，所有槽體與儀表監 控設備放置於 2 個 20 呎貨櫃內，相關槽體之管線連接係以便於拆卸安裝之快 速接頭進行設計規劃，以便於未來模廠可機動搬運進行不同淨水場測試或支援 緊急供水之用。處理程序為國內淨水場最多使用之傳統處理程序，處理流程為 原水經原水調節槽、快混槽、慢混槽、沉澱槽，最後經快濾槽完成處理，模廠 處理流程及實景照片如圖 14~17 所示，各處理單元概述如下：
(一一一一)原水槽及原水採樣槽原水槽及原水採樣槽原水槽及原水採樣槽原水槽及原水採樣槽
原水槽可調節原水流量及穩定水質，槽體體積為 1.55 m3(1 × 1 × 1.55)，以 槽體內徑及液面高度計算之水體體積為 1.39 m3(0.98 × 0.98 × 1.45)，停留時間 約為 20 分鐘，槽內設置水位計以控制槽內原水水位。原水採樣槽內設置 pH
(二二二二)快混槽快混槽快混槽快混槽
快混槽使用新竹第二淨水場之 PACl 經適量稀釋後作為模廠混凝劑，槽體 體積為 0.12 m3(0.4 × 0.4 × 0.75)，水體體積為 0.09 m3(0.38 × 0.38 × 0.64)，停留 時間約為 78 秒。攪拌機以垂直軸向轉動，具備轉速調整功能(0 ~ 300 rpm)以達 所需 G 值，快慢混攪拌設備之設計為模擬新竹第二水場之攪拌機型式及快混 G 值，模廠設定 G 值為 600 s-1，出水處以蠕動泵浦抽取水樣至 PDA 系統。
(三三三三)慢混槽慢混槽慢混槽慢混槽
慢混槽體體積為 1.9 m3(1 × 1 × 1.9)，水體體積為 1.59 m3(0.98 × 0.98 × 1.66)，停留時間約為 23 分鐘，攪拌機和快混槽相同以垂直軸向轉動，亦具備 轉速調整功能以達所需 G 值，模廠設定 Gt 值為 63,000，出水處以蠕動泵浦抽 取水樣至 FICA 系統。
(四四四四)沉澱槽沉澱槽沉澱槽沉澱槽
沉澱槽體體積為 6.36 m3(3.3 × 1.07 × 1.8)，水體體積為 5.3 m3(3.28 × 1.05 × 1.54)，停留時間約為 1.27 小時，表面溢流率約為 29 m3/m2-day，採重力式沉 澱，槽內設有傾斜板，進水由下往上流，經溢流堰收集至重力式快濾池，出水 處以濁度計監測沉澱出水濁度。污泥以重力方式匯集至排放溝槽，再以重力式 批次排放。
(五五五五)過濾槽過濾槽過濾槽過濾槽
過濾槽體體積為 1.3 m3(0.9 × 0.85 × 1.7)，水體體積為 1.16 m3(0.88 × 0.83 × 1.59)，採重力式過濾，濾料使用和新竹第二淨水場相同之石英砂(厚 80 cm，
有效粒徑為 0.5 mm、均勻係數小於 1.5、比重為 2.55~2.65)，出水處裝置雷射 濁度計及顆粒計數器，過濾反洗水與沉澱槽出水共用 1 台濁度計進行反洗監 測。
淨水操作監控技術建立及模廠測試驗證
圖 15 模廠外觀
圖 16 模廠內部
淨水操作監控技術建立及模廠測試驗證
原水槽及原水採樣槽 快混槽及慢混槽
沉澱槽 重力式快濾槽
圖 17 模廠處理單元 實場與模廠現況說明
實場與模廠現況說明實場與模廠現況說明 實場與模廠現況說明
模廠之建造主要為摸擬實場之設計參數進行設計，但仍有部份受限於模廠 貨櫃體積及空間限制，因此仍有些許差異，茲將實場與模廠之現況說明如下：
1.實場原水分水井
實場原水分水井如圖 18 所示，分為新竹第一及第二淨水場分水井，
因此新竹第二淨水場處理之原水包含未抽完之新竹第一淨水場原水及 新竹第二淨水場原水，此兩股原水均抽取自頭前溪，但新竹第二淨水場 分水井內尚有廢水迴流管，為避免迴流水濁度影響前饋 BPANN 之混凝 加藥預測判斷，因此選用不含洄流水之原水(右邊分水井)作為 BPANN 之訓練資料庫及模廠測試、驗證之處理原水。
圖 18 實場原水分水井
2.快混單元
實場快混單元如圖 19 所示，因為實場處理水量大，因此採水躍式 多點加藥。模廠快混單元如圖 20 所示，採機械式攪拌及管柱式快混，
且為單一加藥點，但模廠機械攪拌與實場之設計 G 值同為 600 s-1。
圖 19 實場快混單元
圖 20 模廠快混單元
一場分水井：
抽至新竹第一淨水 場，未送完之原水 進入新竹第二淨水 場處理。
一場分水井：
抽至新竹第一淨水 場，未送完之原水 進入新竹第二淨水 場處理。
廢水迴流管 廢水迴流管 二場分水井：
抽至新竹第二 淨水場處理。
二場分水井：
抽至新竹第二 淨水場處理。
二場分水井：
抽至新竹第二 淨水場處理。
二場分水井：
抽至新竹第二 淨水場處理。
淨水操作監控技術建立及模廠測試驗證
3.慢混單元
實場及模廠慢混單元如圖 21 所示，實場採用三階段慢混設計，轉 速分別為 2 ~ 3 rpm、1.5 ~ 2 rpm 及 1 ~ 1.5rpm。模廠慢混單元為 1 槽，
轉速為 9.3 rpm，模廠之慢混設計 G 值與實場三池平均值相同為 46 s-1。
實場 模廠
圖 21 實場與模廠慢混單元 4.沉澱單元
實場及模廠慢混單元如圖 22 所示，實場使用連續鏈條式自動刮泥 機。模廠沉澱池污泥利用重力傾斜式收集，並以重力式批次排出。
實場 模廠
圖 22 實場與模廠沉澱單元
5.3.2 模廠自動監控系統模廠自動監控系統模廠自動監控系統模廠自動監控系統
自動監控系統為模廠最重要之核心元件，依組成元件主要由可程式控制器 (PLC)、圖控程式、類神經網路軟體、線上水質偵測儀器及相關閥件泵浦所構 成，依功能可分為監測與控制二部分，監測系統主要是利用可線上即時水質監 測儀器，將偵測到的參數數值以類比(analog)訊號傳輸至 PLC，由 PLC 將監測 系統所偵測到之訊號，經過 BPANN 運算所得之混凝加藥量，輸出類比訊號傳
自動監控系統為模廠最重要之核心元件，依組成元件主要由可程式控制器 (PLC)、圖控程式、類神經網路軟體、線上水質偵測儀器及相關閥件泵浦所構 成，依功能可分為監測與控制二部分，監測系統主要是利用可線上即時水質監 測儀器，將偵測到的參數數值以類比(analog)訊號傳輸至 PLC，由 PLC 將監測 系統所偵測到之訊號，經過 BPANN 運算所得之混凝加藥量，輸出類比訊號傳