對國內淨水場而言，化學混凝一直是主要淨水處理單元之一，混 凝主要可分為三個階段，當混凝劑注入原水後即發生一連串水解反 應，形成帶有正電荷之水解物種。接著，藉由快混階段快速攪拌使混 凝劑均勻分散至顆粒表面進行去穩反應。最後，去穩顆粒再於慢混階 段碰撞聚集形成膠羽。而膠羽結構特性會影響後續固液分離之效率，
因此，混凝操作效能關係著處理水質之優劣。
過去研究認為混凝劑水解時間短，具高電性中和能力之水解物種 必須在快混階段藉由快速攪拌迅速分散至顆粒表面，以提升顆粒去穩
定程度(Amirtharajah and Mills, 1982 ; Kawamura 2000)。然而，當水中顆粒濃度高時，
混凝劑不易均勻分散，攪拌不足常造成局部過量加藥之情形，使顆粒 去穩程度變差，進而降低顆粒間碰撞效率，由於顆粒間碰撞效率關係 到顆粒聚集機制，不同聚集機制下形成之顆粒聚集體或是膠羽結構特 性不同，而快混階段所形成之微膠羽特性與後續膠凝及沉澱效率密切
相關(Park et al., 2006)。由此可知，快混效能攸關後續處理單元之成效。
而快混效能受 pH、混凝劑種類、混凝劑量、原水水質特性、快 混強度及時間等操作因素影響，其中快混強度與快混時間為快混主要 之操作參數，攪拌強度通常以速度坡降(velocity gradient)G 值表示，G 值與混合的能量、液體的黏滯度與混合液體之體積有關。過去已有許 多研究探討快混階段之操作參數對於混沉及過濾效率之影響。
2-1 快混 G 值及 t 值對混沉及過濾效能之影響
過去研究指出，以聚氯化鋁(PACl)混凝劑處理人工高濁水(180
NTU)，實驗結果顯示在一固定快混時間(60 秒)下，增加快混強度可 有效提升濁度去除率，且有一最適G 值(350 s-1)(Kan et al., 2002)。Kan et al.
(2002)也分別以硫酸鋁及聚氯化鋁(PACl)混凝劑處理不同濁度之人工 原水(8~180 NTU)，實驗結果顯示在一固定快混強度(350 s-1)下，增加 快混時間同樣有助於濁度之去除，且在不同快混操作條件(包含原水 濁度、混凝劑種類及混凝劑量)下各有一最適快混 t 值，t 值範圍介於 20~180 秒。再者，Ebie et al. (2002)認為在一般淨水場的快混強度下，
即使操作已最佳化，但仍無法有效提升混沉後上澄液之過濾性，降低 後續過濾單元之負擔。於是在實驗中分別以聚氯化鋁(PACl)及聚矽酸 鐵(PSI)混凝劑處理低濁度水，證實增加快混強度可有效降低殘餘濁度 及殘餘鋁含量，進而降低過濾單元的水頭損失，在濁度去除方面，不 同混凝劑條件下各有一最適快混 G 值，以聚氯化鋁為混凝劑其最適 快混 G 值為 450 s-1，而以聚矽酸鐵為混凝劑則最適快混 G 值為 650 s-1；對於上澄液過濾性而言，無論使用何種混凝劑混凝原水，混沉後 上澄液過濾性皆隨快混G 值增加而提升。另外，Park et al. (2006)以硫 酸鋁混凝劑處理低濁度水(10 NTU)，實驗結果發現增加快混 G 值及 t 值皆可提升濁度去除率，且同樣有一最適快混 G 值及 t 值，分別為 200 s-1和150 秒。此與 Yan et al. (2009)分別以硫酸鋁及聚氯化鋁(PACl) 混凝劑處理低濁度水(8 NTU)之實驗結果相似，增加快混 G 值及 t 值 皆有助於濁度顆粒及溶解性有機物之去除，在快混 G 值為 135 s-1及 快混 t 值為 60 秒之條件下，對於濁度顆粒及溶解性有機物之去除效 果最好，尤其針對濁度去除效率之影響最為明顯。
快混攪拌參數對有機物去除之影響，一般而言，當攪拌 G 值越 大，混合效率越高，混凝劑分散於顆粒表面愈均勻，對於有機物之去
因而影響有機物之去除效果，雖然水力條件會影響到顆粒間的碰撞頻 率進而關係到顆粒之去除效率，例如，增加快混強度或時間對於去除 濁度顆粒與溶解性有機物皆有影響，但就去除有機物而言，則較不明 顯，原因為去穩顆粒聚集形成足以沉降之膠羽所需的反應時間比鋁水 解物種與NOM 反應的時間還要慢很多，因此，只要攪拌強度足夠使 鋁水解物種與有機物均勻混合，對有機物去除之影響其實不大，但還 是會影響到膠羽的聚集與破碎(Yan et al. 2009)。
近年來，韓國學者提出了一套類似管中快混的高速混凝反應器，
藉由產生高速混合之流況探討對濁度顆粒及有機物之去除效果，研究 結果顯示不但可提升濁度及有機物之去除率，且移除較多的親水性有 機物，最適混凝劑量亦少於瓶杯試驗所得的最適劑量(Byun et al., 2005)，故 可大幅減少加藥劑量。
2-2 混凝劑種類對過濾效能之影響
過去研究發現影響過濾性主要之因素並非上澄液殘餘濁度而是 水中殘餘混凝劑之濃度，其中鋁鹽混凝劑造成過濾性變差之程度較鐵
鹽嚴重(Ebie and Azuma, 2002)。因此，混凝劑種類也會影響過濾效能。
若使用硫酸鋁處理低濁水時，添加混凝劑後，過濾時間皆較原水 直接過濾來得長。當顆粒表面達電性中和時，此時濁度去除效果最 好，過濾性亦最佳。但若持續添加混凝劑，顆粒表面電性會由負轉正，
導致顆粒呈現再穩定現象，濁度顆粒無法有效沉澱去除，且過濾性也 變差(劉，2008)。
若使用 PACl 為混凝劑時，當顆粒表面達電性中和時，亦有最佳 之濁度去除率及過濾性，持續增加混凝劑量時，上澄液之殘餘濁度及
顆粒表面電性仍然相當穩定，此與硫酸鋁為混凝劑之結果不同，但過 濾性與硫酸鋁相同，隨著加藥劑量增加，過濾性愈來愈差，原因為上 澄液殘留大量Al(OH)3殘餘微粒導致過濾性變差(劉，2008)。
混凝劑為聚矽酸鐵(Polysilicato Iron, PSI)時，混凝劑量愈多，顆 粒表面電荷會逆轉，導致顆粒間再度趨向穩定，殘餘濁度亦隨之上 升，但其過濾性並沒有隨著混凝劑量增加而變差，原因為聚矽酸鐵之 分子量較高(500 KDa)，因此有較強的架橋能力，能形成較大之膠羽，
因此，混沉後上澄液過濾性較好(劉，2008)。
綜合上述可知，淨水場混凝操作之快混控制參數相當重要，然而 造成不同快混操作條件下之混凝效能有所差異的原因，過去已有許多 研究進一步探討快混階段之攪拌參數對於顆粒去穩定及顆粒聚集動 力之影響。
2-3 快混攪拌參數對顆粒去穩定及顆粒聚集動力之影響
Kevin 及 Thomas (1998)曾利用微粒粒徑分析儀於慢混階段分析 α-Fe2O3 微粒在不同攪拌強度下粒徑分佈隨時間之變化，發現在水中 微粒體積分率不變的條件下，粒徑分佈較廣之微粒群，聚集速度大於 單一粒徑分佈之微粒群。因此，混凝過程中顆粒聚集能力會隨顆粒粒 徑分布不同而改變，主要是快混條件不同改變了顆粒間之碰撞效率，
造成顆粒聚集程度有所差異。近年來，日本學者以高解析顆粒計數儀 (high resolution particle counter)進行 PACl 混凝低濁水顆粒聚集行為研 究，研究結果顯示攪拌強度為最重要參數，當攪拌G 值為 1000 s-1時，
粒徑約1~3 μm 之顆粒聚集效率最好(Ebie et al., 2006)，此與Kan et al. (2002)
機會，減少水中小顆粒數之結果相符，也因此可有效提升濁度去除 率。許多研究也發現提高快混 G 值有助於混凝劑快速分散至顆粒表 面進行去穩反應且可增加顆粒間碰撞效率，藉此提升混凝劑或高分子 聚合物與顆粒間之吸附速率，提高顆粒去穩定程度，因而使膠羽形成 速度變快(Amirtharajah and Mills, 1982；Langer and Klute, 1993；Tseng et al., 1998；Gregory, 1996)。Yan et al. (2009)也認為快混攪拌參數對膠羽之生長影響很大，尤其以硫酸 鋁為混凝劑進行混凝時，增加快混強度及快混時間皆可提升膠羽之生 長速度。
由上述可知，顆粒去穩程度關係著顆粒間碰撞效率，進而影響顆 粒聚集程度及後續形成之膠羽特性，因此，不同快混條件下形成之膠 羽結構特性不同(Kan et al., 2002)，過去也有許多研究深入探討快混攪拌參 數對膠羽特性之影響。
2-4 快混攪拌參數對膠羽結構特性之影響
一般淨水場混凝程序中，其混合槽體內部流況無法使小顆粒在碰 撞聚集過程中進入膠羽內部，通常趨向黏附在膠羽外部，因此，大多 形成較開放且鬆散的結構(Kevin et al., 2004)。Li et al. (2006)實驗結果顯示，
膠羽粒徑隨慢混強度增加而變小，但碎形維度隨之增加，因在低剪力 下所形成之膠羽結構開放，鬆散且多枝節。反之，在高剪力下，開放 的結構被水流剪力破壞，使得最初的膠羽結構重組成更密實的膠羽，
因此水力條件與膠羽強度密切相關。
若以 PACl 或鋁鹽為混凝劑，當混凝機制為吸附及電性中和時，
快混攪拌強度對混凝效率存在明顯之影響，在較高的攪拌強度下，可 以獲得較佳的混凝效果，因增加攪拌強度有助於提昇顆粒間之碰撞效
率，碰撞效率高會形成聚集體與聚集體的聚集型態(cluster-cluster aggregation)，此時形成之細微膠羽粒徑較大，膠羽結構較鬆散，沉降 速度亦較慢，對濁度去除效果較好，但過高之攪拌強度會使聚集後膠 羽再破碎，導致上澄液顆粒數增加，降低顆粒去除之效率；若快混強 度不足，此時較低的碰撞效率會導致局部過量加藥或加藥不足之情 形，使大部份之膠羽型態為顆粒與聚集體的聚集型態(cluster-particle aggregation)(Wiesner and Klute, 1998)，此時膠羽粒徑較小，沉降速度較快，膠 羽密度高，且因膠羽局部加藥過量或不足，導致上澄液濁度較高，混 凝效果不佳(甘，2002)；若混凝機制主要為沉澱網除，快混攪拌強度對混 凝作用則無明顯的影響(Amirtharajah and Mills, 1982)。
另外，攪拌時間也會對膠羽結構特性造成影響，由 Kan et al.
(2002)研究結果顯示，當混凝機制為電性中和時，攪拌時間長形成之 膠羽與攪拌時間短產生的膠羽粒徑相差不大，對殘餘濁度影響亦不 大；但若混凝機制為沉澱網除時，快混攪拌時間過長，會增加微膠羽 破碎的機會，且膠羽經破碎後再聚集所形成之膠羽粒徑較小，推測原 因如Kevin et al. (2004)所述，以沉澱掃除機制所形成之膠羽，破碎膠
(2002)研究結果顯示，當混凝機制為電性中和時，攪拌時間長形成之 膠羽與攪拌時間短產生的膠羽粒徑相差不大，對殘餘濁度影響亦不 大；但若混凝機制為沉澱網除時，快混攪拌時間過長，會增加微膠羽 破碎的機會，且膠羽經破碎後再聚集所形成之膠羽粒徑較小，推測原 因如Kevin et al. (2004)所述，以沉澱掃除機制所形成之膠羽，破碎膠