在分別採取二次龍潭淨水場低濁度難處理原水水質及顆粒物化 特性分析結果如表 4-3、4-4 所示。由表 4-3 可知龍潭淨水場低濁度難 處理原水之 pH 約為 8，濁度值約為 20 NTU，其導電度低於 200 µS/cm 及鹼度約為 66 mg/L as CaCO3，與國內外水庫水比較(Johnson et al., 1995；劉，2007)，龍潭淨水場之鹼度偏低。鹼度偏低會增加淨水場 混凝加藥控制的難度。此外，有機物(DOC)含量為 3.7 mg/L，較一般 地表水之有機物含量高，主要因為水庫水含有較多的藻類及微生物所 致。此低濁水之濁度顆粒粒徑約為 390~441 nm，屬於次微米級顆粒，
且顆粒表面電位為-16.9~-19.3 mV，屬於帶負電性強之顆粒，不容易 聚集沉澱，在 0.1~1 µm 顆粒大小範圍之顆粒數為 4891~4899 #。
此外，在酸性及鹼性條件下，龍潭淨水場原水顆粒之界達電位仍 然為負值(-15~-20 mV)(如圖 4-22)，此結果顯示其顆粒表面帶負電性 不易受 pH 影響，使淨水場混凝聚集顆粒之難度增加，加藥控制不易，
容易造成混凝操作效能低落問題的發生。而通常有機物附著於顆粒表 面是造成顆粒表面電位不易受 pH 影響的原因，因位於顆粒表面的有
機物在 pH 的改變下解離，使得顆粒表面界達電位即使在高 pH 值也 處於穩定的狀態，因此龍潭淨水場發生低濁難處理原水之原因可能是 由水中之有機物所造成的。
表 4-3 低濁高有機物原水水質及顆粒物化特性(2007.10.26)
水質分析項目 數值
pH 7.9 ~ 8.0 濁度(NTU) 17.2 ~ 20 導電度(µS/cm) 183 ~ 189 鹼度(mg/L as CaCO3) 66.5
DOC (mg/L) 3.7 顆粒粒徑(nm) 390 ~ 441 顆粒表面電位(mV) -16.3 ~ -19.3
顆粒數(counts/ml) 4891 ~ 4899
pH
3 4 5 6 7 8 9 10 11
Z et a pot en ti al ( m V )
-30 -25 -20 -15 -10 -5 0
圖 4-22 龍潭淨水場原水顆粒表面界達電位與 pH 之關係
另一方面，因為龍潭淨水場低濁度難處理原水懸浮顆粒之外觀呈 灰白色(如圖 4-23(a))，此顆粒顏色與一般地表水之懸浮顆粒顏色 (深褐色)不同，為了更了解此低濁度難處理水之顆粒特性，將其靜 置至顆粒物聚集沉澱後，以光學顯微鏡觀察其顆粒外觀，發現顆 粒聚集沉澱後之顏色為深褐色(如圖 4-23(b))。此結果顯示，龍潭 淨水場低濁度難處理原水呈現白色之原因，為懸浮顆粒外觀呈現 白色，待固液分離後，顆粒本身之顏色(深褐色)即會呈現。
(a)
(b)
圖 4-23 龍潭淨水場顆粒之光學顯微鏡觀察: (a)低濁度原水懸浮粒 (×200)；(b)聚集沉澱後之顆粒(×200)
同時，為了能進一步了解龍潭淨水場低濁度難處理原水顆粒表面 之特性，本研究分別探討其顆粒表面之有機物及無機物特性。在有機 物方面，先使用離心機，在 4000 rpm 及 4℃下，進行 20 分鐘的離心 濃縮，再經 0.45 µm 濾紙過濾收集後(如圖 4-24)，利用傅立葉轉換紅 外光光譜儀(FTIR)進行其顆粒表面官能基之鑑定。FTIR 分析的結果 如圖 4-24 所示，在波長約為 1000 cm-1附近出現了一個明顯的尖峰，
經 過 比 對 後 此 尖 峰 所 表 示 的 官 能 基 可 能 為 羧 酸 (COOH) 及 醚 類 (C-O-C)(Pavia et al)。而根據研究顯示在波長為 1000 cm-1在台灣水庫 原水中羧酸(COOH)為主要的有機物種之一(吳，1999)，在邱氏(2007) 研究顯示藻類中所含的多醣體(C-O-C) 也是位於此波長範圍，藻類釋 出有機物 80 ~ 90%為多醣體，此為原水中 DOC 主要成份之一，原水 中的 DOC 上升，會妨礙淨水處理的成效，且為消毒副產生前驅物質 之主要來源，也易與水中細小無機物結合，成為有機性膠體之來源增 加表面水處理困難，而 Jaeweon et al. (1998)研究也顯示出現在 950 – 1170 cm-1範圍的尖峰可能為多醣體。但也有研究顯示出現在 1000 – 1050 cm-1 範圍的尖峰為矽酸鹽(silicate)(Thuman, 1985 and AWWA committee, 1998)。因此，在無機物方面，則是將龍潭淨水場低濁度難 處理原水利用 ICP-MS 進行全元素的分析，確認龍潭原水中含有何種 元素後，再利用 ICP-MS 進行元素定量的分析。ICP-MS 全元素的分 析結果顯示，龍潭淨水場原水中含有微量的鈉、鎂、矽、硫、鉀、鈣、
鐵等元素，其中又以鎂、鈣元素含量較高，分別為 23.9 mg/L 及 7.3 mg/L，而鈣、鎂離子為天然水中之主要離子，水中若含有大量鈣、
鎂離子會造成硬水會產生以下問題如:鍋爐產生鍋垢、消耗大量的清 潔劑及產生味道影響可口度，但龍潭淨水場中所含之鈣、鎂離子總硬 度約為 87 mg/L as CaCO3，仍在符合標準之範圍內，並未超出標準。
此結果顯示，龍潭淨水場原水中並無含有較高濃度的矽酸鹽類。而原 水中溶解性有機物會增加顆粒表面的負電荷且在所占的比例是黏土 等礦物的 100 倍，因此對膠體顆粒的穩定有顯著的影響(郭等，2006)。
所以，龍潭淨水場低濁度難處理原水可能以水庫水源之有機物附著於 顆粒表面為造成難處理之主因。
圖 4-24 龍潭淨水場原水顆粒之 FTIR 表面官能基分析
在發現龍潭淨水場顆粒表面電位不受 pH 值影響，但在不同 pH 值，原水在不經加藥混凝的條件下，會自行產生膠羽沉澱，在低 pH 值產生之膠羽為黃綠色，在高 pH 值為白色，為了更進一步瞭解龍潭 淨水場低濁度難處理水在不同 pH 值下產生之膠羽性質，在以 0.45 µm 濾紙收集不同 pH 條件下產生之膠羽，並利用場發式電子顯微鏡觀察
Wavenumber (cm-1)
1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
L o g (1 /R )
-0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
0.6 C-O-C COOH
首先，以龍潭低濁度難處理原水進行觀察如圖 4-25(a)所示。在 pH 值不經改變時，薄膜上積垢物質主要是由原水中細砂等微小顆粒 在薄膜上緻密堆積而成。而改變龍潭低濁度原水 pH 值為 4 時之黃綠 色膠羽，如圖 4-25(b)所示，除了出現與原水相同的小顆粒堆積情形 外，也可以很清楚的觀察到了許多呈現捲曲狀的線條物體附著在膜的 表面，由圖 4-25(c)可以很清楚的發現，在薄膜上堆積的形式與前二 者的形式不相同，在 pH 值為 11 時呈結晶的狀態，原先出現在 pH 值 為 4 時的捲曲狀的線條物體已經完全不見，綜合以上結果顯示龍潭低 濁度難處理原水在不同 pH 值下，因水中酸鹼環境的改變，原水中所 含的物質會在受到 pH 值的改變下沉澱，而一般金屬在鹼性的環境下 會生成金屬鹽類沉澱，有機物在酸性環境沉澱（王，2002）。
(a)
(b)
(c)
而為了瞭解原水在不同環境下所沉澱膠羽的屬性，因此利用 SEM 對薄膜進行半定量分析，結果如圖 4-26(a)、(b)及(c)所示。在對 原水進行半定量分析中可發現原水中含有 Si、Al 等微量金屬元素，
而這些元素在本來就在天然原水中可發現，此外也有發現少量的碳、
氧元素，這些可能是原水中的有機物。
而 pH 為 4 時，SEM 半定量的結果顯示，除了原水中本來含有的 Si、Al 金屬外，C、O 元素的量明顯的上升，而腐植質的官能基中主 要之含氧官能基為 COOH(羧基)，且腐植質可依在酸鹼環境中的溶解 度分為三類 : 1.在酸性條件下沉澱的腐植酸 ; 2.在酸、鹼條件下皆可 溶的黃酸 : 3.在酸、鹼條件下皆不溶的腐植素或腐植膠(humin)。而在 pH 值為 11 時，電子槍半定量的結果出現 Ca、Mg 金屬的尖峰，這些 金屬離子在之前薄膜的觀測中並沒有發現，其中以 Ca 的含量最多，
這是因為鈣、鎂在較高 pH 值情形下，形成碳酸鈣(CaCO3)與氫氧化 鎂(Mg(OH)2)之難溶性化合物後沉澱。因此，龍潭低濁度原水在高 pH 值產生之白色沉澱物可知應為碳酸鈣及氫氧化鎂。
因此綜合以上結果顯示，在 pH 值為 4 時，在薄膜上出現捲曲狀 的線條物體應為自然水體中所含的腐植質在酸性條件下沉澱所形成 的，在 pH 值為 11 時，沉澱出的白色膠羽為鈣、鎂之難溶性化合物，
而當原水中不論含有過多的有機物或鈣、鎂都會是造成原水難處理的 原因。
(a)
(b)
(c)
第二次所採取之低濁度高有機物原水水質分析結果如表 4-4 所 示。pH 值略為中性偏鹼，範圍約為 7.9 ~ 8.0 之間，濁度較前次所採 水樣略為偏高，約為 35 NTU 左右。導電度約為 150 µS/cm，鹼度約 為 55 mg/L as CaCO3，水中溶解性有機物含量的範圍從 1.84 至 2.78 mg/L，平均值為 2.14 mg/L，與之前所採水樣兩者相較下，皆屬於低 鹼度且原水中溶解性有機物約為 2 ~ 3 mg/L，不易於加藥混凝去除。
而此次原水鹼度為 55 mg/L 更較前次所採水樣的鹼度(66mg/L)低，原 水無法提供足夠的緩衝能力，導致加藥後 pH 值下降變化大，無法在 輕易控制在 pH 值適當操作區間中，造成加藥的困難。
原水顆粒表面界達電位從-20.9 ~ -23.1 mV 亦屬於負電性強之顆 粒，要破壞膠體的穩定達到聚集沉澱並不容易，需要添加較多量的混 凝劑中和顆粒表面負電性;但原水中鹼度不足，造成在增加加藥量 下，pH 值遽烈下降超出最適加藥範圍，在兩者交互影響下，更加深 原水處理的困難性。
顆粒表面界達電位在不同 pH 值在的變化如圖 4-27 所示。此次結 果如同前面所述，因顆粒表面有機物的影響，造成在酸性條件下(pH 4) 顆粒表面界達電位仍帶有-17 mV 的負電荷，在鹼性條件下(pH 11)顆 粒表面界達電位為-25 mV。而顆粒表面官能基鑑定的結果在相同約 1000 cm-1 的位置也是出現明顯的尖峰(如圖 4-28)且更較前次所採取 的水樣明顯。
表 4-4 低濁高有機物原水水質及顆粒物化特性(2008.8.11)
水質分析項目 數值
pH 7.9 ~ 8.0 濁度(NTU) 35 ~ 37 導電度(µS/cm) 146 ~ 148 鹼度(mg/L as CaCO3) 55.3 ~ 55.7
DOC (mg/L) 1.84 ~ 2.78 顆粒平均粒徑(µm) 51.3 顆粒平均粒徑(nm) 845 ~ 1009 顆粒表面電位(mV) -20.9 ~ -23.1
pH
3 4 5 6 7 8 9 10 11
ze ta p o te n ti al ( m V )
-30 -25 -20 -15 -10 -5 0
Wavenumber (cm
-1)
1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
L o g (1 /R )
Particle Size (μm) 0
Volume (%)
綜合所採取龍潭低濁度高有機物原水水質及物化特性可知，所採 取的水樣皆屬於低鹼度(約 50 ~ 60 mg/L as CaCO3)、有機物含量約為 2 ~ 3 mg/L，濁度約為 20 ~ 30 NTU，在原水無法提供足構的緩衝能力 下且在有機物會消耗大量混凝劑的水質條件下，造成對原水處理上的 困難。而以下將使用不同的混凝劑種類探討對於處理濁度高有機物原 水的效能。