生物活性

研究結果顯示餘氯濃度可能顯著影響生物濾床之生物活性。表 4-4 顯示在低餘 氯濃度下 GAC 與無煙煤有明顯較高的生物量。GAC 與無煙煤被廣泛應用於快濾 床之上層濾料，係因其孔隙較大，可將大顆粒懸浮物先行攔截並增加過濾深度、

減緩下層石英砂堵塞、延長濾程與可提供吸附的能力。也因其多孔隙與大表面積

之特性，GAC 與無煙煤較石英砂適合微生物的增長，因此生物容量應較石英砂為 高。但於本研究中GAC 與無煙煤置於快濾床之上層，進流水的自由餘氯對上層濾 料的影響直接，使GAC 與無煙煤濾料於 Stage1 時之生物活性以 ATP 濃度表示反 較石英砂為低。Sun 於 2008 年的研究中，曾比較自由餘氯劑量對配水中 PVC 水管 上生物模生長的影響，管壁的平均生物膜密度(Average steady-state biofilm density) 於自由餘氯劑量為0.2 mg/L 時為 4.71±0.07(log CFU/cm³)，而在自由餘氯劑量為 1.0 mg/L 時為 2.4±0.05(log CFU/cm³)，顯示自由餘氯濃度對生物膜生長的影響顯著(Sun and Liu, 2009)。因此於 Stage1 時，快濾床進流水含有較高自由餘氯濃度(2.3±0.5 mg-Cl2/L)，抑制 GAC 與無煙煤上微生物的生長而使 ATP 濃度偏低。

前加氯劑量降低可明顯使 GAC 與無煙煤生物活性提高。表 4-4 顯示前加氯量 由8 mg/L(Stage1)降至 4 mg/L(Stage2)時，GAC 之 ATP 濃度增加幅度(12 倍)明顯大 於無煙煤(5 倍)，而當前加氯劑量由 4mg/L 降至 2 mg/L 時而 GAC 之 ATP 濃度提升 幅度(1.3 倍)反較無煙煤為低(2 倍)，表示自由餘氯量抑制微生物生長的情形對 GAC 的影響較小，因此當前加氯量由8 mg/L 降至 4 mg/L 時，GAC 上所生長之生物量 已接近其生物容量上限。推測是由於GAC 表面上之孔隙率(0.65)與無煙煤高(0.58)，

表面積也較大，可提供微生物較佳的生長環境以抵抗自由餘氯所致。

不同前加氯劑量對於石英砂的 ATP 濃度的影響較少，由圖 4-4 可知大部分餘 氯在上層濾床即被消耗，使下層石英砂中的餘氯濃度低，對微生物影響較小，因 而無明顯變化。

陶瓷珠濾床在三種操作時程下，進流水自由餘氯濃度均低於 0.1 mg-Cl2/L，因 此陶瓷珠濾床不受進流水自由餘氯所影響，但陶瓷珠濾料的ATP 濃度仍會隨前加 氯劑量降低而增加，可能是由於較低的前加氯劑量，微生物的生存率提高進而使 通過快濾床的微生物量增多，加上陶瓷珠濾床未有反沖洗操作，生物膜有較理想 的生長環境，使陶瓷珠的ATP 濃度增加。而陶瓷珠濾床進流水之自由餘氯濃度均 低，但陶瓷珠濾料之ATP 濃度顯著低於 GAC、無煙煤與石英砂濾料，表示其單位

體積內之生物量較低，系因陶瓷珠之孔隙率與石英砂較接近(0.47, 0.43)且陶瓷珠之 粒徑較大(4-8 mm)，使得單位體積濾料中之微生物生長所需之表面積較低，微生物 量較少，因此陶瓷珠濾床所量測之ATP 濃度較低。

表4-4 各濾料之 ATP 濃度

濾料種類 Stage 1 Stage 2 Stage 3 平均值 ±標準差 (pmole/cm³)

GAC 15.9 ±4.7 195.5 ±43.8 250.1 ±11.7 石英砂A 47.1 ±12.3 36.9 ±10.3 68.5 ±22.8

無煙煤 15.9 ±4.0 85.8 ±18.6 174.0 ±37.6 石英砂B 80.1 ±12.1 41.5 ±11.0 67.8 ±11.1

陶瓷珠 0.5 ±0.4 7.1 ±3.6 16.4 ±5.9

圖4-5 將濾料的 ATP 濃度以長條圖分段表示之，可發現濾料之 ATP 濃度於 Stag1 與Stage2 時會隨濾床深度上升，當濃度上升至高點後有逐漸下降之趨勢，而 Stage3 時ATP 濃度則完全由上而下逐漸降低。由於進流水之自由餘氯與濾床上層最先接 觸，圖4-4 也顯示出上層濾料之自由餘氯濃度最高，因此生物活性受自由餘氯抑制 而較低，當水中自由餘氯逐漸被消耗，隨著深度而降低濃度，對微生物生長的抑 制效果減少，使下層濾料的ATP 濃度相對較高。

微生物之生長除了受抑制劑與消毒劑所影響外，亦與水中養分含量有關，水中 生物可利用性有機質為微生物生長之碳源，當濾料中之微生物將生物可利用性有 機質濃度降低後，下層濾料微生物可利用之碳原減少而使生長受影響導致ATP 濃 度下降。

由於快濾床每天會進行反沖洗作業，GAC、無煙煤與石英砂之間會因比重不同 而分層，但相同濾料之上下層間會因反沖洗作業而重新混合。故前加氯劑量影響 著GAC 與無煙煤整體的 ATP 濃度，而上下層間的濃度變化則以自由餘氯於濾床深

度之變化為主因，其次為生物可利用性有機質濃度與濾床深度之間的關係較為直 Stage3 時進流水之自由餘氯低(0.14 mg/L)，快濾床並無受自由餘氯所影響之現象。

在三種操作階段下，兩快濾床下層之石英砂所接觸的自由餘氯濃度甚低，因而對

ATP濃度 (pmole/cm

3 )

整體而言，快濾床即使每日皆進行反沖洗作業，濾料上仍具有相當之生物活 性。且當前加氯劑量越低，濾料上的生物活性越高，而無煙煤濾料之生物活性比 GAC 濾料更容易受前加氯劑量所影響。