生物濾床

如能善用微生物的降解能力，可對減少天然有機質與消毒副產物的含量有所 幫助。生物濾床即是使用適合微生物生長的材料作為濾料，藉濾料中微生物的生 物降解作用，同時減少消毒副產物前趨物質與消毒副產物，達到飲用水DBPs 控制 目的。本節將介紹生物濾床用於天然有機質與消毒副產物的去除，以及環境因子 對生物降解作用的影響。

2.7.1 生物濾床與天然有機質

由於微生物的降解反應需要一定的反應時間，且如2.7.1節所提，BDOC的生物 降解速率也有快慢之差異，因此在操作生物濾床時，空床接觸時間(Empty-bed contact time, EBCT)的長短會影響NOM的去除效果，生物濾床所需的最小空床接觸 時間(EBCT)，需能使水中的fast-BDOC降解(Klevens et al., 1996)。

由於分子較小的有機質較易受微生物所利用，因此，為了提高生物濾床降解 NOM的效果，可使用氧化劑與有機質反應，將大分子有機質水解，使BDOC於NOM 中的比例提升；Yavich即以臭氧為氧化劑進行前處理，了解其對NOM生物降解的 影響，其以Huron River的河水進行試驗，原水DOC為6.4 mg/L，BDOC為1.15±0.11

mg/L，在添加0.5 mg-O3/mg-C的臭氧後，BDOC提升為2.31 mg/L，且可將EBCT由 47.8分鐘降至16.8分鐘(Yavich et al., 2004)。Chaiket也曾以顆粒狀活性碳/石英砂與 無煙煤/石英砂兩種生物濾床取代傳統快濾床，討論生物濾床去除NOM與DBPFP的 效果。其研究使用White River 水處理廠之原水，結果顯示當原水經前臭氧處理後 再加以混凝沉澱，其THMFP與HAAFP的去除主要由前臭氧與混凝沉澱所貢獻，生 物濾床對其無顯著降解效果，而原水經混凝沉澱後才進行臭氧氧化，在通過生物 濾床後可將THMFP減少11%、HAAFP減少15%(Chaiket et al., 2002)。因此，生物濾 床對於天然有機質的降解，可減少後續消毒程序的消毒副產物生成量，而BDOC 佔NOM之比例與EBCT之長短影響了生物濾床的降解效率。

2.7.2 生物濾床與消毒副產物

由於HAA 較易由微生物所利用，因此生物濾床對消毒副產物的降解常以 HAA 為代表。有研究利用生物活性碳(bio-activated carbon, BAC)作為生物濾床之濾料，

討論其對HAA 的處理效果，在 EBCT 為 20 分鐘的操作下，初期因吸附作用的關 係，HAA 的去除效果良好，隨著吸附能力達飽和後，出流濃度會有上升的現象，

但經持續操作60 天後，隨著生物膜增長，產生具有 HAA 的降解能力的微生物，

使出流濃度漸下降至近乎操作初期的去除效果(Xie and Zhou, 2002)。

另一研究探討顆粒狀活性碳(granular activated carbon, GAC)濾床對不同 HAA 的處理效果。進流水的HAA5(MCAA、MBAA、DCAA、TCAA 及 DCAA)濃度分 別固定於40~60 μg/L 之間，通過 EBCT 為 5 分鐘的 GAC 濾床進行試驗。操作初期 各種HAA 出流濃度均極低，三天後 MCAA、DCAA 與 MBAA 達 GAC 濾床之貫 穿點，使出流濃度顯著上升，但此時TCAA、DBAA 的濃度仍較低，尚未達 GAC 濾床之貫穿點，這是由於不同HAA 之間對 GAC 的吸附能力不同所造成。在濾床 持續運作下，TCAA 與 DBAA 的出流濃度因 GAC 的的吸附能力逐漸飽和而上升，

MCAA、DCAA 及 MBAA 的出流濃度則隨著生物膜的增長而下降，結果顯示 MCAA、

DCAA 與 MBAA 的生物降解性較高；而 TCAA 生物降解性較差，吸附作用是 TCAA

主要的去除機制(Tung et al., 2006)。

Wu 曾探討空床接觸時間與溫度對於 HAA 在 BAC 濾床中去除率的影響，該學 者以於實廠操作2.5 至 3 年的 GAC 作為生物濾床的濾料。研究結果顯示對 6 種 HAA 而言，EBCT 越長、溫度越高，去除率也會越好，而 EBCT 與溫度對於不同 HAA 之間的影響也會有差異。以TCAA 與 DCAA 兩種鹵乙酸相較，DCAA 在溫度大於 20℃即有超過 90%的去除效果，而 TCAA 需在溫度大於 20℃且 EBCT 超過 10 分 鐘，才會有高於 80%的去除率，顯示 TCAA 較不易由微生物所利用(Wu and Xie, 2005)。不同的濾料材質，對於生物濾床的 DBPs 去除率也會有所影響，Wobmay 於1999 年，使用 GAC 與無煙煤填充高效生物活性碳濾床，EBCT 為 3.6 分鐘的條 件下，經過長時間操作，GAC 濾床對 HAA 具有降解的能力，但無煙煤濾床沒有 降解的情形發生，可能是無煙煤(anthracite)的生物容量(Biomass capacity)較低，或 是EBCT 不足所致(Wobma et al., 2000)。

傳統淨水場中的快濾床被認為不具HAA 的降解能力(Rodriguez et al., 2004)；

然而也有研究發現快濾床具有 HAA 的去除能力，其中對 DCAA 的去除效果較為 顯著，且去除效果與季節性之溫度變化有關，而快濾床對THM 並無去除效果，這 與生物濾床降解消毒副產物的特性相似，因此快濾床可能具有生物活性，發揮生 物濾床的功能(Rodriguez et al., 2007; Kim, 2009)。

而在使用前加氯程序的淨水處理廠中，濾床之進流水會有自由餘氯殘留，可能 會對濾料中的微生物產生影響。有研究比較Corpus Christi 地區水廠中 GAC 濾床 與無煙煤/石英砂濾床的 HAA 去除率，出流餘氯濃度較低的 GAC 濾床對於 HAA 的去除效果也較好(Speight and Singer, 2005)，可能是餘氯濃度影響濾砂中的生物活 性，也可能是GAC 有較高的吸附能力或生物容量(Biomass capacity)較高所產生的 結果。