3-1 研究流程之規劃
本研究之架構，如圖3-1 所示，主要分三個階段進行，第一階 段決定研究議題、採樣地點及分析參數；第二階段針對選定水廠進 行有機物參數之比較，同時調查現廠操作參數如混凝劑量及單元規 格，量測參數包括螢光激發發射光譜、紫外光吸收、分子量大小 、 NPDOC、濁度，界達電位與顆粒粒徑之分析，藉以瞭解各水廠混凝 程序對有機物移除之差異，第三階段則是進行實廠原水之混凝等溫 吸附試驗，並探討NPDOC 及光譜強度吸附模式之差異。
3.2 淨水廠處理流程及規格
對於水廠之選擇，本研究選取南部三個淨水廠，包括澄清湖、
拷潭及牡丹淨水廠，在澄清湖及拷潭淨水場之水原主要直接取自高 屏溪攔河堰之地表水源，但澄清湖淨水廠則是取自高屏溪攔河堰之 地表水源，仍需在澄清湖停留，再以取水幫浦抽至淨水廠，牡丹淨 水廠水源為四重溪上游。各水廠處理單元整理如表3-1。
表3-1各水廠處理流程
淨水廠 處理流程
澄清湖(CCL) 高屏溪攔河堰→澄清湖原水→原水抽水站→前臭氧 接觸槽→快混池→膠凝與沉澱池→快濾池→後臭氧 接觸槽→生物活性碳濾床→清水
拷潭(KT) 高屏溪攔河堰→水躍池→膠沉池→混合池→快濾池
→UF 設備→LPRO 設備→UF/LPOR 產水池→清水 牡丹(MT) 牡丹水庫取排水→取水站→分水井→前加氯→膠羽
池→沉澱池→快濾池→清水
圖3-1研究架構圖
3-2-1 澄清湖(CCL)淨水廠
澄清湖隷屬高雄縣鳥松鄉，位於高雄市東北方 6 公里，北緯 22° 39’40”，東經 120° 20’35”，原名大俾，其標高 20 m，湖東西向 1500 m，南北長 1700 m，平均水深 3-4 m，湖面 103 公頃，集水面 積2.88 平方公里。夢裡、九曲堂及大樹攔河堰從高屏溪上游擷取原 水到澄清湖，並且是供應大高雄地區的用水來源。澄清湖的蓄水量 (3 百萬噸)，約為澄清湖淨水廠七天的處理量。本廠目前之設計淨水 量 450,000 CMD，最大淨水量可達 540,000 CMD。本研究採取水樣 為該廠之原水以及膠凝與沉澱池出水，各單元設計之規格見表 3-2。
表3-2澄清湖淨水廠各單元之設計規格
淨水處理單元 單元設計說明
前臭氧接觸池
‧平均日設計出水量：452,000 CMD
‧6 池，17.2 (m) × 3.9 (m) × 8.9 (m)
‧平均日接觸時間：6 min
快混池
‧平均日設計出水量：273,000 CMD
‧2 池，5.0 (m) × 5.0 (m) × 5.09 (m)
‧水躍式攪拌
‧設計接觸時間：40 sec
‧設計 G 值：250 sec-1
膠沉池
‧平均日設計出水量：273,000 CMD
‧脈動式沉澱池
‧3 池，36(m) × 21.1(m) × 5.7(m)
‧平均日停留時間：79 min
‧GT 值：21,500
‧沉降速度：6 (m/hr)
3-2-2 拷潭(KT)淨水廠
鳳山淨水場之原水來源主要有二處，一為民生用水水源：由高 屏溪攔河堰抽水站抽取高屏溪水經昭明加壓站加壓送至本廠一期淨 水場，二為工業用水水源：由港西抽水站抽取東港溪水，以二條
φ1,750 輸水幹管，送至本廠鳳山水庫，再由水庫抽水站抽水送至二 期淨水場。該廠水處理流程見表3-1，各單元設計之規格見表 3-3。
表3-3拷潭淨水廠民生淨水各單元設計規格
淨水處理單元 單元設計說明
分水井&氣曝塔
‧分水井：尺寸：6.9m×5.1m×9.15m(SWD)。
停留時間：4.5min。
‧氣曝塔：尺寸：二層滴水盤式 X4，上層：
3.9m×17.1m ， 下 層 ： 7.5m×20.4m 。 氣 曝 率：580CMD/M2。
水躍池&膠凝沉澱池
‧水躍池：尺寸：2@2.5mx9.0m；
69,040CMD。
‧膠凝沉澱池：尺寸：
3@27.5m×27.5m×5.5m(SWD)；容量：
3@3780M3。
‧水躍池：處理量：180000CMD；38 sec。
‧膠凝沉澱池：處理量：3@60000CMD；停 留時間：1.51 hr，表面積負荷：
79.34CMD/M2。
嗣奉省府指示，民國63 年合併為台灣自來水公司改制為拷潭給 水廠，直至82 年初進行施工並配合水公司工業與民生用水分離政策，
已於84 年 5 月擴建完成，增加六池快濾池及清水池一座、膠凝沉澱 池三套、脫水設備一座等，增加出水量為 100,000 CMD，連同原有 出水量 152,000 CMD，合計 252,000 立方公尺；於民國 96 年完成高 級淨水處理設備工程，其設計出水量為 225,000 CMD，最大出水量 為 270,000 CMD，此設備大幅改善飲用水品質，及進一步提升自來 水之口感、味覺及硬度等適飲性品質，以供應大高雄大寮、林園、
鳳山、小港等地區民生用水 (拷潭及翁公園高級淨水廠, 2007)。
3-2-4 牡丹(MT)淨水廠
牡丹淨水廠隸屬於台灣自來水公司第七區管理處，座落於屏東 縣 牡 丹 鄉 石 門 村 ， 水 源 取 自 牡 丹 水 庫 ， 平 均 日 出 水 量 為 73,000 CMD，分別供應恆春系統 30,000 CMD 滿州系統 2,000 CMD 東港系 統 43,000 CMD，供水範圍含牡丹、恆春、 州、車城、楓港、枋満
山、獅子、春日、枋寮、新埤、崁頂、南州、佳冬、林邊、東港、
新園、及小琉球等十七鄉鎮、管線長度達 149 公里。水源主要為四 重溪上游，且四重溪上游污染濃度尚低，將來水庫優養化會較慢；
氨氮、鐵錳含量較少，無須做特殊處理，故淨水場以一般傳統淨水 處理。該廠處理流程分述如表3-1 詳細規格如表 3-4。
表3-4牡丹淨水廠各單元設計規格
淨水處理單元 單元設計說明
快混池 兩池，2.0m × 2.0m × 5.8m 停留時間：55 sec 膠羽池 6 池，8.4m × 8.4m × 5.5m
停留時間47 min 3.3瓶杯試驗及實驗材料
3-3-1 瓶杯試驗
以瓶杯試驗機(JT-6S,STUART, Britain) 配合壓克力水箱，利用 精密低溫循環水槽組(型號, 廠商, 國家)控制不同溫度，進行混凝試驗，
以燒杯裝 1 L 之天然原水，依不同劑量加入混凝劑後，快混 100 rpm、3 分鐘，慢混 35 rpm、15 分鐘，靜置沉澱 30 分鐘，最後在液 面下3 - 5 公分，使用移液吸管取出樣本，進行各項參數設定。
3-3-2 鋁離子之配置
利用J.T. Baker 公司出產硫酸鋁(Al2(SO4)3．18H2O)，配製 100 mg/L Al3+ 高濃度之儲備溶液，再行稀釋實驗所需之工作溶液。
3.4實驗參數分析 3-4-1 濁度
利用濁度計(TN-100, Eutech Instruments, Turbidimeter )，並依照 NIEA W219.52C 公告測定。
3-4-2 粒徑分析及表面電位測定
本研究利用界達電位分析儀(Zetasizer NanoZ, Malvern, U.K.)是 以PCS (Photon correlation spectroscopy)法進行偵測溶液或懸浮液中 顆粒之擴散速率，利用兩束雷射光束交叉於量測管內之靜止層 (Stationary layer)，使其產生干涉條紋(Interference fringe)。樣品粒子 在干涉條紋中移動時所產生之散射光，經由 PM (Photo-multiplier)管 收集後，以其強弱及變化速率，準確偵測出粒子之電泳速度，再計 算出其界達電位值，本設備可量測之電位大小屬於沒有限制，即可 測定之。界達電位其偵測原理為在充滿待測水樣之量測管兩側施以 適當之電壓，利用電場之作用，樣品中粒子向其相反極性之方向移 動，產生電泳速度(Electrophoretic Mobility)。所偵測出之電泳速度，
再以 Henry function 換算成界達電位。其算式如下：
μE=2 εzf (ka) 3 η
Z：界達電位
μE：電泳速度 (Electrophoretic Mobility) η：黏滯係數 (Viscosity)
f(ka)：Henry function 亨利函數 ε：電解常數 (Dielectric Constant)
顆 粒 粒 徑 亦 使 用 界 達 電 位 分 析 儀(Zetasizer NanoZ, Malvern, U.K.)是以 PCS (Photon correlation spectroscopy)進行顆粒粒徑之量測 在偵測懸浮液中顆粒之擴散速率，利用兩束雷射光束交叉於量測管 內之靜止層(Stationary layer)，接收到偏離原行進方向的雷射光，當 粒子較小時，雷射光偏離的角度就會較小，反之，粒子較大時，就 會產生較大的偏離角度，再透過算式計算成粒徑大小，即可測定之 粒徑大小範圍0.3 nm ~ 10 µm。其算式如下：
dh= KBT 3 π η0D
dh (nm)：水力直徑
Kb(J/K)：a constant of Boltzmann 波茲曼常數 T(K)：溫度
η0 (CP)：樣品黏度 D(m2/s)：擴散係數
3-4-3 非揮發性溶解性有機碳(non-purgable dissolved organic carbon, NPDOC)
將所得樣本經 0.22 μm 之濾膜(cellulose acetate, MFS, USA )過濾 後利用總有機碳分析儀(Lotix, Teledyne Tekmar, U.S.A)進行 NPDOC 分析。樣本藉由注入口注入，經儀器自動以 21%之磷酸 (H3PO4, Merck, Germany) 取 0.2 mL 酸化至 pH < 2 後，氮提後之樣本進入高 溫680℃燃燒法，並將樣品氧化成 CO2，經由非色散紅外線偵測器 (NDIR)可精準測量其訊號值，配合使用 KHP 標準液製備之檢量線，
換算NPDOC，其單位為 mg-C/L；載氣流速在 200 mL/min，氣體為 超高純度之氧氣。
3-4-4 紫外光-可見光吸收光譜
測 定 UV-vis 時 ， 將 紫 外 光 及 可 見 光 譜 儀 （ U-2900, Hitachi, Japan）之波長範圍設定於 200-600 nm，測定前使用實驗室之超純水 置於一公分之石英比色管中，並置入樣品槽，進行儀器歸零校正之 步驟，隨後取約八分滿之水樣於一公分之石英比色管中，將其置入 樣品槽內，進行樣本分析，紫外光及可見光譜儀之操作條件如表 3-5。
表3-5紫外光及可見光譜儀參數設定值
Parameter Value
Measurement type Wavelength scan
Data mode Abs
Start Wavelength 600 nm End Wavelength 200 nm Slit Width 1.5 nm
Scan speed 400 nm/min 3-4-5 螢光激發發射光譜 EEFM
本研究以螢光光譜儀 (F-4500, Hitachi, Japan)對水廠之原水及混 凝單元出水之水樣進行螢光分析，在進行水樣之螢光分析時，設定 激發發射波長之全譜3-D 掃描，使用前將超純水置於一公分之石英 比色管中（四面透明），並置入樣品槽掃描，作為空白 3-D 掃描，
隨後約取八分滿之水樣於一公分之石英比色管（四面透明）中，進 行樣本3-D 掃描，掃描後利用螢光圖譜分析軟體本身的功能，將水 樣圖譜與空白圖譜相減後，即可得到樣本真實之螢光圖譜。該設備 光源採用氙燈作為光源，功率為 150 W，偵測器採用光電倍增管，
其功能除了傳統單一波長掃描外，並具有三度位向測量 EEFM (excitation emission fluorescence matrix) 之功能，藉此功能可將激發 及發射波長分別繪製於 X 及 Y 軸上，並將螢光強度顯示於 Z 軸，
依光柵寬度設定，產生數百至數千筆之數據資料，儀器附屬分析 FL Solutions 軟 體 進 行 3-D 圖 譜 之 繪 製 ， 爾 後 將 其 數 據 輸 出 轉 成 EXCEL.CSV 檔，原本 Excel.csv 矩陣型之數據，經轉檔後變為直列 型式數據並匯入 SURFER 後可繪製出與 FL Solutions 軟體相同之圖 譜，最後利用 SURFER 軟體將螢光圖譜呈現出來，但使用 FL Solutions 軟體作為 EX/EM (Excitation/ Emission) 判讀效率較佳，故 繪圖與圖譜之判讀為分開作業之方式。本實驗利用螢光激發發射光 譜儀測定螢光光譜之操作條件，整理如表3-6。
表3-6螢光光譜儀(F-4500, Hitachi Japan)之全譜掃描操作條件
Parameter Value
Measurement type 3-D scan Data mode Fluorescence EX Start – End WL 200 - 400 nm EM Start – End WL 250 - 550 nm EX & EM Slit 10 nm
Scan speed 2400 nm/min PMT Voltage 700 V
3-4-6 分子量分析
本研究修正(Her et al., 2004)之文獻，利用高效能液相層析儀 HPLC (L-7455, Hitachi, Japan)配合 DAD 偵檢器(Diode array detector) 進行分子量之測定。移動相(Mobile phase)為 2.4 mM NaH2PO4、1.6 mM Na2HPO4 及 25 mM Na2SO4混合成 pH 6.8 離子強度 100 mM 之 磷酸 緩衝 液， 流速 為 0.5 mL/min 。水樣以 0.45 μm 之濾膜(Mixed cellulose ester, Advantec MFS Inc., USA)過濾非水溶性物質後隨即分 析。分析管柱安裝於外部尺寸(W×D×H)：185 ×108 × 490 mm，烘箱 尺寸：45 × 26 × 330 mm 恆溫箱(CH-900, ChromTech, Taiwan)內，固 定溫度30℃，溫度穩定性±0.3℃，避免移動相因溫差所產生之氣泡 干擾。DAD 偵檢器偵測波長設定為 210 及 254 nm，分析管柱為 TSK HW-55S(Tosoh, USA)，內徑、長度分別為 7.8 mm 及 300 mm，內部 填物為hydroxylated methacrylic polymer，粒徑及平均孔徑大小為 20
－40 μm 與 125 Å，pH 穩定範圍為 2-13。為了得知樣本分子量分佈，
以 一 系 列 已 知 分 子 量 且 分 佈 狹 窄 之 高 分 子 聚 合 物 作 為 標 準 品 (polyethylene glycol, PEG, Sigma, USA)作為標準品，分子量大小為 410,000、150,000、50,000、25,000、5,000、1000Da，將標準品以移 動相稀釋成適當濃度後，以500 μL 平頭微量注射針(Gasstight, USA) 抽取並注入體積為500 μL 之 Sample loop，由各標準品之 SEC 圖譜 可得其停留時間與分子量之線性關係式。