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；第二階段則是在建立實驗參數 之分析方法，包括 NPDOC、分子量大小、螢光激發發射光譜、同步 掃描螢光光譜及紫外光吸收，同時調查現廠各項操作參數，如前後加 氯加量、混凝劑量、快濾床之濾料材質與深度、NF 及 LPRO 之膜材 質及操作方式、前後臭氧劑量與 GAC 濾床之操作條件，藉以瞭解各 單元對水體中有機物含量去除之效率外，另藉有機物分子量大小、螢 光激發發射光譜波峰特性、分光光度計測定不同波長之吸收值變化，
進而比較各單元去除有機物性質之差異性，並針對濾膜及生物濾床進 出水之胺基酸含量，藉以瞭解微生物在過濾單元所扮演之角色。
3-2 各淨水處理廠之處理流程及規格
對於水廠之選擇，本研究選取南部三個淨水廠，包括澄清湖、鳯 山及拷潭淨水廠，各水廠水源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。各水廠之處理單元，整理如表 3-1。
表 3-1 各水廠之處理流程
淨水廠 處理流程
澄清湖 (CCL)
澄清湖水→前臭氧→膠羽沉澱池→結晶軟化→快濾池
→後臭氧→生物活性碳濾床→加氯→清水
鳯山(FS) 鳳山水庫原水→加氯→膠凝沉澱池→結晶軟化→快濾 池→臭氧→生物活性碳濾床→加氯→清水
拷潭(KT) 高 屏 堰 原 水 → 膠 沉 池 → 混 合 池 → 快 濾 池
→UF→LPRO→加氯→清水
文獻閱讀
淨水廠採樣
澄清湖 (CCL)
鳳山 (FS)
拷潭 (KT)水中有機物之分析
NPDOC
分子量
胺基酸
光 學 圖 譜 ： U V 、 EEFM、 SFS現有實廠資料之收集
操作參數
單元規格
採樣點之選取研究重點
各單元對 NPDOC去除能力
以 EEFM探討原水、沉澱、快濾、生物活性碳、薄膜及加氯後有機物之變動
以 UV探討原水、沉澱、快濾、生物活性碳、薄膜及加氯後有機物之變動
各單元出水中有機物性質、分子量大小及胺基酸變化論文撰寫
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。民國 29 年，配合戰事發展軍需工業，由台灣總督府派員 戡定利用該湖附近地形興建蓄水庫、處理廠，並將該湖土堤加高加長，
建環湖道路，成為一理想之水源地。民國 36 年，政府加以整修，改 稱「高雄工業給水廠」，43 年時，因湖水中盛產蚌貝，又具防洪、灌 漑及工業用水等多重功能，屬地方之寶，故後改稱為大貝湖。48 年 時，開放為風景區，由於該景觀甚佳，常吸引旅客流連忘返，有台灣 西湖之稱。53 年時，終改稱為「澄清湖」，取其「澄清天下之志」之 寓意 (中華民國自來水協會，1980) 。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，
各單元設計之規格見表 3-2。
3-2-2 鳳山 (FS)淨水廠
鳳山淨水廠水源主要以港西抽水站抽取東港溪表面水，導水管跨 越高屏溪東西兩岸，並在新園及林園兩處抽取伏流水當作補助水源，
進入鳳山水庫，先於湖中經曝氣循環設備處理後，由取水口抽取至淨 水廠內處理，主要供應大高雄地區之工業用水。本廠目前之設計淨水 量民生用水水源為高屏溪，設計出水量 300,000 CMD，目前出水量 則為 200,000 CMD，供水區域包括高雄市小港區、前鎮區及旗津區 等民生用水用戶。工業用水水源為東港溪，設計出水量 400,000 CMD，
目前出水量則為 300,000 CMD，供水區域為高雄市臨海工業區含中 鋼及中船等工業用戶，高雄縣包括林園及大發等工業區工業用戶，每 日 100,000 CMD，總和以上出水量，每日出水能力為 700,000 CMD。
各廠水處理流程見表 3-1，各單元見表 3-3。
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 快混池 D
平均日設計出水量：140,000 CMD
2 池，3.2(m) × 3.0(m)× 3.6(m)
機械/水力攪拌
設計接觸時間：50 sec 快混池 A
平均日設計出水量：60,000 CMD
2 池，2.6(m) × 2.6(m)× 4.1(m)
機械/水力攪拌
設計接觸時間：40 sec
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) 沉澱池 D
平均日設計出水量：140,000 CMD
傾斜板沉澱池
8 池，35.0 (m) × 5.0(m)×3.6(m)
平均日停留時間：95 min 沉澱池 A
平均日設計出水量：60,000 CMD
傳統式沉澱池
2 池，Φ36 (m)×3.4(m)
平均日停留時間：2.7 hr 結晶軟化槽
平均日設計出水量：405,000 CMD
8 池，4.8(m) ×4.8(m)× 6.0 (m)
平均停留時間：4~5min
操作流速：70~110 (m/hr)
快濾池
平均日設計出水量：405,000CMD
雙層濾料深層快濾池
14 池，15.0(m) × 9.6(m)× 5.0(m)
平均日濾速：206.4m/d
第一層無煙煤有效粒徑 1.2~1.5mm，深度 0.8m
第二層濾砂有效粒徑 0.5~0.6mm，深度 0.4m
第三層濾石有效粒徑 6.7~13.2mm，深度 0.1m
反洗水流速：40m/hr
反洗空氣流速：55m/hr
接觸時間：17 min 後臭氧接觸池
平均日設計出水量：463,000CMD
6 池，22.6(m) × 5.6(m) × 7.4(m)
平均日接觸時間：12min
CT 值：1(mg．min/L)
生物活性碳池
平均日設計出水量：463,000CMD
14 池，濾池尺寸 15.0(m) × 9.6(m)× 6.8(m)
平均日濾速：10m/hr
接觸時間：12 min
單一濾料活性碳層，深度 2.8m，有效粒徑 0.5~1.0mm
反沖洗水速率：25 m3/hr
反沖洗空氣速率：55 m3/hr 清水池 矩形 RC 構造一座
1 池，186m(L) ×83m(W)× 6.3(WD)× 7.0(H)
體積：97,000m3
表 3-3 鳳山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
快混池
平均日設計出水量：261,340 CMD
2 池，5.0 (m)L × 5.3 (m)W× 4.7m (WD)
機械式攪拌
設計接觸時間：60 sec
平均日接觸時間：82.65 sec
設計 G 值：421 sec-1 膠羽池
平均日設計出水量：60,500 CMD
豎軸攪拌型式
6 池，7.8 (m)L × 7.8 (m)W× 3.5m (WD)
平均日停留時間：30.4 min
3 段 G 值：69.9 sec-1、57.1 sec-1、40.4 sec-1 沉澱池
平均日設計出水量：59,650 CMD
傾斜板沉澱池
5 池，25.0 (L)m x5.6 (W)m x 4.86 (WD)m
平均日停留時間：1.35 hr
平均日表面積負荷：86.4 CMD/m2
結晶軟化槽 平均日設計出水量：321,040 CMD
6 池，4.8 (m)L ×4.8 (m)W× 6.58m (WD)
平均日 E.B.C.T：4.13 min
快濾池
平均日設計出水量：305,510 CMD
雙層濾料深層快濾池
12 池，16.0 (m)L × 8.8 (m)W× 4.5m (WD)
平均日濾速：165.6 m/d
第一層無煙煤均勻係數：1.4，有效粒徑 1.0 mm，厚度 0.6 m
第二層濾砂均勻係數：1.5，有效粒徑 0.5 mm，厚度 0.4 m
反洗水流速：36.9 m/hr
反洗空氣流速：53.4 m/hr 臭氧接觸池
平均日設計出水量：305,510 CMD
4 池，11.75 m x9.0m x 6.05 m(WD)
平均日接觸時間：37.04 min（一池停用）
平均日表面水力負荷：460.1 m3/h.m2（一池停用）
生物活性碳池
平均日設計出水量：300,806 CMD
14 池，濾池尺寸 15.0 m(L) × 9.3 m(W)× 4.95 (WD)× 6.8 (H)
平均日設計出水量：233,589 CMD
平均日濾速：6.08 m/hr
平均日 E.B.C.T：19.29 min
單一濾料活性碳層，有效粒徑 0.9 mm
活性碳的深度 1.60 m
4 池，16.0 (m)L × 8.8 (m)W× 4.95 (WD)× 6.8 (H)
平均日設計出水量：67,217 CMD
平均日濾速：6.06 m/hr
平均日 E.B.C.T：19.30 min
單一濾料活性碳層，有效粒徑 0.9 mm
活性碳的深度 1.60 m 清水池 矩形 RC 構造一座
2 池，100 m(L) ×80 m(W)× 3.8 (WD)× 4.0 (H)
體積：30,400m3
3-2-3 拷潭 (KT)淨水廠
位於高雄縣大寮鄉內坑村，佔地面積約六公頃，創建於民國 61 年 7 月，命名為澄清湖工業水廠拷潭淨水廠，建廠之初設計出水量為 152,000 CMD，供應高雄地區工業用水，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)。該廠處理流程分述如表 3-1 所示，而各 單元設計規格見表 3-4。
3-3 實驗參數分析
3-3-1 非 揮 發 性 溶 解 性 有 機 碳 (non-purgable dissolved organic carbon, NPDOC)
水 樣 分 析 前 ， 配 製 一 系 列 適 當 濃 度 之 anhydrous potassium biphalate (KHP, C8H5KO4 , Merck, Germany)溶液，製備標準檢量線。
分析樣本時將樣本以 0.2μm 之濾膜 (Mixed cellulose ester, Advantec MFS Inc., Japan) 過濾，將濾液以磷酸 (H3PO4, Merck, Germany) 酸化 至 pH < 2 後，裝入 40 mL 棕色玻璃瓶中以 4℃冷藏保存。在試驗 時將棕色玻璃瓶取出，回復至室溫後，以高純氮氣曝氣 10 分鐘後，
進行 NPDOC 之分析。將樣品放入 TOC 測定儀 (Multi N/C 3000, Analytik Jena AG, Germany)之吸取位置後，注入裝填有高感度觸媒 (Cerium Oxide, Merck, Germany) 之高溫爐中，在 850℃下與氧氣反 應生成 CO2，並藉載流氣體攜帶 CO2流經無機碳反應器及除濕、降 溫與乾燥，最後 CO2送至非分散紅外線吸收偵檢器 (Non-dispersive
表 3-4 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：6.9mx5.1mx9.15m(SWD)。停留時間：4.5min。
氣曝塔：尺寸：二層滴水盤式 X4，上層：3.9mx17.1m，下 層：7.5mx20.4m。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@27.5mx27.5mx5.5m(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：79.34 CMD/M2。
混合池 尺寸：Φ12.0mx5.5m(SWD)。
容量：250，000M3。
一期 15 萬快濾 池
尺寸：10x2@W4.27mxL12.2m。
濾率：144CMD/M2。
濾料：濾石、濾砂、無煙煤。
處理量：150,000CMD。
二期 10 萬快濾 池
尺寸：6x2@W4.2mxL12.4m。
濾率：160CMD/M2。
濾料：濾石、濾砂、無煙煤。
處理量：100,000CMD。
三期 10 萬快濾 池
尺寸：12x4@W2.0mxL7.3m。
濾率：150CMD/M2。
濾料：無煙煤、石英砂。
處理量：105,000CMD。
UF 進水槽 UF 進水槽：15mx17mx3.6m(SWD)
UF/LPRO 產水 槽與 混合槽
UF 產水槽尺寸：15mx15mx4(SWD)
混合槽尺寸：15mx4.4mx3.4m(SWD)
LPRO 產水槽尺寸：10mx15mx3.4m(SWD)
UF 產水槽停留時間：5.6 min
LPRO 產水槽停留時間：3.26 min
清水池 尺寸：
12,000m3(尺寸 48mx63.8mx4.1m)。
2. 10,000m3(尺寸 48mx62mx3.35m)。
Infrared Absorption Detector) 中 並 配 合 由 一 系 列 適當濃度之總碳 (Total Carbon, TC) 標準溶液所得之率定曲線，而測定出水樣之 TC 即可得水中之 DOC 值，其單位為 mg/L。由於樣本在分析前，利用 酸 化 及 氣 提 方 式 先 行 去 除 無 機 碳 之 步 驟 ， 去 除 揮 發 性 有 機 物 (Purgeable organic matter)，因此本分析方法所得之碳量稱為非氣提性 溶解性有機碳。
3-3-2 分子量分析
分子量之定性參閱修正 Toda et al.(2000)之研究。樣本以 0.45 μm 之濾膜 (Mixed cellulose ester, Advantec MFS Inc., Germany) 過濾後，
以 HPLC (pump L-2130, HITACHI, Japan) 配 合 ELSD 偵 檢 器 (evaporized light scattered detector，ELSD)(Model 200, SofTA, USA)進 行有機物分子量之測定，將 Sigma Aldrich-Fluka (0.1~41×104Da) 做為 標準品，依照不同偵測感度配製不同濃度之標準品。分析管柱使用 TSK-gel GMPWXL (7.8x300 mm)，移動相為經過濾後之純水，分析流 速 1.5 mL/min，DT (Drift Tube)：50 ℃；SC (Spray Chamber)：10 ℃，
注入體積100 μL，分析時間設定 12 min，並利用 peak ABC 數據解析 軟體，進行分子量測定標準品之測定，不同分子量標準品對應之停留 時間見圖 3-2。
圖 3-2 不同分子量標準品對應停留時間
RT (min)
6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 10.5
log(MW)
0 1 2 3 4 5 6 7
log(M)=10.6228-0.7245*Ve R=0.9914
3-3-3 胺基酸分析
水 中 胺 基 酸 測 定 ， 本 研 究 以 HPLC(high performance liquid chromatograph)配合以光二偶極陣列偵測器(diode array detector, DAD) (楊雅雯, 2004)，流洗液與試劑混合主要參考 Metaxatosa et al. (2003) 之方法進行，流洗條件則是修正 Molnár-Perl et al.(2000; 2003)之方法。
分析管柱為 Agilent HC-C18 (4 μm, 250×4.6 mm, Agilent Technologies, U.S.)及偵測器為 Diode Array detector 進行分析，波長設定為 334 nm 進行測定。其中流洗液 A ((0.025 M Sodium acetate)緩衝溶液 (pH=5.17)，含 3％THF))需以 0.2 μm 濾膜過濾，及去氣體 30 min。
流洗液 B 為 HPLC 級甲醇，樣本流入體積為 100 μL，並以線性梯 度控制 Mobile phase 混合比例與流量如表 3-5。
表 3-5 梯度與流洗液配比與流速條件
停留時間 A (%) B (%) Flow (mL)
0 100 0 0.8
10 82 18 0.8
20 70 30 1.1
30 55 45 1.2
40 40 60 1
50 30 70 0.95
OPA 溶液配製，則取 50 mg OPA 溶於 50 µL HPLC 級之甲醇後，
再加 25 µL 之 2-mercaptoethanol，最後加入含 4.45mL 之 borate buffer 容器(6~8 mL 之琥珀色之容器裝)；關於 borate buffer 之配製為 取以 6N KOH 調整 pH 值至 10.5 之 0.8 M 硼酸 (Boric acid)。而 OPA 需當日配製，並儲存於冰箱且避光，之後取 60 µL OPA 溶液及 100 µL 緩衝溶液 (1：1 0.1M CH3COONa(pH=4.11)及流洗液 A，加入 1 mL 經水解過濾之樣本，混合 5 min，即可注入 HPLC 系統進行測定。本 研究選用之標準品為 Sigma 公司生產，包括 Leucine、Aspartic acid、
trans-4-Hydroxy-L-proline、Asparagine、Alanine、Isoleucine、Valine、