4-1 腐 植 酸 、 奎 寧 及 水 楊 酸 之 螢 光 激 發 發 射 全 譜 圖 (Excitation-Emission Fluorescence Matrix ,EEFM)及同步螢光掃描 (synchronous fluorescence scan ,SFS)特徵圖譜
為瞭解實際原水中有機物之螢光特性，研究初期於實驗室配製三 種不同有機物之人工原水，包括腐植酸、奎寧及水楊酸，濃度均控制 在 1 mg/L，並利用螢光激發發射光譜儀進行激發及發射波長之全譜 掃描，比較有機物之波峰特性，整理結果如圖 4-1；另同步螢光掃描 則是以不同激發與發射差距 (△ λ = λem -λex)，包括 20、40、60 及 80 nm，
進行感度特性及激發特徵波長之差異性探討，結果繪製如圖 4-2。
圖 4-1 三種人工配製有機物之螢光激發發射光譜圖(A)腐植酸；(B) 奎寧；(C)水楊酸所有濃度均為 (1mg/L)
圖 4-1(A)中顯示腐植酸之 EEFM 圖在激發(Ex) /發射(Em) 240/450 nm 出現波峰，對應之螢光強度值為 40；奎寧 (圖 4-1 (B))則在 240/390 nm 及 330/380 nm 處出現波峰，對應之螢光強度值分別為 907 及 223；水楊酸 (圖 4-1 (C))在 230/410 nm 及 300/400 nm，對應 之螢光強度值分別為 3116 及 5025。三種有機物出現之發射波峰位 置，腐植酸位於可見光部分 (450 nm)，水楊酸則是在較低可見光波 長 400-410 nm，奎寧則落在近紫外光波長。但相同濃度下，螢光強 度值則是水楊酸較高於奎寧，最小的則是腐植酸。
螢光強度的分佈在吸收最大值和量子產率最高重疊時，會呈現明 顯的波峰時，對於明確定義的吸收和產生能量最大值，最佳 △λ 值是
300 400 500
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
300 400 500
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
300 400 500
200 250 300 350 400
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
A B C
Emission (nm)
須由不同波長的發射和激發所得到的最大值，此現象稱為 Stoke's shift (Ahmad & Reynolds. 1995)。圖 4-2(A)為腐植酸之同步掃描光譜，
在 △ λ =20、40、60 及 80 波峰位置分別出現於 475、465、450 及 435 nm，當 △ λ 增加時，波峰位置從長波長之位置移動至短波長位置。
圖 4-2(B)奎寧之同步掃描光譜在對應 △ λ 值增加時，波峰位置分別出 現於 340、335、330 及 325 nm 處，波長亦從長波長降至短波長，下 降之值較腐植酸為少，且波長亦較腐植酸為低。圖 4-2(C)為水楊酸在
△ λ = 20、40 及 80 nm，對應之波峰分別為 325 nm、312 nm 及 305 nm 處。此表示△ λ 會影響各物種波峰出現之位置，△ λ 愈大時，波峰位 置有往較低的激發波長處移動之現象。Hanh et al. (2009)進行水中懸 浮性藻細胞之 SFS，掃描範圍為 420-700 nm，△ λ 為 20-140 nm，結 果顯示 △ λ = 20 nm 於 670 nm 處，而△λ = 140 nm 時，出現波峰位置 為 540 nm，△ λ 越大波峰則愈往低波長移動，此結果與本實驗相同。
4-2 不同淨水處理程序單元出水之光譜特性變化
為瞭解有機物性質於不同淨水程序中之變化，本研究選取南部三 座高級淨水處理廠，包括澄清湖 (CCL)、拷潭 (KT)及鳯山 (FS)淨水 廠，並於 2010 年 8 月至 2011 年 3 月期間進行採樣，分析水樣中之 EEFM、紫外光吸收光譜、NPDOC 及分子量大小，藉此瞭解不同處 理單元對有機物處理能力之差異，部分濾床進、出水亦分析胺基酸含 量，提供水廠操作效能評估之參考。
4-2-1 NPDOC 之去除
關於 CCL 淨水廠各單元對 NPDOC 之去除，兩次採樣分析結果，
整理如圖 4-3。在原水部分，冬季 (11 月份)之 NPDOC 含量為 3 mg-C/L，但在 100 年 3 月份時，NPDOC 含量則降至 1 mg-C/L；前 臭氧對兩次採樣之 NPDOC 值影響均不同，11 月份之值則降至 1.6 mg-C/L，但在 3 月份時，則增至 1.7 mg/L，兩次採樣之前臭氧量分別 為 1.0 mg O /L (11 月)與 1.1 mg O /L (3 月)，臭氧加藥量相近，但經
前臭氧處理後水中 NPDOC 值之變化相異，在低 O3/NPDOC 有助於 NPDOC 之去除，高 O3/NPDOC 則可能使原水中之顆粒性有機體，如 藻類，再釋出有機物，故 NPDOC 增加；經混凝後，11 月份之值為
圖 4-2 (A)腐植酸；(B)奎寧；(C)水楊酸於 △ λ =20、40、60 及 80 nm 之同步螢光光譜圖 (1 mg/L)
0 2 4 6 8 10 12 14
20 40 60 80
Flu or escent intensity
0 50 100 150 200 250
Excitation (nm)
250 300 350 400 450 500 550 600
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
A
B
C
△λ
圖 4-3 CCL (A)2010 年 11 月 3 日 (B)2011 年 03 月 31 日兩次採樣各 單元出水之 NPDOC 值
1.6 mg-C/L，與前臭氧後出水相差不大，但在 3 月份，則降至 1.4 mg-C/L，因 11 月份之濁度為 14.6 NTU，3 月份之濁度 12.42 NTU，
前者之混凝劑量為 8.81 mg/L，高於 3 月份之 6.93 mg-C/L，混凝劑 量高者對 NPDOC 之去除效果反較低混凝劑量為低，可能高混凝劑量 部分劑量為濁度消耗外，另兩次採樣有機物之性質均可能會影響混凝 去除 NPDOC 之能力。在結晶軟化床部分，11 月份之出水與軟化床進 流水接近，但在 3 月份時，則增至 2.4 mg-C/L，此現象仍需進行瞭解。
至於經過過濾池，兩次採樣之結果，NPDOC 值均有減少之現象，顯 然濾床對溶解性有機物質，在取消前氯，濾床發生微生物作用可降解
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
NP DOC ( mg/L)
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
A
B
Source water
Pre-O3
Coag.-sedi. FBC Rapid filter
Post-O3 BACFinished water
Water treatment processes
1.01 mg O3/L
1. 1 mg O3/L
8.81 mg/L
6.93 mg/L
0.63 mg O3/L
0.67 mg O3/L
0.63 mg Cl2/L
0.67 mg Cl2/L
水中部份生物可分解之有機碳相關。至於後臭氧經生物濾床後，兩次 採樣結果均發現生物濾床出水中 NPDOC 值均較後臭氧出水為高，此 可能與後臭氧可有效轉化大分子量之有機物成為小分子，有利於生物 濾床微生物之滋生，大量微生物滋生後，產生大量之有機物釋出；99 年 11 月份之後臭氧量為 0.11 mg O3/L 與 100 年 3 月份之後臭氧加 藥量相近，但 BAC 經長時間操作後，濾床因生物滋生作用，更多的 生物膜形成，導致 100 年 3 月之濾床釋出之有機物量，明顯高於 99 年 11 月，應是可理解的；在加氯後部分，11 月份之 NPDOC 值減少，
但 3 月份則呈現增加，因 11 月份之加氯量為 0.63 mg Cl2/L 與 3 月份 劑量 0.67 mg Cl2/L 相近，加氯後雖然可以抑制微生物滋長，但大量 成微生物遭氧化破壞後，會釋出有機物，並反應在水相中之 NPDOC 值。
圖 4-4 為 FS 淨水廠各單元對 NPDOC 值去除之比較。在 2010 年 10 月 7 日 (圖 4-4 (A))與 2011 年 3 月 (圖 4-4 (B))，兩次採樣 原水之 NPDOC 值分別為 2.5 mg-C/L 與 1.3 mg-C/L，但經混凝沉澱 池後，前者之 NPDOC 值降至 1.1 mg-C/L，後者則僅降至 1.2 mg-C/L，
由於兩次原水濁度分別為 4000 NTU 及 360 NTU，為去除水中濁度，
2010 年 10 月之混凝劑加量為 71.5 mg/L 遠高於 2011 年 3 月之 36.7 mg/L，當然前者對有機物去除效果較後者優，應與混凝劑添加量之 不同相關。再經 FBC 單元後，2010 年 10 月出水與進水之 NPDOC 變化不大，但在 2011 年 3 月時，出水則些微降至 1.1 mg/L；經快濾 床後， 2010 年 10 月出水中 NPDOC 之值有些微下降，但在 2011 年 3 月，則明顯又降至 0.8 mg/L，此現象與 CCL 淨水廠之快濾池床 之解釋相同；後臭氧單元，2010 年 10 月臭氧劑量為 0.86 mg O3/L，
2011 年 3 月為 0.46 mg O3/L，但後者在後臭氧之 NPDOC 值又增至 1.1 mg-C/L，推測與後者濾床出水中含有機性之粒狀物質(如細菌)相 關。2011 年 3 月，BAC 濾床出水之 NPDOC 增加至 1.4 mg-C/L，但 2010 年 10 月之樣本 NPDOC 值，明顯下降至 0.8 mg-C/L，由於 2010 年 10 月至 2011 年 3 月，BAC 之濾床並未更新，BAC 濾床操作甚久，
濾層附著微生物可能釋出之有機物，進而會導致出水 NPDOC 值增 加；
圖 4-4 FS (A)2010 年 10 月 7 日 (B)2011 年 03 月 31 日，兩次採樣各 單元出水之 NPDOC 值
在清水部分，2010 年 10 月之加氯量為 0.8 mg Cl2/L，而 2011 年 3 月為 0.7 mg Cl2/L，高加氯量者，NPDOC 值增加，此與顆粒性之有 機物體 (如細菌)因加氯釋出有機物相關，但低加氯量者，NPDOC 值 之減少，則仍需檢視可能存在之原因。
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
NP DO C (m g/L)
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6
A
B
Source water
Post-O3
Coag.-sedi. FBC Rapid
filter BAC Finished water
Water treatment processes
71.5 mg/L
0.86 mg O3/L
0.46 mg O3/L 36.7 mg/L
0.8 mg Cl2/L
0.71 mg Cl2/L
拷潭 (KT)淨水程序各單元對 NPDOC 之去除，整理如圖 4-5。
在原水部分，2010 年 8 月時，高屏溪攔河堰為 0.9 mg-C/L，會結伏 流水為 0.6 mg-C/L，但 2011 年 3 月份，攔河堰之 NPDOC 為 0.8 mg-C/L，伏流水為 0.9 mg-C/L，兩次採樣表面水之分析結果均高於 地下水。高屏溪攔河堰經混凝沉澱後，在 2010 年 8 月之 NPDOC 僅些微增至 1 mg-C/L，而 2011 年 3 月則明顯增至 1.2 mg-C/L，由
圖 4-5 KT (A)2010 年 8 月 23 日 (B)2011 年 03 月 31 日兩次採樣各單 元出水之 NPDOC 值
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
NPDOC (mg/ L )
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4
Source water
Coag.-sedi.
Mixing basin
Rapid
filter UF Finished water
Water treatment processes
Ground
water RO
A
B 0.7 mg Cl2/L
0.78 mg Cl2/L 34.4 mg/L
20.4 mg/L
3.6 mg Cl2/L
3.2 mg Cl2/L
於原水中濁度很高，再加上迴流濾床反洗廢液，水中可能含有機物之 粒狀物質，為去除原水中氨氮，採用之前加氯量 (在進入混凝沉澱池 前)分別 3.2 mg Cl2/L 及 3.6 mg Cl2/L，氯除可改變原水中有機物性質，
還可氧化顆粒性有機物性質，故在混凝沉澱出水之中有機物，不減反 增，故水廠需思考前加氯之量。高屏溪攔河堰之原水經混凝沉澱後，
與會結伏流水經氣曝池處理後再混合，2010 年 8 月之值約為 0.8 mg-C/L，2011 年 3 月為 0.9 mg-C/L，但經過濾床處理後，2010 年 8 月之出水與進水並無差異，而 2011 年 3 月則有些微之處理效能，但 經 UF 濾床處理後，2010 年 8 月與 2011 年 3 月兩次採樣結果，呈 現相反之現象，前者出水 0.9 mg/L 較進水 0.8 mg/L 為高，顯示 UF 膜可能因滋生微生物，微生物再代謝釋出有機物所致；但經 RO 時，
兩次採樣之 NPDOC 均明顯下降，表示 RO 膜對 水中 NPDOC 之去 除能力佳。將 RO 膜與濾床處理後出水混合為清水出水，加氯處理後 兩次的 NPDOC 值均較 RO 出水增加，與此處清水為過濾池出水與部 分 RO 混合所致。
4-2-2 螢光激發發射全譜分析
圖 4-6 及圖 4-7 為澄清湖 (CCL)淨水廠兩次採樣(2010 年 10 月 11 日與 2011 年 11 月 3 日)各單元出水之 EEFM 圖。觀察圖 4-6 及圖 4-7 得知，CCL 各單元出水中的 EEFM 圖，主要出現之螢光激發發射波 峰(EX/EM)位置分別為：240-280/400-440 nm、210-240/300-330 nm 與 260-280/310-350 nm，在此命名為波峰 A、B 和 C，其中螢光波峰 A 屬於類黃酸螢光，此類物質與腐植質結構中的羰基和羧基有關（λex / λem = 240〜280 nm/400〜430 nm），螢光波峰 B 與 C 屬於類蛋白質 螢光，與 DOM 中的芳香環胺基酸結構有關 (He et al., 2009 )，類色 胺酸螢光（tryptophan-like，λex /λem = 270〜290 nm / 320〜350 nm）
和類酪胺酸螢光（tyrosine-like，λex /λem = 270〜290 nm / 300〜320 nm）即屬此類，通常在河流與海洋的 DOM 中都有這類螢光波峰出 現 (Chen et al.,2003)，而螢光波峰 B 被認為與微生物降解產生的類
圖 4-6 CCL (2010 年 11 月 3 日)各處理單元出水之 EEFM 圖 (Peak A：
EX 240-260/ EM 400-430 nm，Peak B：220-230/ 300-350 nm，Peak C：
270-280/ 340-350 nm)
200 250 300 350 400
200 250 300 350 400
200 250 300 350 400
280 330 380 430 480 530
200 250 300 350 400
280 330 380 430 480 530
Emission (nm)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0 5 10 15 20 25 30 35 40
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Source water Pre-O
Coag.-sedi. FBC
Rapid filter Post-O
BAC Finished water
3
3
A B
C
A B
C
A B
C
A B
C
A B
C
A B
C
A B
C
A B
C
圖 4-7 CCL (2011 年 03 月 31 日)各處理單元出水之 EEFM 圖 (Peak A：
EX 240-260/ EM 400-430 nm，Peak B：220-230/ 300-350 nm，Peak C：
270-280/ 340-350 nm)
200 250 300 350 400
0 20 40 60 80 100 120 140 160
0 20 40 60 80 100 120 140
300 350 400 450 500 550
0 10 20 30 40 50
200 250 300 350 400
0 10 20 30 40 50 60 70 80
0 10 20 30 40 50 0 20 40 60 80 100 120 140
200 250 300 350 400
0 20 40 60 80 100 120 140
300 350 400 450 500 550
200 250 300 350 400
0 20 40 60 80 100 120 140
Source water Pre-O
3Coag.-sedi. FBC
Rapid filter Post-O
3BAC Finished water
Emission (nm)
A B
C
A B
C
A B
C
A B
C
A B
C
A B
C
A B
C
A B
C
圖 4-8 FS (2010 年 10 月 07 日)各處理單元出水之 EEFM 圖 (Peak A：
EX 240-280/ EM 400-430 nm，Peak B：210-240/ 300-330 nm，Peak C：
270-280/ 310-350 nm)
200 250 300 350 400
200 250 300 350 400
200 250 300 350 400
300 350 400 450 500
300 350 400 450 500 550
200 250 300 350 400
0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80
Emission (nm)
Source water
Emission (nm)
Coag.-sedi
FBC Rapid filter
O BAC
Finished water
3
A B
C
A B
C
A B
C
A B
C
A B
C
A B
C
A B
C
圖 4-9 FS (2011 年 03 月 31 日)各處理單元出水之 EEFM 圖 (Peak A：
EX 240-260/ EM 400-430 nm，Peak B：220-230/ 300-350 nm，Peak C：
270-280/ 340-350 nm)
200 250 300 350 400
0 20 40 60 80 100 120 140 160
300 350 400 450 500 550
200 250 300 350 400
0 10 20 30 40 50 60
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390
200 250 300 350 400
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240
200 250 300 350 400
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330
300 350 400 450 500 550
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220
Emission (nm)
Emission (nm)
Source water Coag.-sedi
FBC Rapid filter
Finished water O3 BAC
A B
C
A B
C
A B
C
A B
C
B A
C
A B
C
A B
C
圖 4-10 KT (2010 年 08 月 23 日)各處理單元出水之 EEFM 圖 (Peak A：
EX 240-280/ EM 400-430 nm，Peak B：210-240/ 300-330 nm，Peak C：
270-280/ 310-350 nm)
200 250 300 350 400
200 250 300 350 400
200 250 300 350 400
300 350 400 450 500 550
200 250 300 350 400
300 350 400 450 500 550
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Emission (nm)
Source water Source water
Mixing basin Coag.-sedi
Rapid filter UF
RO Finished water
A B
C
A B
C
B A
C
B A
C
B A
C
B A
C
B A
C
B A
C
圖 4-11 FS (2011 年 03 月 31 日)各處理單元出水之 EEFM 圖 (Peak A：
EX 240-260/ EM 400-430 nm，Peak B：220-230/ 300-350 nm，Peak C：
270-280/ 340-350 nm)
200 250 300 350 400
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
300 350 400 450 500 550
0 10 20 30 40 50 60 0 20 40 60 80 100 120 140 160
200 250 300 350 400
0 15 30 45 60 75 90 105 120
200 250 300 350 400
0 15 30 45 60 75 90
0 20 40 60 80 100 120
300 350 400 450 500 550
200 250 300 350 400
0 20 40 60 80 100 120 140
Source water Source water
Mixing basin Coag.-sedi
Rapid filter UF
RO Finished water
Emission (nm)
B A
C
B A
C
B A
C
B A
C
B A
C
B A
C
B A
C
B A
C
蛋白物質有關 (Mopper & Schultz, 1993)。鳳山淨水廠兩次採樣各單元 出水之 EEFM 圖 (圖 4-8 及圖 4-9)亦顯示含 Peak A、B 及 C。在拷 潭淨水廠兩次採樣中單元出水之 EEFM 圖 (圖 4-10 與圖 4-11)，主 要出現之螢光波峰亦是 Peak A、B 和 C。
由於螢光強度值受水中溶解性有機碳含量影響，因三處淨水廠出 水中溶解性有機碳不同，為比較各波峰螢光強度於各種程序出水之變 化，須將原始波峰強度值除以 NPDOC，亦即將螢光強度值正規化可 進行比較各處理單元對不同波峰螢光強度去除能力之差異，相關結果 整理於圖 4-12、4-13 與 4-14。在 CCL 淨水廠兩次採樣中各淨水程 序出水中單位有機碳對應不同波峰螢光強度值之比較(圖 4-12)，在原 水部分，兩次採樣均以 Peak A 為主，其次為 Peak C 與 Peak B，表 示原水中以類黃酸之有機物為主，在經前臭氧後，兩次採樣結果均發 現 Peak A 與 Peak B 呈現減少，但 Peak C 之有機物含量增加，由於 澄清湖水中有藻類滋生現象，Peak C 之增加可能與前臭氧破壞藻類，
讓藻類釋放此類有機物所致。混凝沉澱出水，兩次採樣 Peak A 與 Peak B 均呈現減少，但 Peak C 部分，2010 年 11 月呈現增加，而 2011 年 3 月呈現減少。經 FBC 單元後，兩次採樣僅有 Peak B 呈現一致 性，有增加的現象，但經過濾床後，2010 年 11 月樣本，三波峰呈現 減少，但隨濾床操作時間至 2011 年 3 月時，出水中樣本中三波峰螢 光強度呈現增加，尤其 Peak C 之強度值，遠高於 Peak A 與 Peak B。
經後臭氧後，Peak A 與 Peak B 均呈現減少，Peak C 在 2010 年 11 月呈現增加，但 2011 年 3 月呈現減少，經過 BAC 後，2010 年 11 月出水中，Peak A 又增加，但 Peak B 與 Peak C 減少，而 2011 年 3 月，Peak B 與 Peak C 呈現增加，但 Peak A 減少，此差異推測與濾床 在操作時間之長短，濾床附著微生物之量及種類之不同相關。清水加 氯單元 ，Peak B 與 Peak C 呈現減少，但 Peak A 在 2010 年 11 月 呈現增加，而 2011 年 3 月則是呈現減少。
圖 4-12 (A)2010 年 11 月 03 日 (B) 2011 年 03 月 31 日，CCL 各處理 單元出水中單位有機碳對應於主要螢光強度值之變化
0 10 20 30 40
peak A peak B peak C
Fluor esc en int ensi ty /NPDOC
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
A
B
Source water
Post-O3
Coag.-sedi. FBC Rapid filter
Pre-O3 BAC Finished
water
Water treatment processes