本研究選定新竹第二淨水場及豐原第二淨水場進行不同原水濁 度之快混效能試驗，探討在最適加藥條件下，快混強度對混凝膠羽特 性及後續混沉過濾效能之影響，並在研究期間於實場架設管中快混設 備產生遠大於現場快混操作強度之 G 值，以探討現場實際操作 G 值 與高速G 值對混沉及過濾效能之差異。
4-1 最適混凝劑量判定
快混階段加入混凝劑會改變原水中顆粒表面電性，而顆粒表面電 性會影響顆粒間碰撞聚集之效率，進而關係到後續固液分離之效能。
因此，混凝劑量不僅決定主要之混凝機制也對顆粒去穩程度影響重 大，混凝劑量不足將導致顆粒去穩效果差，使得顆粒表面電性依舊帶 負電，不利於顆粒間碰撞聚集。然而，混凝劑量過多會使顆粒表面電 性逆轉，顆粒間又趨向穩定。此外，超量加藥也會造成過多Al(OH)3 殘餘微粒懸浮於上澄液，如此一來，不僅使混沉後上澄液殘餘濁度升 高也增加後續過濾單元之負擔。因此，實驗中利用濁度計量測不同混 凝劑量下混沉後上澄液殘餘濁度，藉此評估混凝加藥劑量對混凝效率 之影響，並決定出對象淨水場在不同原水濁度下之最適混凝劑量。後 續實驗將在最適加藥條件下探討快混強度對混沉、過濾效能及膠羽特 性之影響。
本研究前往新竹水場採取現場快混後處理水，同時藉由瓶杯試驗 機模擬現場快混操作G 值及 t 值並以現場實際添加之混凝劑量混凝原 水，取兩者快混後處理水進行平行試驗，利用瓶杯試驗機模擬後續慢
混及沉澱單元，比較兩者混沉後上澄液濁度，如圖4-1 所示，實驗結 果顯示兩者混沉後濁度去除效果相似，由此可知，瓶杯試驗之混凝成 效可代表現場混凝操作效能。
對象淨水場於各自混凝操作條件下，混凝加藥劑量對混沉後上澄 液殘餘濁度之影響，由圖4-2(a)可看出，新竹水場及豐原水場在低濁 水混凝時，隨著混凝加藥劑量增加，所對應之混沉後上澄液殘餘濁度 大幅下降且下降至最低，隨著混凝劑量繼續增加，上澄液殘餘濁度無 太大變化，然而，過量加藥後會使上澄液殘留過多Al(OH)3殘餘微粒，
導致混沉後上澄液殘餘濁度隨之上升。因此根據最適混凝劑量挑選原 則，新竹水場最適混凝劑量為1 mg/L as Al，而豐原水場最適混凝劑 量則為1.75 mg/L as Al，相對的，當原水濁度升高，新竹水場及豐原 水場在不同混凝劑量下之混凝試驗結果與低濁水混凝之結果相似，由 圖4-2(b)可看出新竹水場最適混凝劑量為 1.5 mg/L as Al，而豐原水場 最適混凝劑量為2 mg/L as Al。
另外，將對象淨水場在不同原水濁度下之最適混凝劑量與現場實 際添加之混凝劑量彙整(表 4-1)可發現不同原水濁度下對象淨水場實 際加藥劑量幾乎都高於混凝試驗之最適混凝劑量，顯示對象淨水場實 際添加之混凝劑量都已過量。
Time (min)
0 5 10 15 20 25
R es id u al T u rb id ity (N T U )
0 2 4 6 8 10 12
圖4-1 瓶杯快混及實場快混後處理水於沉澱期間 上澄液殘餘濁度隨時間之變化
新竹水場(原水濁度：57 NTU；實場劑量：1.3 mg/L as Al) 瓶杯快混 實場快混
Dosage (mg/L as Al)
0 1 2 3 4 5 6
Residual Turbidity (NTU)
0
Dosage (mg/L as Al)
0 2 4 6 8 10
R esid ua l T ur b id ity (N T U )
1
4-2 快混強度對混凝膠羽特性及混沉過濾效能之影響
本研究針對快混強度對混沉及過濾效能之影響主要以混沉後上 澄液殘餘濁度、殘餘 DOC、上澄液過濾性作為評估快混效能之指標 並進一步討論快混強度對混凝膠羽特性(包括膠羽粒徑、膠羽強度及 破碎膠羽回復率)之影響，對象淨水場在不同原水濁度下之快混效能 試驗依不同指標評估詳述如下：
4-2-1 快混強度對混沉後上澄液殘餘濁度之影響
由圖 4-3 可看出，當新竹水場原水混凝在最適加藥條件下，無論 原水濁度高低，增加快混 G 值皆使混沉後上澄液殘餘濁度上升，濁 度去除率變差；而豐原水場恰好相反，增加快混 G 值可降低上澄液 殘餘濁度，有助於提升濁度去除率，此現象可由膠羽大小解釋，由於 新竹水場快混時間較長(60 秒)，此條件下無論原水濁度高低，增加快 混G 值會導致微膠羽破碎，不利後續慢混階段膠羽之生長。圖 4-4(a) 顯示，最終生成之膠羽粒徑隨快混 G 值增加而變小，而豐原水場快 混時間較短(15 秒)，當原水濁度低時，水中顆粒數少，增加快混 G 值 有助於顆粒碰撞聚集形成大膠羽，如圖4-4(b)，最終膠羽粒徑隨快混 G 值增加而變大。然而，當原水濁度高時，提高快混 G 值同樣可增 加未去穩定之小顆粒與去穩顆粒或膠羽之碰撞機會，提升顆粒去穩程
度(Kan et al., 2002)，但由於水中顆粒濃度高，顆粒間碰撞效率好，故膠羽
粒徑受快混 G 值影響不大，不過 G 值太高還是會使微膠羽破碎，不 利膠羽生長。一般而言，當膠羽聚集越大代表被去穩定之顆粒多，可 被沉降之顆粒也就越多，混沉後上澄液殘餘濁度也會越低，因此，新 竹水場與豐原水場濁度去除率受快混G 值之影響截然不同。
4-2-2 快混強度對膠羽強度之影響
此外，各淨水場膠羽強度試驗結果如附錄 E，不同快混條件下所 形成之膠羽特性不同，新竹水場膠羽強度隨快混 G 值增加而變強(圖 4-5(a))，然而，豐原水場膠羽強度則受快混 G 值影響變化不大(圖 4-5(b))。由於膠羽強度主要與顆粒彼此間作用力大小及鍵結數多寡有
關(Bache et al., 1997)，增加快混G 值可提升混凝劑與顆粒之吸附速率(Langer and
Klute, 1993；Gregory, 1996；Tseng et al., 1998)，使顆粒間鍵結數增加，再者，因為新
竹水場快混時間較長且增加快混 G 值皆能使小顆粒在碰撞聚集過程 中有較多機會能進入膠羽內部(Lin et al., 1989)，形成較密實之膠羽。另外，
也可能因水流剪力作用，使微膠羽破碎重組成更緊密之結構(Oles,
1992)，以上這些因素皆會使顆粒間作用力變大，導致膠羽強度增強。
但膠羽整體結構的改變還是影響膠羽強度之主要因素，由此可推論豐 原水場膠羽結構受快混G 值影響變化不大。
比較新竹水場與豐原水場之膠羽強度也可發現，無論原水濁度高 低，豐原水場之膠羽強度皆較新竹水場之膠羽強度強。過去研究指出 不同混凝機制下，顆粒間碰撞效率及聚集模式不同，形成之膠羽特性 亦不相同。故由此可推論新竹水場在最適加藥條件下，顆粒去穩定主 要藉由電性中和作用，顆粒聚集以擴散限制聚集機制(diffusion limit aggregation, DLA)為主，顆粒間碰撞效率高(Elimelech et al., 1995)，且膠羽主 要以cluster-cluster aggregation 模式聚集，所形成之膠羽結構較鬆散，
膠羽強度弱，膠羽結構較易受水流剪力作用而改變，故新竹水場膠羽 強度隨快混 G 值增加變化較明顯。相對的，豐原水場在最適加藥條 件下，顆粒表面電性逆轉，顆粒去穩定主要藉由沉澱網除作用，因顆 粒表面帶過多正電荷，顆粒必須藉由多次碰撞才能克服彼此間之排斥
RLA)為主(Elimelech et al., 1995)，且膠羽主要以 cluster-particle aggregation 模 式聚集，故形成之膠羽結構較密實，膠羽強度強，且膠羽結構受快混 G 值影響變化不大，此與過去研究結果(Li et al., 2006)相符。
另外，對象淨水場於各自混凝操作條件下，不同混凝劑量所對應 之混沉後上澄液濁度與快混後顆粒表面界達電位之關係如圖 4-6 所 示，圖中紅點與藍點分別代表新竹水場及豐原水場在最適加藥條件下 所對應之殘餘濁度及快混後顆粒表面電性。無論原水濁度高低，新竹 水場在最適加藥條件下其顆粒表面電性皆趨向電性中和點，而豐原水 場在最適加藥條件下，快混後顆粒表面電性發生逆轉，由負轉正，但 因混凝機制主要為沉澱掃除，故對濁度仍有很好之去除效果，上述試 驗結果可加以佐證無論原水濁度高低，新竹水場在最適加藥條件下主 要之混凝機制為電性中和，而豐原水場則主要以沉澱掃除為主，彙整 如表4-1。
4-2-3 快混強度對破碎膠羽回復率之影響
另外，關於膠羽破碎後再聚集之能力，新竹水場與豐原水場之結 果亦截然不同，一般而言，膠羽結構越強越能抵擋水流剪力作用，破 碎後膠羽尺寸改變不大且破碎後再聚集之膠羽尺寸較能接近破碎前 之膠羽尺寸，使得破碎後膠羽再回復率較高，故由於新竹水場膠羽強 度隨快混 G 值增加而變強，導致破碎後膠羽再回復率亦隨快混 G 值 增加而提升(圖 4-7(a))。而對豐原水場而言，膠羽強度受快混 G 值變 化影響不大，而造成破碎後膠羽回復率隨快混 G 值增加而變差，主 要因豐原水場混凝機制以沉澱掃除為主，顆粒間鍵結屬於化學性鍵 結，鍵結一旦被打斷就很難回復，故提升快混 G 值會增加顆粒間鍵
4-7(b))，此結果更加驗證先前之推論。
本研究進一步分析新竹水場膠羽強度與破碎膠羽回復率之關 係，如圖4-8(a)，結果顯示兩者呈正相關性，當膠羽強度越強，則破 碎後膠羽回復率越高，而豐原水場由於膠羽結構無太大改變，故如圖 4-8(b)所示膠羽強度與破碎膠羽回復率無太大相關性。
總括上述實驗結果可知，在不同快混時間下，快混強度對混沉後 濁度去除效果有所差異。一般而言，增加快混 G 值可提高顆粒間碰 撞效率，提升顆粒去穩程度，有助於微膠羽之生長，然而，快混時間 過長會增加微膠羽破碎機會，此條件下增加快混 G 值，無疑更加速 微膠羽破碎，不利後續膠羽之生成，降低濁度去除率，故濁度去除有 一最適Gt 值範圍，約介於 9×104 ~ 1.2×105之間，超出範圍時，增加 快混 G 值反而對濁度去除造成負面影響，另外，本研究發現不同混 凝機制下所生成之膠羽結構特性並不相同且受快混 G 值之影響程度
總括上述實驗結果可知，在不同快混時間下，快混強度對混沉後 濁度去除效果有所差異。一般而言，增加快混 G 值可提高顆粒間碰 撞效率，提升顆粒去穩程度，有助於微膠羽之生長，然而，快混時間 過長會增加微膠羽破碎機會，此條件下增加快混 G 值，無疑更加速 微膠羽破碎，不利後續膠羽之生成，降低濁度去除率，故濁度去除有 一最適Gt 值範圍，約介於 9×104 ~ 1.2×105之間，超出範圍時，增加 快混 G 值反而對濁度去除造成負面影響，另外，本研究發現不同混 凝機制下所生成之膠羽結構特性並不相同且受快混 G 值之影響程度