淨水場供水水質改善最適對策評估研究-以金門自來水廠為例

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- 以金門自來水廠為例

Improvement strategy of plant operations for public

water supplies: a case study of Kinmen County

Waterworks

計畫主持人：黃志彬

協同主持人：林財富

顧

問：王根樹

研究人員：林志麟、陳大為

執行期間：101 年 3 月 20 日至 101 年 12 月 15 日

委辦機關：經濟部水利署

執行單位：國立交通大學防災與水環境研究中心

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目錄 ... I 圖目錄 ... IV 表目錄 ... VII 摘要 ... 1 Abstract ... 2 第一章、前言 ... 1-1 1.1 計畫緣起 ... 1-1 1.2 計畫目的 ... 1-1 1.3 工作項目、執行對照及成果摘要 ... 1-2 第二章、計畫背景及文獻回顧 ... 2-1 2.1 金門地區淨水場原水來源及供水現況 ... 2-1 2.2 金門地區淨水場供水水質問題及相關處理技術 ... 2-7 第三章、執行方法及步驟 ... 3-1 3.1 金門自來水廠原水水質處理困難成因調查及分析 ... 3-3 3.1.1 現地分析 ... 3-3 3.1.2 非現地分析 ... 3-4 3.2 辦理金門自來水廠淨水場人員教育訓練 ... 3-11 3.3 淨水場水質改善最適藥劑及濾材評估 ... 3-12 3.3.1 氧化及混凝效能評估 ... 3-13 3.3.2 濾料過濾效能評估 ... 3-14 3.4 淨水場供水水質改善之最適方法 ... 3-18 第四章、工作執行進度與結果 ... 4-1 4.1 原水水質處理困難成因調查及分析 ... 4-1 4.1.1 太湖淨水場原水水庫水質分析 ... 4-2

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淨水場供水水質改善最適對策評估研究-以金門自來水廠為例目錄 4.1.2 太湖淨水場各處理單元出流水水質分析 ... 4-18 4.1.3 榮湖淨水場各處理單元出流水水質分析 ... 4-35 4.1.4 紅山淨水場供水水質分析 ... 4-43 4.1.5 太湖及榮湖淨水場處理單元設施檢核 ... 4-44 4.2 淨水場操作效能評估 ... 4-51 4.3 淨水場水質改善最適藥劑及濾材評估 ... 4-61 4.3.1 前氧化及混凝最適藥劑評估 ... 4-61 4.3.2 過濾最適濾料測試及評估 ... 4-71 4.4 淨水場供水水質改善之最適策略及方法 ... 4-86 4.4.1 水庫管理及治理策略 ... 4-86 4.4.2 前氧化搭配混凝之最適加藥策略 ... 4-87 4.4.3 濾材之最適種類及填充量配比 ... 4-89 4.5 淨水場人員教育訓練 ... 4-91 4.5.1 淨水場操作效能評估執行人員教育訓練 ... 4-91 4.5.2 淨水場操作種子人員教育訓練 ... 4-92 4.5.3 淨水高級處理過濾單元優化操作策略教育訓練 ... 4-94 4.5.4 淨水場操作種子人員實作教育訓練 ... 4-96 第五章、結論與建議 ... 5-1 5.1 結論 ... 5-1 5.2 建議 ... 5-3 參考文獻 ... 1

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附錄一 2011 年金門各淨水場(太湖、榮湖、紅山)各月供水水質檢測結果附錄二各水庫及淨水場採樣頻率及分析項目附錄三各水庫、淨水場及過濾模組水質分析結果附錄四各場次教育訓練簡報資料附錄五前氧化混凝浮除及管柱過濾模組標準操作流程附錄六期中審查意見及回覆附錄七期末審查意見及回覆

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淨水場供水水質改善最適對策評估研究-以金門自來水廠為例目錄

圖目錄

圖 2-1 金門地區自來水水源及淨水場位置 ... 2 圖 2-2 太湖淨水場處理流程... 5 圖 2-3 榮湖淨水場處理流程... 5 圖 2-4 紅山淨水場處理流程... 6 圖 2-5 聚矽酸鐵之製備途徑... 15 圖 2-6 金門地區自來水中之紅蟲 ... 18 圖 3-1 工作架構及執行流程... 3-2 圖 3-2 固相萃取流程 ... 3-6 圖 3-3 浮除瓶杯試驗機 ... 3-14 圖 3-4 氧化及混凝效能評估程序 ... 3-14 圖 3-5 濾材過濾管柱模組裝置 ... 3-17 圖 4-1 金門水庫庫水之濁度變化 ... 4-3 圖 4-2 金門水庫庫水之 pH 值變化 ... 4-4 圖 4-3 金門水庫庫水之氨氮含量變化 ... 4-5 圖 4-4 金門水庫庫水之溶氧變化 ... 4-6 圖 4-5 金門水庫庫水之 DO、UV254及 SUVA 值變化 ... 4-8 圖 4-6 金門水庫庫水之鐵、錳含量變化 ... 4-10 圖 4-7 金門水庫庫水之總菌數變化 ... 4-11 圖 4-8 金門水庫庫水之藻數變化 ... 4-12 圖 4-9 金門不同水庫庫水之親疏水性有機物比例 ... 4-17 圖 4-10 太湖淨水場不同單元進、出流水之濁度變化 ... 4-19 圖 4-11 太湖淨水場不同單元進、出流水之 DOC 含量變化 ... 4-20 圖 4-12 太湖淨水場不同單元進、出流水之氨氮變化 ... 4-21 圖 4-13 太湖淨水場不同單元進、出流水之鐵、錳含量變化(4 月~ 6 月) ... 4-23 圖 4-14 太湖淨水場不同單元進、出流水之鐵、錳含量變化(7 月~ 8 月) ... 4-24 圖 4-15 太湖淨水場不同單元進、出流水之鐵、錳含量變化(8 月~ 9 月) ... 4-25 圖 4-16 太湖淨水場不同單元進、出流水之總菌數變化 ... 4-26 圖 4-17 太湖淨水場不同單元進、出流水之藻數變化 ... 4-27 圖 4-18 太湖淨水場不同單元進、出流水之總三鹵甲烷濃度變化(4 月~ 6 月) ... 4-32 圖 4-19 太湖淨水場不同單元進、出流水之總三鹵甲烷濃度變化(7 月~ 8 月) ... 4-33 圖 4-20 太湖淨水場不同單元進、出流水之總三鹵甲烷濃度變化(8 月~ 9 月) ... 4-34 圖 4-21 太湖淨水場不同單元進、出流水之總三鹵甲烷濃度變化(10 月) ... 4-35 圖 4-22 榮湖淨水場不同單元進、出流水之濁度變化 ... 4-36 圖 4-23 榮湖淨水場不同單元進、出流水之 DOC 含量變化 ... 4-37 圖 4-24 榮湖淨水場不同單元進、出流水之氨氮含量變化 ... 4-38 圖 4-25 榮湖淨水場不同單元進、出流水之鐵、錳含量變化(5 月、7 月) ... 4-39 圖 4-26 榮湖淨水場不同單元進、出流水之總菌數變化 ... 4-40

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圖 4-27 榮湖淨水場不同單元進、出流水之藻數變化 ... 4-41 圖 4-28 太湖淨水場快混池尺寸 ... 4-45 圖 4-29 太湖淨水場慢混出流水之顆粒粒徑 ... 4-46 圖 4-30 太湖淨水場 ABW 式快濾池 ... 4-47 圖 4-31 榮湖淨水場浮除池 ... 4-49 圖 4-32 榮湖淨水場慢混出流水之顆粒粒徑 ... 4-49 圖 4-33 榮湖淨水場慢混出水及浮除上澄液之顆粒粒徑 ... 4-50 圖 4-34 台灣自來水公司淨水場營運效能評估之執行架構及流程 ... 4-52 圖 4-35 榮湖淨水場現場評估 ... 4-56 圖 4-36 太湖淨水場現場評估 ... 4-60 圖 4-37 不同前氧化方式下混凝浮除出水之殘餘 DOC(氧化劑劑量：1 mg/L) .. 4-63 圖 4-38 不同前氧化方式對混凝浮除出水之殘餘藻數(氧化劑劑量：2 mg/L) .... 4-64 圖 4-39 不同前加氯方式下 Alum 混凝浮除之殘餘濁度、DOC 及藻數 ... 4-67 圖 4-40 不同前加氯方式下 Alum 混凝浮除出水之殘餘 TTHM 及 TTHMFP ... 4-68 圖 4-41 不同前加氯方式下 PSI 混凝浮除出水之殘餘濁度、DOC 及藻數 ... 4-69 圖 4-42 不同前加氯方式下 PSI 混凝浮除出水之殘餘 TTHM 及 TTHMFP ... 4-70 圖 4-43 以不同濾料填充之過濾模組 ... 4-73 圖 4-44 過濾模組進、出流水之濁度變化(管柱 1：石英砂；管柱 2：活性碳＋錳砂) ... 4-74 圖 4-45 6、7 月過濾模組進、出流水之鐵、錳含量變化(管柱 1：石英砂；管柱 2：活性碳＋錳砂) ... 4-75 圖 4-46 7、8 月過濾模組之進、出流水之鐵、錳含量變化(管柱 1：石英砂；管柱 2：活性碳＋錳砂) ... 4-76 圖 4-47 過濾模組進、出流水之 DOC 含量變化(管柱 1：石英砂；管柱 2：活性碳＋錳砂) ... 4-77 圖 4-48 過濾模組進、出流水之總菌數變化(管柱 1：石英砂；管柱 2：活性碳＋錳砂) ... 4-78 圖 4-49 過濾管柱模組之進、出流水之藻數變化(管柱 1：石英砂；管柱 2：活性碳＋錳砂) ... 4-79 圖 4-50 過濾模組之進、出流水之濁度變化(管柱 1：石英砂＋錳砂；管柱 2：活性碳＋錳砂) ... 4-80 圖 4-51 8 月過濾模組之進、出流水之鐵、錳含量變化(管柱 1：石英砂＋錳砂；管柱 2：活性碳＋錳砂) ... 4-81 圖 4-52 8、9 月過濾模組之進、出流水之鐵、錳含量變化(管柱 1：石英砂＋錳砂；管柱 2：活性碳＋錳砂)... 4-82 圖 4-53 過濾模組進、出流水之 DOC 含量變化(管柱 1：石英砂＋錳砂；管柱 2：活性碳＋錳砂) ... 4-83 圖 4-54 過濾模組進、出流水之總菌數變化(管柱 1：石英砂＋錳砂；管柱 2：活性碳＋錳砂) ... 4-84 圖 4-55 過濾管柱模組之進、出流水之藻數變化(管柱 1：石英砂＋錳砂；

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淨水場供水水質改善最適對策評估研究-以金門自來水廠為例目錄管柱 2：活性碳＋錳砂) ... 4-85 圖 4-56 操作種子人員教育訓練實況 ... 4-94 圖 4-57 淨水高級處理過濾單元優化操作策略教育訓練實況 ... 4-96 圖 4-58 淨水場操作種子人員實作教育訓練實況 ... 4-98 圖 4-59 太湖淨水場混凝加藥浮除瓶杯試驗結果 ... 4-99 圖 4-60 榮湖淨水場混凝加藥浮除瓶杯試驗結果 ... 4-101

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表目錄

表 1-1 分項工作執行進度 ... 1-3 表 1-2 工作項目及成果摘要... 1-4 表 2-1 2011 年金門自來水廠水庫水水質檢測結果 ... 2-9 表 2-2 金門自來水廠 2011 年 8 月份淨水場原水中之優勢藻種 ... 2-12 表 2-3 淨水場常用消毒劑特性比較 ... 2-13 表 2-4 太湖淨水場各單元有機碳及總三鹵甲烷檢測結果(2011 年 10 月) ... 2-18 表 4-1 金門水庫水質分析彙整 ... 4-2 表 4-2 金門水庫庫水之微囊藻及柱孢藻毒素分析 ... 4-14 表 4-3 太湖淨水場歷次採樣使用之原水來源... 4-18 表 4-4 太湖淨水場進、出流水藻毒分析 ... 4-28 表 4-5 太湖淨水場次氯酸鈉加藥量 ... 4-30 表 4-6 榮湖淨水場歷次採樣使用之原水來源... 4-35 表 4-7 榮湖淨水場進、出流水藻毒分析 ... 4-42 表 4-8 紅山淨水場之原水及清水水質 ... 4-43 表 4-9 金門全島處理水量及未來預估需水量... 4-44 表 4-10 榮湖淨水場營運效能限制因子 ... 4-53 表 4-11 太湖淨水場營運效能限制因子評估及分級 ... 4-58 表 4-12 濾料規格 ... 4-71 表 4-13 過濾模組設計操作參數及採樣分析項目 ... 4-72 表 4-14 太湖淨水場前氧化及混凝劑成本 ... 4-88 表 4-15 太湖淨水場快濾單元濾料成本 ... 4-89 表 4-16 淨水場操作效能評估執行人員教育訓練議程 ... 4-91 表 4-17 淨水場操作操作種子人員教育訓練議程 ... 4-93 表 4-18 淨水高級處理過濾單元優化操作策略教育訓練議程 ... 4-95 表 4-19 淨水場操作操作種子人員實作教育訓練議程 ... 4-97

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淨水場供水水質改善最適對策評估研究-以金門自來水廠為例前言

摘

要

金門自來水廠原水主要來自水庫水，因水庫水長期遭受附近人為廢水污染，夏季水庫產生嚴重優養化，原水水質迅速惡化，致淨水場水處理前氧化、混凝藥劑效能不彰，後續沉澱或浮除程序無法有效移除水中有機污染物，加重快濾操作負荷及堵塞程度，經加氯後水中總三鹵甲烷濃度超出飲用水水質標準，危害居民飲用水安全。本計畫在調查並分析金門自來水原水水質現況及處理困難之原因上，獲致以下結果：太湖淨水場來自金湖水庫之原水水質優於來自太湖及田埔水庫；太湖淨水場浮除單元除藻之效能不彰，且現有活性碳搭配錳砂快濾桶去除 DOC 之效果不佳，且快濾池除濁效果差。結果顯示因為原水溶解性有機物(DOC) 濃度高達 11 ~ 26 mg/L，淨水場處理程序僅慢濾池能藉生物降解作用減少水中殘留之 DOC，但會釋出氨氮，經後加氯造成總三鹵甲烷超過飲用水標準，其中含溴三鹵甲烷約占 50%，當降低前加氯劑量並搭配濾池前中加氯可使清水三鹵甲烷濃度符合飲用水標準；試驗結果顯示，前氧化加氯模式為二氧化氯搭配次氯酸鈉，可有效降低硫酸鋁混凝浮除後水中殘餘總三鹵甲烷及總三鹵甲烷生成潛能，以金湖水庫搭配田埔水庫為原水之條件下，使用二氧化氯搭配次氯酸鈉，兩者用藥量比例為 2：1，且硫酸鋁最適混凝劑量在 2 mg/L as Al，估算每噸水處理之藥劑成本為 1.28 元。實場過濾管柱實驗結果顯示，活性碳搭配錳砂過濾去除 DOC 及鐵、錳之效果略優於石英砂過濾，使用活性碳搭配錳砂之填充比為 1：2 時，每噸水處理之濾材成本為 4.94 元，相較目前太湖淨水場使用活性碳搭配錳砂之填充比，每噸水之處理成本約可節省 4.18 元。另一方面，榮湖淨水場活性碳及 UF 單元去除 DOC 之成效不佳，且 UF 及 RO 單元有微生物孳生之情形；紅山淨水場除清水 pH 值小於 7，其餘清水水質項目均符合飲用水水質標準。此外，本計畫已完成四場淨水場人員教育訓練，共計 165 人次參與，以及舉行太湖淨水場操作效能評估，得到主要效能限制因子 7 項、次要限制因子 7 項，另有 5 項輕微限制因子。

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Abstract

The raw water of Kinmen Water Treatment Plants (WTPs) is mainly from the reservoir. Due to long-term contamination by municipal effluents, the reservoirs have been severely eutrophicated, especially in summer. The raw water with deteriorated quality has caused poor in pre-oxidation and coagulation/flocculation operations. As a result, the organic contaminants cannot be effectively removed in the subsequent sedimentation as well as floatation process, which burdens rapid filtration operation and causes filter clogging. After post-chlorination, the residual concentration of total trihalomethanes (TTHM) exceeds the limit of drinking water quality that jeopardizes drinking water safety.

In identification of major causes for poor performance of Kinmen WTPs, the result has shown that the quality of raw water from Kinghu Reservoir is better than that from Taihu Reservoir and Tangpu Reservoir. Moreover, the flotation process is ineffective in algae removal and the combination use of active carbon and Manganese sand filtration fails to remove dissolved organic carbon (DOC) from water, and rapid filtration process has a poor performance in turbidity removal. Because the concentration of DOC in raw water ranges from 11 to 26 mg/L, only slow filtration process is able to decompose the organic matter through bio-degradation and then reduce the residual DOC, but ammonia nitrogen liberates. The content of TTHM, including 50% bromide, exceeds the limit of drinking water quality after post-chlorination. When the dose reduction for chlorine is applied due to the combination of prechlorination before coagulation and chlorination before filtration, the TTHM concentration in finished water can comply with the limit of drinking water quality after the post-chlorination. The results of coagulation-flotation of jar testing have indicated that the reduce in TTHM and TTHMFP can be improved effectively through ClO2 and NaOCl prechlorination along with Al2(SO4)3 coagulation-flotation. For coagulation of raw water from Kimhu and Tangpu reservoir using Alum coagulant at the optimum dosage of 2 mg/L as Al, the cost of water production per unit mass for chemical consumption is about 1.28 NTD/ton when the dosing ratio of ClO2 and NaOCl is 2:1 for prechlorination. The result of pilot filtration test has shown that the DOC, Fe and Mn removal efficiency of activated carbon and Manganese sand filtration is superior to that of quartz sand filtration. When the filling ratio of active carbon and Manganese sand is 1:2 in the column, the cost of water production per unit mass for filter media consumption is about 4.94 NTD/ton. At such condition, the cost of

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production per ton filtrate can be reduced, which gives a saving of 4.18 NTD/ton compared to the cost of active carbon and Manganese sand filtration for the operation of Taihu WTP. Active carbon and UF unit of Ronghu WTP fails to effectively remove DOC from water, and the growth of microorganisms was observed in the UF and RO systems. For Hongshang WTP, the quality of finished water complies with the limit of drinking water quality standards except that the pH value of the finished water is less than 7. In addition, four training programs with total 165 participants involved have been conducted, including the introduction on operational performance evaluation and enhancement (OPEE) system, general knowledge for water utilities operators, the introduction on the optimization of membrane filtration and active carbon filtration process and the operation skill of coagulation-flotation jar test for water utilities operators. Furthermore, the comprehensive performance evaluation (CPE) of Taihu WTP has been implemented. Seven major and secondary performance limiting factors and five minor performance limiting factors were obtained in the CPE meeting.

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第一章、前言

1.1 計畫緣起

金門地區由於地理位置特殊，天然水資源缺乏，僅能利用天然降雨，經截流後儲存於水庫，作為淨水場之供水水源，但夏季常遇久旱不雨，導致自來水水源不足且水質不佳，雖建有海水淡化廠提供生活用水，但只佔總供水量之 4.5%，距離滿足當地的公共給水需求仍有相當差距。由於金門地區水庫建築在低窪地區，早期附近居民、駐軍、畜牧業及農業施肥產生之各種廢污水皆未經處理而直接排入湖庫內，造成水庫水有機物及氨氮污染物濃度高，水庫亦已優養化，水中藻類大量滋生，進而產生微囊藻毒及臭味問題，近期太湖流域家戶污水接管已達 80％以上，但湖庫優養化情形仍未見明顯改善。此外，由於水庫水深不足，乾旱時期淨水場易抽取含底泥之水庫水，水庫底層污泥因厭氧環境致原水溶解鐵、錳含量增加。因此，金門地區淨水場原水水質長期不佳，導致淨水場現有處理藥劑、材料及設備無法有效去除水中污染物，如有機物及鐵、錳，供水水質始終無法改善，勢必須尋找其它更有效之藥劑及材料，藉此提昇淨水場淨水設備之處理效能。有鑑於此，乃訂定本研究計畫，期能提昇金門縣自來水廠淨水場之淨水處理能力，以提供量足質優之自來水。

1.2 計畫目的

了解金門自來水廠原水處理困難成因，以及探討高效能水處理藥劑及濾材對提昇水場前氧化、混凝及過濾單元處理效能之影響，在符合淨水場操作需求及達到執行經濟效益之前提下，提出金門自來水廠供水水質改善之最適對策，以及藉由培訓淨水場人員提昇其現場淨水操作能力，落實改善金門自來水供水水質之目的。

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1.3 工作項目、執行對照及成果摘要

1.調查並分析原水水質處理困難成因並提供改善建議-以金門自來水廠為例。 2.淨水場水質改善最適藥劑及濾材評估研究(含成本分析)-以金門自來水廠為例：  淨水場提昇氧化能力及降低三鹵甲烷生成之最適使用藥劑、程序及成效評估  淨水場提升有機物去除能力之最適使用藥劑、程序及成效評估  淨水場提升過濾效能之最適使用濾材、程序及成效評估 3.提供淨水場供水水質改善之最適方法-以金門自來水廠為例。 4.辦理淨水場人員教育訓練-以金門自來水廠為例：  編撰淨水場水質改善最適操作對策及流程相關教材  培育水質改善操作之種子人員-金門縣內各淨水場(太湖、榮湖、紅山)  辦理前述淨水場相關人員教育訓練至少 3 場(各淨水場至少 1 場)，每場至少 20 人本計畫依據合約規定工作項目執行，完成各項工作之預定進度，茲將今年度各項工作與報告本文對應頁數列於表 1-1，各項工作與預期目標，與現有計畫成果摘要彙整如表 1-2。

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表 1-1 工作項目及對應頁數項次 工作項目 報告書頁數 1 調查分析原水水質處理困難成因並提供改善建議 p.3-3 ~ 3-10、p.4-1 ~ p.4-50 2 淨水場水質改善最適藥劑及濾材評估研究 p.3-13 ~ 3-17、p.4-61 ~ p.4-85 ˙ 淨水場提昇氧化能力及降低三鹵甲烷生成之最適使用藥劑、程序及成效評估 p.3-13 ~ 3-14、p.4-61 ~ p.4-70 ˙ 淨水場提升有機物去除能力之最適使用藥劑、程序及成效評估 p.3-13 ~ 3-14、p.4-61 ~ p.4-70 ˙ 淨水場提升過濾效能之最適使用濾材、程序及成效評估 p.3-14 ~ 3-17、p.4-71 ~ p.4-85 3 提供淨水場供水水質改善之最適方法 p.3-18、p.4-86 ~ p.4-89 4 辦理淨水場人員教育訓練 p.3-11 ~ 3-12、p.4-91 ~ p.4-101 ˙ 編撰淨水場水質改善最適操作對策及流程相關教材附錄四、附錄五 ˙ 培育水質改善操作之種子人員 p.3-11、p.4-92 ~ p.4-94 ˙ 辦理淨水場相關人員教育訓練 p.3-11 ~ 3-12、p.4-91 ~ p.4-101

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淨水場供水水質改善最適對策評估研究-以金門自來水廠為例前言表 1-2 工作項目及成果摘要工作項目預期目標成果摘要 1.調查分析原水水質處理困難成因並提供改善建議 ˙確認原水水質及處理困難點，提出水質改善建議 ˙完成金湖水庫、太湖水庫、田埔水庫水質採樣及分析共 11 次；太湖淨水場全流程水質採樣及分析共 10 次；榮湖淨水場全流程水質採樣及分析共 5 次；紅山淨水場全流程水質採樣及分析共 3 次。 ˙金湖水庫除鐵、錳含量相對偏高外，整體庫水水質最佳；太湖水庫 DOC 含量最高，各水庫庫水親水性比例幾乎超過 60%，其中金湖水庫及太湖水庫微囊藻毒素濃度曾高於 WHO 所訂之建議值(1 µg/L)。 ˙太湖淨水場原水 DOC 濃度高，藉慢濾池可降解部份 DOC，其中因有機氮分解而釋出氨氮，造成慢濾出水氨氮值上升。 ˙太湖淨水場原水為金湖搭配田埔水庫時，清水之 TTHM 超過飲用水水質限值，TTHM 中含溴物種超過 50%；但原水取水來源若改為太湖水庫搭配田埔水庫時，清水含溴三鹵甲烷量會大幅降低 40%左右。 2.淨水場水質改善最適藥劑及濾材評估研究 ˙評估不同原水水質下最適氧化劑使用模式 ˙完成前氧化劑種類對混凝去穩定有機物及藻類之影響評估。 ˙完成前加氯方式對混沉移除有機物及藻類效能之影響評估。 ˙評估浮除及沉澱之混凝劑加藥模式 ˙評估不同濾料之使用時機及填充比例 ˙完成不同濾料對鐵、錳及有機物之過濾效能評估。 ˙完成石英砂搭配錳砂及活性碳搭配錳砂對鐵、錳及有機物之過濾效能評估。

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工作項目預期目標成果摘要 3.提供淨水場供水水質改善之最適方法 ˙提出前氧化搭配混凝之最適加藥策略 ˙實驗室瓶杯試驗結果顯示，使用金湖水庫搭配田埔水庫(1：1)為原水之最適前氧化加氯模式為二氧化氯搭配次氯酸鈉，兩者用藥量比例為 2：1，且硫酸鋁最適混凝劑量在 2 mg/L as Al (約 40 mg/L as 10% Al2O3)，經混凝浮除後可有效降低水中之 TTHMFP，估計每噸水處理之藥劑成本為 1.28 元。 ˙提出濾材之最適種類及填充配比 ˙模廠管柱過濾試驗結果顯示，活性碳搭配錳砂快濾去除水中有機物及鐵、錳效能優於單獨使用石英砂或石英砂搭配錳砂快濾，快濾濾料使用活性碳搭配錳砂之體積為 1：2 時，即可有效降低水中殘餘 DOC 及溶解態鐵、錳 ˙濾料使用活性碳搭配錳砂之填充比為 1：2，每噸水處理之濾材成本為 4.94 元，相較目前太湖淨水場使用活性碳搭配錳砂之填充比為 1.7：1，每噸水之處理成本約可節省 4.18 元。 4.辦理淨水場人員教育訓練 ˙提出金門水廠單元操作之建議標準作業程序 ˙建立混凝浮除瓶杯試驗操作標準程序。 ˙編撰管柱過濾模組操作手冊。 ˙提昇水廠操作人員之水處理能力 ˙已針對金門自來水廠操作及場內人員辦理四場次教育訓練，共計 165 人次參與。另針對太湖及榮湖淨水場各辦理一場次操作效能評估會議，太湖淨水場效能評估得到主要效能限制因子 7 項；次要限制因子 7 項；另有 5 項輕微限制因子

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淨水場供水水質改善最適對策評估研究-以金門自來水廠為例計畫背景及文獻回顧

第二章、計畫背景及文獻回顧

金門地區自來水水源以湖庫及地下水為主，其中湖庫水源佔 47.4%(平均出水量約 9,050 CMD)，境內共 12 座水庫長年達優養化標準(太湖、田埔、榮湖、金沙及西湖等 5 大主要湖庫之優養化指數更達接近 70 之超優氧標準)，產生成藻華、微囊藻毒及臭味等問題。民國 100 年 7 月份以來金湖鎮和金沙鎮等供水區因逢炎夏久旱不雨，加速水庫水質惡化，優養化指數已超出 70，湖庫中污染物質濃度均超出飲用水水源水質標準規範濃度之上限值，淨水場傳統處理程序之操作無法負荷，導致出水水色呈濁黃或深褐色、水中含不規則形狀之凝絮物、黑色懸浮顆粒及小紅蟲等現象，嚴重影響居民飲用水供給及水質安全。金門自來水廠淨水場使用傳統次氯酸鈉前氧化劑及硫酸鋁混凝劑搭配浮除程序，無法有效去除有機污染物，且快濾單元亦無法有效移除有機污染物，助長後續慢濾單元底層濾材生物之厭氧作用，加速慢濾池底部之鐵錳氧化物再還原成離子而釋出至清水池，致後加氯耗氯量增加，產生三鹵甲烷超過飲用水水質標準及紅水現象發生。如能以上述金門地區的複雜水質為研究對象，相信對國內淨水場效能提升有所助益；為儘速改善金門自來水廠供水水質問題並供給民眾安全的飲用水，本計畫期藉由相關專業技術評估研究，提供金門自來水廠淨水場供水水質改善最適操作對策；並運用高效能水處理藥劑搭配水場淨水單元以有效移除水中藻類、氨氮、鐵、錳及有機物等污染物，同時提昇過濾單元濾材對三鹵甲烷及鐵錳之移除成效，協助金門自來水廠全面性提昇淨水場操作效能及優化供水水質。金門自來水廠淨水場原水來源、淨水場處理流程、處理水質問題與相關處理技術及供水水質改善關鍵問題與對策之詳細說明如下：

2.1 金門地區淨水場原水來源及供水現況

金門自來水廠下轄太湖、榮湖及紅山三座淨水場，水源及淨水場相關位置如圖 2-1 所示，原水來源為金門地區之湖庫，以供應東半島及烈嶼地區之居民

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生活用水，瓊林以西含 22 口深井，加上設置之供水站，以供應西半島居民使用，至民國 100 年，各淨水場及深井每日供水量約 32,330 噸。圖 2-1 金門地區自來水水源及淨水場位置太湖淨水場水源係抽取金湖、太湖、陽明湖及田埔水庫等湖庫水。淨水場設計出水量為 12,000 CMD，日常操作水量為 3,000 ~ 5,000 CMD，約占金門地區總供水量之 27%。太湖水庫位於金湖鎮，為金門最大的人工淡水湖，蓄水容量為 162.5 萬噸，集水面積 741 公頃。太湖屬地勢平坦之人工湖庫，雖庫區廣大但深度不深，易有淤積現象，由於庫區深度淺，無法蓄集大量逕流，故須時常浚深以增加庫容。且由於湖庫建築在較低窪地區，附近居民、駐軍、畜牧產生之各種污廢水均未處理而排入湖庫內，造成優養化及藻類大量生長，產生微囊藻毒素及臭味問題。榮湖淨水場原水係抽取榮湖水庫、金沙水庫、擎天水庫及山西水庫等湖庫水，設計出水量為 10,500 CMD，日常操作水量約為 3,500 CMD，約占金門地區總供水量之 13%，並供應至金城高架，供水區域為金沙鎮地區。紅山淨水場位於烈嶼鄉，原水係抽取蓮湖、菱湖及西湖等湖庫，設計出水量為 3,000 CMD，日常操作水量約為 1,500 CMD，供水區域為烈嶼鄉全區。 ★ 太湖淨水場 ★ ★ 紅山淨水場 ● 山西水庫榮湖淨水場 ● 金沙水庫 ● 榮湖 ● 擎天水庫 ● 金湖水庫 ● 太湖 ● 田埔水庫 ● 陽明湖 ● 蓮湖 ● 菱湖 ● 西湖

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淨水場供水水質改善最適對策評估研究-以金門自來水廠為例計畫背景及文獻回顧金門地區包括太湖、榮湖及紅山三座淨水場，將各淨水場處理流程詳述於下：

1. 太湖淨水場

太湖淨水場之原水係抽取田埔、太湖及金湖三湖庫，抽取後進入原水池，設計平均容量為 7,000 CMD，水力停留時間為 6.9 小時。太湖淨水場處理程序可分為新場及舊場兩套主要處理單元，現階段淨水場全面採用兩套處理設備進行淨水處理，處理流程如圖 2-2 所示。原水先經舊場前氧化(添加二氧化氯及次氯酸鈉)、快混、膠凝及沉澱程序後，再將沉澱池出流水抽送至新場，此時沉澱出流水經過曝氣塔，再經過快混、膠凝、浮除(氣固比為 0.05，迴流比為 10%，使用空氣量為 100 L/min)及過濾單元(快濾及慢濾)，最後於清水池加氯後再出水至各配水池提供用戶使用。快濾單元包含快濾池及快濾桶，快濾桶與快濾池處理水量比率為 3：1，即有 3/4 處理水量經由快濾桶處理，1/4 處理水量經由快濾池處理。因為現階段全部處理水量(約 4,000 ~ 5,000 CMD)若直接經快濾及慢濾程序(濾率為 2.1 m/day)時，出水量無法符合供水需求，故部分處理水量會經由快濾桶過濾後直接進入清水池，以滿足穩定出水需求量。為因應金門地區未來用水需求量增加，以及對自來水水質的提升，將來規劃在傳統處理程序前先以接觸曝氣池生物處理降低有機物含量，再於傳統處理程序後新增高級淨水程序，處理流程為慢濾出水經離子交換樹脂、活性碳濾床或 UF 及 RO，以提升太湖淨水場供水水質及水量。

2. 榮湖淨水場

榮湖淨水場原水處理流程如圖 2-3 所示。原水係抽取榮湖、金沙、擎天及山西四湖庫，但現階段因供水需求，只抽取金沙水庫水(約 4,300 CMD)進入曝氣塔，於水躍池添加二氧化氯及硫酸鋁混凝劑，經水躍池快混及膠凝池慢混後，再經浮除系統(氣固比為 0.05，迴流比為 10%，使用空氣量為 100 L/min) 處理，浮除後經快濾快濾池，最後經慢濾池處理(濾率為 0.9 m/day)。目前於慢濾池後清水池前設置高級處理單元，包含活性碳過濾、超過濾及逆滲透單元，以優化出水水質，實際出水量約 3,000 CMD。

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3. 紅山淨水場

紅山淨水場設計處理水量約 3,000 CMD，實際處理水量約 1,500 CMD，其處理流程如圖 2-4 所示，建廠規畫之原水係抽取蓮湖、菱湖及西湖等湖庫，原水直接抽送至曝氣塔後，流經水躍池前添二氧化氯進行前氧化程序，同時加入硫酸鋁混凝劑後，流至水躍池及隔板迴流渠及沉澱池進行混沉程序，上澄液再流至快濾池，沉澱池底部污泥及快濾反洗水流至一廢水池進行固液分離，廢水池上澄液迴流至水躍池，底部污泥則經濃縮脫水後成污泥餅，再進行最終處置。沉澱池上澄液經快濾池處理後再流至慢濾池處理，最終在清水池前添加次氯酸鈉進行後加氯程序，再經由配水池及加壓站送至自來水用戶端。由於紅山淨水場各原水湖庫污染嚴重，淨水場現有的處理單元無法有效去除污染物，因此現階段紅山淨水場日常並無進行淨水處理操作，主要由金城服務所藉由海底管線引地下水供應，至紅山淨水場清水池後加氯消毒供水。

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水場供水水質改善最適對策評估研究 -以金門自來水廠為例計畫背景及文獻回顧 2 -5 圖 2 -2 太湖淨水場處理流程圖 2 -3 榮湖淨水場處理流程

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水場供水水質改善最適對策評估研究 -以金門自來水廠為例計畫背景及文獻 2 -6 圖 2 -4 紅山淨水場處理流程

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淨水場供水水質改善最適對策評估研究-以金門自來水廠為例計畫背景及文獻回顧

2.2 金門地區淨水場供水水質問題及相關處理技術

金門地區共有太湖、榮湖及紅山等三座主要淨水場以及金城服務所，太湖淨水場、榮湖淨水場為使用湖庫水作為原水來源；紅山淨水場目前因原水湖庫水質惡化，處理程序未進行操作，目前使用金城服務所之出水供應；金城服務所為使用地下水為原水，經去除鐵、錳後供應紅山淨水場及金門西半島使用。淨水場原水來源眾多，且各水庫水質污染程度不同，因此水質惡化程度亦有所差別，但水中之污染物種相似。然而，因各淨水場供水需求及原水處理技術不同，導致各水場之供水水質有所差異。依據 2011 年各淨水場每月供水水質檢測結果(如附錄一)，榮湖淨水場因已於傳統處理程序後增設高級處理單元，其供水水質良好，而紅山淨水場因採用金門地下水源，其供水水質亦無問題，而以太湖淨水場供水水質問題最為嚴重，清水中濁度、氨氮、三鹵甲烷及總菌數等均曾超出飲用水水質標準。主要是因為太湖淨水場淨水處理操作無法有效去除原水中之有機物、藻類、鐵、錳及氨氮等物質，並衍生清水總三鹵甲烷超標問題，甚至發生紅蟲污染水質事件，金門自來水廠原水污染物產生之水質問題及相關處理技術詳述如下︰  有機物金門自來水廠淨水場之原水受有機物污染嚴重，所有水庫水之總有機碳 (total organic carbon, TOC)高達 10 ~ 20 mg/L(如表 2-1)，顯示原水中存在有機物含量非常高，且研究指出金門自來水廠原水之親水性及疏水性有機物含量相當且 SUVA 值低(王，2007) ，造成主要淨水處理單元(前氧化、混凝、沉澱或浮除、過濾及後加氯消毒單元)之操作困難，如耗氯量及混凝劑量增加、沉澱或浮除效能不彰及過濾操作負荷加重等問題，致過濾水中存在過量的有機物，再經後加氯消毒而產生過量的總三鹵甲烷，影響飲用水安全。因此，淨水場為了避免供水系統殘留過量有機物及三鹵甲烷，一般藉由主要淨水處理單元之操作調整，以有效去除水中有機物。傳統淨水場在處理成本考量下，通常會在不變更處理程序之前提下，強化前氧化及混沉效能，以有效提升有機物之去除效率。淨水用之高效能前氧化劑包括高錳酸鉀及二氧化氯，研究指出使用高錳酸鉀氧化可於水中形成 MnO2 顆粒，兼具氧化及吸附有機物之功效(彭，2001)_{，而水中添加二氧化氯可提升有機}

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物氧化之效能，降低水中有機物存在之濃度(陳，2002)_{。混沉移除有機物之效率提}

昇，一般會採用強化混凝，強化混凝即增加混凝劑量，在較低 pH 值(pH 範圍為 5.5 ~ 6.5)條件下去除水中有機物，而減少後續加氯生成消毒副產物之方法，若實施強化混凝，於高混凝劑加藥量及低 pH 下混凝，TOC 去除率可達 50 ~ 60%(USEPA, 1999)。本研究團隊亦曾研究連江縣自來水廠原水採用強化混凝增加溶解性有機物（dissolved organic carbon, DOC）去除之可行性，根據馬祖淨水場原水 DOC 及鹼度值範圍，設定達到強化混凝效能之 DOC 去除率，研究結果顯示，增加硫酸鋁混凝劑量後，水中 DOC 之去除率達 35%以上(連江縣自來水廠，2011)_{。此外，若添加高分子聚合物之混凝劑亦能增加水中有機物混沉移} 除效果，如聚矽酸鐵混凝劑具有良好的脫色及去除有機物能力、廣泛的 pH 適用範圍及耗鹼度低等優點(曹，2010) 。除調整前氧化及混凝加藥操作可提昇有機物去除成效外，淨水場亦可採用活性碳濾材吸附水中不易經混沉及過濾移除之小分子有機物，若搭配前臭氧氧化則可增加活性碳吸附及生物降解有機物之能力(賴，2002)_{。另外，淨水場亦可採} 用生物濾床處理受有機污染嚴重之原水，藉由濾料擔體可為細菌提供附著點生長，當濾液經生物濾床後小分子可被生物分解及利用，藉此增加水中 TOC 之去除率，以減輕後續混沉及過濾單元操作負荷。當傳統的氧化及固液分離程序無法有效去除水中有機物時，可於傳統處理程序後增設薄膜處理單元，如超過濾(UF)、奈米過濾(NF)及逆滲透(RO)，金門縣自來水廠曾於 2004 年委託台灣大學辦理「金門地區淨水場功能評估與改善」計畫，利用綜合性效能評估 (comprehensive performance evaluation, CPE )方法，可以快速有效地協助淨水場找出在管理、管理、設計、操作、與維護等方面之功能限制因子(limiting factors)，對金門地區具代表性的淨水場進行綜合性功能評估，以了解水場所面臨的問題並提出改善建議，並在計畫中評估高級處理程序，包括臭氧、活性碳吸附及薄膜處理技術等單元，探討金門地區原水污染物最佳可行控制技術 (best available control technology, BACT)(台灣大學，2004)，但由於經濟層面之考量，目前僅榮湖淨水場已於傳統處理程序後新增高級處理設備，而太湖淨水場預計於 2013 年規劃施作。

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水場供水水質改善最適對策評估研究 -以金門自來水廠為例計畫背景及文獻回顧 2 -9 表 2 -1 201 1 年金門自來水廠水庫水水質檢測結果 ( 金門自來水廠， 2 0 1 1 ) 淨水場檢項原水來源 pH 濁度 _(NT U ) 總溶解固體 (mg/ L ) 總硬度 (mg/ L ) 氯鹽 _(mg/ L ) 氨氮 _(mg/ L ) C O D (mg/ L ) 總有機碳 (mg/ L ) 溶氧 _(mg/ L ) 太湖淨水場太湖水庫 8.7 24 .6 26 5.7 1 13 .6 62 .0 0.2 45 .7 16 .9 9.0 田埔水庫 8.7 23 .1 37 1.6 10 4.7 62 .7 0.1 52 .7 20 .6 7.4 陽明水庫 8.7 25 .3 19 6.9 76 .3 34 .5 0.1 55 .6 19 .4 10 .1 金湖水庫 8.4 13 .9 14 15 .8 34 5.2 63 8.8 0.1 27 .6 8.9 9.1 榮湖淨水場山西水庫 8.5 8.0 28 1.9 1 18 .6 61 .3 0.1 36 .9 12 .9 8.8 榮湖水庫 8.8 29 .0 77 9.5 22 1.0 280 .0 0.1 65 .0 22. 0 7.8 金沙水庫 8.8 24 .0 55 2.6 17 7.8 16 0.1 0.1 52 .5 20 .0 8.7 擎天水庫 8.6 7.2 21 9.2 98 .2 41 .0 ND 21 .7 7.7 9.3 紅山淨水場蘭湖水庫 8.4 7.2 23 5.1 10 0.6 50 .5 0.1 18 .1 7 .0 9.0 蓮湖水庫 8.4 18 .6 48 2.9 16 1.1 16 0.3 0.1 26 .5 9.5 9.1 菱湖水庫 8.5 17 .4 46 1.2 16 1.8 14 3.4 0.1 42 .3 15. 7 9.2 西湖土窪 8.8 20 .1 65 2.3 18 3.3 25 3.6 0.1 49 .9 17 .0 10 .0

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 藻類水庫水為台灣地區飲用水之主要來源，離島地區除海淡廠外，水庫水亦為離島地區飲用水之主要來源。然而，離島地區 23 座水庫中有 22 座水庫之卡爾森優養指數呈優養狀態，水質污染相當嚴重(蔡，2007)_{。金門地區水庫主要以藍} 綠藻(如微囊藻、尖頭藻及顫藻)為最優勢之藻種，綠藻次之(吳，2004)_{，而部分藻} 類如微囊藻對於人體有相當之危害性，本研究團隊於 2011 年 8 月份曾分析金門自來水廠淨水場原水水質發現，原水中存在許多微囊藻、鼓藻、柱胞藻及魚腥藻(如表 2-2 所示)。環保署於 2007 年曾委託本研究團隊林財富教授辦理「飲用水水源及水質中產毒藻種及藻類毒素之研究」，發現金門最大之太湖水庫於每年 2 月 ~ 6 月，水中微囊藻數在 106 ~ 107 cells/mL 之間，均超過世界衛生組織第二級警戒值(藍綠細菌數大於 100,000 cells/mL)，部分時候甚至達第三級(藻華浮渣形成)，且含藻華之水中毒素濃度常超過 1 g/L(WHO 飲用水水質建議值)。由此可知，金門淨水場原水存在藻類滋生嚴重之問題，淨水處理程序因加氯消毒而衍生消毒副產物(如總三鹵甲烷致癌物)和藻毒，若無法藉由淨水程序去除，居民飲用水安全將無法保障。金門自來水廠在 2003 年曾經針對金沙地區之榮湖、金沙、山西和太湖等四個水庫之水中藻類與水質的關係，並探討自來水加氯作用後產生黃濁或白濁現象之成因與藻類之關係。結果顯示，四個水庫之水質都已呈過度優養化，榮湖、金沙和太湖等三個水庫並已屬於超優養級水質，除水中磷、氮等含量過高外，有機碳和氮之含量也相當高。目前榮湖淨水場之淨水過程雖可去除總磷，但是只能部份去除有機氮，對於有機物的去除率偏低。此外，要改善目前之自來水水質，治標之道可從改變目前之淨水過程，加裝有機物去除設備(如生物處理單元)，才能有效減少水中過量之有機碳和加氯消毒後產生之白濁現象，經研究分析發現，此白濁物質係屬於膠凝狀有機物，並含有鐵。經實驗室藻類培養證明，藻類產生之胞外有機物確實會於加氯作用後型成白濁狀沉澱(吳， 2004) ，據此可印證白濁物質之形成與水庫中滋長的特定藻類有關。金門自來水廠對於金門地面水庫水質超優養化的問題亦相當重視，今年度於田埔水庫及金沙水庫正在進行「浮生植物植生淨化計畫」，藉由布袋蓮和水芙蓉來除去水中的氮、磷、有機質及金屬離子，並截除懸浮物及抑制藻類生長。實施的方式是設置 4 m × 4 m 的塑膠管框架兩千組，在塑膠管框架中種植浮生

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淨水場供水水質改善最適對策評估研究-以金門自來水廠為例計畫背景及文獻回顧植物。浮生植物以布袋蓮及水芙蓉為主，總初植面積大約一點六公頃。此外，在經濟部水利署 101 年度委託辦理之「金門地區湖庫水質改善及清淤規劃」計畫中，預計於山西水庫進行微生物激活技術(bio-stimulation technology)，藉由添加於水體中好氧性微生物生長所需之養份及酵素等，以增加光合細菌、藍綠藻等好氧性微生物的生長，加速其消化降解水體及底泥中有機污染物之能力，同時增加水體溶氧，迅速達到改善水體環境之目的。金門自來水廠希望藉由湖庫水質改善工程，降低淨水場之處理負荷。水處理實務上常使用前氧化降低藻類活動力，以有效提升後續混沉移除水中藻類之成效。目前國內大部分淨水場均使用次氯酸鈉作為前氧化單元之藥劑，少部分遭遇原水藻類問題之水場曾使用二氧化氯或高錳酸鉀提升藻類混沉移除效能，各氧化劑應用於淨水消毒上之優缺點彙整如表 2-3 所示。使用次氯酸鈉氧化時，會破壞藻類細胞而釋出消毒副產物的前質、致臭味物質或具毒性物質等(Chiou et al., 2010)。若採用二氧化氯消毒可有效增進混沉去除藻類之效能及減少總三鹵甲烷(total trihalomethanes, TTHM)之生成，但須考量淨水場現場製備二氧化氯之安全性問題(陳，2007)_{。另外，高錳酸鉀對於藻類去除亦有相當之} 能力，研究指出高錳酸鉀添加處理含藻原水時，加藥量增加藻體之凝聚力越強，對藻類之去除效果越明顯(王，2007)_{。添加高錳酸鉀除增進混凝沉澱去除藻類} 之作用外，高錳酸鉀亦可提升混沉移除濁度與三鹵甲烷生成潛能 (trihalomethanes formation potential, TTHMFP)之效率，唯高錳酸鉀使用時會生成二氧化錳及殘留錳離子於水中而產生色度，通常高錳酸鉀氧化劑可與錳砂濾料搭配使用以減少錳離子殘留水中(陳，2005)_{。此外，混凝搭配浮除亦可有效提} 升藻類之去除效率，但浮除移除藻類之最適氣固比會受混凝劑種類及混凝 pH 值影響，硫酸鋁混凝膠羽浮除所需之氣固比高於聚氯化鋁混凝膠羽浮除(鄭， 2007) 。

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表 2-2 金門自來水廠 2011 年 8 月份淨水場原水中之優勢藻種(本團隊調查) 淨水場 優勢藻種 金沙淨水場微囊藻鼓藻榮湖淨水場柱胞藻微囊藻太湖淨水場柱胞藻魚腥藻

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淨水場供水水質改善最適對策評估研究-以金門自來水廠為例計畫背景及文獻回顧表 2-3 淨水場常用消毒劑特性比較(本團隊彙整) 項目 次氯酸鈉 二氧化氯 高錳酸鉀 優點 ˙ 實場應用成本較低且易取得 ˙ 化學特性較穩定且安全 ˙ 殘留時間較長 ˙ 不與氨或氨氮反應，減少加藥量耗損 ˙ 與有機物行氧化反應，不會顯著形成三鹵甲烷 ˙ 可破壞三鹵甲烷前驅物結構，減少三鹵甲烷之形成潛勢 ˙ 氧化移除鐵、錳的能力優於氯 ˙ 加藥之 pH 值適用範圍廣 ˙ 可有效處理微生物 ˙ 幫助水中還原性物質的去除 ˙ 氧化水中鐵錳及控制臭味物質 ˙ 幫助混凝混凝去除濁度、有機物及 TTHMFP ˙ 增加膠羽密度及重量缺點 ˙ 與水中亞鐵、亞錳及氨氮反應而增加耗損加氯量 ˙ 較易生成三鹵甲烷 ˙ 加藥之 pH 值適用範圍窄 ˙ 會產生致癌性的無機性消毒副產物，例如亞氯酸根離子及氯酸根離子 ˙ 雖較不易生成三鹵甲烷，仍可能形成其他的有機性消毒副產物及提高消毒副產物之形成潛勢 ˙ 實場應用成本較次氯酸鈉高，亦會產生臭味問題 ˙ 二氧化氯是一種不穩定、易爆炸性物質，對於溫度、壓力、光照敏感，所以應用上須現場產製 ˙ 色度問題 ˙ 錳殘留的問題 ˙ 溶解度受溫度、本身顆粒大小、攪拌程度及其他鹽類存在影響 ˙ 氧化作用受 pH 影響 ˙ 破壞藻體釋出胞內有機物及藻類毒素

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另一方面，淨水場處理含藻原水一般皆使用硫酸鋁以增加對藻類之去除效

率，研究指出硫酸鋁混凝經混沉移除矽藻之成效優於聚氯化鋁混凝，去除率最高可達 88%(Jun et al., 2001)，但當夏季原水中藻類數量突增時，淨水場使用硫酸鋁混凝無法形成大且重之膠羽，不利於後續混沉或浮除及過濾操作，致影響供水水量及水質。有鑑於此，環保署於 2010 年公告新增淨水用藥劑聚矽酸鐵 (polysilicate iron, PSI)以提升淨水場處理含藻原水之淨水操作能力。本研究團隊曾使用聚矽酸鐵處理低濁含藻原水之效能優於硫酸鋁及聚氯化鋁，研究結果顯示，聚矽酸鐵混凝可增加混沉除藻之效能，並可提昇含藻原水混沉後上澄液之過濾性(劉，2008)_{。因為聚矽酸鐵比硫酸鋁、聚氯化鋁、氯化鐵具有更強的顆粒} 凝聚效能，所形成之膠羽重量亦較重，在相同加藥量條件下，使用聚矽酸鐵混凝能夠獲得比傳統鋁鹽或鐵鹽混凝劑更低的殘餘濁度及較佳之混沉上澄液過濾性(ボリシリカ铁凝集剂普及協會，2009)_{。此外，最新研究指出單獨使用聚矽酸鐵之混沉除藻} 效率與次氯酸鈉搭配硫酸鋁混沉之效果相當(王，2011)_{，故使用聚矽酸鐵混凝劑處} 理水中藻類應可減少前氧化劑的使用量。聚矽酸鐵化學式為 Fem(SiO2)n，為聚矽酸與鐵鹽之羥基及氧基聚合物，其中矽為陰離子型帶負電荷，故聚矽酸對水中本身表面即帶負電性之膠粒不具有電中和作用，而鐵鹽為陽離子型帶正電荷，在混凝時可藉由電性中和作用處理水中污染物。兩者合成而得之聚矽酸鐵在水溶態的單元分子量約為數百到數千，可以相互結合成為具有分形結構的聚集體，PSI 表面具有無方向性排序之捲曲螺旋結構(Fu et al., 2011)，其平均分子量高達 200000(Hasegawa et al., 1991)。另一方面，聚矽酸鐵做為混凝劑具有低腐蝕性、減少飲用水中殘餘鋁之生物毒性的可能性、回收水品質較佳、絮體顆粒沉降速度快、除油、脫色、藻類及濁度去除率均較佳與產生高密度、低含水率且少臭味之污泥等優點，克服了傳統鐵鹽所具有的高腐蝕性及處理後水之色度問題等特性，近年來備受矚目。

聚矽酸鐵之主要原料為聚矽酸(polysilicate, PS)及鐵鹽(ferric salt)，製備途徑如圖 2-6 所示，可分為複合合成 (composite algorithm) 及共同聚合 (copolymerization)兩種，前者是先羥基作用(hydroxylation)後再加以混合，另一個則為先混合再進行水解及聚合反應(hydrolyzing)，而後者為較簡單及實用

的方法(Xu et al., 2009)。其製程又可細分為以磷酸、醋酸、硫酸或鹽酸酸化矽酸鈉

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淨水場供水水質改善最適對策評估研究-以金門自來水廠為例計畫背景及文獻回顧方式說明如下：圖 2-5 聚矽酸鐵之製備途徑(本團隊彙整) 1. 複合合成法(composite algorithm) 複合合成法主要是先將鐵鹽羥基化形成具有一定聚合度之聚合鐵後，再與已加酸活化之聚矽酸加以混合(Fu et al., 2007)。曾有日本學者研究指出，將含三價鐵離子的酸性溶液加到矽酸鈉溶液中，在 pH 值為 2.5～5.5 的條件下，可縮短製備聚矽酸鐵溶液所需時間(Katsushi et al., 1999)_{。此外，複合合成法可使聚矽酸與鐵鹽間有協同增效作用，聚矽} 酸穩定性可大幅度提高，製備出混凝效能優異之混凝劑(曹，2004) 。 2. 共同聚合法(copolymerization) 共同聚合法主要將鐵鹽與聚矽酸混合後，利用鐵水解物種與聚矽酸聚合反應形成 PSI。早期研究曾利用此法將聚矽酸之 pH 調至 2 以下，再依據不同矽鐵比將一定濃度之鐵鹽導入聚矽酸中製得聚矽酸鐵 (Edzwald et al., 1990)_{，此法多利用硫酸亞鐵為鐵鹽，因硫酸亞鐵與聚矽酸} 混合時會加入氧化劑使亞鐵氧化形成三價鐵，所得之 PSI 具有產生永久硬度較少及產生膠羽較重等優點。此外，多位學者利用硫酸與七水硫酸亞鐵配製而成之硫酸亞鐵溶液與以加酸活化之聚矽酸聚合，並於製備過程中加入適量氧化劑以確保溶液中 Fe2+已完全氧化為羥基作用鐵鹽 (FeCl3 etc.) 聚合鐵混合加酸活化矽酸鈉溶液聚矽酸鐵鹽 (FeSO4, etc.) 混合水解聚合聚矽酸鐵複合合成 Composite algorithm 共同聚合 Copolymerization 加酸活化矽酸鈉溶液聚矽酸聚矽酸鐵

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Fe3+，許多研究已藉由此法製得之聚矽酸鐵應用於處理低溫低濁水、市政廢水、水藻處理、洗煤廢水、腐植酸及含磷量高之污水等均有顯著之處理效能。綜合上述，聚矽酸鐵之合成方法可大致分為兩種，一種是因聚矽酸本身會持續聚合，故以已活化之矽酸(聚矽酸)為主體，加入金屬鹽類或其他陰離子增加其穩定性，預防形成膠體，同時也能減弱聚矽酸的負電性；另一種則是先將鐵鹽先聚合成聚合鐵溶液，再添加活化矽酸以加強膠凝架橋能力，進而增加其混凝效能。  鐵及錳金門淨水場原水中除存在大量有機物及藻類外，原水中所含之鐵、錳濃度亦曾超過飲用水水源水質標準，溶解態鐵濃度甚至曾達到 0.8 mg/L 以上。水庫水鐵、錳來源主要為水庫底泥因厭氧作用而還原釋出至水中，在枯水季節，水庫水位大幅下降，水場僅能抽取接近水庫底部之原水，此時易抽取到含高鐵、錳之原水。水中若含有鐵及錳會增加水的色度及濁度，並產生臭味。此外，若淨水場無法有效移除水中鐵、錳，在供水系統中仍存在之鐵或錳會造成管線末端嚴重的氣味問題，甚至出現多量的黑褐色硫酸亞鐵或氧化亞鐵顆粒。一般鐵及錳之去除，乃於前氧化單元添加氧化劑，將鐵及錳氧化為顆粒態後，再藉由混沉程序去除，若能控制適當加氯量，一般皆可有效去除水中大部分鐵及錳。目前淨水場多使用次氯酸鈉作為氧化劑，但若以二氧化氯或高錳酸鉀取代次氯酸鈉進行前氧化可有效提升對鐵及錳離子之氧化能力，有助於鐵、錳氧化物顆粒形成及提升其混沉移除成效。唯添加高錳酸鉀時，會增加水中錳離子濃度，因此加藥方面需評估適量之加藥劑量以防後續單元產生過多錳離子，若後續濃度過高，則可利用沉澱程序後氧化或使用錳砂濾材進行催化氧化作用，將水中錳離子繼續氧化成顆粒態後過濾去除。  氨氮由於金門地區水庫建築在低窪地區，早期附近居民、駐軍、畜牧業及農業施肥產生之各種廢污水皆未經處理而直接排入湖庫內，近期太湖流域家戶污水接管已達 80％以上，但湖庫優養化情形仍未見明顯改善，水中氮及磷濃度增

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淨水場供水水質改善最適對策評估研究-以金門自來水廠為例計畫背景及文獻回顧加，造成水庫原水中氨氮濃度亦高，如太湖淨水場之原水氨氮濃度曾高達 2.0 mg/L，增加淨水單元操作之困難度。水中若存在氨氮，對人體僅具低毒性，主要為味覺上之困擾。一般處理水中氨氮之方法乃添加次氯酸鈉於水中，使氨氮與氯反應形成氯胺或轉變為硝酸鹽及亞硝酸鹽而去除之，因此，足量之次氯酸鈉即可去除水中氨氮之問題，但淨水過程中，亦須避免水處理過程產生厭氧之環境，致硝化物質再度還原為氨氮之情形發生。  紅蟲金門東半島地區曾於 2011 年 9 月間發生自來水含紅蟲之事件(如圖 2-5)，研究指出，紅蟲是一種搖蚊科昆蟲的幼蟲，體長約 1 至 2 公分，搖蚊幼蟲大多為濾食性生物，以水中的藻類、細菌、水生植物和小動物為食，因此，富營養化的水體有利於搖蚊生長繁殖，金門地區夏季氣候濕熱，光照充足，適合搖蚊生長繁殖(張，2008) 。此次金門發生紅蟲污染水質之主因可能有以下四點： 1.水源中搖蚊幼蟲和蟲卵通過原水管道進入淨水場，而過濾單元未能有效攔除。 2.淨水場內某些建築物中(如排水溝)的水質能為紅蟲的生長繁殖提供適宜的生存條件，包括食物來源及溶氧等的供應。 3.淨水場內某些建築物為搖蚊提供築巢、棲息及繁殖的場所，如沉澱池的池壁、傾斜板及底泥等。 4.適宜的溫度、濕度及光照等氣候條件。藉由搖蚊生長繁殖的影響因素，建議淨水場可建立紅蟲孳生之預警方案： 1.清水池開口處必需加蓋，避免搖蚊進入繁殖，其他開放式淨水單元應定期檢視池壁是否有搖蚊聚集之情形。 2.每年定期徹底消毒各淨水單元及配水系統，並視情況清理沉澱池底泥。 3.一但發現原水中出現紅蟲，應即開始對淨水場搖蚊成蟲密度及紅蟲密度進行監測，當成蟲密度達到 100 隻/dm2，幼蟲密度達到 100 條/L 以上時，即可能達到搖蚊爆發的高峰期。

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圖 2-6 金門地區自來水中之紅蟲  總三鹵甲烷如表 2-4 所示，2011 年 10 月間，金門自來水廠太湖淨水場供給民生用水中總三鹵甲烷量超標，為有效處理水中污染物(如有機物、藻類、鐵、錳及氨氮等)，水處理流程中，常於前氧化單元添加氯或次氯酸鈉氧化、去活或降解污染物質，以增進後續混沉程序之處理效果，但添加氯及次氯酸鈉時會與水中有機物產生消毒副產物，而特定消毒副產物(如總三鹵甲烷)為致癌物，三鹵甲烷在自來水中常見的有四種，即氯仿、溴仿、二溴一氯甲烷、一溴二氯甲烷等，其中以氯仿之出現頻率最高，對健康的影響亦最大。表 2-4 太湖淨水場各單元有機碳及總三鹵甲烷檢測結果(2011 年 10 月) 檢測項目 水樣 總有機碳(TOC) (mg/L) 總三鹵甲烷(TTHM) (mg/L) 原水 15.80 －浮除出水 12.92 0.0748 快濾桶出水 12.53 ＊0.125 快濾池出水 12.52 ＊0.103 慢濾池出水 11.17 ＊0.131 清水出水 11.05 ＊0.123 ＊水樣檢測結果超過飲用水水質標準(0.08 mg/L)

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淨水場供水水質改善最適對策評估研究-以金門自來水廠為例執行方法及步驟

第三章、執行方法及步驟

本計畫為一年之研究計畫，工作架構及執行流程如圖 3-1 所示。工作內容概分成三部分，第一部份乃調查並分析金門自來水原水水質處理困難成因並提供改善建議，此部分主要包含調查三座淨水場原水來源選擇策略及分析金門淨水場原水水質與各單元處理水質，原水水質分析分為現地分析及非現地分析，現地分析之水質項目包含 pH、濁度及氨氮，非現地分析之水質項目則包含藻類種類、藻類數量(必要時加測藻毒素)、DOC、UV254、鐵、錳金屬濃度、總三卥甲烷及總菌數，藉由水質分析結果瞭解原水水質難處理之原因後，提出供水水質改善之建議。第二部份為淨水場水質改善最適藥劑及濾材評估之研究，最適藥劑方面，計畫於前氧化及混凝單元利用不同種類氧化劑或不同搭配方式(如次氯酸鈉搭配高錳酸鉀、二氧化氯或高錳酸鉀)及混凝劑(如硫酸鋁或聚矽酸鐵)，添加不同加藥劑量，評估各藥劑之最適劑量，並於混凝單元後使用浮除或沉澱兩種不同程序，分析及比較出水水質以瞭解何種程序較適合金門淨水場使用。濾材方面，目前淨水場使用之濾材為石英砂，計畫期間將設計一平行雙管柱模組，規劃二組實驗，第一組實驗為一柱僅使用目前淨水場使用之石英砂，另一柱則以活性碳搭配錳砂(填充比例為 1：2)；第二組實驗為一柱使用石英砂搭配錳砂(填充比例為 1：1)，另一柱則以活性碳搭配錳砂(填充比例為 1：1)作為濾材，評估新濾材及不同填充比例搭配去除水中有機物、鐵及錳之成效。另外，研究或可評估前加氯搭配中加氯之加藥方式對出水水質之影響，完成所有評估後，即可提供金門自來水廠供水水質改善之最適藥劑及濾材使用對策，並提出各項對策之產水成本分析。最後，挑選經濟效益佳且可行性高之改善對策，依據其執行內容編撰淨水場供水水質優化之淨水操作標準作業程序(SOP)，包括前氧化及混凝評估及操作 SOP，以及過濾操作之 SOP。隨後，分三梯次於太湖、榮湖及紅山淨水場辦理淨水場人員教育訓練，以提升現場管理及操作人員對水處理專業知識之了解程度及對供水水質改善之淨水處理操控能力，達到淨水場原水處理效能提升及出水水質改善之目的。本計畫依工作項目所擬之執行方法與步驟說明於以下各節：

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圖 3-1 工作架構及執行流程調查原水水質處理困難成因並提供改善建議分析及調查原水水質及淨水場各單元處理水質︰ ˙太湖淨水場 ˙榮湖淨水場 ˙紅山淨水場 現地分析 ˙pH ˙濁度 ˙氨氮 非現地分析 ˙藻類種類 ˙錳 ˙藻類數量 ˙鐵 ˙DOC ˙TTHM ˙UV254 ˙SUVA ˙總菌數

工作項目

執行項目

預期目標

確認原水水質及處理困難點，提出水質改善建議提出不同原水水質下最適氧化劑使用對策淨水場水質改善最適藥劑及濾材評估研究評估高錳酸鉀與次氯酸鈉搭配使用對混沉程序減少三鹵甲烷生成之效能提出浮除及沉澱之前混凝劑加藥策略辦理金門自來水廠淨水場人員教育訓練編撰最適操作對策及流程教材培育三座淨水場水質改善操作種子人員辦理淨水場人員教育訓練(3場) 提昇水場操作人員之水處理能力實驗室評估模廠評估前氧化評估混凝評估過濾評估提出不同濾料之使用時機及操作策略前氧化操作策略混凝操作策略過濾操作策略評估硫酸鋁及聚矽酸鐵混凝劑經混沉及浮除移除藻類及有機物之效能評估活性碳及錳砂濾料之使用最佳填充量配比及最適過濾操作模式提出金門水廠單元操作之建議標準作業程序

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3.1 金門自來水廠原水水質處理困難成因調查及分析

本計畫工作內容第一部份先進行金門自來水廠各淨水場原水水質分析，為了因應季節性的供水調配需求，各淨水場可調整抽取水庫水之來源及水量，且各水庫水受有機污染程度不同，故各淨水場原水水質差異相當大，致金門自來水廠原水水質處理問題複雜且困難度高。因此，本計畫首要工作乃調查金門自來水廠所轄之太湖、榮湖及紅山等三座主要淨水場原水來源、調配原則及原水抽取現況，並針對各淨水場之原水進行每個月一次性的水質分析，以及分析各淨水處理操作單元之處理水質，確認各項主要淨水處理程序對原水水質改善之實際成效，以了解各淨水操作程序之問題及適宜性，最後提出原水水質處理困難點及成因，並提供相關具體改善建議。本計畫之原水水質分析方式包含現地分析及非現地分析，現地分析項目主要包含 pH、濁度及氨氮，乃使用淨水場之偵測設備現場檢測，非現地分析項目則包含藻類種類、藻類數量、DOC、UV254、鐵及錳等水質參數，這些項目分析需將水樣冷藏後帶回實驗室利用相關儀器進行檢測。此外，各淨水處理程序之出流水水質分析項目包括氨氮、濁度、藻種及藻數、DOC、UV254、鐵、錳、總三鹵甲烷等。各項水質分析方法、儀器及設備敘述如下：

3.1.1 現地分析

1. pH 原水 pH 值及溫度之量測，乃使用 WTW 公司製造，型號為 InoLab Multi Level 1 之水質分析儀器，於每次使用前均用酸鹼標準液及儀器內建之 RSY 模式進行校正。另機台本身有溫度補償功能，可由顯示面板讀取溫度值。 2. 濁度 使用濁度計偵測原水之濁度。濁度計為 Hach 公司生產，型號為 2100P 可攜式濁度計，具專利光學設計，有很高的精確度、靈敏度，雙檢測器光學系統可補償樣品顏色、光波動及散射光，和預設標準曲線。量程範圍為 0.01 ~ 1,000 NTU。

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3. 氨氮

氨氮之偵測乃使用淨水場偵測氨氮之儀器，廠牌為 Hach，型號為 Pocket Colorimeter TM II。分析前，分別加入 10 mL 之 DI 水及待測水樣於圓形玻璃瓶中，同時加入水楊酸氨試劑(ammonia salicylate reagent)，約略搖晃之，靜置 3 分鐘後，再同時加入氨氰尿酸試劑(ammonia cyanurate)，靜置 15 分鐘待反應完全後蓋上瓶蓋，上下充份搖晃後，利用分光光度計，放置 DI 水之空白組進行歸零，再偵測待測水樣之氨氮濃度。

3.1.2 非現地分析

1. 藻種、數量及藻毒分析 A. 藻種及藻數 取適量水樣(50mL) ，通過 0.45 μm 濾膜，過濾時過濾壓力需小於 50 kg/cm2，以避免破壞藻體細胞，當水樣殘留至 5 cm 時，降低壓力至約 12 kg/cm2，不要使濾紙濾乾，最後仍要使其保持適當濕潤。取 1 mL 去離子水將濾膜上的藻類沖下，濃縮後的水樣取 12 μL 至血球計數盤上，即可在顯微鏡下計數。選取三個 1 mm 之方格，計數其中之藻類數量，代入式(3-1)，即可得藻類之濃度。若該體積有 n 個細胞，需除以濃縮倍數 a，則細胞濃度為：藻類之濃度（cells/mL） (3-1) 式中： n：計數之藻類總數(cells) a：濃縮倍數 ) (10-4   a n

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B. 藻毒分析

利用固相萃取法(solid phase extraction, SPE)配合高壓液相層析質譜儀 (liquid chromatography/mass spectrometry, LC/MS)分析藻類毒素物質之濃度，茲說明如下。

固相萃取技術(solid phase extraction, SPE)

固相萃取技術萃取原水中藻類毒素之流程，如圖 3-2。採樣之樣本，保存於 4℃環境中，取 1,000 mL 樣品並於萃取前進行超音波破碎藻體的步驟，待回溫至室溫，其後進行毒素之萃取。C18 萃取管主要吸附 Microcystin-LR、RR、YR 毒素，此管柱填充 1 gm 之 C18，Carb 萃取管主要吸附 Cylindrospermopsin 毒素；將水樣通入複合管柱吸附後，利用溶劑(100％甲醇+0.1％三氟醋酸)12 mL 進行脫附，並利用高純氮進行藻類毒素的濃縮，最終濃縮體積為 200 μL ，過濾後添加內標物 2,3,5-Trimethylphenyl Methyl Carbamate 於濾液當中，以 LC/MS 分析； C18 與 Carb 之複合萃取管柱於使用前需先進行清潔與活化的步驟，可增加管柱的吸附與回收效率。

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圖 3-2 固相萃取流程

C18(2/1 mg column)：20/10ml 20%甲醇+40/20ml LC Water Carb (1/0.5 mg column): 20/10ml 100%甲醇( 含0.1% TFA) +

40/20 ml LC Water C18(上)/ Carb(下)吸附:水樣1000 ml通過管柱 (水樣事先須破碎→過濾) 氮氣吹乾C18/ Carb C18、 Carb脫附：(用 15ml離心管)各加入 12/6 ml萃取液氮氣吹乾(到1ml以下) 離心1min 轉移至vials瓶(並用1ml萃取液淋洗離心管) 氮氣至完全乾燥 -20度冰箱保存

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高壓液相層析質譜儀 (liquid chromatography/mass spectrometry,

LC/MS)

本計畫所採用的高壓液相層析質譜儀，為日本 Shimadzu 廠所生產，其前置具連續波長式之 UV 二極體陣列(diode array detector)偵測器，配合著兩個高壓微量移動相泵浦，而後接著質譜儀；分析的樣本皆經固相萃取技術進行萃取濃縮，分析所用的溶劑移動相為氰甲烷(acetonitrile)與添加 0.01 M trifluoroacetic acid (TFA)、0.01% heptafluorobutyric acid (HFBA)的水溶液，分析管柱選用 4.6 mm × 250 mm，內徑 5 μm (TSK-GEL ODS-100S, TOSOH, Japan)，且分析管柱加溫維持在 40℃，設濃度梯度進行分析，選擇使用的離子源為 ESI(electrospray)，監測模式為正電荷模式，定性模式為 SCAN，定量模式為 SIM，流速為 0.6 ml/min，注入樣本體積為50 μL，分流 2/3 體積後進入 ESI，分析時間為 60.1 分鐘。

2. DOC

水中 DOC 濃度採用總有機碳分析儀測定(TOC-5000A, Shimadzu Inc., Japan)。首先，取適量水樣經 1 µm 濾紙過濾後，利用鹽酸酸化使其 pH 值小於 2，以高純度氮氣曝氣 12 ~ 15 分鐘用以去除水樣中無機碳類，再將水樣送入 TOC 分析儀內，在高溫下將水樣中之有機物快速氧化形成二氧化碳，利用紅外線偵測二氧化碳量，此二氧化碳形式之含碳量即為水樣中之有機碳含量。 3. UV254 UV254為水中有機物於波長 254 nm 時之吸光度，一般用來表示有機物雙鍵之多寡。在分析水樣前需經由前處理去除水中干擾物質。分析步驟為水樣先以 0.45 µm 濾紙過濾後，調整分光光度計波長至 254 nm，以 DI 水進行零點校正，校正後分析水樣之紫外光吸收度，數值及為該水樣之 UV254，使用儀器廠牌為 Metertech，型號 SP8001 之分光光度計，可使用可見光及 UV 光光源。

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4. SUVA

混凝程序中，有機物之去除亦與本身性質有關，一般而言，疏水性之有機物較親水性有機物質容易被混凝去除，而水中有機物之親疏水性可由 SUVA(specific ultraviolet absorbance)值來辨別。SUVA 值由測得之 UV254吸

光度除以 TOC 濃度再乘以 100 得到。

5. 水中親水性與疏水性有機物

所含親水性與疏水性之成分比例分析，使用 Christopher et al.(2004)所開發之方法進行。該法根據 Croue et al.(1994)與 Bolto et al.(1999)之研究，利用吸附的原理，不同的吸附劑可將水中成分特性分離成四種：強疏水性(very hydrophobic acids, VHA)、微疏水性(slightly hydrophobic acids, SHA)、親水性帶電荷 (hydrophilic charged, CHA) 以及親水中性 (hydrophilic neutral, NEU)，分別使用 DAX- 8(Supelco)、XAD-4(Sigma)及 IRA-958(Supelco)三種樹脂將水中之有機成分分離。

進行樹脂分離前以全新未使用的的樹脂置入燒杯潤濕，並使用 HPLC 等級之甲醇、乙腈以及超純水將樹脂超音波震盪一小時以上以清洗樹脂。樹脂洗淨後，三種樹脂(DAX-8、XAD-4 及 IRA-958)分別填充入長度 20 cm，內徑 13 mm 之玻璃管柱中備用，濾床填充容量為 15 mL。待測水樣 500 mL 先經 0.45 μm 之硝酸纖維濾紙過濾(cellulose nitrate membrane)，並以 HCl 將水樣酸化至 pH 2，首先以 3.0 mL/min 之流速依序流過 DAX-8 樹脂，一開始出流之兩倍濾床體積(30 mL)流出液棄置不用，共收集流出液 460 mL。保留部分流出液用以供分析溶解性有機碳(DOC)，其餘流出液則繼續流過 XAD-4 管柱(流速 3.0 mL/min)，並同樣將初始出流之兩倍濾床體積(30 ml)流出液棄置，同樣保留 XAD-4 流出液部分分析 DOC，其餘流出液則以 NaOH 調整為 pH 8，最後流經 IRA-958 管柱，初始之 30 mL 流出液仍棄置，其餘流出液則分析 DOC。分析各不同管柱之流出液 DOC 濃度並得結果為：

VHA = Raw – (DAX-8 effluent)

SHA = (DAX-8 effluent) – (XAD-4 effluent) CHA = (XAD-4 effluent) – (IRA-958 effluent) NEU = (IRA-958 effluent)