第一章 緒 論

第一章 緒 論

1.1 前言

台灣南部地區（大高雄）多屬本省工商業重鎮，各項用水因工 商業之發展、生活水準的提升、觀光事業之推展，致需求大幅增加，

為有效改善大高雄地區長久以來普遍存在自來水水量不足及水質不 佳的供水問題，政府近年來致力於積極辦理本區域水源開發計畫及 提高自來水水質等工程，以發揮水資源之最大效益。

大高雄地區（高雄縣市）自來水水源主要取自高屏溪、東港溪 及南化水庫，部分則以地下水或伏流水補充，其中東港溪僅供應工 業用水，利用澄清湖、鳳山、拷潭、翁公園、坪頂、大崗山、南化 等七座淨水場，經自來水公司淨水處理後，有效提供供水人口約 250 萬的人口之供水量，其供水量成長情形表、水源及供水量如表 1.1、

表 1.2 所示。但為提昇水質及充裕水量，政府先後完成「高雄地區 自來水水質改善工程」 ，包括辦理澄清湖、鳳山水庫水質改善曝氣工 程、原水除藻、除臭、除色、抽換管線等工程，另後續完成「高雄 地區工業用水與民生用水分開供應計畫」 ，以及將南化水庫、高屏溪 伏流水、深井等水質較佳之水源供應民生用水，鳳山水庫水源則專 供工業用水。上述工程完成後，高雄地區自來水水質已大幅提昇，

且經自來水公司與高雄市政府 170 個監測站檢測結果，均能完全符 合台灣省及高雄市自來水標準。其各主要淨水場原水及清水年平均 水質如表 1.3。

為更進一步提昇自來水在口感、味覺、硬度等適飲行性品質，

有效改善大高雄地區民眾對水源水質不潔之疑慮，本研究即以拷潭 及翁公園淨水場為例，其內容研究逆滲透膜法（Reverse Osm- osis，

RO）擬採低壓操作使用為低壓逆滲透薄膜法（Low Pressure Reverse Osmosis，LPRO）之薄膜法導入高級淨水處理，另探討計畫增設高 級淨水處理設備之整體系統，於未來民眾對高品質飲用水之需求與 滿意度。

表1.1 大高雄地區供水量成長情形

供水人口 82年 89年 增加數量

行政人口(人) 2,552,487 2,546,850 -5,367 供水人口(人) 2,320,894 2,439,428 118,534 供水量(CMD) 1,329,000 1,700,000 371,000

普及率(%) 90.93 95.78 4.85 資料來源：高雄地區自來水供水概況簡報，台灣省自來水公司第七

區管處（民國89年）

表1.2. 大高雄地區各主要淨水場之水源及供水量

淨水場 水源區別 供水地區 日設計出水量 日平均出水量

澄清湖 高屏溪河川水、伏流 水及澄清湖水庫

三民、左營、楠梓、新興、

前金、苓雅、鹽埕、鳳山市、

鳥松鄉、仁武鄉、大社鄉 450,000CMD 440,000CMD

拷 潭 高屏溪河川水、伏流

水及地下水 小港、旗津、前鎮、林園、

大寮、鳳山 250,000CMD 250,000CMD

翁公園 高屏溪伏流水、大寮

地區地下水 鳳山市、大寮鄉 40,000CMD 30,000CMD

大崗山 南化水庫、高屏溪深 井地下水

湖內、茄萣、路竹、田寮、

阿蓮、永安、岡山、彌陀、

梓官、橋頭、燕巢、大社 330,000CMD 315,000CMD

坪 頂 高屏溪河川水、伏流

水及地下水 左營、楠梓、大樹、鳥松、

鳳山 150,000CMD 80,000CMD

資料來源：「高雄地區給水系統水質惡化原因之探討」，國立中山大學環境工程研究所，民國91年7月。

表1.3 大高雄地區各主要淨水場原水及清水年平均水質（民國86年∼89年）

淨水場 澄清湖 拷 潭 翁公園 坪 頂 大崗山 南 化

水源別 原水 清水 原水 清水 原水 清水 原水 清水 原水 清水 原水 清水

濁度(NTU)

26.67 1.03 69.00 0.55 15.67 0.57 15.00 0.53 2.80 0.75 7.30 0.43

色度(鉑鈷單位)

12 <5 22 <5 12 <5 8 <5 <5 <5 8 <5

總鹼度(mg/l)

147 135 157 166 238 234 141 139 169 167 129 125

PH值

7.9 7.2 7.7 7.4 7.5 7.4 7.0 6.8 7.5 7.5 8.0 7.7

氯鹽(mg/l)

6.23 11.67 11.62 20.57 11.50 14.97 7.07 14.33 4.59 5.75 3.60 6.80

硫酸鹽(mg/l)

83.4 84.2 86.2 91.6 103.0 103.1 84.7 79.1 84.7 85.0 45.3 70.8

游離氨氮(mg/l)

0.28 0.08 0.42 0.07 0.46 0.08 0.29 0.07 0.19 0.08 0.09 0.02

亞硝酸鹽氮(mg/l)

0.1340 ND 0.1493 ND 0.0403 ND 0.0513 ND ND ND 0.0023 0.0005

硝酸鹽氮(mg/l)

1.00 1.09 1.37 1.22 0.27 0.29 1.33 1.19 1.70 1.39 0.27 0.24

總溶解固體量(mg/l)

326 335 361 388 479 484 333 329 360 357 206 206

總硬度(mg/l)

228 225 248 256 342 339 219 217 255 257 137 136

鐵(mg/l)

0.30 0.06 1.11 0.06 1.70 0.07 0.37 0.10 0.28 0.06 0.30 0.02

錳(mg/l)

0.057 0.008 0.253 0.017 0.661 0.009 0.112 0.016 0.029 0.010 0.020 0.001

導電度(μv/cm)

461 470 507 560 679 680 466 466 510 513 339 342

資料來源：「大高雄地區自來水後續改善工程規劃」，中興工程顧問公司，民國89年7月。

1.2 研究動機

由於國民生活品質不斷提升，兼以對環保要求日增，其影響所 及對於自來水水質標準的要求也愈趨嚴格，然而要自來水潔淨符合 衛生，必須將原水經過淨水處理，而水污染與自來水淨水處理是相 對的，水質遭受污染情況愈嚴重，其淨水處理愈困難。

自來水品質的良窳關係著自來水用戶的健康，亦是需優先解決 之民生問題。由於水中的異味，部分民眾不敢直接飲用自來水，很 多民眾以買水替代，於日常生活上時有諸多不便，另加上坊間市售 水廠商的良莠不齊，水質的標準無法完全受到環保機關的保證，對 民眾生命健康的保障無疑是另一種夢靨。

目前台灣省自來水公司對水體水質之改善，環保署等單位對自 來水水源保護區具體改善措施之擬定均不遺餘力。如環保署為確保 飲用水水源水質，提升公眾飲用水品質，維護國民健康，特於民國 86年5月21日修正公布「飲用水管理條例」，並於民國87年2月4日公 布「飲用水水質標準」，且逐步降低標準將總硬度濃度及總溶解固 體量濃度最大限值為400mg/l及600 mg/l，另擬定至民國92年7月1日 起施行之第三階段標準，將再進一步降低至150mg/l及250 mg/l，此 一標準較多數先進國家之飲用水標準明顯嚴格；然自來水品質之改 善並非一蹴可及，故政府除加速水源污染改善外，如何提出管理對 策與方法，以謀求改善供水品質，這應該是自來水事業今後努力的 目標，亦為本研究將提報之主要動機。

1.3 文獻回顧

國內自來水事業目前所面臨之原水污染、總溶解固體量（TDS）

與硬度太高等問題，歐美等先進國家過去也曾遭遇過，然這些問題 近年來經由研究發展、工程技術及管理制度等之改進而逐漸獲得解 決，故飲用高級淨水處理，追求甜美水質，已是國際趨勢，目前高 級淨水流程已經是國際上成熟的製程，如法國Mery-Sur-Oise淨水 場，該場即有採用薄膜程序處理之實例，每日供水14萬立方公尺

（140,000CMD）。相形之下，國內在自來水方面所投入的人力與經 費甚為有限，除離島（澎湖、金、馬地區）區域採用海水淡化廠的 實廠外，其餘大多採用於純水製程或廢污水的處理。

有鑒於國內在薄膜應用技術之相關參考文獻並不多，經濟部工 業局曾於民國85年出版「工業廢水逆滲透處理」 ，介紹薄膜之特性及 相關資訊的探討，後續又出版「薄膜分離技術與設備應用」技術手 冊、 「廢水薄膜處理技術應用與推廣手冊」【16】 ，提供在廢水處理方 面選用薄膜分離技術上之參考，另在淨水處理方面，成功大學葉宣 顯教授曾提出「澄清湖高級淨水處理模型廠試驗研究」【11】 、 「淨水 程序與清水水質生物穩定性間關係之研究」【17】，研究論文中探討 薄膜處理程序對總硬度及總溶解固體物（TDS）分別有90及80%左 右的去除率，且口感方面最受肯定；淡江大學李奇旺教授所提出「結 合薄膜及流體化結晶床去除水中硬度之研究」論文中【7】，其結論 顯示薄膜處理可有效去除水中硬度，然硬度的去除率隨著水中有機 物及磷酸鹽濃度的升高而降低，薄膜的阻塞隨著時間而升高。

1.4 研究目的

本研究論文將針對薄膜法之應用導入高級淨水處理程序，以拷 潭及翁公園淨水場為探討目標，並提出淨水處理技術問題與方法，

藉以提昇飲用水（自來水）管理的作業機制，使自來水之供應贏得

民眾的信心，達到使人人有安全可口的自來水，滿足適飲及口感之

目標。

第二章 研究背景

本研究論文將以拷潭及翁公園淨水場採用高級淨水處理設備以 改善水質為探討目標，解決自來水中口感、臭味及硬度等問題，大 高雄地區之民生用水係以高屏溪為主要水源，各支流之相關位置如 圖2.1所示，其淨水場及抽水站相關位置圖如圖2.2所示。以下針對水 源水質（高屏溪）、拷潭及翁公園兩個淨水場現有設施提出介紹彙 整概述如下：

2.1 水源水質（高屏溪）

2.1.1 水源現況

高屏溪又稱下淡水溪或是淡水溪，自旗山到林園工業區出海，

其河川沿線即為高雄縣與屏東縣之分隔，故因而得名。高屏溪全長 171公里，流域集水面積3,257平方公里，包括有荖濃溪、旗山溪、隘 寮溪、濁口溪及美濃溪等五條主要支流。流經高屏縣市共24鄉鎮，

上游有流經高雄縣三民鄉、甲仙鄉、杉林鄉、旗山鎮的楠梓仙溪（旗 山溪）；經過高雄縣桃源、六龜、美濃的荖濃溪；流經高雄縣茂林 鄉的濁口溪；以及屏東縣霧台的隘寮溪，流至嶺口匯集，統稱高屏 溪，是台灣流域面積最大的河川。高屏溪流域地面水資源極為豐富，

然根據「曾文水庫越域引水工程計畫」規劃報告指出，目前高屏溪

流域由於缺乏有效調蓄的設施，水資源利用率約僅12%（年平均逕

流量81.15億立方公尺，年使用量僅9.57億立方公尺），水資源屬低

度開發與利用型態。

口

.1 高屏溪流域河川水系圖

溪 屏

高 寮

溪 溪

濃 美

溪

隘 濁

溪 溪

山

旗

濃

荖

圖 2

圖2.1 高屏溪流域河川水系圖

圖2.2 淨水場及抽水站相關位置圖

2.1.2 污 染 源 分 析

依 環 保 署 於 87年 5月 之 「 飲 用 水 水 源 水 質 分 析 及 水 質 監 測 制 度檢討」中，將高屏溪分為甲類水體區、總量管制區及一般管制 區等三類污染分區，其涵蓋區域、面積、範圍及其污染指標如表 2.1及 表 2.2所 示 。 由 表 中 分 析 得 知 ， 高 屏 溪 流 域 污 染 之 來 源 主 要 為畜牧廢水，其次為生活污水，而畜牧廢水主要集中於中、下游 地區，即總量管制區和一般管制區，生活污水同樣亦以中、下游 地區為主要污染集中地。因此，相關污染管制措施應針對畜牧廢 水管制優先考慮，由以各取水口上游地區應優先處理。

目前拷潭及翁公園淨水場的原水水質雖符合「飲用水水源水 質標準」，但游離氨氮仍有偏高現象，顯示尚未有效管制。就氨 氮而言，若飲用水水源水質氨氮濃度過高，將造成淨水場加氯量 增加，不僅增加致癌物三鹵甲烷之風險，其水源中氮磷過高易造 成水源優氧化之現象。

因 高 雄 地 區 多 屬 石 灰 及 泥 岩 地 質 ， 無 論 地 面 或 地 下 水 源 之

鈣 、 鎂 含 量 均 高 ， 致 使 總 硬 度 及 TDS 含 量 偏 高 ， 平 均 硬 度 在

300mg/L左 右 。因該 二座淨水 場原水 部份取自 井水， 故原水中 總

硬 度 及 TDS均 有 偏 高 現 象 。 雖 各 國 之 水 質 標 準 對 硬 度 之 限 值 尚

寬 ，一般訂 為300mg/L， 但 美國自來 水為適合 民眾生 飲及防止 暖

氣管結垢阻塞，多數淨水廠出水之硬度控制在74-150mg/L，自來

水硬度高之缺點為可口性差、消耗肥皂，燒開水除產生白色沉澱

物，予人不潔之感，另外水加熱後析出鈣鎂管垢將耗費熱能及阻

塞熱水管。由於生活水準日益提高，對於用水品質要求也日漸嚴 格，高雄地區民眾基於上述缺點，多年來即不斷要求自來水的適 飲性。

2.2 淨水場簡介

2.2.1 拷 潭 淨 水 場

拷 潭 淨 水 場 位 於 高 雄 縣 大 寮 鄉 之 拷 潭 村 ， 於 61年 4月 30日 竣 工 ， 設 計 處 理 量 152,000CMD； 原 主 要 係 以 在 大 寮 一 帶 開 鑿 26口 深井抽取地下水經氣曝及快濾處理後，供給大發及林園工業區一 帶之需水，其餘供水小港及高雄等地區。但因深井長期抽水，導 致地下水降低，出水量漸減，淨水場出水量僅約60,000CMD。為 補充不足之原水，自來水公司乃於民國74年在會結村興建抽水站 一座，埋設一條1,500mm管徑混凝土集水管，長度為1,000M，設 計集水量100,000CMD，抽取高屏溪伏流水至淨水場。

拷潭淨水場因尚有空地可供擴建，自來水公司乃辦理擴建工 程，於民國84年4月30日竣工，設計總處理量為250,000CMD，目 前 進 廠 總 水 量 約 230,000CMD ， 水 源 分 別 來 自 九 曲 堂 抽 水 站

（120,000CMD） 、會結抽水站（80,000CMD）及深井（30,000CMD）

等。場區目前主要設備有地下水氣曝場四座，地面水源加藥快混 池一座，三池接觸反應式曝氣沉澱池，重力式過濾池16池，清水 池二座容量共22,500m3，及6台300HP清水抽水機。現有平面配置 圖及流程圖如圖2.3、圖2.4所示。

2.2.2 翁 公 園 淨 水 場

翁 公 園 淨 水 場 創 設 於 民 國 27年 ， 設 計 處 理 量 8,500CMD， 位 於 高 雄 縣 大 寮 鄉 翁 公 園 社 區 附 近 ， 高 屏 溪 西 岸 堤 防 邊 ， 佔 地 7.7 公頃。淨水場初創時場內設有淺井四口，總出水量約8,000CMD，

原水經氣曝、沉澱及慢濾後加壓供水。光復後逐漸擴充改善，出 水量達15,000CMD；嗣後又經數次擴建改善，包括增鑿深井以取 代舊井，抽取地面水為備用水源及增設快濾設備一座，出水量增 加25,000CMD，總出水量為40,000CMD。

目前，翁公園淨水場之水源有伏流水及地下水，總出水量為

28,000CMD。伏流水 係由 抽水站 直接抽 送進 入沉澱 池，其 出水 量

約 為 8,000CMD ； 地 下 水 則 來 自 14 口 深 井 ， 其 出 水 量 約 20,000

CMD。地 下水 先抽送 進入 氣曝塔 再落至 沉澱 池，然部 分深 井則 以

明管方式由沉澱池頂直接進入，經沉澱後之水另引入分水井送至

慢濾池及快濾池兩系統，分別予以過濾，最後經消毒後再送供水

區。本場自民國62年以後，未辦理擴充，目前併入拷潭淨水場統

一管理。現有平面配置及處理流程分別詳圖2.5及圖2.6。

表2.1 高屏溪流域污染分區表 面積 污染分區

公頃 %

範圍 污染指標

甲類水體區 212,850 65

＊ 包括飲用水水源水質保護區及山林保 護區等甲類水體

＊ 行政區域包括：甲仙鄉、三民鄉、桃 源鄉、茂林鄉、六龜鄉、三地鄉、霧 台鄉、瑪家鄉

＊ 此區域水體主要用 為飲用水，以 NH

₃

-N 為污染指標

總量管制區 81,200 25

＊ 包括高屏溪攔河堰以上之乙類水體

＊ 行政區域包括：甲仙鄉、杉林鄉、旗 山鎮、美濃鎮、六龜鄉、大樹鄉、內 門鄉、里港鄉、高樹鄉、三地鄉

＊ 此區域水體主要用 為飲用水，以 NH

3

-N 為污染指標

一般管制區 31,650 10

＊ 高屏溪攔河堰以下之河段

＊ 行政區域包括：大寮鄉、林園鄉、鹽 埔鄉、九如鄉、屏東市、萬丹鄉、新 園鄉

＊ 該河段以 BOD

5

為污 染指標

資料來源：「大高雄地區自來水後續改善工程規劃」，中興工程顧問公司，民國89年7月。

表2.2 高屏溪流域污染分析

畜牧廢水 生活污水 事業廢水 垃圾滲出水 總量 河段區域

Kg/D % Kg/D % Kg/D % Kg/D % Kg/D

甲類水體區

（氨氮） 50 15 56 17 0 0 224 68 330

總量管制區

（氨氮） 3,310 74 626 14 246 5.5 291 6.5 4,473

一般管制區

（生化需氧量） 6,295 58 3,148 29 1,194 11 217 2 10,854

資料來源：「大高雄地區自來水後續改善工程規劃」，中興工程顧問公司，民國89年7月。

圖2.3 拷潭淨水場現況平面圖

圖2.3 拷潭淨水場現況平面圖

污水及污泥管線 原水及清水管線

清水池

污泥脫水設備 污泥濃縮池

污泥餅運棄 圖 例:

廢水池

(7萬CMD)

氣曝塔

膠凝沉殿池 加氯

九曲堂抽水站 翁公園抽水站 會結抽水站 高

屏 溪

(18萬CMD)

水躍池 深井 分水井

混合池 加氯

迴流池

洗 砂 廢 水

洗 砂 廢 水 快濾池

加氯 迴流池 快濾池 清水池

加氯

(25萬CMD)

配水系統

圖 2.4 拷潭淨水場現況流程圖

圖2.4 拷潭淨水場現況流程圖

圖2.5 翁公園淨水場現況平面圖

污泥餅運棄 高

屏 溪

深井

廢水池

污泥乾燥床

原水及清水管線 污水及污泥管線 圖 例:

快濾池

(8仟 CMD)

沉澱池 氣曝塔

配水系統

(2萬8 CMD)

加氯

清水池 洗 砂 廢 水

翁公園抽水站 分水井

(2萬 CMD)

清水抽水井 加氯

慢濾池

圖 2.6 翁公園淨水場現況流程圖

圖2.6 翁公園淨水場現況流程圖

第三章 薄膜處理程序分析

3.1 逆滲透法（ Reverse Osmosis,RO）之沿革

逆滲透膜的發展始於六十年代初期，Lobe & Sourirajan為了 做海水 淡化而成功開發 出相轉法（ Phase Inversion）製膜 技術，

以 此 技 術 製 得 的 逆 滲 透 模 具 有 表 面 緻 密 ， 底 層 疏 鬆 的 非 對 稱 性

（Asymmetric）的結構，有效的提高了膜的透水量。八十年代由 於製備複合膜（Thin Film Composite,TFC）的界面聚合（Interfacial Polymerization）技術 成功 的應用 於商業 化生 產，更提 高了 膜的 透 水量，使得逆滲透程序比其他分離程序更具競爭力。

一般商業用的逆滲透膜材質大致可分為醋酸纖維（Cellulose Acetate,CA） 及 聚 醯 胺 （ Polyamide,PA） 兩 類 ， 前 者 之 單 位 面 積 流率高，適用於管筒型及螺旋型，後者則因其單位體積具有大表 面積，適用中空纖維型。一般而言，聚醯胺類材質擁有較長壽命。

近 十 年 來 各 種 海 水 淡 化 法 產 水 量 不 斷 的 成 長 ， 雖 然 RO開 發 較晚（1960年），但以逆滲透處理海水淡化法已逐漸取代多級閃 化法（MSF）。主要原因是薄膜材質及能源回收改良技術已達成 熟階段，不但使淡化成本降低且造水率提高，除鹽率高達99.5%，

而 薄 膜 平 均 使 用壽 命 延 長 至 5年 左右 ， 綜 上 述 之 優點 將 薄 膜 法 導 入自來水高級淨水處理程序，確有其研討價值。

3.2 薄膜技術之特性

以目前改善水質而為了降低水中總溶解固體量及硬度，必須

使用薄膜程序進行處理，其與傳統淨水處理技術相較，薄膜技術

之特點有：

1.絕 對的 物理 過濾作 用， 可去除 懸浮固 體物 、溶解 性固體 物、 膠 體顆粒、藻類、寄生孢子及總硬度。

2.不須加化學藥品就可做到固 -液分離及消毒。

3.無混凝劑及消毒劑殘留。

4.雖然原水水質變化大，仍能維持一定的過濾水質。

5.可視需要性與其他處理程序組合成淨水系統。

6.利於自動化，可減少人力之需求。

7.可去除農藥及微量有機物。

8.佔地較小，設備具擴充彈性。

3.3 薄膜處理方式

薄 膜 法 主 要 有 壓 力 驅 動 之 納 濾 (NF)及 逆 滲 透 (RO)與 電 極 驅 動 之 電 透 析 法 (ED) 兩 種 方 法 ； 其 他 尚 有 離 子 交 換 法 與 冷 凍 法 (Freezing)等，由於壓 力驅 動之薄 膜法目 前使 用較為 普遍，消耗 能 源最少，濃鹽排放為常溫，對環境影響較少，其薄膜程序係利用 外力（壓力或電力）使水或離子通過半透膜，分離水中之不純物 質。

一般薄膜之型式可分為四種型式：

1.逆滲透 （ Reverse Osmosis， RO）

2.納濾 （ Nanofiltration， NF）

3.超濾 （ Ultrafiltration， UF）

4.微濾 （ Microfiltration， MF）

其 分類 與功能 表如 表 3.1所 示。由表 中所 知， RO可阻 擋所 有 溶 鹽 與 無 機 分 子 ， 以 及 任 何 分 子 量 大 於 100的 有 機 物 ， 溶 鹽 之 脫 鹽 率為 95%，甚 至可 達 99%， 可是 在飲 用水 處理 上，並 不需 要把 離子完全的去除，希望保留適當的礦物質；NF所需操作壓力只有 RO的三分之一，透 膜壓 一般為 50~225psi，除 可保留適 當離 子外，

亦可應用於地表水中色素、總有機碳、總溶解固體物的去除及特 殊食物與廢水處理時有機與無機物的分離，故在自來水處理運用 上日益受到重視。另UF膜可排除膠體、蛋白質、微生污染物與較 大 有 機 物 ， 而 可 透 過 所 有 溶 鹽 及 較 小 的 分 子 ， 其 濾 程 序 同 逆 滲 透，唯所分離的物質通常為有機水溶性溶質而非無機鹽；而微過 濾 （ MF） 之 過 濾 方 式 不 同 於 其 他 分 離 膜 程 序 的 橫 向 流 過 濾 ， 是 以傳統的直向流過濾，其所應用之微濾膜是一種不必清洗的拋棄 式濾心，可排除懸浮固體及大膠體，應用於去除細菌、凝聚物及 懸浮固體之去除，透膜壓一般為10psi。

目前於全世界薄膜在自來水處理應用上已被廣泛的應用，由 上述之四種薄膜處理程序的運用，可結合或取代傳統之混凝、沉 澱、砂濾、軟化及臭氧、活性碳等高級處理，於國內的環保中具 有相當的實用潛力。

3.4 薄膜前處理方式

淨水處理薄膜過濾機組最主要之組件為滲透膜，為延長滲透

膜之使用壽命及充分發揮其過濾功能，就必須於原水中加入適當

的化學藥品來降低滲透膜被原水中的雜質阻塞的可能性，或加設

前處理過濾設備。對於原水中會產生滲透膜面積垢污堵之物質及 其處理方式，可分為下列五類：

1.固體物的污堵 (particle fouling)

較大顆粒的物質會造成此類問題，如進水中 之懸浮 固體物 、 細砂、泥沙和鐵銹等，因此類阻塞常發生於還未沉積之前即已堵 住薄膜膜組的水體流通管道。但對於此阻塞現象只需要強化前處 理功能即可獲致大幅改善，一般做法為於薄膜前端加入5∼ 10μ m孔徑的彈筒型過濾器去除，即可解決。

2.無機鹽類結垢 (scale formation)

主要常發生之無機鹽類結垢當屬碳酸鈣結垢，而其發生的傾

向可以由蘭氏飽和指數(LSI)或鈣穩定指數(S&DSI)來預測，前者

適用於總溶解固體(TDS)低於10,000ppm的水體，例如自來水或河

水，而後者則適用於TDS 10,000ppm以上的水體，例如海水或高

濃 度 廢水 。一 般言 之 ， LSI或 S&DSI經 計 算 後， 若 其值 大 於零 時

則表示有結垢傾向，即應採取相對之抗垢措施。此外部分低溶解

度 無 機 鹽 亦 能 產 生 結 垢 現 象 ， 例 如 硫 酸 鈣 (CaSO

₄

) 、 硫 酸 鍶

(SrSO

₄

)、硫 酸鋇 (BaSO

₄

)和二氧化矽 (SiO

₂

)等，皆以溶 解度 積 (Ksp)

來預測。一般納濾及逆滲透薄膜因能攔除無機鹽類，故有可能於

膜面產生此類無機鹽類之結垢，而微濾及超濾薄膜則無此類之結

垢現象。欲降低此類結垢物質之 產生，一般 皆需 設置軟水 系統 、

其他特別的前處理設備，或添加化學藥劑以控制此 類無機 鹽類 。

3.有機污堵 (organic fouling)

有機污堵係指可溶性的有機物在逆滲透膜表面沉積，所引起 的一種污堵現象，其中包括油脂、脂肪、界面活性劑、蛋白質及 腐質酸等。其去除方法可以強鹼等藥劑洗除或使用酵素清潔來分 解，或採活性碳、混凝沈澱+砂濾去除之。

4.膠體污堵 (colloidal fouling)

膠體污堵係指黏土、淤泥、腐質物及微生物等所形成的膠體 顆粒沉積在逆滲透膜面，因而造成逆滲透膜性能下降的一種污堵 現象，膠體問題大多在以地面水為進水時較易產生。其顆粒之大 小在0.3∼5μ m， 可以穿透過前處理設備，而沉積在膜面，使積 垢 情 形 更 惡化 。其 去 除 方 法可 於逆 滲 透 系 統之 前採 濾 料 處 理 (砂 濾)，混凝沈澱+砂濾、彈筒型過濾器、微濾膜(MF)處理法、超濾 膜(UF)處理法。

5.生 物 污堵：(biological slime formation)

顆粒雖僅有1∼3μm大小，仍無法通過半滲透膜而在表面淤 塞，破壞半滲透膜組織。如在原水中加氯處理，則可消除微生物，

但氯對無耐氯性之半滲透膜的材質會產生破壞。因此，原水在加 氯處理後，並在送入半滲透膜前，需視採用滲透膜材質特性之需 求再加亞硫酸鈉、硫代硫酸鈉等還原劑以去除殘餘氯。

為了防止污堵現象須對進流水質施以不同型式的前處理，可大

幅降低阻塞潛能，延長薄膜清洗的時間間距，降低操作成本，由上

述說明綜合整理薄膜前處理方法如表3.2、表3.3。

表3.1 壓力驅動式薄膜之分類與功能表

薄 膜 形 式 孔 隙 大 小 驅 動 力 去 除 機 制 功 能 用 途

Reverse Osmosis（RO） 0.0001~0.001μm 壓 力 篩濾

去除病毒、細菌、病原菌 去除所有有機物

去除溶解鹽類 去除小分子染料

Nanofiltration

（NF） 0.001~0.01μm 壓 力 篩濾

去除病毒物、細菌 去除大分子無機性離子 去 除 分 子 量 300~1000 Dalton有機物

去除鹽類

去除小分子染料

Ultrafiltration（UF） 0.01~0.1μm 壓 力 篩濾＋溶解 擴散＋電性排除

去除大分子有機物、細菌 去除膠體物質

去除懸浮固體物 去除大分子染料

Microfiltration（MF） 0.1~2μm 壓 力 溶解擴散＋

電性排除 去除懸浮固體物

資料來源：錄自「薄膜程序在自來水淨水工程上之應用」。

表3.2 薄膜前處理方法一覽表

處 理 內 容

初 級 前 處 理 目 的 缺 點 二 級 前 處 理 目 的 軟 化 離 子 交

換 方 法

以 鈉 來 交 換 鈣 / 鎂 而 形 成 可 溶 性 的 碳 酸 鹽

高 TDS會 造 成 錯 開 (slip) ， 最 高 限 是 800mg/L ， 當 容 量 高 於 9,000m³/day 時 ， 則 成 本 太 高

抗 垢 劑 延 緩 任 何 會 因 錯 開 造 成 沉 澱 的 趨 勢 石 灰 軟 化 法 將 鈣 / 鎂 以 碳 酸 鈣

及 氫 氧 化 鎂 的 沉 澱 除 去

當 容 量 小 於 5,000m³/day時，則 不 適 合

加 酸 或 抗 垢 劑

防 止 後 沉 澱

加 酸 用 較 易 溶 的 氯 鹽 及 硫 酸 鹽 來 替 換 重 碳 酸 鹽

成 本 高 抗 垢 劑 作 為 酸 劑 失 敗 時 的 儲 備 方 法

鈣

\ 鎂

之碳酸

加 入 抗 垢 劑 模 擬 延 緩 自 然 沉 澱 的 形 成

不 正 確 的 抗 垢 劑 劑 量 或 不 當 的 停 止 操

作 都 會 造 成 沉 澱 － － 基 本 軟 化 法 以 鈉 來 交 換 鈣 / 鎂

而 形 成 可 溶 性 的 碳 酸 鹽

－ －

硫 酸

鹽 加 入 分 散 劑 模 擬 延 緩 自 然 沉 澱

的 形 成 － －

提 高 溫 度 增 加 溶 解 度 加 熱 的 成 本 高

－ －

二 氧 化 矽

石 灰 軟 化 法 使 一 些 二 氧 化 矽 和 碳 酸 鈣 及 氫 氧 化 鎂 一 起 沉 澱

不 適 合 於 容 量 小 於

5,000m³/day之 用 － － 曝 氣 氧 化 和

過 濾

以 氧 化 鐵 的 型 式 沉 澱 較 易 被 濾 床 過 濾 掉

有 其 他 可 被 氧 化 之 物 質 出 現 時 ， 例 如 硫 化 氫

加 酸 防 止 進 一 部 的 沉 澱

去 除 所 有 氧 化 劑 例 如：空 氣 或 氯

使 之 保 持 可 溶 性 的 二 價 鐵 離 子 狀 氯 態

加 酸 增 加 溶 解 性

鐵的沉澱

酸 劑 保 持 溶 液 中 鐵 的 溶 解 狀 態

要 保 持 PH值 在 5，

所 用 的 酸 劑 相 當 昂

貴 － －

表3.2 薄膜前處理方法一覽表(續)

處 理 內 容

初 級 前 處 理 目 的 缺 點 二 級 前 處 理 目 的 加 入 凝 聚 劑

和 過 濾

使 膠 體 形 成 可 被 過 濾 的 大 粒 子

加 酸 防 止 膠 體 物 質 的 後 沉 澱

膠體物 軟 化 離 子 交

換 法

當 溶 液 濃 縮 時 ， 會 抑 制 膠 凝 發 生 ， 膠 體 會 通 過 逆 滲 透 系 統 ， 進 入 濃 縮 液 中

不 適 合 於 高 TDS 的 水 質 ， 因 為 它 會 錯 開 (slip)軟化 劑，使 得 被 軟 化 的 水 增 加 5mg/L的 硬 度

－ －

去 除 氣 體 並 加 氯

大 部 分 的 硫 化 氫 會 以 氣 態 消 失 ， 而 留 下 的 硫 化 氫 則 被 氧 化 成 硫 酸

若 是 硬 水 則 必 須 先 加 酸 ， 以 防 其 結 垢 在 除 去 氣 體 的 裝 置 之 上

加 入 焦 亞 硫 酸 鈉 經 過 活 性 碳 濾 床 － 硫化氫 除 去 氧 化

劑，例 如 空 氣 和 氯

使 之 保 持 溶 解 狀 態 有 細 菌 產 生 ， 並 造 成 操 作 維 持 的 困 難

排 出 前 要 先 去 除 氣 體 以 防 其 危 及 住 戶

此 氣 體 是 一 種 危 害 物

加 入 焦 亞 硫 酸 鈉

以 化 學 反 應 除 去 氯 若 加 藥 失 敗 會 有 災 害 發 生

儲 備 之 第 二 種 劑 量

為 了 安 全 性 而 幫 助 薄 膜 的 消 毒

氯和其他強氧化劑

活 性 碳 濾 床 作 為 吸 收 劑 及 氧 化 劑

濾 床 常 成 細 菌 的 溫 床 ， 因 此 必 須 再 生 或 定 期 更 換

附註：錄自經濟部工業局「廢水薄膜處理技術應用與推廣手冊」

表3.3 結垢、污堵前處理方式一覽表

前處理 CaCO

₃

CaSO

₄

BaSO

₄

SrSO

₄

CaF

₂

SiO

₂

SDI Fe Al 細 菌 氧化

劑 有機 物

加酸法 ● ○

抗垢劑 ○ ● ● ● ● ○ 以IX軟化 ● ● ● ● ● 以IX脫鹼 ○ ○ ○ ○ ○

石灰軟化法 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○

預防性清洗 ○ ○ ○ ○ ○ ○

操作參數之

調整 ○ ○ ○ ○ ●

濾煤過濾 ○ ○ ○ ○

氧化過濾 ○ ●

線上混凝 ○ ○ ○ ○

混凝膠凝 ○ ● ○ ○ ●

微/超過濾 ● ● ○ ○ ○ ●

彈筒型過濾 ○ ○ ○ ○ ○

氯化 ●

脫氯 ●

衝擊處理 ○

預防性殺菌 ○

GAC過濾 ○ ● ●

○可能 ●非常有效

附註：錄自經濟部工業局「廢水薄膜處理技術應用與推廣手冊」

第四章 分析淨水場處理設計計劃

4.1 水質處理目標

為求符合民眾對飲用水的需求，並能達到所訂定之水質目標 及提升傳統淨水處理的水質，本文將以拷潭及翁公園淨水場增設 高級淨水處理設備，採用薄膜高級處理系統，期藉薄膜法導入淨 水處理程序能符合下述功能為目標：

1.去除飲用水中致病性生物。

2.改善臭味（Odor）與口感（Taste），提高適飲性品質。

3.控制消毒副產物（Disinfection Byproducts）。

4.降低總溶解固體量與硬度，提供安全、可口、衛生的自來水。

4.2 設計流程

針對淨水處理流程係將全部原水經快混膠沈，奈米浮除，超 過 濾 (Ultrafiltration，簡稱 UF) 處 理 ，依原水 水質狀 況，部分 再 經 低 壓 逆 滲 透 薄 膜 (Low Pressure Reverse Osmosis， 以 下 簡 稱 LPRO) 處 理 後，將 UF及 LPRO產水依比例混合，使最終 出水 達到 設 計 之 出 水 水 質 要 求 。 其 拷 潭 與 翁 公 園 高 級 淨 水 處 理 設 備 鳥 瞰 圖，如圖4.1與圖4.2；系統流程圖如圖4.3所示；另以薄膜高級處 理系統設計出水水質要求如表4.1所示。

當原水有機物高於設定值，則於前端加入粉狀活性碳吸附處 理，然後流入既設之快混膠沈池，處理後上澄液送入奈米氣泡浮 除池，浮除池分三槽，第一槽以奈米氣泡氣提除去大部分氨氮，

第 二 槽 以 鹽 酸 (HCl) 調 節 pH值 為 6.5左 右 ， 使 原 水 中 部 份 HCO

3-

酸化為CO

₂

，並經空氣浮除脫CO

₂

後，pH約為7.0，浮除三槽後，

已 除 去 原 水 大 部 分 的 藻 類 及 懸 浮 物 質 ， 再 以 送 水 泵 加 壓 送 至 UF 膜組，UF膜組為Dead-end方式，操作中沒有排水，而快沖及反洗 水 取 自 LPRO之 濃 縮 排 水 由 邏 輯 控 制 單 元 (PLC) 自 動 進 行 快 沖 及反洗，反洗水含5 ppm餘氯，此反洗水中的餘氯並可降低LPRO 濃 縮 廢 液 中 的 COD 值 。 此 外 UF 膜 組 定 期 以 較 高 濃 度 的 餘 氯 (100~500 ppm) 浸泡清洗，以防止有機物及細菌造成的阻塞。

LPRO設備，低壓膜管有二種組 成，一 為 Loose RO（低離子 去除率），一為Low pressure RO（高離子去除率），為提高水利 用率，一般為多支膜組串聯，採用一台加壓泵浦，由進水加壓，

類似圖4.4所示（RO設備流程示意圖）。

由於LPRO為低壓操作膜 (約4-10 bar)，而單一列膜組（每支 管殼內裝6支40吋長膜管）壓降約為2 bar左右，三列串聯進水至 排水壓降達6 bar以上，即第一列第一支膜管與最後一列最後一支 膜管受壓差距甚大，每列膜組顯然操作壓力不同，此法不僅造成 泵浦壓降動力損失，浪費電力，且第一列膜組及最後一列 (第三 列 ) 膜 組 ， 單 位 面 積 產 水 量 (Flux) 相 差 常 達 數 倍 以 上 ， 此 時 最 高 造 水 率 只 能 為 85 %， 若 要 再 提 高 造 水 率 ， 必 須 繼 續 串 聯 第 四 列，甚至 第五列，但因第 三列之 Specific Flux已太低，無法 再串 聯膜組。若採用各列間增壓方式，如圖4.5所示（LPRO設備流程 示意圖）。

UF產水以第一台泵浦送入第一列 LPRO膜組，第一列濃縮排

水 以 第 二 台 泵 浦 增 壓 送 入 第 二 列 LRPO膜 組 ， 以 此 類 推 最 後 第 五 列濃縮排水收集於濃縮水槽，作為UF反洗之供水，反洗廢液經濃 縮 廢 液 處 理 池 處 理 後 澄 清 液 直 接 排 放 ， 而 污 泥 送 入 污 泥 脫 水 機 房，脫水後泥餅予以運棄。

各列膜組間以變頻器控制連動，除比圖4.4所示方式節省電力 外，每列壓力可依序增加，Flux平均。串聯五列造水率可達96 % 以上。

LPRO之 進 水 須 加 入 亞 硫 酸 氫 鈉 ， 抗 垢 劑 及 再 次 以 鹽 酸 調 整 pH值 。 亞 硫 酸 氫 鈉 用 以 還 原 UF產 水 因 反 洗 而 殘 留 之 餘 氯 ， 抗 垢 劑用以控制濃縮水硫酸鈣飽和限值達230 %不致沉積於膜表面，

鹽酸用以確保LSI值小於2。

各 列 膜 組 產 水 合 併 流 入 產 水 槽 ， 依 合 併 後 之 水 質 TDS 、 AOC、TH (硬度 ) 及 pH，依 比例 摻混 部分 UF產 水，混 合比 例因原 水 水 值 而 變 動 ， 使 混 合 後 水 質 達 到 TDS < 250 ppm， TH < 150 ppm，AOC < 50 μ g/L，pH > 6.5此混合產水加氯 後送入 清水 池，

再供應至高雄地區自來水用戶。

本 文 於 拷 潭 淨 水 場 曾 進 行 模 廠 測 試 ， 測 試 時 間 於 91.11.05至 92.01.27止，針 對 LPRO膜 採 用 串聯三列 進行 除鹽率 與造水 率的 測 試操作，其測試結果顯示除鹽率可達94.8%，造水率 可達 79.3%，

若依串聯五列推定造水率可達96%以上。其拷潭模型廠圖及測試 之LPRO操作紀錄如附錄所示。

4.3 處理設備單元說明

4.3.1 粉 狀 活 性 碳 設 備

含活性碳粉貯槽、活性碳液攪拌及輸送設備，設置於濾前處 理設備前端，並添加於原水進水管內，經水流充分混合，藉著吸 附作用能有效降低原水中之有機物、臭味及色度。另依據模廠試 驗結果，添加適量之粉狀活性碳能延緩UF膜管阻塞時間。

4.3.2 濾 前 處 理 設 備

包含快混、膠沈池與機械攪拌及沈澱排泥設備，為傳統淨水 處理系統之混凝沈澱過程。主要功能為藉著藥劑之注入及機械攪 拌 混 凝 作 用 ， 去 除 水 中 懸 浮 固 體 物 及 膠 體 物 以 達 到 初 步 淨 化 效 果，並減輕過濾設備之負擔。

混凝作用大致分成加藥、混合及膠羽形成三步驟，加藥為選 用合適之混凝劑加入原水中，由快速攪拌之混合作用，將加入水 中之藥劑急速擴散於處理水體，藉由混凝劑中高價陽離子中和水 中微細膠體表面所帶陰離子，使微細膠體互相聚合形成膠羽，然 後再由緩慢之攪拌或流動使膠羽逐漸長大而沈降，甚至也可能將 水中存在之無機物、有機物、生物、細菌等一起包納其中而沈澱 去除。

拷潭及翁公園淨水場計畫使用之混凝劑為聚氯化鋁（PAC）。

4.3.3 奈 米 氣 泡 浮 除 設 備 1.設計原理

奈米氣泡製造方式，係利用泵浦進氣閥之特性，吸入少量之

氣體經蓄壓釋壓擴散後，即可得直徑小於1μm之超微細氣泡，其

氣泡相當細膩在水中擴散後狀如牛奶般，由於摒棄傳統以空壓機 打入空氣之方法，不但減少設備佔地面積，管理維護容易，且氣 泡 擴 散 均 勻 ， 水中 停 滯 時 間 長 達 3分 鐘 以 上 ， 故 設計 水 力 停 留 時 間可相對減少。奈米氣泡加壓浮除設備示意圖如圖4.6所示。

2.裝置方式

奈 米 氣 泡 產 生 器 裝 置 於 浮 除 池 兩 側 ， 間 距 為 2公 尺 ， 每 一 產 生 器 兩 個 出 水 管， 出 水 管 間 距 為 1公 尺 ， 浮 除 池 設計 為 三 槽 ， 中 間 設 隔 牆 使 水 流 方 向 為 上 下 左 右 流 動 ， 藉 延 長 水 流 增 加 浮 除 效 果。上層兩側設有浮渣刮除設備，底部預留維修清洗污泥坑及排 泥設施。

3.主要功能

(1)脫氣—吸入空氣因氣提作用，可去除水中CO2及NH3。

於酸性狀態：HCO3- ＋ H+ → CO2 ↑＋ H2O。

於鹼性狀態： NH4+ ＋OH-→ NH3 ↑＋ H2O。

脫氣能力可達80 ％以上。

(2)去 除 懸 浮 顆 粒— 於 膠 沈 池 後 懸 浮 微 細 顆 粒 （ 含 藻 類 ） 可 因 微 細氣泡浮除功能使SS值降至20 ppm以下（原水SS值愈大效果 愈佳）。

(3)臭 度 及 色 度 去除 — 因 空 氣 中 氧 氣 溶 入 水 中 之 氧 化 作 用 及 空 氣 氣提功能，臭度及色度可大幅降低。

(4)降低COD—單純奈米氣泡浮除可降低COD值30 ％以上，配合膠

沈設備可達50 ％以上。

4.設計準則

由於採用迴流式加壓浮除法，經特殊之減壓閥，可產生直徑 小於1 μ m之氣泡，使浮除槽內的水呈乳白色狀，由於氣泡之黏 滯阻力與浮力幾乎達到平衡狀態，故氣泡上升緩慢，氣泡在水中 停留時間亦相增長。

設計準則如下：

(1)水力停留時間： 8 min以上。

(2)迴 流 比 ： 8 ％以上。

(3)壓 力 槽 ： 4∼8 kg / cm2左右 4.4 UF設備

4.4.1 功 能 說 明 與 材 質 構 造

UF設備，可 除去水中之 淤泥，浮懸顆 粒，並可除 去矽化 物，

鐵、鋁之氧化物、有機物質、細菌及膠體，能使產水淤泥指數（Silt Density Index簡 稱 SDI） 小 於 1， 可 防 止 LPRO膜 管 阻 塞 ， 為 有 效 的LPRO膜管前處理方法。

UF膜片孔隙小於 0.05 μ m (分 子 量約為 100,000 MWCO)，與

MF不同 處，在於 UF可 濾除大分子有機物 及因膠沈時加硫 酸鋁所

產生的鋁的膠體，而MF僅為0.1 μ m孔隙無法過濾有機物及部份

膠體。因本工法未加入臭氧或其他氧化劑，原水中有機物分解程

度低，不會造成AOC增量，故UF膜可因過濾作用而降低水中可形

成AOC的有機物質。此外，UF將鋁及鐵氧化形成的膠體濾除，可

以避免LPRO膜組阻塞。

UF膜片材質採用 PVDF高分子材料製造，具有不黏結污泥及 耐化學藥品的特性，UF設備型式採可反洗之板式構造具有容易沖 洗的優點，且於必要時可拆解清洗UF膜片。

4.4.2 單 元 設 備 尺 寸

UF設備由 150片 UF膜片組成一個 Stack (DS-160)， 48個Stack 與連接管線及控制閥組裝成一組框架，每套UF設備有五組框 架，

一台UF加壓泵及變頻器

Stack 尺 寸：ψ 45 cm ×100 cm (H)

框 架 尺 寸：300 cm (L) ×100 cm (W) ×595 cm (H) 4.4.3.產水量與操作壓力

每一個Stack設計產水量：2.95 CMH

每 組 框 架 產 水 量 ：2.95 ×48＝141.6 CMH 每 套UF設 備 產 水 量：141.6 ×5＝708 CMH/套 本工程UF設備設計數量為20套（含備用2套）

UF設備操作壓力為 1 bar 4.5 LPRO設備

4.5.1 功 能 說 明 與 材 質 構 造

LPRO設 備 主 要 功 能 為 去 除 水 中 重 金 屬 、 毒 性 物 質 以 及 降 低

水中TDS與TH（ 硬度）濃度以提升自來水可口度與適飲性，而本

工程為提高水利用率，採五段串聯排列，分段加壓方式，不僅節

省 電 力 每 列 壓 力 依 序 增 加 ， Flux平 均 ， 且 造 水 率 可 高 達 96 ％ 以

上。

LPRO膜管採螺旋纏繞式（ Spiral Wound）， 材質為 TFC-PA。

管殼材質為FRP（玻璃纖維管）。

4.5.2 單 元 設 備 尺 寸

每套LPRO設備包含：

(1)62只管殼（每只管殼裝設6支膜管）。

(2)連接管線及控制閥。

(3)監視儀錶。

(4)五台加壓泵及變頻器。

管殼與連接管線及控制閥組裝成一組框架。

每組框架尺寸：700 cm (L) ×300 cm (W) ×485 cm (H)。

管殼尺寸為ψ9.6〞×258〞（ψ24.4 cm ×655.3 cm）。

膜管尺寸為ψ7.88〞×40〞（ψ20.02 cm ×101.6 cm）。

4.5.3 產 水 量 與 操 作 壓 力

每支膜管設計產水量：1.1∼1.2 CMH/支。

每套LPRO設備產水量：437 CMH。

每套LPRO設備濃縮排水：15.4 CMH。

本 工 程 LPRO設 備 設 計 數 量 為 19套 ， 操 作 時 啟 用 套 數 因 原 水 水質而變動，平常水質時啟用12套，產水量約為總出水量48 ％ ， 最差水質時全部啟動，產水量約為總出水量76 ％。

LPRO設備五列操作壓力為5.2 bar至 9 bar之間 ，除第 一列動

力直接加壓至操作壓力外，第二列之後係利用前一列排水餘壓予

以增壓至設計操作壓力，並由變頻器控制，故動力費相當節省。

4.6 預期成果與效益

近 年 來 新 興 高 科 技 產 業 快 速 發 展 所 產 生 之 廢 水 帶 來 水 源 的 污染，很多無法預知之有毒物質、致病性物質、重金屬污染等已 對人體健康造成潛在威脅，因此降低總溶解固體量（TDS）以減 低 風 險 並 阻 絕 污 染 物 ， 已 成 為 全 世 界 飲 用 水 水 質 要 求 之 潮 流 趨 勢 。 另 外 民 眾 生 活 水 準 提 升 後 ， 對 於 飲 用 水 口 感 要 求 也 日 漸 嚴 格，因此自來水水質除了安全衛生外，可口度與適飲性亦為民眾 要求的條件，而傳統淨水處理系統所提供之自來水水質已無法保 證符合要求。

本 文 提 出 先 進 之 低 壓 逆 滲 透 （ LPRO） 薄 膜 處 理 ， 並 搭 配 奈 米氣泡浮除與超過濾（UF）為 前處理 設備，產水 水質穩 定性 高，

除了有效降低總溶解固體量與硬度外，亦可去除致病性物質，另 外造水率高達96%以上，可減少水資源浪費及降低操作成本等功 效，整套系統設計及預期目標已為世界之創舉，完成後不僅大幅 提升大高雄地區自來水品質，也昭告全世界在台灣可以較便宜的 價格享受到最佳品質之飲用水，並有效供應量足質優之飲用水，

讓民眾在任何季節、任何時間皆能不受天災、氣候之影響，安心、

安全使用飲用水而不虞匱乏，提升民眾對飲用水品質的滿意度。

圖4.1 拷潭高級淨水處理設備鳥瞰圖

圖4.2 翁公園高級淨水處理設備鳥瞰圖

萬丹路 清水池

操作樓

浮除池

混凝沉澱 池 沉砂

池 慢濾池

氣曝塔氣曝塔

高屏溪

自 來 水 高 級 淨 水 處 理 設 備 系 統 流 程 說 明

快 混 池

快 混 池 膠 沉 池 膠 沉 池 調 節 池 調 節 池 奈 米 氣 泡 浮 除 池 奈 米 氣 泡

浮 除 池

UF設 備

UF設 備 LPRO設 備 LPRO設 備 產 水 槽 產 水 槽 清 水 池 清 水 池

功 能 ：

去 除 水 中 懸 浮 顆 粒 形 成 微 細 膠 羽

功 能 ：

形 成 大 膠 羽 沉 澱 去 除 濁 度

污 泥 處 理 系 統

污 泥 處 理 系 統 污 泥 餅 資 源 化 處 理 污 泥 餅 資 源 化 處 理

功 能 ：

污 泥 濃 縮 、 脫 水

功 能 ：

調 節 、 分 配 水 量

功 能 ：

去 除 懸 浮 顆 粒 、 藻 類 、 臭 味 ， 氣 提 氨 氮 、 C O₂ 增 加 溶 氧 ， pH調 節 ， 氧 化 作 用

功 能 ：

孔 隙 0.05 µm 去 除 微 細 顆 粒 、 金 屬 氧 化 物 、 膠 體 、 大 分 子 有 機 物 ， 過 濾 微 生 物

功 能 ：

降 低 總 溶 解 固 體 (TDS ) 降 低 硬 度 ， 去 除 氨 氮 與 有 機 物 ， 維 持 水 質 正 常 離 子 比 例

( Qa ve :2 61,000 CMD) ( Qm ax :3 13,200 CMD) 配 水 系 統

功 能 ： 貯 存 處 理 後 之 清 水 功 能 ：

混 合 後 產 水 TDS <2 50ppm TH < 150ppm

﹝ 符 合 2003年 7月 台 灣 第 三 階 段 飲 用 水 標 準 ﹞

進 水

圖4.3 薄膜處理系統流程圖

圖4.4 RO設備流程示意圖

圖4.5 LPRO設備流程示意圖

圖4.6 奈米氣泡加壓浮除設備示意圖

壓力槽

表4.1 薄膜高級處理系統設計出水水質要求

水質項目 設計出水水質要求（最大限值）

藍氏飽和指數（LSI） -1 < LSI < 1 pＨ 6.5 - 8.0

色度 3 PCU

臭度 1 TON（未加氯前）

濁度 0.3 NTU 100 % of the time

總硬度 150 mg/L

總溶解固體量（TDS） 250 mg/L 氨氮（NH

4+

-N） 0.08 mg/L 亞硝酸鹽氮（NO

₂^-

-N） 0.08 mg/L 硝酸鹽氮（NO

3-

-N） 8 mg/L

鐵 0.25 mg/L

錳 0.04 mg/L

砷 0.01 mg/L

鉛 0.05 mg/L

鎘 0.005 mg/L

鉻 0.05 mg/L

汞 0.002 mg/L

硒 0.01 mg/L

溴酸鹽 0.008 mg/L

亞氯酸鹽(Chlorite) 1.0 mg/L

自由有效餘氯 0.5∼1.0 mg/L

殘餘臭氧 低於最低儀器可偵測極限

FPA 無特殊異臭味（於未加氯前）

Odor free （ FPA：閥限值 1）

總三鹵甲烷（TTHMs） 30 μg/L 五類鹵化醋酸（HAA5） 30 μg/L 總菌落數 1.0 CFU/mL

大腸桿菌群 0.0 MPN/100 mL；

0.0 CFU/100 mL 生物可利用有機碳 (AOC) 50 μ g/L

註：除臭度及FPA於未加氯前，其餘樣品為加氯後於清水池取得

第五章 結論與建議

5.1 結論

1. 為 提升 自來水 在口感、味覺、硬度等適 飲性 品質，有 效改 善大 高雄地區對飲用水水質之疑慮，以拷潭及翁公園淨水場為例，

將採用薄膜系統技術之高級淨水處理設備，藉由設計執行後提 供民眾更好的水質需求與滿意度。

2. 本 研 究 論 文 所 提 供 之 薄 膜 法 結 合 傳 統 淨 水 處 理 流 程 將 可 有 效 解 決 長 久 以 來 水 質 不 佳 的 問 題 ， 並 能 符 合 環 保 署 九 十 二 年 七 月 一 日 起 實 施 之 第 三 階 段 飲 用 水 水 質 標 準 ， 以 保 障 民 眾 長 期 用水之安全。

3. 採用高級淨水處理必須遵循良好工程方法，在 RO系統 設計中 薄 膜 模 組 為 系 統 主 要 單 元 ， 將 會 影 響 整 個 系 統 單 元 之 操 作 ， 應 注 意 以 提 供 最 佳 進 流 水 水 質 ， 且 小 心 選 擇 系 統 單 元 及 建 造 材質，以提供穩定的長期性能。

4. LPRO薄 膜 帶負 電極 性，會與 帶正電極 性物 質結合 造成薄 膜阻

塞 現 象 ， 另 薄 膜 積 垢 過 程 通 常 與 有 機 物 或 無 機 物 沉 積 在 薄 膜

表面結垢阻塞有關；當產生上述問題時，將造成RO膜水滲透

力 降 低 （ 流 通 率 遞 減 ） ， 伴 隨 壓 降 之 增 加 ， 嚴 重 者 會 導 致 性

能 衰 減 或 模 組 完 全 破 壞 ； 故 控 制 薄 膜 積 垢 之 方 法 即 找 出 積 垢

成因藉以改善前處理或操作條件（添加抗垢劑）加以去除。

5.2 建 議

1. 嚴 格 管 制 畜 牧 、 工 業 廢 水 計 畫 ， 目 前 高 屏 溪 流 域 管 理 委 員 會 已 設 立 運 作 ， 其 事 權 的 統 一 與 政 令 執 行 的 成 效 應 落 實 ， 為 達 到 管 制 水 質 的 目 的 ， 減 少 原 水 水 質 造 成 淨 水 處 理 的 負 荷 能 力 ， 急 需 落 實 的 工 作 是 廢 水 防 治 方 式 之 報 備 制 度 、 廢 水 防 治 情 形 自 動 提 報 制 度 及 防 治 設 施 簽 證 制 度 ， 並 貫 徹 沿 岸 離 目 政 策的執行與輔導流域內高污染性工業遷出水源保護區。

2. 建 立 合 理 反 應 水 價 機 制 ， 目 前 國 內 水 價 偏 低 ， 無 法 確 實 反 映 成 本 ， 以 企 業 營 運 管 理 觀 之 ， 增 設 高 級 淨 水 處 理 設 備 後 ， 操 作 營 運 成 本 勢 必 增 加 ， 為 符 合 使 用 者 付 費 之 觀 念 ， 並 可 避 免 因 水 價 過 低 ， 造 成 民 眾 不 珍 惜 水 資 源 的 浪 費 行 徑 ， 建 議 應 建 立 合 理 反 應 水 價 之 機 制 ； 未 來 如 利 用 高 級 淨 水 處 理 設 施 所 生 產 的 優 質 水 ， 仍 將 其 水 用 於 洗 車 、 澆 花 或 盥 洗 等 日 常 用 水 ， 僅小部分提供飲用需求，豈不是本末倒置的現象。

3. 配 合 高 級 淨 水 處 理 設 備 之 作 業 建 議 ， 現 階 段 水 源 水 質 改 善 措 施 無 法 落 實 ， 短 期 之 內 改 善 成 效 不 明 顯 ， 且 因 應 未 來 日 趨 嚴 格 的 飲 用 水 水 質 標 準 ， 建 議 應 將 水 源 水 質 改 善 列 為 長 期 執 行 之 目 標 ， 並 配 合 進 行 高 級 處 理 設 備 的 興 建 及 原 有 處 理 設 備 的 改善，以解決民眾對自來水水質不潔的疑慮。

4. 在 各 淨 水 場 出 水 水 質 不 同 及 混 合 供 水 的 配 水 管 線 汰 換 的 比 率

只 完 成 六 成 之 情 況 下 ， 水 質 的 品 質 較 難 以 掌 握 。 若 能 加 速 配

水 管 線 的 汰 舊 換 新 ， 將 可 使 管 線 中 因 藻 類 產 生 的 藻 臭 及 土 臭

味 降 低 ， 或 舊 管 線 腐 蝕 產 生 的 鐵 銹 味 等 異 味 降 低 ， 而 未 來 配 水系統腐蝕性方面也值得列為考慮方向之一。

5. 審 慎 評 估 水 資 源 與 產 業 發 展 之 關 係 ， 在 考 量 台 灣 未 來 的 產 業

發 展 、 環 境 生 態 的 維 護 與 社 會 變 動 等 因 素 下 ， 制 定 合 理 的 規

劃 方 案 與 分 配 各 類 用 水 的 標 的 ， 並 加 強 水 資 源 的 節 約 宣 導 、

回收利用等政策執行，有效管理水資源的整體利用。

參考文獻

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附 錄

(a)拷潭模型廠

(b)拷潭模型廠

時 間 91/11/5 91/11/5 91/11/6 91/11/6 91/11/6 91/11/6 91/11/6 一 段 進 水 5.0 5.1 5.0 5.1 5.0 5.1 5.1 二 段 進 水 5.2 5.2 5.1 5.2 5.3 5.3 5.4 三 段 進 水 5.2 5.2 5.1 5.4 5.4 5.5 5.5 廢 水 4.8 4.8 5.0 5.0 5.0 5.1 5.1

△ P1 0.2 0.1 0.1 0.1 0.3 0.2 0.3

△ P₂ 0.0 0.0 0.0 0.2 0.1 0.2 0.1

△ P3 -0.4 -0.4 -0.1 -0.4 -0.4 -0.4 -0.4 壓 差 上 限 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 壓 力

(kg_f/cm²)

壓 差 下 限 -1.0 -1.0 -1.0 -1.0 -1.0 -1.0 -1.0 進 水 17.2 17.1 16.7 16.7 16.6 16.5 16.1 一 段 產 水 6.6 6.7 6.6 6.5 6.6 6.5 6.1 二 段 產 水 3.2 3.2 3.2 3.2 3.0 3.1 3.1 三 段 產 水 2.5 2.5 2.5 2.6 2.6 2.5 2.5 總 產 水 13.5 13.3 13.1 13.1 13.0 12.9 12.5

廢 水 3.7 3.8 3.6 3.6 3.6 3.6 3.6 流 量

(CMH)

排 水

pH上 限 8.0 8.0 8.0 8.0 8.0 8.0 8.0 pH下 限 6.5 6.5 6.5 6.5 6.5 6.5 6.5 導 電 度 上 限 500 500 500 500 500 500 500

溫 度 27.9 26.9 26.1 27.7 28.9 27.7 27.3 導 電 度 628.7 704.0 670.6 701.0 553.0 730.0 695.0

pH值 6.76 6.23 6.74 6.32 6.71 6.46 6.59 RO

進 水

TH 290.7

溫 度 23.8 25.9 24.9 26.0 30.5 27.0 26.1 導 電 度 136.00 157.00 189.10 150.00 81.00 135.00 119.00

pH值 6.83 5.81 5.99 6.06 6.10 6.09 5.83 RO

產 水

TH 85.5

溫 度

導 電 度

pH值

水 質

混 合 產 水

TH

除 鹽 率 (%) 78.4% 77.7% 71.8% 78.6% 85.4% 81.5% 82.9%

造 水 率 (%) 78.5% 78.0% 78.4% 78.4% 78.3% 78.2% 77.9%

91/11/7 91/11/7 91/11/7 91/11/10 91/11/11 91/11/11 91/11/12 91/11/12 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 5.0 5.2 5.1 5.4 5.4 5.4 5.4 5.4 5.3 5.4 5.4 5.5 5.6 5.4 5.4 5.4 5.3 5.4 5.3 5.0 5.0 5.0 5.0 5.1 5.0 5.1 5.1 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.2 0.3 0.1 0.1 0.1 0.0 0.0 0.0 0.0 -0.1 -0.5 -0.6 -0.4 -0.4 -0.3 -0.3 -0.3 -0.2 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 -1.0 -1.0 -1.0 -1.0 -1.0 -1.0 -1.0 -1.0 16.1 16.1 16.4 16.4 16.4 16.6 16.5 16.5 6.1 6.0 6.1 6.3 6.2 6.2 6.3 6.3 3.1 3.1 3.1 3.1 3.2 3.2 3.2 3.2 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.7 2.6 2.6 12.5 12.5 12.8 12.8 12.8 13.0 12.9 12.9

3.6 3.6 3.6 3.6 3.6 3.6 3.6 3.6

8.0 8.0 8.0 8.0 8.0 8.0 8.0 8.0 6.5 6.5 6.5 6.5 6.5 6.5 6.5 6.5 500 500 500 500 500 500 500 500 27.6 28.5 29.2 27.2 26.3 26.8 26.6 28.7 540.0 678.8 552.8 665.0 616.8 593.6 590.6 580.0

6.66 6.64 6.47 6.60 6.71 6.66 6.83 6.84

290.7 307.8

26.5 27.1 27.7 26.4 26.3 26.6 27.6 26.8 80.00 117.00 95.00 135.60 99.30 105.70 101.90 92.70

5.95 6.04 5.99 5.86 5.80 5.81 5.92 5.98

34.2 34.2

26.2 26.5 26.7 26.6 26.8 378.0 363.8 327.8 303.5 282.2 6.30 6.43 6.42 6.52 6.47

136.8

85.2% 82.8% 82.8% 79.6% 83.9% 82.2% 82.7% 84.0%

77.6% 77.6% 78.0% 78.0% 78.0% 78.3% 78.2% 78.2%

91/11/13 91/11/13 91/11/14 91/11/14 91/11/15 91/11/15 91/11/18 91/11/18 5.0 5.0 5.0 5.1 5.1 5.1 5.0 5.0 5.4 5.4 5.3 5.4 5.3 5.3 5.3 5.3 5.3 5.3 5.4 5.3 5.4 5.4 5.4 5.4 5.0 5.0 5.0 5.0 5.1 5.1 5.0 5.0 0.4 0.4 0.3 0.3 0.2 0.2 0.3 0.3 -0.1 -0.1 0.1 -0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 -0.3 -0.3 -0.4 -0.3 -0.3 -0.3 -0.4 -0.4

1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 -1.0 -1.0 -1.0 -1.0 -1.0 -1.0 -1.0 -1.0 16.5 16.4 16.5 16.5 16.5 16.4 16.3 16.2

6.3 6.2 6.2 6.2 6.2 6.2 6.2 6.2 3.2 3.1 3.1 3.1 3.1 3.1 3.1 3.1 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 12.9 12.8 12.9 12.9 12.9 12.8 12.7 12.6

3.6 3.6 3.6 3.6 3.6 3.6 3.6 3.6

8.0 8.0 8.0 8.0 8.0 8.0 8.0 8.0 6.5 6.5 6.5 6.5 6.5 6.5 6.5 6.5 500 500 500 500 500 500 500 500 26.8 29.4 29.4 28.1 28.5 29.2 27.2 26.3 585.0 651.7 654.7 633.5 654.5 624.0 649.6 6.84 6.75 6.87 6.65 6.68 6.65 6.65 6.70

273.6

26.8 27.4 27.2 27.0 27.2 26.8 26.6 100.00 124.10 112.30 127.60 131.50 105.00 113.50 5.96 6.30 5.91 5.77 6.04 5.82 5.90 5.90

34.2

27.3 27.3 28.0 27.0 27.1 27.2 26.6 26.5 303.5 263.5 309.8 306.3 295.0 315.3 308.5 6.62 6.33 6.58 6.39 6.38 6.26 6.49 6.40

136.0 136.8

82.9% 81.0% 82.8% 79.9% 79.9% 83.2% 82.5%

78.2% 78.0% 78.2% 78.2% 78.2% 78.0% 77.9% 77.8%

91/11/19 91/11/20 91/11/20 91/11/21 91/11/21 91/11/22 91/11/23 91/11/25 5.1 5.1 5.1 5.1 5.2 5.2 5.2 5.3 5.3 5.4 5.4 5.4 5.4 5.5 5.5 5.6 5.4 5.5 5.5 5.6 5.6 5.6 5.6 5.8 5.0 5.1 5.1 5.1 5.1 5.2 5.2 5.3 0.2 0.3 0.3 0.3 0.2 0.3 0.3 0.3 0.1 0.1 0.1 0.2 0.2 0.1 0.1 0.2 -0.4 -0.4 -0.4 -0.5 -0.5 -0.4 -0.4 -0.5

1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 -1.0 -1.0 -1.0 -1.0 -1.0 -1.0 -1.0 -1.0 16.0 15.6 15.6 15.5 15.4 15.2 15.1 14.6

5.8 5.9 5.9 5.7 5.7 5.6 5.4 5.3 3.0 2.9 2.9 2.8 2.8 2.8 2.8 2.6 2.6 2.6 2.6 2.5 2.5 2.5 2.5 2.3 12.2 12.0 12.0 11.9 11.8 11.6 11.5 11.0

3.8 3.6 3.6 3.6 3.6 3.6 3.6 3.6

8.0 8.0 8.0 8.0 8.0 8.0 8.0 8.0 6.5 6.5 6.5 6.5 6.5 6.5 6.5 6.5 500 500 500 500 500 500 500 500 26.5 26.6 26.7 26.8 26.7 26.4 26.4 25.3 583.5 685.0 682.2 695.0 688.0 673.5 658.4 668.5

6.63 6.72 6.74 6.71 6.72 6.67 6.70 6.70

27.1 26.5 26.6 26.3 26.7 26.4 26.4 25.8 94.80 100.30 98.02 94.10 94.40 82.70 77.22 73.82

5.80 5.82 5.82 5.79 5.74 5.77 5.70 5.73

27.8 26.7 26.7 27.0 27.0 26.6 26.4 25.5 314.4 276.6 278.0 281.2 229.8 284.3 214.6 228.5

6.31 6.37 6.39 6.41 6.43 6.65 6.43 6.36

83.8% 85.4% 85.6% 86.5% 86.3% 87.7% 88.3% 89.0%

76.3% 76.9% 76.9% 76.8% 76.6% 76.3% 76.2% 75.3%