民國115年 普通考試 環保技術 環境化學概要
第3題
水化學平衡在現代自來水廠的操作和控制中起著至關重要的作用。試以 混凝、膠凝、沉澱處理流程為例，說明水化學平衡（如酸鹼平衡、溶度 積等）如何影響混沉單元的處理效率…
題目
水化學平衡在現代自來水廠的操作和控制中起著至關重要的作用。試以 混凝、膠凝、沉澱處理流程為例，說明水化學平衡（如酸鹼平衡、溶度 積等）如何影響混沉單元的處理效率。此外，請解釋如果平衡條件控制 不當可能產生的負面影響。（20 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、混凝、膠凝與沉澱的效率取決於膠體去穩定、顆粒碰撞與沉降性，而這些程序受酸鹼平衡、鹼度、溶度積與錯合平衡控制。混凝劑（如硫酸鋁、氯化鐵）投入後迅速水解，生成單核與多核羥基錯合物；其物種分布隨pH改變，直接影響電荷中和、壓縮電雙層（electric double layer）與架橋作用。
- 二、酸鹼平衡決定水解是否完全。以硫酸鋁為例，Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 → 2Al(OH)3(s) + 3CaSO4 + 6CO2，會消耗鹼度並降低pH；若鹼度不足，pH驟降，鋁水解停在低聚合態，混凝效果差且殘餘鋁升高。實務常加石灰或氫氧化鈉補鹼，維持最佳pH與掃掠絮凝（sweep floc）。
- 三、溶度積（Ksp）控制金屬氫氧化物與碳酸鈣的沉澱。Al(OH)3具兩性，在pH約6至7附近溶解度最低；pH過低時Al3+殘留，pH過高時Al(OH)4−生成，反使殘餘鋁上升。Fe(OH)3亦有最低溶解度區間；pH亦影響CaCO3飽和指數（SI），過飽和易結垢，欠飽和則腐蝕。
- 四、膠體與天然有機物（NOM）的電荷受pH支配。pH升高使腐植質去質子化、負電增強，需更高混凝劑量；鈣、鎂可經架橋促進絮體形成。pH偏離最佳值會使絮體細小、密度低、沉降慢，沉澱池出水濁度與有機物升高，後續消毒副產物（DBPs）風險增加。
- 五、控制不當的負面影響包括：劑量不足造成濁度、病原與NOM穿透；過量造成電荷反轉、膠體再穩定、污泥量與殘餘金屬增加；低pH腐蝕管網、高pH結垢；鹼度破壞使pH劇烈波動。應以瓶杯試驗、線上pH/鹼度/濁度與電荷監測回饋加藥，必要時調整鹼度與pH。
AI 依官方試題文字產生的參考解答，非考選部公告答案，內容僅供備考參考。