民國115年普通考試環境工程水處理工程概要考古題

民國115年普通考試環境工程水處理工程概要收錄考選部官方試題，共 4 題可線上瀏覽，考選部未公告本科目答案。

官方資料

若不考慮工程設計之安全係數，請根據自來水工程設施規範分別列舉取水、導水、淨水、配水等四項工程，於規劃設計時，參考之「設計水量」。（25 分）

一、設計水量之基本概念：設計水量係指設施在計畫目標年能滿足供水需求之流量，一般以「計畫最大日供水量」（Maximum Daily Demand, MDD）為基礎，再依各設施功能加計損失水量或廠內用水量。MDD＝計畫平均日供水量×最大日供水率（通常1.1～1.5），並以計畫目標年人口、用水普及率及每人每日用水量推估。
二、取水工程：取水設施之設計水量以計畫最大日供水量為準，並須檢核水源在枯水期之可靠度；河川取水應以枯水流量（如Q95）檢核取水能力是否足夠，另加計取水口攔污、損失及備用量，避免枯水期供水不足。
三、導水工程：導水設施（渠道、管路、抽水機組）之設計水量為MDD加計導水損失，損失包括蒸發、滲漏及漏水，一般取5%～10%；斷面或管徑以最大日流量設計，並以平均日流量檢核運轉經濟性與抽水機操作點。
四、淨水工程：淨水設施設計水量為MDD加計廠內用水量，廠內用水包括沉澱池排泥水、快濾池反沖洗水及初濾水等，通常為3%～10%；各單元應以最大日流量連續運轉為設計條件，並保留擴建彈性。
五、配水工程：配水池容量依MDD及最大時供水量（Maximum Hourly Demand, MHD）決定，配水管網則以MHD為設計流量並加計消防用水；MHD＝MDD／24×最大時供水率（約1.3～2.5），另需檢核最小時流量之滯留與水壓。

請分別比較自來水淨化處理之「慢砂濾」與「快砂濾」程序單元，兩種過濾單元在濾料配置方式顆粒大小、過濾後水質、固體物主要濾除機制、產水量、再生清理方式上的差異。（25 分）

一、濾料配置與粒徑：慢砂濾採細砂，有效粒徑（d10）約0.15～0.35 mm、均勻係數約1.5～3.0，濾層厚60～90 cm，濾速僅0.1～0.3 m/h；快砂濾採較粗石英砂，d10約0.45～0.55 mm、均勻係數1.3～1.5，層厚60～75 cm，可上加無煙煤成雙層濾料，濾速4～12 m/h。
二、過濾後水質：慢砂濾出水濁度可低於1 NTU，細菌去除率可達99%以上，對病毒及原蟲（如Cryptosporidium）亦有良好去除效果；快砂濾出水濁度約0.1～0.5 NTU，須配合混凝、沉澱之前處理，且過濾後仍須消毒以確保水質安全。
三、固體物主要濾除機制：慢砂濾以表層生物膜（Schmutzdecke）之篩除、生物分解與吸附為主，污染物多截留於表層數公分內；快砂濾則以濾床深層之接觸凝聚（contact flocculation）與吸附為主，機械篩除比例較低，濁質可深入濾層。
四、產水量與占地：慢砂濾濾速低、單位面積產水量小、占地大，適合小規模或水質良好之水源；快砂濾濾速高、產水量大、占地小，惟需反沖洗水（約占產水量2%～5%），適合大規模淨水場及高濁度水源。
五、再生清理方式：慢砂濾於水頭損失達限值時刮除表層砂1～3 cm並補充新砂，週期數週至數月，不需反沖洗；快砂濾則每日以水洗或空氣輔助水洗反沖洗，濾床膨脹率約15%～20%，並定期補充濾料、檢視承托層。

「含磷污染物」是導致河川優養化的污染物之一，請列舉廢污水中主要的含磷污染物及其來源，並列舉能去除含磷污染物的處理技術。（25 分）

一、含磷污染物種類：廢污水中之磷主要以正磷酸鹽（orthophosphate，如PO4³⁻、HPO4²⁻、H2PO4⁻）、聚磷酸鹽（polyphosphate，如三聚磷酸鈉STPP）及有機磷（organophosphorus，如農藥、磷脂）三類存在，另有附著於懸浮固體之顆粒態磷。
二、來源：生活污水主要來自人類排泄物、含磷清潔劑與洗劑；工業廢水來自肥料製造、電鍍、金屬表面處理、食品加工及洗劑製造；非點源則為農業施肥逕流、畜禽糞尿與都市雨水逕流，均為河川優養化之重要磷來源。
三、化學除磷：添加鋁鹽、鐵鹽或石灰，使磷形成磷酸鋁、磷酸鐵或羥基磷灰石沉澱，再經混凝、沉澱或過濾去除，去除率可達85%～95%；惟藥劑量大、污泥量增加，須控制最佳pH值。
四、生物除磷：利用聚磷菌（PAOs）於厭氧釋磷、好氧超量攝磷之機制，常用A/O、A2/O、UCT、Bardenpho及SBR等程序，去除率約70%～90%，常與化學除磷併用，以符合放流水磷濃度標準。
五、其他技術：包括結晶回收（鳥糞石struvite、磷酸鈣）、吸附法（鐵鋁氧化物、改質沸石）、膜法（NF／RO）、電混凝及人工濕地等，可兼顧除磷與磷資源回收，惟成本與操作條件須一併評估。

試列舉廢污水處理衍生污泥處理處置之主要目的，並說明為達成前述目的，常需要配合那些前處理與最終處置方式。（25 分）

一、主要目的：污泥處理處置之目的包括減量化（降低含水率與體積）、安定化（分解有機物、抑制腐敗發臭）、無害化（殺滅病原菌、去除重金屬與毒性物質）、資源化（能源、農用、建材）及符合法規之最終處置。
二、濃縮前處理：以重力濃縮、浮除濃縮或機械濃縮（離心、帶濾）將含水率由約99%降至95%～97%，可大幅縮減後續單元容量與運輸量，並回收上澄液回流至污水處理系統。
三、調理與脫水：先以化學調理（高分子絮凝劑、石灰、鐵鹽）或熱調理改善污泥脫水性，再以加壓過濾、離心脫水、帶濾式或板框壓濾脫水，含水率可降至60%～80%，便於後續運輸與處置。
四、安定化處理：厭氧消化可分解有機物並回收沼氣（甲烷）發電，好氧消化與堆肥可穩定有機質；焚化可大幅減量並回收熱能，鹼性安定化則可抑制腐敗，均屬常用之中間處理。
五、最終處置：包括衛生掩埋、農地利用（須符合污泥農用標準）、建材化（製磚、水泥摻料）、焚化灰渣熔融資源化；海洋棄置已公告禁止，應依污泥特性、法規與成本選擇適宜方式。