環境生物技術實驗室

水與廢水處理之基本觀念介紹

中興大學環境工程學系暨研究所

洪俊雄 副教授

2009

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歷史回顧- 英國倫敦的污水問題

• 西元1801至1841年間倫敦人口增加一倍, 工業化社會也開始形成.

• 1832年爆發第一次霍亂疫情, 二十年間共發生三次大流行, 造成倫敦地區超過三萬人的死亡.

• 當時只有極少數人相信霍亂與飲用水污染有關.

倫敦, 1831 年

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歷史回顧- 英國倫敦的污水問題

• 原先所使用的人工清運住宅糞坑(cesspit )

不敷使用, 又常因為臭味及溢出問題造成困擾.

• 當時倫敦政府做出錯誤決定, 全面關閉糞坑的使用, 導致污水全面進入泰晤士河.

當時倫敦的清潔工名片

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流經倫敦的泰晤士河

– 英國人暱稱為 Old Father Thames

The London bathing season

How Dirty Old Father Thames was Whitewashed

圖片來源: 英國Punch雜誌 1958年

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都市污水之處理歷史

• 倫敦, 西元1858年, 歷史上被稱為”The Year of Great Stink”

– the foul state of the Thames - caused partly by industrial pollution, but mainly because raw sewage was discharged straight into the river -was particularly unbearable. Things got so bad that even the workings of Parliament were affected. Not surprisingly, vital decisions to clean up the river were made soon afterwards.

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都市污水之處理歷史

Joseph Bazalgette (1819-91)

Chief Engineer of London

Metropolitan Board of Works,

- Intercepting sewers

- Construction of pumping stations

and the outfall sewers

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問題未解決-因為缺乏廢水處理設施

• Around 650 people died that evening in the biggest ever disaster on the Thames. Few of the victims died in the actual collision - most drowned in the toxic combination of raw sewage and industrial pollutants.

• From 1887, the liquid effluent was separated from the solid sludge. Only the former was discharged into the river. The sludge was removed by special boats for disposal at sea.

污泥船 Henry Ward (1923)

愛麗斯公主號船難

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環境中之污染物 – 天然?人為?

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環境自淨能力

• 質量平衡 vs.自然環境之涵容能力

• 環境受到污染後，在物理、化學和生物的作用下，逐步消除污染物達到自然淨化的過程，環境自淨按發生機理可分為物理淨化、化學淨化和生物淨化三類。

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優養化 - Eutrophication

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環境工程 – Environmental Engineering

•環境樣品分析

•自來水工程 - 取水、淨水、配水

•污水工程 – 下水道、廢水處理

•固體廢棄物 – 掩埋、焚化

•空氣污染工程

•噪音防治工程

•特殊污染物處理工程

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自來水工程 – 基本問題

• 供水區域、

供水人口、

供水普及率

• 用水量、

用水變化量

• 水源

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Historically, water was considered clean if

it was clear.

• Early Egyptian paintings from the 13th and 15th

centuries B.C. depict sedimentation apparatus and wick

siphons, and it is speculated that the ancients utilized alum

to remove suspended solids.

• Skilled Roman engineers created a water supply

system that delivered 130 million gallons daily through

acqueducts between 343 B.C. to 225 A.D.

• In the 17th century, British philosopher and scientist Sir

Francis Bacon published thousands of experiments

detailing water purification methods, including

percolation, filtration, boiling, distillation, and

coagulation

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自來水工程 - History

• 1804: The first municipal water filtration works opens in Paisley, Scotland.

• 1835: Chlorine is first applied to drinking water to control foul odors in the water.

• 1854: Dr. John Snow discovers that victims of a cholera outbreak in London have all used water from the same contaminated well on Broad Street.

• 1896: The Louisville Water Company innovates a new treatment technique by combining coagulation with rapid-sand filtration. This treatment technique eliminates turbidity and removes 99% of the bacteria from the water.

• 1974: The Safe Drinking Water Act is passed. U.S.

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自來水工程 - History

• 1879: 李鴻章設立第一座自來水廠於旅順 (無處理,僅輸送)

• 1885: 劉銘傳於臺北北門街 (今衡陽路）、石坊街（今博愛路）、西門街等處，開鑿深井供水，此為臺灣公共給水之開始。

• 1895: 淡水鎮自來水工程開工 (英人 巴爾頓William K. Burton 設計)

• 1901: 基隆自來水完工

• 1907: 依巴爾頓先生之建議， 在公館觀音山腳下新店溪畔建取水口，以引取原水；在觀音山麓設淨水場，進行淨水處理，再將處理過之清水，以抽水機抽送至觀音山上之配水池，藉由重力方式自然流下，供應住戶日常用水。

水源地新店溪取水口

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水源 – 水文循環

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水源 – 水文循環

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水源選擇優先順序

優先順序 水量 水質 水壓

第一優先 ˇ ˇ ˇ 可藉重力自然流下

第二優先 ˇ ˇ 泉水

第三優先 ˇ ˇ 地下水

第四優先 ˇ ˇ 蓄水庫

第五優先 ˇ 地表水、河川湖泊

最差 海水、回收水

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地下水 – 取水

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地下水污染

地下水污染源與人類活動息息相關，歸結污染的來源，可分為以下幾項：

• 工業－－工業生產過程排放含毒性物質、重金屬廢水，均易污染地下水源。

• 都市－－家庭污水、下水道管路及化糞池破損外洩的污水、垃圾掩埋場處理不當形成的垃圾污水，以及醫院排出具有感染性的污水，皆能轉入地下造成水源污染。

• 農業－－含高濃度鹽分和鈣等灌溉剩餘的農業廢水、農藥殘餘物質；禽畜糞便中的有機物、細菌等；施肥、改良土壤的藥劑，也極易污染地下水源。

• 其他－－拆船廢棄物、油管破裂、化工廠化學品外洩、運送化學成品車發生交通意外、遊樂區廢棄物等等不勝枚舉、均為製

造污染地下水的元凶。

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地層下陷

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水庫

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地面水污染

台灣高屏溪的沿岸共養殖了一百七十三萬頭豬、一百一十萬隻鴨，一百一十一家採砂廠、十七處垃圾場，導致台灣流域最大的河流污染嚴重。

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自來水處理流程

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最佳加藥量

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飲用水 水質標準

•飲用水水質標準規定的項目一般可分為三大類：

1.細菌性標準：如大腸桿菌群密度、總菌落數等

2.物理性標準：如濁度、色度、臭度等

3.化學性標準：分為(1)影響健康之物質：重金屬、農藥、三鹵甲烷、揮發性有機物等(2)可能影響健康之物質：如氟鹽、硝酸鹽氮等(3)影響適飲性之物質：如硬度、氯鹽、鐵、錳、 銅、氨氮等

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消毒

• 紫外光

• 氯氣

– 自由餘氯

– 結合餘氯

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自來水中之可能存在之特殊污染物

• 三鹵甲烷 CCl3H (甲烷 CH4)

• 隱胞子蟲、梨形鞭毛蟲

•環境荷爾蒙

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高級淨水技術

• 臭氧 - 臭氧為一強力而有效的氧化劑，可有效去除臭味與色度、抑制水中藻類的活動、同時可改變水中懸浮顆粒的表面特性，提高混凝效率。

• 活性碳是一多孔性（孔隙體積0.3

cc/g~1.5 cc/g）且具有廣大表面積（通常為800~1500 m2/g）之優良吸附劑。活性碳可吸附水中各種微生物質，亦能有效去除水體中溶解性有機物質，並且可用來降低飲用水中的臭味，故廣泛應用在給水工程上。

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高級淨水技術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。可分為四種型式：（1）Reverse Osmosis（RO）；（2）Nanofiltration（NF）；（3）Microfiltration（MF）及

UltrafiltrationUF；（4）Electrodialysis（ED）

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高級淨水技術 –

高雄自來水改善工程

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自來水二次污染

輸送過程 – 細菌污染、管線破裂、水塔位置不當

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生活污水處理 - History

• 歐洲古文明 – Assyrian 建造污水排水溝

• 西元 1732 – 倫敦建立下水道系統

• 西元 1832 – 巴黎建立更完備的下水道系統

• 光復初期 – 明渠兼排雨水、污水

• 1957 – 中興新村成為第一個具有污水處理廠之分流下水道系統

• 1970 – 台北民生社區

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生活污水收集 – 下水道

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下水道

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生活污水處理 – 目的與原理

• 有機物與顆粒物之去除

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污水處理廠

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污水處理廠

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污水處理設備

生物旋轉圓盤

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特殊污染物之處理

• 難分解有機物

• 放射性廢棄物

• 地下水污染

• 酸雨