臺灣博碩士論文加值系統

本研究探討石英砂慢砂濾管柱對原水中特定污染物與重金屬去除效果。檢測的項目有：濁度、色度、氨氮、COD、重金屬(鉻、砷、鉛、汞、鎘、鋅、銅、鎳)等。
研究結果顯示進流濁度4NTU的去除率為55%~67%，進流色度30 (鈷鉑單位)去除率為50%~60%，進流氨氮1 mg/L的去除率為44%~57%，進流COD 500 mg/L的去除率為17%~21%。石英砂對八種重金屬的吸附效果並不相同。八大重金屬進流濃度為100 mg/L時，其達飽和時之床體積大小為Cd = Cr(3.18) > Zn = Cu = Ni(2.39) > Pb = Hg(1.99)。當進流濃度為0.05 mg/L時，其達飽和時之床體積大小為Cd(3.18) > Cu(1.99) > Zn (1.59) > As = Cr = Pb (1.19) > Hg(0.72) > Ni (0.40)。Adam’s–Bohart model對重金屬的吸附模擬結果顯示：石英砂對高濃度重金屬(100 mg/L)吸附R2約為0.67至0.86，低濃度重金屬(0.05 mg/L)的R2值為約為0.51至0.84。
本研究顯示，管柱慢砂濾系統對選定之污染濃度原水水質處理有一定的效果，其結果可作為水質改善處理之參考。

This study investigated the removal efficiency of selected pollutants including turbidity, color, ammonia, COD, heavy metals (Cd, Cr, Cu, Ni, Pb and Zn).
Results showed that the influent turbidity of 4NTU had 55%~67% removal rate while influent color of 30 (Cobalt Platinum unit) had 50%~60% removal efficiency. Influent ammonium 1 mg/L and influent COD 500 mg/L showed to have the removal efficiency of 44%~57% and 17%~21% respectively. Heavy metals uptake by sand filtration showed different adsorption efficiency. As influent concentration of eight heavy metals was 100 mg/L, the bed volume achieving saturated levels was observed to be Cd = Cr(3.18) > Zn = Cu = Ni(2.39) > Pb = Hg(1.99). Compared to influent concentration of 0.05 mg/L, the bed volume achieving saturated levels showed different order of Cd(3.18) > Cu(1.99) > Zn (1.59) > As = Cr = Pb (1.19) > Hg(0.72) > Ni (0.40). Results of Adam’s–Bohart model showed that R2 for 100 mg/L uptake was 0.67-0.86 while that for 0.05 mg/L was 0.51-0.84.
Results indicated that uptake of turbidity, color, ammonia, COD, heavy metals (Cd, Cr, Cu, Ni, Pb and Zn) in raw water by column sand filtration showed to have the beneficial effects for water treatment.

總目錄
中文摘要 .............................................................................................................. II
誌謝 ................................................................................................................... VII
表目錄 ................................................................................................................. XI
圖目錄 ............................................................................................................... XII
第一章 前言 ......................................................................................................... 1
1.2研究目的 ...................................................................................................... 8
第二章 文獻回顧 ................................................................................................. 9
2.1飲用水相關依據法令規定 .......................................................................... 9
2.2 自來水定義及自來水水質標準 ................................................................. 9
2.2.1標準自來水 .......................................................................................... 11
2.2.2簡易自來水 .......................................................................................... 11
2.3水質的處理原理 ........................................................................................ 12
2.4飲用水中常見的污染物種類 .................................................................... 14
2.4.1、生物性污染物 ................................................................................... 14
2.4.2、有機污染物 ....................................................................................... 15
2.4.3、無機污染物 ....................................................................................... 15
2.4.4重金屬的危害 ...................................................................................... 16
2.4.5 一般常水中常見污染物..................................................................... 21
2.5慢濾池介紹 ................................................................................................ 22
2.5.1過濾原理與機制 .................................................................................. 26
2.5.2 石英砂的基本特性 ............................................................................. 28
2.6 吸附動力學 ............................................................................................... 29
第三章 研究流程與研究方法 ........................................................................... 30
3.1研究的架構與流程 .................................................................................... 30
3.2實驗材料與器材 ........................................................................................ 32
3.2.1實驗材料 .............................................................................................. 32
3.2.2實驗器材 .............................................................................................. 33
3.2.3 實驗用水 ............................................................................................. 34
3.3 實驗過程與方法 ................................................................................... 37
3.3.1 慢砂濾系統對濁度的過濾效果 ........................................................ 37
3.3.2 慢砂濾系統對色度的過濾效果 ........................................................ 37
3.3.3慢砂濾系統對氨氮的過濾效果 ......................................................... 37
3.3.4慢砂濾系統對COD的過濾效果 ....................................................... 38
3.3.5 慢砂濾系統對重金屬的過濾效果 .................................................... 38
3.4水質檢測 .................................................................................................... 38
第四章 結果與討論 ........................................................................................... 42
4.1 不同進水濁度下，慢砂濾系統對濁度污染物的去除率 ....................... 42
4.2不同進水色度下，慢砂濾系統對色度的去除效果 ............................... 43
4.3 不同進水氨氮濃度下，慢砂濾系統對氨氮的去除率 ........................... 44
4.4 不同進水COD濃度一定下，分析慢砂濾系統對COD的去除率 ...... 45
4.5石英砂慢砂濾系統對濃度為100PPM的八種重金屬水溶液的去除效果 .......................................................................................................................... 47
4.6石英砂慢砂濾系統對濃度為0.05PPM的八種重金屬水溶液的去除效果 .......................................................................................................................... 52
4.7 ADAM’S–BOHART MODEL-對重金屬(100 PPM)去除率吸附模式 .............. 58
第五章 結論與建議 ........................................................................................... 60
5.1 結論 ........................................................................................................... 60
5.2 建議 ........................................................................................................... 62
表目錄
表1-1 地球水量之分佈 ....................................................................................... 2
表1-2自來水普及率 ............................................................................................ 6
表2-1 目前常見飲水總類與來源 ..................................................................... 10
表2-2 水質常見問題與處理方式〆 ................................................................. 13
表2-3 各種重金屬污染來源與危害 ................................................................. 20
表2-4 湖泊水庫營養狀態 ................................................................................. 22
表3-1實驗藥品 .................................................................................................. 32
表3-2 濾料之種類及規格 ................................................................................. 36
表4-1 100PPM各重金屬去除效果與與床度的關係 ........................................ 47
表4-2 0.05PPM各重金屬CE/CO去除效果與與床度的關係 ........................... 53
表4-3 ADAM’S–BOHART MODEL-單一重金屬(100 PPM)去除率比較 ................ 58
表4-4 ADAM’S–BOHART MODEL-單一重金屬(0.05 PPM)去除率比較 ............... 59
圖目錄
圖1-1 台灣地區與世界各國水資源量比較 ....................................................... 3
圖1-2 經濟部水冺署歷年生活用水統計報告台灣地區家庭用水比例分析... 3
圖1-3 台灣地區河川污染示意圖 ....................................................................... 5
圖1-4 台灣地區歷年自來水水質抽驗檢驗結果 ............................................... 6
圖1-5 自來水的處理過程 ................................................................................... 7
圖3-1 研究架構圖 ............................................................................................. 31
圖3-2 感應耦合電漿光學放射光譜儀 ............................................................. 33
圖3-3 慢砂濾管柱圖 ......................................................................................... 35
圖4-1 石英砂慢濾池對濁度的去除效果 ......................................................... 43
圖4-2 石英砂慢濾池對色度的去除效果 ......................................................... 44
圖4-3 石英砂慢濾池對氨氮的去除效果 ......................................................... 45
圖4-4 石英砂慢濾池對COD的去除效果 ...................................................... 46
圖4-5八種重金屬(100 PPM)去除效果 .............................................................. 48
圖4-6鎘(100 PPM)去除效果 .............................................................................. 48
圖4-7砷(100 PPM)去除效果 .............................................................................. 49
圖4-8汞(100 PPM)去除效果 .............................................................................. 49
圖4-9鉻(100 PPM)去除效果 .............................................................................. 50
圖4-10鋅(100 PPM)去除效果 ............................................................................ 50
圖4-11銅(100 PPM)去除效果 ............................................................................ 51
圖4-12鎳(100 PPM)去除效果 ............................................................................ 51
圖4-13鉛(100 PPM)去除效果 ............................................................................ 52
圖4-14八種重金屬0.05 PPM濃度的吸附曲線圖 ........................................... 53
圖4-15鎘(0.05 PPM)去除效果 ........................................................................... 54
圖4-16砷(0.05 PPM)去除效果 ........................................................................... 54
圖4-17汞(0.05 PPM)去除效果 ........................................................................... 55
圖4-18鉻(0.05 PPM)去除效果 ........................................................................... 55
圖4-19鋅(0.05 PPM)去除效果 ........................................................................... 56
圖4-20銅(0.05 PPM)去除效果 ........................................................................... 56
圖4-21鎳(0.05 PPM)去除效果 ........................................................................... 57
圖4-22鉛(0.05 PPM)去除效果 ........................................................................... 57

American Water Works Association, http://www.awwa.org/science/sun/
Oasis Design, http://www.oasisdesign.net/index.htm
Ahmad, A. A., and Hameed, B.H., “Fixed-bed adsorption of reactive azo dye onto granular activated carbon prepared from waste, ” Journal of Hazardous Materials, Vol. 175, No. 1-3, pp. 298-303(2010).
Aslan, S., and Cakici, H., “Biological denitrification of drinking waternext term in previous terma slow sand filter, ” Journal of Hazardous Materials, Vol. 148, No. 1-2, pp. 253-258(2007).
Bellamy, W. D., Silverman, G. P., Hendricks, D. W., and Logsdon G. S., “Removing Giardia Cysts With Slow Sand Filtration, ” Journal the American Water Works Association, Vol. 77, No. 2, pp. 52-65(1985).
Bellamy, W. D., Silverman, G. P., Hendricks, D. W., and Logsdon, G. S., “Removing Giardia Cysts With Slow Sand Filtration,” Journal of the American Water Works Association, Vol. 77, No. 2, pp. 764-782(1985).
Cullen, T. R., and Letterman, R. D., “The Effect of Slow Sand Filter Maintenance on Water Quality,” Journal the American Water Works Association, Vol. 77, No. 12, pp. 48-54(1985).
Felix, R., Brien, B. W., and Robert A. R., “Slow Sand filter for small water system,” Journal the American Water Works Association, Vol. 87, No. 11, pp. 48-56(1995).
Hoffmann, A., and Gunkel, G., “Bank filtration in the sandy littoral zone of LakeTegel (Berlin) : Structureand dynamics of the biological active filter zone and clogging processes,” Limnologica, Vol. 41, No. 1, pp. 557–561(2009).
Hozalski, R. M., Goel, S. , and Bouwer E. J., “TOC Removal in Biological Filters,” Journal the American Water Works Association, Vol. 87, No. 12, pp. 40-54(1995)
Huisman, L., and Wood, W. E.,Slow sand filtration, World Health Organization, Geneva(1974).
Mkandawire, T., and Banda, E., “Assessment of drinking water quality of Mtopwa village in Bangwe Township, Blantyre,” Desalination, Vol. 248, No. 1-3,pp. 557–561(2009).
Omur-Ozbek, P., and Dietrich, A. M., “Developing hexanal as an odor reference standardnext term for sensory analysis of drinking water, ” Water Research, Vol. 42, No. 10-11, pp. 2598-2604(2008).
Pontius, F. W., Water Quality and Treatment - A Handbook of Community Water Supplies (4th Edition), McGraw-Hill, London, pp. 537-541(1990).
Stephen, A. T., “Slow Sand Filtration: Still a Timeless Technology under the New Regs? ” Journal the American Water Works Association, Vol. 89, No. 12, pp. 14-20(1997).
Weber-Shirk, M. L., and Dick R. I., “Physical-Chemical Mechanisms In Slow Sand Filters, ” Journal the American Water Works Association, Vol. 89, No. 1, pp. 87-100(1997).
Webershirk, M. L., and Dick R. I., “Physical-chemical mechanisms in slow sand filters,” Journal the American Water Works Association, Vol. 89, No. 1, pp. 87-100(1997).
Yahya, M. T., Cluff, C. B., and Gerba, C. P., “Virus Removal by Slow Sand Filtration and Nanofiltration,” Water Science and Technology, Vol. 27, No. 3-4, pp. 445-448(1993).
節約用水資訊網，http://www.wcis.itri.org.tw/
台灣省自來水公司，http://www.water.gov.tw/
全國環境水質監測資訊網，http://wqshow.epa.gov.tw/
行政院環境保護署，http://www.epa.gov.tw/
行政院環境保護署飲用水全球資訊網，http://ivy1.epa.gov.tw/drinkwater/index.html
經濟部水利署全球資訊網，http://www.wra.gov.tw/
維基百科，http://en.wikipedia.org/
行政院環境保護署飲用水全球資訊網，http://tsm.epa.gov.tw/drinkwater/
王明光、王敏昭，「實用儀器分析」，合記圖書出版社，臺北(2003)。
王傳政，「過濾法去除自來水中藻類之行為探討」，碩士論文，國立台灣大學環境工程研究所，臺北(1989)。
江弘斌、劉廷政，「各重要國家（組織）與我國飲用水水質標準比較表」，自來水會刊雜誌，第五十三期，第79-84頁(1995)。
行政院環境保護署，「民國99年環境水質監測年報」，臺北(2011)。
李曉、楊立中，「利用天然河床滲濾取水的新技術」，中國給水排水期刊，第十九卷，第六期，第74-76頁(2003)。
周瑋陞，「自來水水質分析調查及總三鹵甲烷之風險評估－以高雄市為例」，碩士論文，國立中山大學環境工程研究所，高雄(2006)。
邱正宏，「吸附於活性碳表面揮發性有機物之熱脫附動力學研究」，碩士論文，國立中山大學環境工程研究所，高雄(1993)。
姚仁泰，「過濾系統組合對原水濁度去除效能之研究」，碩士論文，國立成功大學地球科學研究所，臺南(2007)。
高肇藩，「給水工程(衛生工程‧自來水篇)」，成功大學環境工程學系，臺南，第298-299頁(1980)。
康世芳，「受污染水源之理化處理技術」，西元2000年飲用水水質與管理問題研討會，臺北(1991)。
張仁福，「土壤污染防治學」，高雄復文圖書出版社，高雄(1998)。
張長、曾光明、黃京敏、余健、付國楷、任文輝，「GAC-石英砂生物過濾處理微污染源水的特性」，中國環境科學期刊，第二十四卷，第二期，第209-213頁(2004)。
張瑩、黃永強、黃京敏，「深層濾床的上向流過濾試驗研究」，中國給水排水期刊，第十九卷，第六期，第44-45頁(2003)。
張鍵、程吉林、伏培仟、魯夢江，「生物炭濾-砂慢濾處理農村分散式飲水的試驗研究」，中國農村水利水電期刊，第八期，第131-134頁(2007)。
許明華，「我國飲用水水質適飲性指標化評估之研究」，碩士論文，國立臺北大學資源管理研究所，臺北(2003)。
陳永森、陳章波，「臺灣水資源環境空間永續利用(一)」，經濟部水資源局永續發展簡訊，第三十二期(2001)。
陳永森、陳章波，「臺灣水資源環境空間永續利用(二)」，經濟部水資源局永續發展簡訊，第三十三期(2002)。
陳昌佑，「水中天然有機物在慢砂濾床生物降解研究」，博士論文，國立中興大學環境工程研究所，臺中(2005)。
陳昌佑，盧至人，「慢砂濾淨水系統併同臭氧氧化處理之可行性研究」，第十屆海峽兩岸環境保護學術研討會論文集，臺中(2005)。
陳昌佑、蔡元正、謝瑜芬、盧至人，「天然有機物-對羥基苯甲酸在慢砂濾池中之生物分解現象探討」，第二十四屆廢水處理技術研討會，第923-928頁(1999)。
陳俞蓁，「混凝對表面水濁度去除之研究」，碩士論文，國立成功大學環境工程研究所，臺南(2002)。
黃互慶，「氧化鐵覆膜濾砂吸附處理水中As(V)、HA之研究」，碩士論文，輔英科技大學環境工程與科學研究所，高雄(2005)。
黃永定，「慢砂濾池生物膜生物總量與含鹵乙酸降解之關係」，碩士論文，國立臺灣大學環境衛生研究所，臺北(2008)。
葉宣顯、賴文亮、謝東穎，「本省自來水水源中溶解性有機物成份之分析及現有淨水程式對其去除效率之評估」，自來水會刊雜誌，第二十六卷，第一期，第62-63頁(1998)。
虞國興，「水資源政策白皮書」，經濟部水利署臺北辦公區，臺北(1996)。
鄒文源、張王冠、洪仁陽、彭明鏡、陳誼彰、蕭碧蓮、周珊珊，「高濁度原水不織布膜過濾技術評估」，第二十二屆自來水研究發表會論文集，臺北(2005)。
劉玲花、周懷東、王衛紅、李文奇，「生物慢濾技術用於農村飲水處理的研究」，安全與環境學報，第四卷，第一期，第12-17頁(2004)。
歐陽嶠暉，「自來水高級處理化之趨勢」，西元2000年飲用水水質與管理問題研討會，臺北(1991)。
範純一，「自來水工程，中國土木水利工程學會出版」，臺北(1989)
鄭又寧，「生物可利用碳分析條件之探討與水質分析之研究」，碩士論文，國立中山大學環境工程研究所，高雄(2008)。
蕭丞祺，「綠藻製程廢水以生物濾床處理及回收利用」，碩士論文，國立中山大學海洋環境及工程學系研究所，高雄(2009)。
賴文亮，「各種淨水程式對生物可分解有機質及消毒副產物之控制」，博士論文，國立成功大學環境工程研究所，臺南(2002)。
駱尚廉，「飲用水處理技術的發展」，科學月刊，第二十二卷，第八期，第601-604頁(1995)。
駱尚廉，「飲水水質與處理問題之探討」，79年環境保護技術研討會論文專集，第39-55頁，高雄(1990)。