蔣本基臺灣大學：環境工程學研究所郭修志Kuo, Hsiu-ChihHsiu-ChihKuo2007-11-292018-06-282007-11-292018-06-282006http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/62748自來水消毒的目的是要確保飲用水之安全，但加氯消毒程序所產生的消毒副產物，對人體造成致癌性風險。增加了國內外學者對自來水的供水安全的研究與重視。且配水系統中消毒副產物的生成受到物理、化學及生物因子的變化，故將經由採樣分析及現場實驗來了解消毒副產物生成之情形。 本研究以澄清湖淨水廠及其配水系統為研究對象，進行批次槽及配水管線中消毒副產物之生成動力實驗與水質參數及操作因子對消毒副產物生成實驗，並結合水力分析軟體Surfer及WaterCAD分析管網中之水力流況與管網水質現況，來加以驗證及建立配水系統中消毒副產物生成模式。以提供飲用水安全防護體系評估參數，藉此提昇自來水供水系統之水質安全及水廠操作調整之依據。 澄清湖高級處理淨水廠，主要利用臭氧來處理自來水中難分解之有機物質，由加氯實驗發現其餘氯消減應包括初始餘氯反應、二階反應及一階反應。而經加氯消毒後所產生的消毒副產物包含THMs及HAAs大部分會生成於淨水廠清水池中。模擬淨水廠實際加氯程序發現THMs在二次加氯後到管線其生成濃度有較顯著的增加；但HAAs卻無一定的生成情形。建立之THMs生成模式可適用估算清水池及配水管網中之濃度；HAAs生成模式亦可適用估算清水池之濃度。另外比較高級處理與傳統處理發現經高級處理過後不論基本水質或經加氯消毒所產生之消毒副產物濃度都較傳統處理為佳，顯示澄清湖淨水廠其供水系統更能確保飲用水的安全。The purpose of the disinfection process to the water treatment plant is to ensure the water supply system security. However, the disinfection by-products (DBPs) formed during the disinfection process might cause the carcinogenic risk for human beings, which enhanced the concern of the issue of water supply system security by the academic sectors. The physical, chemistry and the biological factors would influence the DBPs formation in the distribution system. Therefore, using the sampling analysis and the in-situ experiment investigate the DBPs formation in the distribution system. The research focuses on the Cheng-Chin Lake Waterworks and the water distribution system. The investigation is including the experiment of DBPs kinetics formation reaction and the effect of the water quality parameters and the operation factors on DBP formation in the water distribution pipe line and batch reactor. Combining the hydraulic analysis software Surfer and WaterCAD analyzes the hydraulic flows and water quality in the pipe network, which establishes and validates the DBPs formation predictive model in the water distribution system. By the assessment parameters of drinking water security system promotes the water supply security system and optimization operation in the waterworks. Introducing the ozonation process treats the persistent organic matters is particular in the Cheng-Chin Lake Waterworks. The results of chlorination process reveal that the chlorine decay is including the initial, first-order and second-order reactions. The major disinfection by-products including THMs and HAAs is formed in the clear well. The THMs formation concentration increases obviously from second additive chlorine to pipeline during the chlorination process in the waterworks simulation. But HAAs formation is not corresponded to THMs formation. The development of the THMs predictive formation model is suitable for simulating the THMs formation in the clear well and water distribution system. Furthermore, the HAAs predictive model is good for predicting HAAs in the clear well. The treated water quality and DBPs formation concentration is excellent in the advanced water treatment plant. Therefore, the water supply system in the advanced water treatment more confirms drinking water safety. CE Database subjects headings：Water supply system security, water distribution system, Cheng-Chin Lake water treatment plant, chlorination, chlorine decay, disinfection by-products（DBPs）formation, WaterCAD.目 錄 誌謝 I 中文摘要 II 英文摘要 IV 目錄 VI 圖目錄 X 表目錄 XIII 第一章 前言 1.1 研究緣起 1-1 1.2 研究目的 1-2 1.3 研究內容 1-2 第二章 文獻回顧 2.1 消毒副產物之法規標準 2-1 2.2 水中消毒副產物生成因素及機制 2-2 2.2.2 水中自由餘氯消減機制 2-2 2.2.3 水中消毒副產物生成機制 2-3 2.3 影響配水系統中餘氯消耗的因素 2-5 2.3.1 與有機物反應消耗 2-5 2.3.2 與無機物反應消耗 2-6 2.3.3 與附著在管壁上生物膜反應造成之消耗 2-6 2.3.4 管線材質、管件及腐蝕過程造成之消耗 2-9 2.3.5 質傳現象造成之消耗 2-11 2.4 消毒副產物之生成模式 2-14 2.4.1 化學反應動力模式 2-14 2.4.2 生成經驗模式 2-19 第三章 研究方法與設備 3.1 研究內容與流程圖 3-1 3.2 水質檢驗分析方法 3-2 3.2.1 三鹵甲烷類（THMs）之分析 3-2 3.2.2 含鹵乙酸類（HAAs）之分析 3-4 3.2.3 總有機碳（Total Organic Carbon, TOC）之分析 3-7 3.2.4 UV254之測定 3-9 3.2.5 自由餘氯之分析 3-10 3.2.6 標準氯溶液之標定方法 3-10 3.3 實驗設備 3-12 3.4 實驗設計與流程 3-14 3.4.1 影響因子對消毒副產物生成濃度實驗 3-15 3.4.2 批次槽中消毒副產物之生成動力實驗 3-16 3.4.3 配水系統中消毒副產物之生成動力實驗 3-17 3.4.4 澄清湖淨水廠高級處理程序流程圖 3-18 3.5 配水管網之採樣選擇規劃 3-19 3.6 配水系統中消毒副產物生成模式之推導 3-23 第四章 結果與討論 4.1 水質參數及操作因子對消毒副產物生成影響 4-1 4.1.1 自由餘氯消減 4-1 4.1.2 THMs及HAAs之生成 4-4 4.1.3 加氯量及DOC濃度對THMs及HAAs生成之影響 4-7 4.1.4 pH值及溫度對THMs及HAAs生成之影響 4-10 4.1.5 小結 4-14 4.2 澄清湖配水系統水質現況分析 4-15 4.2.1 應用軟體分析配水系統中餘氯之變化 4-17 4.2.2 應用軟體分析配水系統中TOC及UV254之變化 4-20 4.2.3 應用軟體分析配水系統中TTHM及HAA5之變化 4-24 4.2.4 小結 4-28 4.3 配水系統中消毒副產物生成模式之建立 4-30 4.3.1 配水系統中消毒副產物預測模式之建立 4-30 4.3.2 配水管線中消毒副產物之生成動力實驗 4-33 4.3.3 配水系統中消毒副產物預測模式之驗證 4-40 4.4 高級與傳統處理其供水水質之比較 4-46 4.4.1 澄清湖與鳳山淨水廠原水與清水基本水質之比較 4-46 4.4.2 澄清湖與鳳山淨水廠消毒副產物生成濃度之比較 4-47 4.4.3 澄清湖與鳳山供水區域消毒副產物生成濃度之比較 4-51 4.4.4 小結 4-54 第五章 結論與建議 5.1 結論 5-1 5.2 建議 5-2 參考文獻 附錄 圖目錄 圖2.3.1 配水管線中生物膜再生長示意圖 2-7 圖2.3.2 DOC、BDOC、NBDOC（DOC-BDOC）及AOC之關係 2-8 圖2.3.3 水流中的餘氯耗解常數與管壁的餘氯消耗常數比較圖 2-13 圖2.4.1 自來水配水管加氯降解現象示意圖 2-14 圖3.1.1 配水管網中消毒副產物生成模式研究流程圖 3-1 圖3.3.1 小型模擬配水管網設備平面圖 3-13 圖3.3.2 小型模擬配水管網設備實際照片 3-13 圖3.4.1 影響因子對消毒副產物生成濃度實驗流程圖 3-15 圖3.4.2 批次槽中消毒副產物之生成動力實驗流程圖 3-16 圖3.4.3 配水系統中消毒副產物之生成動力實驗流程圖 3-17 圖3.4.4 澄清湖高級淨水處理系統主要處理單元流程圖 3-18 圖3.5.1 大高雄地區各淨水場地理位置圖 3-19 圖3.5.2 高雄市區取樣點分佈圖 3-20 圖3.6.1 配水系統中消毒副產物生成模式的建立流程圖 3-27 圖4.1.1 自由餘氯消減變化圖 4-2 圖4.1.2 TTHM的生成變化圖 4-4 圖4.1.3 HAA5的生成變化圖 4-6 圖4.1.4 加氯量對（ΔTTHM/ΔCl2）及（ΔHAA5/ΔCl2）變化圖 4-8 圖4.1.5 不同DOC濃度對TTHM及HAA5生成濃度之變化圖 4-10 圖4.1.6 pH值對TTHM及HAA5生成濃度變化圖 4-12 圖4.1.7 溫度對TTHM及HAA5生成濃度趨勢圖 4-12 圖4.2.1 澄清湖配水系統管網圖 4-15 圖4.2.2 應用Surfer8繪製之自由餘氯等濃度分布圖 4-17 圖4.2.3 應用WaterCAD繪製之自由餘氯等濃度分布圖 4-18 圖4.4.4 應用Surfer8繪製之總氯等濃度分布圖 4-19 圖4.2.5 應用Surfer8繪製之TOC等濃度分布圖 4-20 圖4.2.6 應用WaterCAD繪製之TOC等濃度分布圖 4-21 圖4.2.7 應用Surfer8繪製之UV254等濃度分布圖 4-22 圖4.2.8 應用Surfer8繪製之TOC/UV254等濃度分布圖 4-23 圖4.2.9 應用Surfer8繪製之TTHM等濃度分布圖 4-24 圖4.2.10 應用WaterCAD繪製之TTHM等濃度分布圖 4-25 圖4.2.11 應用Surfer8繪製之HAA5等濃度分布圖 4-26 圖4.2.12 應用WaterCAD繪製之HAA5等濃度分布圖 4-27 圖4.2.13 澄清湖配水系統水質綜合比較圖 4-28 圖4.3.1 配水管線中自由餘氯的消減變化圖 4-34 圖4.3.2 配水管線中TTHM的生成變化圖 4-36 圖4.3.3 配水管線中HAA5的生成變化圖 4-38 圖4.3.4 澄清湖配水系統TTHM實測濃度與預測濃度關係圖 4-42 圖4.4.1 澄清湖及鳳山淨水場清水池TTHM歷年濃度比較 4-49 圖4.4.2 澄清湖及鳳山淨水場清水池HAA5歷年濃度比較 4-501623219 bytesapplication/pdfen-US供水安全配水系統澄清湖淨水廠加氯程序餘氯消減消毒副產物生成WaterCADWater supply system securitywater distribution systemCheng-Chin Lake water treatment plantchlorinationchlorine decaydisinfection by-products（DBPs）formation[SDGs]SDG6thesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/62748/1/ntu-95-R93541117-1.pdf