水處理技術錦囊

Q.常見水質分析專有名詞
A.

1. 濁度 (Turbidity)

表示光入射水體時被散射的程度。濁度的來源包括黏粒、粉粒、細微有機物、浮游生物或微生物等,濁度高會影響水體外觀並阻礙光的穿透,進而影響水生植物的光合作用。

濁度高還會使魚類的呼吸作用受阻,影響魚類的生長與繁殖,甚至使其窒息而死亡。濁度高亦會干擾淨水處理時的消毒作用。濁度的測定可藉由濁度計,利用光線散射原理量測,單位一般為標準濁度單位 (Nephelometric Turbidity Unit, NTU)。

2. 懸浮固體 (Suspended Solids, SS)

指水中會因攪動或流動而呈懸浮狀態的有機或無機性顆粒,一般包含膠懸物、分散物及膠羽。懸浮固體會阻礙光在水中穿透,對水中生物的影響與濁度相似;懸浮固體若沉積於河床會阻礙水流,若沉積於水庫庫區,則會減少水庫的蓄水空間。

3. 溶氧 (Dissolved Oxygen, DO)

指溶解於水中的氧量。水中溶氧可能來自大氣溶解、自然或人為曝氣,以及水生植物的光合作用等,水若受到有機物質污染,則水中微生物在分解有機物時會消耗水中的溶氧,造成水中溶氧降低甚至缺氧,以一公升水中含有的氧氣重量 (mg) 表示。

4. 酸鹼值 (pH Value, 氫離子濃度指數)

指水中酸或鹼濃度的表示法,其定義為水中氫離子濃度倒數的對數值,pH 值高於7 .0 者即屬鹼性,低於 7.0 者屬酸性。 pH 值低的液體易造成設備的腐蝕;而 pH 值高時,則易形成結垢, pH 值對碳酸鈣結垢的重要性更甚於硬度和鹼度,對矽石 (Silica) 溶解度也有很明顯的影響。

一般自然水之 pH 值多在中性或略鹼性範圍,若水體受工業廢水或礦場廢水污染時,pH 值可能產生明顯的變化。pH 值會影響生物的生長、物質的沉澱與溶解、水及廢水的處理等。

5. 生化需氧量 (Biochemical Oxygen Demand, BOD and BOD5)

指水中易受微生物分解的有機物質,在某特定時間及溫度下,被微生物的分解氧化作用所消耗的氧量。一般所稱的生化需氧量係以 20℃ 培養 5 日後所測得的結果,記做 BOD5。生化需氧量可表示水中生物可分解的有機物含量,間接也表示了水體受有機物污染的程度。

6. 化學需氧量 (Chemical Oxygen Demand, COD)

一般用於表示水中可被化學氧化之有機物含量。化學需氧量應用重鉻酸鉀為氧化劑,在強酸情況下加熱,將水中有機物氧化為二氧化碳及水,將所消耗的重鉻酸鉀換算成相當之氧量,就是化學需氧量。一般工業廢水或含生物不易分解物質之廢水,常以化學需氧量表示其污染程度。

化學需氧量 (COD)是以化學方法測量水樣中需要被氧化的還原性物質的量。水樣在一定條件下,以氧化一公升水樣中還原性物質所消耗的氧化劑的量為指標,折算成每公升水樣全部被氧化後,需要的氧的毫克數,以 mg/L 表示。它反映了水中受還原性物質污染的程度。該指標也作為有機物相對含量的綜合指標之一。

一般測量化學需氧量所用的氧化劑有高錳酸鉀或重鉻酸鉀,使用不同的氧化劑得出的數值也不同,因此需要注明檢測方法。去除 COD 的方法有很多,包括混凝沉降、化學加藥、活性碳吸附、好氧生物處理、厭氧生物處理、臭氧氧化等,都可以降低 COD。

7. 總有機碳 (Total Organic Carbon, TOC)

又稱總可氧化碳,指水中有機物置於燃燒是被分解成二氧化碳的濃度。有機物的化學組成中,碳元素是不可或缺的,利用光氧化或化學氧化的方式來氧化水中有機物中的碳,使其立即變成二氧化碳,再測量其增加的二氧化碳量,即可推算出水中「有機碳」的總量,常用單位為 ppm

在科學的用途上,對純水中的有機物濃度要求很低,在 1~20 ppb 範圍內,但原水 (大部分情況是自來水) 的有機物濃度卻太高,在 1,000 至 20,000 ppb範圍內,相差約一千倍左右,所以通常純水製造商會使用多種純化方法來去除水中的有機物至可用的範圍內。

常見純化總有機碳的方法有:

a. 活性碳: 利用活性碳超大表面積及其化學吸附特性,可做為純化流程的的一道處理,能有效去除約七八成的水中有機物。

b. 逆滲透濾膜過濾:能夠有效去除水中 95% 以上的有機物,在純化流程中,逆滲透扮演了最關鍵的一道處理。

c. UV 燈中的光氧化功能:使用其中最短波長 (但最高能量) 的 185nm 波長的光子來進行氧化作用。

8. 總溶解固體量 (Total Dissolved Solids, TDS)

又稱溶解性固體總量,指水中溶解的無機物和有機物的總量,通常用來測試水中懸浮或溶解於水中可導電的物質濃度,使用單位為毫克/公升 (mg/L),以 ppm 來表示,意指一升水中溶有多少毫克溶解性固體,TDS 值越高,表示水中含有的雜質越多。目前使用測試儀器均是由導電度計算轉換而來,是測量進水和產水水質最方便快速的方法。

總溶解固體指水中全部溶質的總量,包括無機物和有機物兩者的含量。一般可用電導率值大概了解溶液中的鹽份,一般情況下,電導率越高,鹽份越高,TDS 越高。在無機物中,除溶解成離子狀的成分外,還可能有呈分子狀的無機物。由於天然水中所含的有機物以及呈分子狀的無機物一般可以不考慮,所以一般也把含鹽量稱為總溶解固體。但是在特定水中 TDS 並不能有效反應水質的情況。比如電解水,由於電解過的水中 HO- 等帶電離子顯著增多,相應的導電量就異常加大。比如原 TDS 在 17 的純水經電解水機電解後所得鹼性水的 TDS 值大約在 300 左右。

9. 導電度 (Electrical Conductivity, EC) 及比阻抗值 (Resistivity)

導電度與比電阻值均用來表示水中導電物質的多寡,導電度,即電子流動 "容易" 的程度,與水中離子含量成正比關係;而比阻抗值 則表示電子流動 "困難" 的程度,其值隨著水中離子含量減少而增加。

導電度的單位是 MΩ-cm (mega ohm-centimeter) ,比電阻值的單位 Ω-cm,因此,導電率與比阻抗植呈倒數關係。雖然兩組單位看起來不同,但指涉的卻是同一件事情。由於自來水、蒸餾水中含有較多的離子,因此以導電率來表示,而超純水所含離子較少,以比阻抗值來表示。

導電度與水中離子總濃度、移動性、價數、相對濃度及水溫等有關。通常導電度愈高,表示水中電解質含量較多。由於大部分鹽類都可電離,因此導電度也可表示水中總溶解固體的多寡,導電度太高對灌溉有不良的影響。導電度的量測法是以電流通過長 1cm、截面積 1cm2 之液柱時所測得電阻的倒數,單位多以 µS/cm (micro Siemens per centimeter) 表示。

10. 硬度 (Hardness)

指水中溶解的鈣離子和鎂離子的總和,常用的單位為 ppm。水中硬度可分為暫時硬度與永久硬度,暫時硬度是指以氫碳酸鹽方式存在者,當它被加熱煮沸時會變成碳酸鈣白色固體而從水中析出,永久硬度則是以非氫碳酸鹽方式存在於水中者 (如CaSO4、CaCl2,MgSO4、MgCl2等)加熱並不會析出,一般地下水常含有氫碳酸鈣硬度,當被煮沸時會變成碳酸鈣(即俗稱的鍋垢)。

11. 有效餘氯

自來水多以氯氣消毒,當氯氣溶於水中會變成次氯酸或次氯酸根離子,即 俗稱有效餘氯,因次氯酸具有極高的氧化能力,如自來水含有效餘氯,它在配水管中停留時可預防細菌(病原菌)滋生,因此有效餘氯在自來水的安全衛生上扮演極重要的角色,台灣自來水水質標準之有效餘氯的容許範圍是 0.2-10 毫克/公升 (自由有效餘氯)為了衛生,自來水含有效餘氯是必要的,唯在操作上仍將儘可能保持在較低的濃度範圍,但有時會使自來水產生消毒水味,自來水公司經長期檢驗有效餘氯含量皆可符合標準。

12. ppm 與 ppb

ppm 是濃度的一種單位,它代表百萬分之一,在水液中有時被用來代替「毫克/公升」。

ppb 也是濃度的一種單位,它代表十億分之一,在水液中有時被用來代 替「微克/公升」;這兩種單位濃度相差一千倍(1 ppm=1000 ppb)。