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研究生:丁安迪
論文名稱:自來水配水管網三鹵甲烷模式模擬之研究
指導教授:盧重興盧重興引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:環境工程學系
學門:工程學門
學類:環境工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
中文關鍵詞:三鹵甲烷消毒副產物三鹵甲烷生成模式配水系統
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自來水配水系統的主要功能,是將淨水廠處理過後的自來水,安全地輸送至消費者使用。在台灣地區,氯是最普遍使用的自來水消毒劑,而在配水系統中需維持足量的餘氯存在,才能有持續的消毒效果。但是在加氯消毒的過程中,氯卻也會與水中有機物反應生成三鹵甲烷(trihalomethanes,THMs)等消毒副產物(disinfection by-products,DBPs),此物種已經證實具有致癌性,會對人體健康造成影響。
由於電腦模式具有迅速、即時、節省人力物力等明顯的優點,因此近年來世界各地的一些自來水公司,開始利用電腦模式來評估既有配水管網中水質的狀況,並作為水質監控的重要參考。本研究的目的,在於以理論發展出考慮餘氯及溶解性有機碳(DOC)反應產生三鹵甲烷的模式,配合以批次實驗求出三鹵甲烷生成系統反應常數,將其套用於模式中,並結合水力模式來建立一可預估管網三鹵甲烷生成的模式。
批次實驗所求得之參數結果,自由餘氯的消耗常數在15℃時其範圍約在0.2178〜0.3822 L/mg•hr之間,平均值為0.3035 L/mg•hr;在25℃時約在0.2376〜0.4044 L/mg•hr之間,平均值為0.3211 L/mg•hr。DOC的消耗常數在15℃時其範圍約在0.0606〜0.1440 L/mg•hr,平均值為0.1001 L/mg•hr;在25℃時約在0.0726〜0.1758 L/mg•hr,平均值為0.1259 L/mg•hr。三鹵甲烷生成常數在15℃時其範圍約在0.0205〜0.0244 L/mg•hr,平均值為0.0229 L/mg•hr;而在25℃時約在0.0232〜0.0278 L/mg•hr,平均值為0.0253 L/mg•hr。
以所得參數套用於模式並針對台中縣豐原市配水管網進行模擬,得到了不錯的模擬結果。模擬總三鹵甲烷濃度時發現,初始加氯量由0.79 mg/L增加至1.14 mg/L時,總三鹵甲烷生成量大約由4~5 μg/L增加至6~7 μg/L,相對於法規標準100 μg/L而言,對水質影響並不顯著;若維持餘氯濃度穩定,管網中單一節點之總三鹵甲烷濃度變化幅度有限,約在2~3 μg/L之內;另外在管線流速較慢、流量較小、停留時間增加時,總三鹵甲烷的生成有提高的趨勢。在此管網中相對而言,DOC的濃度變化很小,對總三鹵甲烷生成影響較小。

摘要 I
目錄 III
表目錄 VII
圖目錄 IX
符號說明 XI
第一章 前言 1
第二章 文獻回顧 3
2-1 概論 3
2-2 消毒副產物 4
2-2-1 消毒副產物的定義 4
2-2-2 消毒副產物的發現 4
2-2-3 無機性消毒副產物 5
2-3 三鹵甲烷 5
2-3-1 三鹵甲烷生成潛勢 5
2-3-2 危害性質 6
2-3-3 現行相關法規標準 7
2-3-4 生成因子 8
2-3-5 控制技術 11
2-4 消毒副產物生成模式 12
2-4-1 反應動力模式 12
2-4-2 多變數迴歸線性模式 13
2-4-3 多變數迴歸非線性模式 14
2-4-4 模式案例 14
2-5 實場相關研究 16
第三章 理論推導與模式建立 19
3-1 理論基礎 19
3-1-1 基本架構 19
3-1-2 基本假設 22
3-2 模式建立 23
3-2-1 水力模式 23
3-2-2 統御方程式 25
3-2-3 邊界條件 26
3-3 數值方法與模式求解 27
3-3-1 水力模式求解 27
3-3-2 三鹵甲烷模式求解 30
第四章 實驗設備與方法 35
4-1 三鹵甲烷生成系統參數求取 35
4-2 實場水樣採樣分析 35
4-3 水質分析方法 38
4-3-1 總餘氯與自由餘氯濃度 38
4-3-2 總有機碳(TOC)分析 38
4-3-3 THMs萃取與分析 40
4-3-4 pH值的測定 45
第五章 結果與討論 47
5-1 三鹵甲烷生成系統參數 47
5-1-1 自由餘氯消耗常數 47
5-1-2 DOC消耗常數 50
5-1-3 TTHM生成常數 51
5-2 三鹵甲烷模式模擬 53
5-2-1 研究背景 53
5-2-2 三鹵甲烷生成模擬 56
5-2-3 自由餘氯模擬 61
5-2-4 DOC模擬 62
第六章 結論與建議 65
6-1 結論 65
6-2 建議 66
參考文獻 67

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