水質指標說明與應用

朝陽科技大學環境工程與管理系

莊O興

104 年 6 月 17 日

水質指標與查證作業實務講習班

內容架構

各項水質指標簡介說明

水質標準採樣程序

水質指標(pH、DO、導電度)檢測方式介紹

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各項水質指標簡介說明

pH （酸鹼值）

DO （溶氧）

ORP （氧化還原電位）

Conductivity （導電度）

BOD （生化需氧量）

COD （化學需氧量）

3

4

水污染指標水污染程度之水質指標，依性質分為：物理性、化學性及生

物性指標

1.物理性指標

(1)水溫：水的溫度。溫度過高或過低的水排入水中會造成污染，可能

影響水中生物生長

(2)臭與味：「臭」起於溶解性氣體(如H2S)和揮發性有機化合物，「

味」則係溶解的無機鹽類(如鐵、鋅、鎂、銅、鈉、鉀等)。可由

鼻聞、口嚐感知

(3)色度：水的色度對造紙、染整、食品業等在視覺上會產生差異

(4)濁度：係因水中含有妨礙光線透過的懸浮固體所致，多由懸浮性有

、無機物產生，對水生植物和魚類的生長、繁殖有影響

5

水污染指標2.化學性指標

(1)pH值：大於7為鹼性、小於7為酸性，會影響生物生長、廢水處理

(2)酸度：水中和鹼的能力，會影響水質好壞及水體的自淨作用

(3)鹼度(alkalinity)：係表示中和酸[H+]之陰離子的含量。鹼度主要來

自水中碳酸氫根，有機物、氨、硫化氫於水體中氧化時會產生酸

，碳酸氫根等鹼度可將此酸度中和，使水體保持於適合生物生存

之度狀況。單位為mg CaCO3/L。

(4)磷：來自於工廠廢水、家庭污水、清潔劑、肥料等。水中含磷濃度

高時，表示污染程度高

(5)溶氧(DO)：指溶解於水中的氧量。水中溶氧來自大氣溶解、自然或

人為曝氣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

低至成缺氧狀態

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(6)生化需氧量(BOD5)：水中受微生物分解的有機物質，在某特定

時間及溫度下，被微生物分解氧化作用所消耗的氧量。表示水中

生物可分解的有機物含量，及水體受有機物污染的程度

(7)化學需氧量(COD)：廢水以重鉻酸鉀等強氧化劑於特定溫度下

，作用一段時間所耗用的氧當量。與BOD同用以表示水中有機

物的含量及水體受有機物污染的程度

(8)懸浮固體(SS )：指水中因攪動或流動而呈懸浮狀態之有機或無

機性顆粒，包含膠懸物、分散物及膠羽。懸浮固體會阻礙光在水

中的穿透

(9)氨氮(NH3-N)：含氮有機物主要來自動物排泄物及動植物屍體之

分解及製程原物料，分解時先形成胺基酸，再依氨氮、亞硝酸鹽

氮及硝酸鹽氮程序而漸次穩定。水體中存在氨氮表示該水體受污

染時間較短

(10)其它：如氯鹽、溶氧硫化合物、重金屬含量等

水污染指標

7

水污染指標

3.生物性指標

(1)大腸桿菌群：指能分解乳醣而產氣之所有好氧及兼性之細菌

、革蘭氏染色陰性不產芽胞之大腸桿菌群細菌或以濾膜法

培養產生金屬光澤之深色菌落。單位為每一百毫升水樣在

濾膜上所產生之菌落數(CFU/100mL)。

(2)總菌數：將細菌(或其他微生物)以培養皿培養後，利用染劑(

例如結晶紫)染色後，以顯微鏡觀察方式計數細菌數，所得

結果即為總菌數。總菌數越多，表示污染越嚴重。

(3)水生物：水體中的生物，包含動物、植物及微生物。潔淨的

水，水中生物種類多而數量少；受污水水中生物種類減少

，但數量增多。受到嚴重污染的水域，較高等的生物無法

生存。

廢水水質分析及實習 8

pH: 氫離子濃度指數

水之氫離子濃度可用pH值表示，pH是氫離子濃度倒數之對數。

舉例：

若廢水之pH為1，則其氫離子濃度為10-1

＝ 0.1 M

pH ＝ 7，則〔H+〕＝ 10-7 ＝ 0.0000001 M

pH （酸鹼值）

廢水水質分析及實習 9

pH為7時，氫離子和氫氧離子之濃度皆為10-7

M。pH小於7時，氫離子濃度大於氫氧離子。

pH大於7時，氫氧離子濃度大於氫離子。

pH （酸鹼值）

pH （酸鹼值）

pH 為何會變動？如何控制？

pH

◦ pH = -log [H+]

◦ pH = 1 -14

pH 變動之原因

◦ 鹼度(Alkalinity)不足

◦ A=[OH- ] + [HCO3-] +

2[CO32- ] - [H+ ]

◦ 調整pH，加NaOH or

NaHCO3 ? 10

污水處理操作參數 鹼度(Alkalinity)-碳酸鹽系統之重要性

◦ A=[OH- ] + [HCO3-] + 2[CO3

2- ] - [H+ ]

11

12

pH計

◦ 標準pH檢測設備通常包含三個要件：pH電極、

溫度補償探棒及pH meter(主機)，指示電極所使

用的是玻璃電極，而參考電極則是使用甘汞電

極。

pH計操作時校正

◦ 一般先用pH 7的緩衝溶液校正，再用pH 4或10

的緩衝溶液（視水樣之pH值而定），最後再用

第三種緩衝溶液當做QC樣品，來查核校正線。

現場量測儀器

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pH值監測儀

◦儀器功能：監測水質酸鹼值

◦裝設位置：調節池、中和池、化學混凝池、放流站

◦操作處理：依各單元合理之pH值範圍做適當調整

常用之設備介紹

廢水水質分析及實習 14

廢水水質分析及實習

15

1.pH計及標準緩衝液左上圖

2.第一種標準緩衝液

(pH = 7)校正左下圖

3.電極清洗右上圖

廢水水質分析及實習

16

4.第二種標準緩衝液(pH = 4)

校正左上圖

5.利用第一種緩衝液查核校正

結果左下圖

6.量測水樣pH值並記錄溫度右

上圖

17

1.中和處理單元 (1)常見操作缺失：

◦ pH計老舊故障異常無法監測控制pH值及加藥管路洩漏，無法順利加藥，

◦ 攪拌機無法運作導致加藥後無法攪拌均勻等缺失。

(2)查核要領：

◦ A.檢查pH計顯示值是否正常，定期進行清潔及校正。

◦ B.檢查攪拌機、加藥機是否運轉正常。

◦ C.檢視加藥量是否適當及加藥管路是否破裂及洩漏。

加藥機區

pH （酸鹼值）

DO （溶氧）

DO: 溶解於水中之氧量，常用單位為mg/L

。

下水中的溶解氧大部份為自大氣溶入者，另一部份為水中綠色植物之同化作用所產生。溶解氧量依溫度之增加而減少，以夏季最低。存在於水中的溶氧量，依氣體溶解度、大氣壓力、水中氯鹽之濃度及懸浮物質濃度而異。

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DO （溶氧）

根據Gameson及Robertson，一般水中氧之飽和溶解度可以下式計算之。

式中 S：氯鹽濃度（g/） t：水溫℃

Cs：飽和溶氧量（mg/l）

19

20

廢水水質分析及實習 21

溶氧(DO)

有許多種方式可用來測定溶氧量，本處所言

為疊氮化物修正法，此法對相當乾淨水非常

適合，干擾物質包括顏色、有機物、懸浮固

體、硫、氯、亞鐵離子、鐵離子。主要原理

：碘釋出之量將隨水中之溶氧量而定，以澱

粉為指示劑，使用硫代硫酸鈉滴定，即可測

得溶氧量。

廢水水質分析及實習 22

產生氧化錳沉澱物

廢水水質分析及實習 23

廢水水質分析及實習 24

1.製作稀釋水左上圖2.取適量水樣或加入稀釋水至300

mL右上圖

廢水水質分析及實習 25

3.分別加入1 mL硫酸亞錳溶液及鹼性碘化物-疊氮化物試劑左上圖

4. 1 mL濃硫酸左下圖

5.待氧化錳沉澱物完全溶解右上圖

廢水水質分析及實習 26

6.取201 mL進行滴定左上圖

7.利用硫代硫酸鈉滴定左下圖

8.滴定至淡黃色右上圖

廢水水質分析及實習 27

9.加入數滴澱粉指示劑左上圖10.加入指示劑後變為藍色左

下圖

11.滴定至無色，為滴定終點

右上圖

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溶氧計

◦ 溶解於水中的游離氧俗稱溶解氧。其測定一般用薄膜法和碘量法

薄膜極譜式電極結構圖 原電池式薄膜電極結構圖

現場量測儀器

參考電極4 Ag + 4 Cl- = 4 AgCl + 4 e-

工作電極O2 + 2 H2O + 4e- = 4 OH-

電池

KCl

電解液

透氧薄膜

白金電極

溶氧指示表

電流計溶氧指示表

參考電極2 Pb + 4 OH- = 2 pb(OH)2 + 4 e-

工作電極O2 + 2 H2O + 4e- = 4 OH-

電流計

KOH

電解液

透氧薄膜

白金或銀電極

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溶氧監測儀

◦儀器功能：曝氣槽水質溶氧量監測。

◦裝設位置：曝氣槽。

◦操作處理：若DO若偏低時(＜1mg/L)

時，則須增加鼓風機出風量

常用之設備介紹

活性污泥法

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多孔散氣設備

曝氣槽之構造-散氣設備

散氣設備有多孔散氣式及噴出散氣式等種類多孔散氣設備有陶瓷或合成樹脂製成之板狀或筒狀，或外表捲有賽冉（Saran）樹脂、尼龍等之管狀或袋狀物

通氣時膜片擴張產生氣泡

不通氣時膜片縮收關閉氣孔

多孔散氣管多孔塑膠管

EPDM (Ethylene Propylene

Diene Monomer)橡膠散氣膜

空氣支管

空氣幹管

多孔散氣盤

空氣幹管

空氣支管

EPDM (Ethylene Propylene

Diene Monomer)橡膠散氣膜

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噴出散氣設備大都為鋼製或合成樹脂

利用高速噴出之空氣，加上水流之作用使空氣分散成細小之氣泡

噴出散氣設備

曝氣槽之構造-散氣設備

空氣(來自鼓風機)

循環水(來自幫浦)

氣液混合流體

循環水

空氣

氣液混合流體

循環水

空氣

氣液混合流體

循環水

氣液混合流體

http://www.gsd-pumps.com/

areator/areatort.htmhttp://www.environet.org.tw/products/

健鑫環境工程股份有限公司.html#9

原理

空氣(自吸或來自鼓風機)

33

活性污泥之呼吸速度

曝氣槽之水質指標- MLDO

MLDO為表示活性污泥淨化作用所需之氧量是否充分之測定

MLDO與活性污泥之呼吸速度之關係如圖所示

由圖上可知當MLDO大於0.3mg/L以上，對於活性污泥之處理機能就無影響

顧及流入水量及水質的變化，應維持槽內流入口0.5～1.0 mg

/L，流出口2～3mg/L以上為宜

0.3 2.01.0 3.0 4.0 5.0

氧呼吸速度

DO (mg/L)

DO、ORP 等現場相關參數變化之原因與意義

◦ DO為生物處理系統之關鍵指標，SOUR(比攝氧率 mg O2/g VSS. hr)可用以掌握微生物之活性。

◦ 好氧處理，DO<1.0 mg/L，操作不正常。DO>6

mg/L，亦屬操作不正常。

◦ ORP 反應水體之氧化狀態，除厭氧處理外，處理流程中ORP應為正值。

◦ ORP為負值，系統處於還原態，以還原反應為主。

34

污水處理廠查核項目參數

污水處理廠查核項目參數

ORP (氧化還原電位, -300 mV – 400 mV)

在反應環境中氧化物種與還原物種之濃度比值愈高，pH 愈低、溫度愈低、溶氧愈高，電子釋放傾向愈大，則ORP 值愈高。

◦ 大約每增加一單位的pH 值，ORP 值即減少約40-

60 mV

◦ EH=0.5590-0.0502*pH R2=0.996

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E ][

][Reln

0

Ox

d

nf

RTE

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電子供給者與接受者氧化還原電位示意圖

導電度(Conductivity)

導電度(Conductivity)之意義與重要性！

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0.1 Mcm = 10 S/cm

1 Mcm = 1 S/cm

10 Mcm = 0.1 S/cm

Resistivity R = 1/Conductivity

導電度降低之原因？

離子濃度降低，離子成份去除。

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薄膜技術介紹薄膜孔徑與物質尺寸

Ionics Molecular Macro- Micro- Macro- 離子

分子 Molecular Particle Particle Molecular

Weight (MW)

in Daltons 100 200 1,000 10,000 20,000 100,000 500,000

尺寸m 0.001 0.01 0.1 1.0 10 100 1000

物質

名稱

高級

水處理

方式

Virus Bacteria

Aqueous salts Algae

Metal ions Humic acid Silt Sand

Clays

RO、ED/EDR 傳統過濾程序

NF

UF

MF

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逆滲透法(0.4nm~6nm)

滲透與逆滲透

薄膜技術介紹

壓力(>滲透壓)

滲透壓

海水(污水)

滲透流(osmosis flow)

淡水(純水)

水位上升

滲透現象

半透膜(semi-permeable membrane)

海水(污水)

淡水(純水)

滲透平衡

半透膜(semi-permeable membrane)

海水(污水)

逆滲透流(RO flow)

淡水(純水)

逆滲透

半透膜(semi-permeable membrane)

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化合物(溶質) 濃度(mg/L) 濃度(mole/L, M) 滲透壓(psi at 25℃)

NaCl 35000 0.6 398

NaCl 1000 0.0171 11.4

NaHCO3 1000 0.0119 12.8

Na2SO4 1000 0.00705 6.0

MgSO4 1000 0.00831 3.6

MgCl2 1000 0.0105 9.7

CaCl2 1000 0.009 8.3

溶液中不同溶質不同之滲透壓

薄膜技術介紹

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HYDRA cap® 膜----橫 截 面 圖

分離層

外部

內腔（進水）

過濾液體流道

放流水標準與灌溉用水水質標準比較表

項目 放流水標準限值 灌溉用水標準限值

水溫 35 35

pH值 6.0～9.0 6.0-9.0

電導度 未管制 750

懸浮固體物 30 100

DO 未管制 3以上

氯化物(Cl) 未管制 175

硫酸鹽(SO4) 未管制 200

總氮 15（註2） 3.0

清潔劑(ABS) 10.0 5.0

油脂 10.0 5.0

鈉吸收率(SAR) 未管制 6.0

殘餘碳酸鈉(RSC) 未管制 2.5

大腸菌類 200,000 未管制

典型二級處理水水質與灌溉用水標準比較

項 目 都市廢水廠二級放流水

工業區廢水廠二級放流水

灌溉用水標準限值

導電率(μS/cm) 571 2612 750

總溶解固體物 --- 1543 ---

懸浮固體物 7.4 16.4 100

TN --- --- 3.0

NH4+ 15.0 --- ---

NO3- --- 17.2 ---

Cl－ 65 536 175

SO4-2 60.8 328 200

ABS 0.66 --- 5.0

廢水水質分析及實習

生化需氧量(BOD)

原理、流程圖及照片

BOD測試可得到廢水於一定溫下，五天間其

中之微生物氧化水中有機物所需之氧量。結

果顯示可利用性有機物的氧化速率或廢水中

可被生物氧化之有機物濃度。

廢水水質分析及實習

生化需氧量(BOD)

廢水水質分析及實習

將水樣稀釋成數種濃度，使能涵蓋BOD值

之估計範圍，由估計之BOD來計算加入

BOD瓶中之原水樣體積，假設最高溶氧消

耗量為4 mg/L，則

水樣體積(300 mL瓶中) ＝ 4 mg/L × 300 mL/估計

值，mg/L

估計值BOD ＝ 400 mg/L 則使用3 mL水樣

估計值BOD ＝ 200 mg/L 則使用6 mL水樣

生化需氧量(BOD)

廢水水質分析及實習

廢水水質分析及實習

稀釋水組 水樣組 植種水組

編號 1 2 3 4 5 6

稀釋水體積 (mL) 300 300 289 289 297 297

植種水體積 (mL) 0 0 1 1 3 3

水樣體積 (mL) 0 0 10 10 0 0

組成

合計體積 (mL) 300 300 300 300 300 300

DO0 (mg/L) 9.2 9.2 9.2

DO5 (mg/L) 9.2 5.1 7.1

DO0 – DO5 (mg/L) 0.0 (< 0.2 OK!) 4.1 (> 2.0 OK!) 2.1 (> 2.0 OK!)

植種水耗氧 (mg/L.mL) 0.7 × 1 = 0.7 2.1 ÷ 3 = 0.7

溶氧淨消耗 (mg/L) 4.1 – 0.7 = 3.4

水樣 BOD (mg/L) = 3.4 mg/L × (300/10)

= 102 mg/L

生化需氧量(BOD)

廢水水質分析及實習

生化需氧量(BOD)

例：某一放流水 BOD 分析數據如下，由於放流水會有毒性物質，

故採植種方式進行檢測，試計算五天之 BOD。

空白 放流水 植種水

稀釋水體積 (mL) 300 300 289 289 298 298

植種水體積 (mL) 0 0 1 1 2 2

水樣體積 (mL) 0 0 10 10 0 0

組成

合計體積 (mL) 300 300 300 300 300 300

DO0 (mg/L) 9.0 9.0 9.0

DO5 (mg/L) 8.9 3.0 7.0

DO0 – DO5 (mg/L) 0.1 6.0 2.0

植種水耗氧 (mg/L.mL) 1.0 × 1 = 1.0 2.0 ÷ 2 = 1.0

溶氧淨消耗 (mg/L) 6.0 – 1.0 = 5.0

水樣 BOD (mg/L) = 5.0 mg/L × (300/10)

廢水水質分析及實習

廢水水質分析及實習

1.取適量水樣或加入稀釋水至300 mL左上圖2.DO5置於恒溫箱(20℃，5天)右上圖，後進行DO實驗3.DO0-DO5

廢水水質分析及實習 52

水質標準採樣程序-取樣及水樣保存

重要性依照下述的原則即可得到較佳的結果：

(1)確認所取的水樣為具有代表性的水樣。

(2)使用正確的採樣技術。

(3)正確保存水樣。

檢測的主要誤差是導源於不正確的採樣方法

、不當的保存和測試時未充分混合等。

廢水水質分析及實習 53

採樣方式處理廠中採樣方式有：

(1)單一水樣（grab samples）：單一次的廢水樣，而非一組時間或流量的廢水樣。

(2)組成水樣（composite samples）：每一單一水樣被採取之後，應按照流量比例取水樣，以組合成組合水樣。

水質標準採樣程序-取樣及水樣保存

廢水水質分析及實習 54

採樣方式

單一水樣(grab samples)

有下列情形出現時，單一水樣較組成水樣為佳：

(1)欲採取的廢水樣並非連續流。

(2)廢水特性相當穩定。

(3)測試組成水樣是否遮蔽廢水的極端狀況時。

(4)廢水欲分析溶氧、大腸桿菌群、餘氯、油脂、

溫度和pH值時。

廢水水質分析及實習 55

組成水樣（composite samples）

欲製備一組成水樣，廢水流量必需知道。每

一單一水樣被採取之後，應按照流量比例取

水樣，以組合成組合水樣。採樣後，應立刻

冷藏以免發生物理、化學或生物反應。

採樣方式

廢水水質分析及實習 56

採樣工具

手動採樣裝置包括採樣杓、採樣瓶、手提幫

浦、截面採樣器等。

自動採樣裝置雖較省時，但隨之而來亦產生

一些問題，自動採樣管線會長滿生物並週期

性剝落，由於其含高固體量，會污染樣品，

故需常常清理。

廢水水質分析及實習 57

水樣保存

對大多數水樣而言，採樣之後水質就立刻

產生變化，若採樣和分析的時間間隔愈短

，則分析結果愈可信賴。

採樣後不能立刻檢驗，則水樣需以適當的

方法保存，以延緩其變質。

請參考環保署公告之水樣保存方法（表2.2

），以下列舉數項。

廢水水質分析及實習

58

表2.2 水質（包括：水質水量、飲用水及地下水）樣品保存規定註1

檢測項目 容器 保存方法

註3

最長保存

期限

pH值 玻璃或塑膠瓶 -

立刻分析

（現場測定）

溫度 - -

立刻分析

（現場測定）

懸浮固體 抗酸性之玻璃或塑膠瓶 暗處，4℃冷藏。 7天

總溶解固體 抗酸性之玻璃或塑膠瓶 暗處，4℃冷藏。 7天

一般金屬 以1+1硝酸洗淨之塑膠瓶 加硝酸使水樣之pH < 2(若測定溶解

性金屬，須於採樣後立刻以0.45 μm之

薄膜濾紙過濾，並加硝酸使濾液之pH

< 2)。加酸後之水樣應貯藏於4 ± 2℃

下。

180天

廢水水質分析及實習

59

表2.2 水質（包括：水質水量、飲用水及地下水）樣品保存規定(續)

檢測項目 容器 保存方法

註3

最長保存

期限

真色色度 使用清潔並經試劑水

清洗過之塑膠瓶或玻

璃瓶，在取樣前採樣瓶

要用擬採集之水樣洗

滌二至三次。

暗處，4℃冷藏 儘可能在最短時間內

分析；若無法即時分

析，水樣應貯存於 4℃

暗處運送及保存，並於

48 小時內完成分析。

氨氮 玻璃或塑膠瓶 加硫酸使水樣之pH <

2,暗處，4℃冷藏。水

樣中含有餘氯，則應於

採樣現場加入去氯試

劑。

7天

廢水水質分析及實習

60

表2.2 水質（包括：水質水量、飲用水及地下水）樣品保存規定(續)

檢測項目 容器 保存方法

註3

最長保存

期限

總凱氏氮 玻璃或塑膠瓶 加濃硫酸將樣品酸化

至 pH 值為 1.5 至 2.0，

並儲存於 4℃。水樣中

含有餘氯，則應於採樣

現場加入去氯試劑。

14 天

硝酸鹽 玻璃或塑膠瓶 暗處，4℃冷藏。 48小時(已氯化水樣則

為28天)

亞硝酸鹽 玻璃或塑膠瓶 暗處，4℃冷藏（樣品

不可加酸保存）。

48小時

溶氧

(碘定量法)

BOD瓶 採樣後立刻加入 0.7

mL濃硫酸及1 mL疊氮

化鈉溶液，在10至20℃

時以水封保存。

8小時

廢水水質分析及實習

61

表2.2 水質（包括：水質水量、飲用水及地下水）樣品保存規定(續)

檢測項目 容器 保存方法

註3

最長保存

期限

溶氧

(疊氮化物修正法)

BOD瓶 - 立刻分析（現場測定）

硫酸鹽 玻璃或塑膠瓶 暗處，4℃冷藏。 7天

總磷 以 1+1 熱鹽酸洗淨之

玻璃瓶

加硫酸使水樣 pH <

2，暗處，4℃冷藏。

7 天（若為檢測正磷酸

鹽，則無須添加硫酸，

且須於 48 小時內進行

檢測）

生化需氧量 玻璃或塑膠瓶 暗處，4℃冷藏。 48小時

化學需氧量 玻璃或塑膠瓶 加 硫 酸 使 水 樣 之

pH<2，暗處，4℃冷藏。 7天

水質指標(pH、DO、導電度)檢測方式介紹(操作示範)

pH:：空白水樣及加酸(鹼)水樣。

DO： 靜置水樣及劇烈混合水樣。

導電度：空白水樣及加NaCl水樣。

62

簡報結束，敬請指教

水質指標與查證作業實務講習班