研究目的

利用實驗設計法探討加氯對腐植酸形成三鹵 甲烷物種及有機光譜性質變化 ( 暫定 )

報告人：林聖閔 學生

指導老師：賴文亮 教授

研究目的

 利用之方法為實驗設計法之部分因素法探討，設定不同加 氯量、溴離子、腐植酸、反應時間、溫度等條件影響下，

瞭解加氯對腐植酸形成三鹵甲烷物種及有機光譜性質變化

之條件，並預期達成工作目標。

文獻回顧 (1/2)

 加氯量



加氯反應中所加之氯先與水中之還原性物質（

Fe ²⁺

、

Mn ²⁺

、

NH 3

等）作用，多餘的氯才會與有機物反應，此時所加入的 氯量會與

THMs

生成量成正比。

 溴離子



若水中有溴離子存在，會促進氯仿以外其他溴化三鹵甲烷之 生成，因而影響了

THMs

的物種分佈與生成量。



研究發現水中的

Br ^- /DOC

值相當重要，當該值增加時，會 形成更多之

TTHM

，當該值減少時，其形成總三鹵甲烷則 以含氯之

THMs

為主。

文獻回顧 (2/2)

 前驅物質



天然有機物中，溶解性有機物

(DOM)

為主要的前驅物質來源，包 含兩種成分：腐植質與非腐植質，一般是由未知結構的化學成分所 構成之複雜的混合有機物。腐植質是地表水中

DOM

的主要成分，

約佔

50-65

％，為構成

THMs

之重要前驅物質。

 反應時間

 THMs

之生成量會隨著反應時間增加，所以在消毒過後存在的餘氯 會持續反應生成

THMs

。

 溫度



在加氯情形下，溫度升高，

THMs

生成量會隨之增加。

實驗設計之部分因素法

符號：參數 範圍 階次

- +

A

：

Chlorine dosage / (as Cl

₂

) mg/L 2 - 5 2 5

B

：

Bromide / mg/L 0.1 – 1 0.1 1

C

：

Humic conc. / mg/L 1 – 4 1 4

D

：

Reaction time / Hr. 0.5 – 4 0.5 4

E

：

Temp. / 15 – 30 15 30

符號：參數 範圍 階次

- +

A

：

Chlorine dosage / (as Cl

₂

) mg/L 2 - 5 2 5

B

：

Bromide / mg/L 0.1 – 1 0.1 1

C

：

Humic conc. / mg/L 1 – 4 1 4

D

：

Reaction time / Hr. 0.5 – 4 0.5 4

15 – 30 15 30

runs A B C D E

1 - - - - + (-)

2 + - - - - (+)

3 - + - - - (+)

4 + + - - + (-)

5 - - + - - (+)

6 + - + - + (-)

7 - + + - + (-)

8 + + + - - (+)

9 - - - + - (+)

10 + - - + + (-)

11 - + - + + (-)

12 + + - + - (+)

13 - - + + + (-)

14 + - + + - (+)

15 - + + + - (+)

16 + + + + + (-)

( )*

：

I = - ABCD

之試程

2

^5-1部分因素設計

( I=ABCD

或

I

＝

-ABCD)

之因素和階次配置

2

^5-1部分因素設計之因素和階次配置



所有試程之實驗配置

I=ABCDE

及

I= -

ABCDE

，並分別進行

2

^5-1

=16

試程，各試驗點 的選擇，係在維持點與點間之對稱性，盡可能 使實驗上可能導致之變異性相互扺消。

不同參數對三鹵甲烷形成之影響

2 ^5-1 部分因素設計各試程對應 THMs 物種濃度之比較

runs Factor

物種

(μg/l)

A B C D E Cl-THMs Br-THMs

1 - - - - + ^{12.67 11.69}

2 + - - - - ^{13.71 6.75}

3 - + - - - ^{4.00 28.93}

4 + + - - + ^{41.03 36.57}

5 - - + - - ^{29.05 5.89}

6 + - + - + ^{49.18 11.07}

7 - + + - + ^{28.01 120.63}

8 + + + - - 11.56 81.07

9 - - - + - 12.31 20.43

10 + - - + + 26.29 26.26

11 - + - + + 55.49 80.57

12 + + - + - ^{6.16 26.72}

13 - - + + + ^{82.41 21.76}

14 + - + + - ^{57.03 12.01}

15 - + + + - ^{14.79 161.28}

16 + + + + + ^{60.15 254.33}

各參數對 Cl-THMs 形成之 ANOVA 變異數分析表

Factor SS

(

平方和

)

df (

自由

度

)

MS

(

均方和

) F p

(1)chrorine dosage 43.382 1 43.382 1.8035 0.237028

(2)Bromide 236.084 1 236.084 9.8145 0.025875

(3)Humic Conc. 1610.355 1 1610.355 66.9459 0.000443 (4)Reaction Time 982.979 1 982.979 40.8646 0.001388 (5)Temp. 2668.212 1 2668.212 110.9233 0.000133

1 by 4 203.955 1 203.955 8.4788 0.033328

2 by 3 1311.260 1 1311.260 54.5119 0.000717

2 by 5 503.231 1 503.231 20.9204 0.005981

3 by 4 286.680 1 286.680 11.9179 0.018194

4 by 5 236.152 1 236.152 9.8173 0.025862

Error 120.273 5 24.055

Total SS 8202.563 15

R-sqr=.98534

　

P-value > 0.05

各參數 Cl-THMs 形成之效用估計表、柏拉圖、常態機率圖

Factor Effect Std.Err. t(5) p

Mean/Interc. 31.4889 1.226136 25.68142 0.000002 (1)chrorine dosage 3.2933 2.452273 1.34294 0.237028 (2)Bromide -7.6825 2.452273 -3.13282 0.025875 (3)Humic Conc. 20.0646 2.452273 8.18205 0.000443 (4)Reaction Time 15.6762 2.452273 6.39254 0.001388 (5)Temp. 25.8274 2.452273 10.53201 0.000133 1 by 4 -7.1406 2.452273 -2.91184 0.033328 2 by 3 -18.1057 2.452273 -7.38322 0.000717 2 by 5 11.2164 2.452273 4.57388 0.005981 3 by 4 8.4658 2.452273 3.45223 0.018194 4 by 5 7.6836 2.452273 3.13326 0.025862

p=.05

Standardized Effect Estimate (Absolute Value) (1)chrorine dosage

1by4 (2)Bromide

4by5 3by4 2by5 (4)Reaction Time

2by3 (3)Humic Conc.

(5)Temp.

DV: CHCl ₃+CHCl ₂Br 10.53

1.34 -2.91

-3.13 3.13 3.45

4.57

8.18 -7.38 6.39

(1)chrorine dosage (2)Bromide1by44by53by4 2by5 (4)Reaction Time 2by3 (3)Humic Conc.

(5)Temp.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

- Interactions - Main effects and other effects 0.0

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Expected Half-Normal Values (Half-Normal Plot)

(1)chrorine dosage (2)Bromide1by44by53by4 2by5 (4)Reaction Time 2by3 (3)Humic Conc.

(5)Temp.

DV: Cl-THMs

各參數對 Br-THMs 形成之 ANOVA 變異數分析表

Factor SS

(

平方和

)

df (

自由

度

)

MS

(

均方和

) F p

(1)chrorine dosage 28412.75 1 28412.75 118.5803 0.000113 (2)Bromide 11562.47 1 11562.47 48.2558 0.000950 (3)Humic Conc. 5653.39 1 5653.39 23.5944 0.004644 (4)Reaction Time 3019.96 1 3019.96 12.6038 0.016384

(5)Temp. 2105.98 1 2105.98 8.7893 0.031349

1 by 5 13163.34 1 13163.34 54.9371 0.000704

2 by 3 2773.51 1 2773.51 11.5752 0.019204

2 by 4 1772.80 1 1772.80 7.3988 0.041771

3 by 4 1613.60 1 1613.60 6.7344 0.048538

4 by 5 691.00 1 691.00 2.8839 0.150225

Error 1198.04 5 239.61

Total SS 71966.85 15

R

-sqr=.98335

　

P-value > 0.05

各參數 Br-THMs 形成之效用估計表、柏拉圖、常態機率圖

Factor Effect Std.Err. t(5) p

Mean/Interc. 56.62207 3.869816 14.63172 0.000027 (1)chrorine dosage 84.28041 7.739632 10.88946 0.000113 (2)Bromide 53.76445 7.739632 6.94664 0.000950 (3)Humic Conc. 37.59452 7.739632 4.85740 0.004644 (4)Reaction Time 27.47709 7.739632 3.55018 0.016384 (5)Temp. 22.94549 7.739632 2.96467 0.031349 1 by 4 57.36580 7.739632 7.41195 0.000704 2 by 3 26.33208 7.739632 3.40224 0.019204 2 by 5 21.05234 7.739632 2.72007 0.041771 3 by 4 20.08485 7.739632 2.59506 0.048538 4 by 5 13.14343 7.739632 1.69820 0.150225

p=.05

Standardized Effect Estimate (Absolute Value) 4by5

3by4 2by5 1by5 2by4 (5)Temp.

(4)Reaction Time (3)Humic Conc.

2by3 (2)Bromide

DV: CHClBr ₂+CHBr ₃ 6.94

1.69 2.59

2.72 2.96

3.40 3.55

4.85

7.41

10.88

4by5 3by42by51by5(5)Temp.2by4(4)Reaction Time

(3)Humic Conc.

2by3

(2)Bromide

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

- Interactions - Main effects and other effects 0.0

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Expected Half-Normal Values (Half-Normal Plot)

4by5 3by42by51by5(5)Temp.2by4(4)Reaction Time

(3)Humic Conc.

2by3

(2)Bromide

DV: Br-THMs