水里的雜質除了懸浮固體還有哪些?
天然水體中均含有懸浮固體 (solid material)，依其性質不同又可分為總固形物/總固體(total solids, TS)、總懸浮固形物/總懸浮固體(total suspended solids, TSS) 及總溶解固形物/總溶解固體(total dissolved solids, TDS)。
總固體是指將水樣蒸發後，經乾燥的殘留物質。總固體物又可分成兩部分，水樣過濾後，留存於過濾設備上、經乾燥後所得之部份稱為總懸浮固體；而其濾液經乾燥所得之部份，則稱為總溶解固體。
什麼是懸浮固體？相關的規範有哪些？
懸浮固體一般是指水中因攪動或流動而呈現懸浮狀態的有機或無機性顆粒。當水體中的懸浮固體含量多時，會使得光無法穿透水體、水體透明度下降、濁度上升，降低藻類光合作用，導致水體缺氧，造成水生生物的活動量下降。而工業廢水因量多、污染物多、成份複雜、不易進行淨化，為天然水體的主要污染源之一，其懸浮固體物質含量最高可達 30000 mg/L。因此，總懸浮固體為水質分析的重要檢測項目，可做為水體受污染的指標，用以判斷其受污染的程度。在放流水標準－環署水字第 1080028628 號中，詳細訂定各事業放流水 (effluent) 之懸浮固體的含量上限。
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產業 |
懸浮固體含量上限 (mg/L) |
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晶圓製造及半導體製造業、石油化學業、化工業、發電廠 |
30 |
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海水淡化廠 |
50 |
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藥品製造業 |
30 |
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醫院、醫事機構 |
30 |
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農藥、環境衛生用 |
30 |
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環境檢驗測定機構 |
30 |
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實驗、檢(化)驗、研究室 |
50 |
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食品製造業、製糖業 |
30 |
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醱酵業 |
50 |
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肉品市場、屠宰業 |
80 |
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魚市場、水產養殖業 |
30 |
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畜牧業 |
150 |
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公共污水下水道系統 |
30 (流量大於 250 立方公尺/日) |
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50 (流量 250 立方公尺/日以下) |
懸浮固體和水質濁度的差異
濁度 (turbidity) 表示光入射水體時被散射的程度，可透過觀察水體透明或澄清的程度判斷；濁度來源包含懸浮固體、粒子、細微有機物、藻類、浮游生物或微生物等。水體透明度低，表示濁度高，會影響水生植物的光合作用及水生生物生長與活動。進行淨水處理時，水體濁度高則會干擾消毒作用。濁度可以濁度計測定，其係利用光散射原理進行量測，單位為標準濁度單位 (Nephelometric Turbidity Unit, NTU)。
水質濁度檢測方法
濁度及總懸浮固體皆是量測水體的透明度，然而兩者測量方法實際上存在些許差異。濁度通常以可攜式裝置直接於現場進行量測，可立即取得數據。而總懸浮固體則是於實驗室中，以過濾及乾燥等實驗方法進行分析，得知水體中懸浮固體的含量。因此，濁度是量測水體的光散射度；總懸浮固體則是定量水體中的懸浮固體等微小顆粒 (particle)。而影響濁度及總懸浮固體的顆粒也不盡相同，如下圖所示：
懸浮固體檢測方法
大多數水中懸浮固體的檢測方法是利用重量法 (gravimetric) 進行分析，以玻璃纖維濾膜 (glass-fiber filter) 或纖維素酯濾膜 (cellulose ester membrane) 過濾水樣後，收集沉澱物以天平秤重定量。
我國行政院環保署針對水中懸浮固體公告之檢測方法有：
- 水中總溶解固體及懸浮固體檢測方法－103～105℃乾燥 (NIEA W210.58A)
- 水中懸浮固體檢測方法－自動監測設施法 (NIEA W211.51C)
一般檢驗實驗室多以NIEA W210.58A為主，因其成本便宜且操作簡易，僅需利用懸浮固體檢測儀器（含真空過濾設備、烘箱及天平），即可進行檢測。
而自動監測設施法則多以懸浮固體分析儀 (suspended solids analyzer) 進行分析，多應用於產業界，如工業用水、農漁牧業、石化業等。
懸浮固體檢測流程－以NIEA W210.58A為例
- 本方法適用樣品：飲用水、飲用水水源、地面水體、地下水、放流水、廢 (污) 水及海域等水樣。
- 本方法限制所取樣品中固體之含量為 2.5~200 mg，且過濾時間應不超過 10 分鐘。
- 採樣：須使用抗酸性之玻璃瓶或塑膠瓶，以免懸浮固體吸附於器壁上，分析前均應保存於 4±2℃ 之暗處，以避免固體被微生物分解，且分析時應將樣品回復至室溫再行取樣。
- 前置作業-濾膜處理：將玻璃纖維濾膜 (glass-fiber filter) 放置於過濾漏斗 中，以試劑水沖洗後，重複烘乾 (103~105 ℃)、冷卻、乾燥、稱重之步驟，直至前後兩次之重量差在 0.5 mg 範圍內，即為濾膜重。
- 將濾膜放置於過濾漏斗上，加入少量試劑水，以真空幫浦抽吸，將濾膜定位。
- 真空幫浦持續開啟狀態下，將充分混合、取定量之水樣注入過濾漏斗中，使水樣通過濾膜，進行過濾。
- 以試劑水沖洗濾膜 3 次。過濾完成後，繼續抽氣 3 分鐘。
- 關閉真空幫浦，將濾膜取下後放置圓盤 (鋁或不鏽鋼材質) 中，以 103~105 ℃ 烘乾至少 1 小時。
- 將含有濾膜的圓盤移入乾燥器中冷卻後稱重。
- 重複烘乾 (103~105 ℃)、冷卻、乾燥、稱重之步驟，直至前後兩次之重量差在 0.5 mg 範圍內，即為水中懸浮固形物及濾膜重。
- 水中總懸浮固形物依下列公式計算：
各國規範之濾膜孔徑
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國家 |
方法 |
濾膜孔徑 (pore size) |
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美國 |
SM 2540 D |
Pall A/B Type |
1 um |
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EPA 160.2 |
Millipore AP-40 |
0.7 um |
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Reeves Angel 934-AH (Whatman grade 934 AH) |
1.5 um |
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Gelman type A/E (現為 Pall type A/E) |
1 um |
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台灣 |
NIEA W210.58A |
Whatman grade 934 AH |
1.5 um |
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Pall type A/E |
1 um |
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Millipore Type AP-40 |
0.7 um |
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E-D Scientific Specialties grade 161 |
1.1 um |
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中國 |
GB 11901-89 |
CN-CA膜 |
0.45 um |
據 Analytical Methods (2018) 中研究指出，以有效濾膜孔徑範圍 0.4~3 um 的玻璃纖維濾膜或纖維素酯濾膜過濾水樣，所得總懸浮固體之含量分析結果並無明顯差異，即不同濾膜孔徑及過濾器形式對測定結果沒有顯著影響。
選用濾膜時，可依水樣本身的物理性質、固體粒子粒徑大小及總量挑選合適的孔徑。建議若水體清澈或濁度低時，可選用孔徑較小的濾膜；若水體濁度高或含有沉積物、淤泥、黏土等物質時，則可以較大孔徑濾膜過濾，避免濾膜堵塞，使得水樣不易過濾。
參考資料：
– 工業循環冷卻水中懸浮固體的測定 (GB/T 23838-2009)
-水中總溶解固體及懸浮固體檢測方法-103～105℃乾燥 (NIEA W210.58A)
-水质悬浮物的测定重量法 (GB 11901-89)
–輔英科技大學，環境工程與科學系，總懸浮固體及揮發性懸浮固體檢測方法
–40 CFR Part 133 — Secondary Treatment Regulation, US EPA
–CHAPTER 5. Technology-Based Effluent Limitations, NPDES Permit Writers’ Manual, 2010
-Metcalf and Eddy, Wastewater Engineering-treatment, disposal, and reuse. McGraw-Hill, Inc., 1991
-Method 160.2 – Residue, Non-Filterable (Gravimetric, Dried at 103-105°C), US EPA
-Reverse Osmosis, Chapter 8 – RO Membrane Fouling, 2019
– Total Suspended Solids Dried at 103-105ºC and Total Volatile Suspended Solids Dried at 500°C, SM 2540 D
–What is the difference between Turbidity and TSS? Westlab, 2018
–What filter size are you using for Total Suspended Solids analysis?, ResearchGate
