水回收再利用研究發展現況之回顧與評析

時間：2007-05-30 來源： 作者：

2. 回收水質要求及相關規范

任何特定用途之回收水接受與否，依水質物理、化學及微生物性質而定。水中化學成分與微生物的存在，會影響回收水用于食用農作物灌溉、工業應用及間接飲用水回收再利用之接受度。而廢水回收再利用衍生潛在健康風險，與直接接觸回收水程度、處理系統的適用性、效果及可靠性有關。

(1) 水質要求：將回收廢水用于各種不同用途，為了解其生物及化學安全性，與個別處理技術效果，必須進行水質特性評估。美國環保署于1992年發布『水回收再利用指南』中，提出回收廢水水質參數的評估，以生化需氧量（BOD）、總懸浮固體物（TSS）、總或糞便大腸桿菌、營養鹽濃度（氮及磷）及余氯等水質指標為主。

(2) 健康風險管理：盡管廢水回收再利用在世界許多地方已有一段很長的歷史，廢水回收再利用的安全問題仍然難界定，可接受健康風險仍熱烈地被討論。當經處理之都市污水出流水用于都市環境中，由于有許多可能的機會接觸人體，故許多健康方面的關切，必須加以考慮。世界衛生組織（WHO）在1989年所訂定之『廢污水再利用于農業及漁業的衛生指引』（Health Guidelines for the Use of Wastewater in Agriculture and Aquaculture），提出針對回收廢水在農業再利用上相關之生物基準，而Blumenthal et al.,（2000）再加以修正，以降低健康風險，詳細說明如表2所示。整體而言，一個廢水回收再利用計劃是否可行，端視詳細經濟評估、回收水潛在用途、嚴格廢水排放標準、大眾健康考量及強調水資源保育的公共政策而定。

3. 廢水處理技術

將傳統廢水處理程序，如物理、化學及生物處理程序，加以多重組合，可扮演多重屏障，以去除各種污染物，如固體物、有機物、致病菌、重金屬及營養鹽。就技術面而言，以傳統廢水處理單元結合其它高級廢水處理技術，理論上可以處理任何排放水質和水量，以因應回收再利用所需水質和水量要求。傳統廢水處理技術，依處理方式可分為分離處理、生物處理及破壞處理（Asano and Levine, 1998）：

(1) 分離處理（Separation Process）：

分離技術系利用污染物之化學或物理特性，將污染物從廢水中分離，如浮除分離、沈淀可去除懸浮固體物及化學膠羽，過濾甚至可移除水中致病菌，作為消毒之前處理；吸附用于去除有機物；化學混凝法則藉由沈淀及過濾機制分離水中膠羽；離子交換法可應用于水的除礦（demineralization）、硬水軟化（water softening），并藉由濃縮或再生回收有價物質；薄膜程序則包含微濾（microfiltration, MF）、超濾（ultrafiltration, UF）、逆滲透（reverse osmosis, RO）、奈濾 （nanofiltration, NF）、電透析（electrodialysis, ED）及薄膜生物程序（Membrane Bioreactor, MBR）。

(2) 生物處理（Biotreatment technology）：

微生物以懸浮生長或固定生長的型式，與廢水中的溶解性或懸浮性有機物接觸，利用微生物代謝之方式，將污染物分解以提供微生物的生長，同時達到去除或降低污染之目的。生物處理對象主要為有機污染物，廢水中可生物分解之有機物，提供微生物生長所需能量及營養鹽，并氧化而產生二氧化碳、水及其它最

表2、廢水在農業上再利用的生物基準指引建議值（Blumenthal et al., 2000a; WHO, 1989）

終產物，此外，對于部份金屬離子亦有相當高的去除能力。相較于懸浮性微生物處理程序，固定式生物膜法可處理對微生物具有難分解性之物質。

(3) 破壞處理（Destruction Process）：

以生物處理法或物化方法，如混凝沈淀、活性碳吸附，處理水中所含之污染物，在處理及應用上皆有其限制，且對于污染物之去除僅為相轉移，而非破壞分解。隨著污染物處理技術觀念之演進，處理技術目標朝向完全破壞去除污染物之方向發展。相關處理技術，包括氧化還原法，氧化可使廢水中部分有機物分解，且有消毒及殺菌作用，常用于廢水處理之氧化劑，包括空氣、氧氣、臭氧、氯、次氯酸鹽及二氧化氯等；常見之消毒方式為化學消毒法，系于廢水中添加氧化能力強的化學品，如氯氣、臭氧、過氧化氫或溴，以消滅水生細菌、病毒、阿米巴囊蟲及原蟲等致病菌；此外，紫外線消毒已被視為可以替代傳統化學消毒程序（Darby et al., 1993）。

回收再利用系統，建立于廢水處理技術之基礎上，故提升廢水處理技術效能，為近年來重要之研究課題。此外，可依廢水水質特性及所要求處理程度的不同，選用單一或混合處理方法，加入現有廢水處理設施中，提升處理效率與降低操作成本，達到回收再利用之目的。

我國環保署為因應水資源匱乏問題，除放寬污水補注地下水、廢污水土壤處理的限制外，并藉由增加用水成本，以提升廢污水回收再利用。此外，亦積極推動節約用水之行動與政策，并期透過廢污水回收再利用、都市下水道污水回收灌溉等方式，以滿足全臺用水需求量。

三、國內外水回收再利用研究發展現況

水回收再利用系統中，處理技術之選擇及各單元組合方式，依所處理的對象、目的不同而有所不同，除在技術面須考量各程序之處理效能，所回收之處理水是否能達到水再利用之要求外，亦必須將經濟誘因及健康風險納入加以評估，以建立一高處理效率、低操作成本之水回收再利用系統。本研究匯整分析自2000年迄今，水回收再利用之相關文獻，認為近幾年來水回收再利用之研究發展趨勢可分為三大方向，分別為高級處理程序之應用、新技術之研發以及模式評估，說明如下。

1. 高級處理程序之應用

可作為回收再利用之原水水源，包括工業廢水、都市污水及其它水源，其中以染整工業廢水及食品工業廢水應用最廣且相關研究亦最多。受限于廢水處理技術之效能，以傳統廢水處理單元，處理各類別廢水，并無法達到水質及降低人體健康風險之需求，故以初級、二級處理技術為基礎，導入高級處理程序，以提升處理效能，可增進回收再利用系統之處理效益，為水回收再利用之研究重點之一。常見之處理技術包括：

(1) 過濾/吸附/砂濾：在Voigt et al.,（2001）的研究中，利用前處理-過濾-UV消毒之配套流程，針對食品工業廢水進行脫鹽及有機物去除，處理水可回收做為鍋爐及清潔用水。Hamoda et al.,（2004）以砂濾作為三級處理單元，處理活性污泥放流水，操作一年后，系統可穩定的去除95％SS以及99％之BOD及COD，回收水可應用于灌溉。Ramirez Camperos et al.,（2004）建立過濾-吸附-RO/離子交換處理流程，去除飲料工業清洗用水中所含的污染物，COD去除率可達80％，TDS為75％，回收率提升為50％。以砂濾配合加氯消毒單元，處理社區污水處理場之二級放流水，在BOD、臭味、色度及外觀上無法達到水回收再利用之參考標準，若改以臭氧消毒，則除可達到再利用標準外，同時對大腸桿菌及濁度的去除有相當之助益（倪振鴻等人，2001）。

(2) 離子交換/電透析：Jacek and Grazyna（2001）以電透析及離子交換作為基本處理單元，藉由單元程序組合的改變，如二階段電透析；電透析-陽離子交換；陽離子交換-二階段電透析，探討最適操作流程以處理廢酸或含金屬鹽類溶液。研究指出，以陽離子交換-二階段電透析，可得最佳水質，然因樹脂再生液使用量大，操作成本反較其它二者為高。

(3) 好氧-缺氧-厭氧程序：Ahn et al.,（2003）利用好氧-缺氧-厭氧MBR去除家庭生活污水中所含之營養鹽，磷的去除可達93％，而氮則為60％。Cheng et al.,（2004）以厭氧消化方式處理含高濃度COD 18,000 mg/L、TKN 1,600 mg/L、TP 360 mg/L之畜牧廢水，處理過程中可回收沼氣作為能源，且處理水可做農業用途生產蕃茄。鄭幸雄等人（2003）利用三段式流體化床生物程序，包含高溫厭氧反應槽、脫硝槽及硝化槽，處理壓克力纖維制程廢水，實驗證實COD去除率在90％以上，硝酸氮去除率高于97％，有機氮去除率介于60％～80％間，顯示有一定程度的處理效率。陳重男等人（2002）則利用無氧/好氧MBR程序處理都市污水，COD去除率可達97％，總氮及SS則為88及100％。

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