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：

(4) 薄膜程序：Ismail et al.,（2004）以NF單元，處理含有高NaCl及染料、色度濃度之染整廢水，處理水經回收后可再進入制程中被使用，估計兩年內可回收單元設置及操作成本；Frank et al.,（2002）以二階段NF去除染整工業廢水中98％之色度，使水回收率達90％；而Tang and Chen（2002）同樣以NF處理染整廢水中電解質及色度，水回收率可達99％。由于制革工業之制程中使用大量化學藥品，故制程廢水即使經過二級處理，出流水仍含有大量之TDS及有機物，無法以傳統之處理程序處理。Suthanthararajan et al.,（2004）使用RO單元，去除98％ TDS，回收率提升為78％，若將NF結合RO單元，除可提升回收率外，亦可延長薄膜壽命以及增加滲流量。Low et al.,（2003）指出，以傳統混凝及沈淀處理電視映像管制程廢水，有高成本及大量污泥產生之缺點，若改以薄膜程序處理，則濃縮液中的碳微�？稍诨厥諔�用于制程中，處理水亦可再被使用。Noronha et al.,（2002）結合MBR可去除有機物，及NF可移除無機物之優點，輔以UV消毒，可使果汁工業制程廢水回收作為冷卻或鍋爐用水。而乳制品產業廢水，因其含有部分牛乳，故水中COD增加，使用RO或NF需再結合其它單元，才能使處理水符合再利用標準（Béatrice, 2002）。在Miyagi and Nakajima（2002）的研究中，利用UF處理含礦油及非離子性界面活性劑（APE）之乳化廢水，結果顯示，UF薄膜系統可去除97％礦油及90％APE。Mutlu et al.,（2002）使用0.8μm MF結合400Da之NF，處理含有大量BOD、4000 mg/L COD及11000 Pt-Co色度之面包發酵工業廢水，實驗結果可使廢水色度去除率達到89％，而COD去除率則為72％。Karabelas et al.,（2001）考慮技術及經濟條件，選用RO作為處理肥料工業廢水之主要單元，濃縮液中所含之化學物可回收再利用于制程中，而處理水可作為冷卻水水源。Alan et al.,（2000）利用UF-RO程序處理中水及雨水，處理水經消毒單元后可做為廁所沖洗水，其中中水由于含較多有機物質，故進入薄膜組合程序前，需先經生物濾床進行前處理。Otaki et al.,（1998）以河川水為處理對象，認為UF系統對E. Coli的去除率可達100％；而Bian et al.,（1999）發現，單獨利用UF處理河川水，并無法有效去除水中腐植質，若配合預混凝程序，則去除率可達80％，或利用MF配合活性碳吸附，可增進腐植質之去除效率。黃信仁等人（2001）發現，經適當前處理后，以不同操作壓力進行UF操作，能使半導體業之化學機械研磨廢水濁度，降至0.5 NTU以下，所得之澄清液，可回收利用于非制程系統，甚至進入純水系統進一步純化再利用。江萬豪等人（2001）以UF薄膜結合混凝前處理，回收CMP廢水。結果顯示，混凝的確可增進濁度、TOC的去除率，采用薄膜分離技術回收CMP廢水，適當的混凝前處理不但增加廢水回收效率、延長薄膜操作濾程，且省下沉淀池的用地。在Chen and Chen（2004）研究中，以MBR結合RO程序處理液晶顯示器工業廢水，COD去除率可達97％、TOC為98％，BOD則為99％，處理之回收水可作為冷卻水或其它功能用水。黃益助等人（2001）利用混凝沉淀作為實驗前處理，再配合逆滲透分離的技術來凈化經二級處理之放流水，評估薄膜技術應用在水回收再利用具有可行性。

(5) 其它：Rubio et al.,（2002）利用浮除法去除礦場、冶金工業廢水中所含之污染物、粉末顆粒、金屬離子油脂、有機物及少量有價金屬，發現具有低污泥量且高分離效果。Al-Jamal et al.,（2002）以人工濕地去除廢水中所含之污染物，并將處理水應用于灌溉，可回收營養鹽、有機物做為植物生長之用，并維持水源涵養量，以此系統模式可處理都市污水。人工濕地可應用于去除水產養殖廢水中所含之營養鹽，可使總氮去除達95-98％，總磷為32-71％，使養殖用水循環再利用（Lin et al., 2002）。單以人工濕地處理工業廢水，則因水質特性，處理效果有限，可于添加生活污水提供濕地生態系統發展之所需，促進處理效率（林欣怡及楊磊，2000）。而人工濕地亦可取代傳統處理方式處理垃圾滲出水（蔡凱元及楊磊，2003）。

事實上，各廢水處理技術，在操作上皆有其瓶頸，且在水回收再利用之應用上，受限于原水水質及回收水質需求，表3整理各再生水源應用于不同回收用途之適用處理技術。都市污水中污染物多為有機物、致病菌，以及氮磷等營養鹽，多以生物處理配合消毒單元，使回收水可做農業灌溉及廁所沖洗水等用途；厭氧消化法，可處理高濃度有機物廢水，適用于處理畜牧廢水。工業廢水水質特性依業別及制程而有相當大的差異，其中染整廢水、食品廢水及化學機械研磨廢水，由于廢水量大，水之回收再利用亦格外引人關注。染整廢水中含有大量之有機物極高色度，利用薄膜程序如NF或RO可有效去除水中色度及有機物，回收水可再導入染色制程中使用；食品廢水中多為生物可降解有機物，藉由MBR結合薄膜程序，并輔以消毒單元，所處理水質可做為鍋爐或清潔用水；而化學機械研磨廢水中，污染物主要成分為無機物，以電化學混凝，處理水可用作冷卻用水，若以混凝前處理結合RO，處理水甚至可進入純水系統，作為純水水源。

2. 新技術之研發

隨著人類生活模式的轉變，工業產品及制程發展的多樣化，經由人類活動所排放至環境中的污染物質，其種類及性質亦有相當程度的改變。傳統的廢水處理流程，為一系列物理、化學、生物以及污泥最終處理等程序單元的組合，然其處理過程冗長繁瑣，成本居高不下，在操作上常會有許多限制。近年來，建立可靠處理技術，以產生高品質及穩定水源，相關研究有逐年增加之趨勢。本文提出四項新興廢水回收再利用處理技術，以做說明。

表3、各再生水源應用于不同回收用途之適用處理技術

(1) 高級氧化程序（Advanced Oxidation Processes, AOPs）之定義為，當溶液中有機物發生氧化反應時，可產生氫氧自由基等活性中間產物，并以此破壞目標污染物，或中間產物之程序，可有效的去除難分解有機物，達到將污染物破壞分解之目的。而這些程序時常結合強氧化劑如臭氧、過氧化氫；催化劑如過渡金屬離子；或光催化劑及射線（UV、超音波或電子束），因而可形成各種組合。常被使用之AOP處理程序，在這些氧化程序中最主要的起始攻擊均為氫氧自由基Durán et al.,（2004）以Electro-Fenton處理都市污水及實驗室廢水之混合水，去除率COD可達65-75％、濁度77-92％、色度80-100％，且無細菌殘留。此外，Raffaele et al.,（2002）研發反應器設計，將光催化程序結合薄膜單元，用于水純化系統，可改善處理效率。陳孝行等人（2001）利用Fenton程序可降低染整廢水中有機污染物及色度之優點，結合RO薄膜程序，可使處理水質符合染整工業再利用標準，并建議將放流水與地下水混合，再以RO處理后進入制程中，可降低處理成本。

(2) 電聚浮除法（Environmental Protection Navigator, EPN），是利用電化學、流體力學及電子學等，相關技術結合而成的處理技術。電聚浮除法可強化電荷凝聚之特性，使雜質在水中產生自凝作用，同時雜質粒徑又能成長形成膠羽，再予以去除。以電聚浮除法結合加氯消毒或是離子交換，處理啤酒工業之二級出流水，依處理程序之不同，回收水可做為河川補注、廁所沖洗水或是景觀用水之用（李俊德等人，2000）。

(3) 電化學混凝系利用直流電的供應，由犧牲性陽極（通常為鐵或鋁電極）釋出鐵離子或鋁離子，取代傳統之鐵鹽或鋁鹽混凝劑，產生混凝效果，可有效去除水中不穩定之膠體顆粒（Chen et al., 2002; Larue et al., 2003），且所需之機械攪拌動力，可被電解過程中解離及分散效果所取代。此外，在電解過程中，靜電磁場所產生之消毒效果，為此一程序另一項優點。李俊德等人（2003）則認為半導體化學研磨廢水經電化學混凝程序處理，可作為循環冷卻用水，若再經加氯、臭氧或UV消毒可回收做為景觀用水或廁所沖洗水，甚至回收進入超純水制程。此處理方法可節省大量混凝劑、運送及貯存之成本，且操作與維護簡單，適用于小型社區，與傳統膠凝程序比較，可減少潛在操作成本超過40-45％，并能降低鹵化有機物先驅物，減少中重金屬濃度及消毒用氯量，以達到加強環境保護目的。

(4) 凍結分離法，利用溶液凍結時，純水比雜質先凝固析出之原理，將廢水冷凍成較純凈的冰與最終含水率低的污泥餅，達到分離雜質之目的（Jensen and Mullin,2003）。分離后的回收水（冰）可供低溫制程或空調系統之冷卻能再利用，亦可視回收量與處理水質，供制程用水使用（謝文德，2003）。傳統的廢水處理程序所產生之大量污泥，若以傳統的污泥處理方式，僅能將其自由水移出，無法移出污泥膠羽中的間隙水、表面水及結合水，因而保有85％的含水率，且體積過大，處置不易。將凍結分離技術應用在污泥處理，可破壞污泥膠羽結構，讓其內部的自由水、間隙水、表面水及結合水被移出，使最后的污泥量降至最低（減量），獲得較佳之結果。

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