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：

摘要

水是萬物賴以維生的要素，然而水資源有限，如何妥善利用使之永續發展，不僅是臺灣，更成為全球性的課題。當前都市污水與工業廢水回收再利用，已是世界性的潮流趨勢，本文之主要目的在于，描述水回收再利用系統架構之理論基礎，匯整國內外水回收再利用研究發展現況，藉以評析水回收再利用之未來研究發展趨勢。綜合而言，水回收再利用處理系統，以廢水處理技術為設計基礎，考量回收水用途、水質需求、操作處理成本以及健康風險，因此相關研究發展，應朝向提升現有處理單元效率與降低操作成本；以模式評估并整合現有處理技術，協調各單元程序，架構最適處理流程；研發各項新興處理技術；與引入自動化控制、實時監測技術系統為未來發展方向。

一、前言

水是存在于自然環境中，用以維持生態的重要資源之一，以淡水及海水等地表水水源、地下水、土壤中的懸浮水，以及大氣中的水氣等型式，循環于自然環境中。在全球總水量中，咸水的海洋就占了97%以上，偏遠而難以利用的兩極冰帽及冰川約占2%，其余不到1%才是人類可取用的水資源。

水污染之成因系由于污染物質，如物質、生物或能量，未經妥善處理排入水體，超過水體的涵容能力，致無法進行自凈作用，因而變更水的品質，影響水體正常用途，進而危害國民健康及生活環境。水污染來源包括天然的污染源及人為的污染源，天然污染源一般系指暴雨徑流沖刷屋頂、街道、坡地、溝渠等所帶下的污泥或有機質。人為的污染源則來自人們各種活動及開發，包括都市污水、工業廢水、農畜牧廢水、垃圾滲出水以及非點源污染，其中以都市污水、工業廢水及農畜牧污染，為造成水質惡化之主要原因。

水資源于環境、使用者及處理系統間之循環。水源經給水系統收集送入凈水廠中，依混凝沈淀、砂濾及加氯消毒等凈水流程產生自來水，被使用者使用并摻入污染物后，排入下水道系統中，為達環境保護及資源永續利用之目的，在進入承受水體或移作其它用途之前，依水質需求之差異，以初級、二級處理甚至輔以高級處理技術加以處理，使放流或回收水質合乎要求。在都市、工業及農業地區，廢水回收、循環與再利用已經成為水循環中主要單元。

臺灣屬海島型國家，水資源受天侯、緯度與地形因素影響，具有高度不確定性。近年來臺灣隨著人口持續成長，在產業結構改變之環境下，用水量逐年增加，使得無論是在民生用水或工業用水上，經常有缺水、限水情形發生，島上水資源已面臨「缺水」臨界點。就資源管理的角度來看，水的大量運用、開發水源水域，以及工廠、養殖業者大量超抽地下水造成水資源缺乏甚至地層下陷；人口密集與都市人口集中，工廠林立、化學品使用量增加，家禽畜飼養數增加，伴隨排泄物負荷，與任意排放污水，都將嚴重影響生態之發展平衡。因此未來的廢水處理技術在消極方面應避免增加環境負荷，進而積極發展廢水回收再利用技術，并架構最佳操作系統。故本文首先說明水回收再利用系統之理論基礎，匯整國內外相關研究發展現況，以評析水回收再利用之未來研究發展趨勢。

二、水回收再利用系統

水回收再利用系統的建立，系以廢水處理單元為基礎，所需處理程度差異極大，依特定用途之水質水量需求、考量能源消耗及操作處理成本等經濟因素，與健康風險評估，以建立最適操作流程，使處理水質能符合回收再利用要求，并獲得降低環境沖擊之邊際效益（Sala and Serra, 2004）。

圖2為水循環中各階段水質隨著使用時程的變化，未受污染之水源首先經凈水處理流程，使水質達到飲用標準，經都市與工業使用后，因污染物的大量排入使水質降低，為達法規訂定之放流水標準以保護自然水體，此受污染水需經廢水處理，提升水質至放流水標準方能放流；若欲將此處理水回收再利用，則需將水質提升至未受污染之水質，此為再生水；若輔以高級處理程序，如活性碳吸附、高級氧化與RO單元，則處理水質可達飲用水水質，是為再純化水。

水資源之水質特性對于回收水用途具有決定性的影響，表1列出美國環保署于1992年發布『水回收再利用指南』中，針對各回收廢水用途及水質參數的評估，因應不同之回收用途，建議適當水質標準及處理程序。

表1、各種不同用途的生物及化學安全性及個別處理技術

（USEPA, 1992; Asano and Levine, 1998）

1. 回收水用途

回收水常見之再利用用途，包括農業及綠地灌溉、工業用冷卻、大型辦公大樓廁所沖洗、地下水補注、景觀用水及保育等非飲用水用途；至于作為飲用水水源之應用，則由于限制較多，必須經過審慎評估。

(1) 農業灌溉：使用回收水作為灌溉用水以促進農業生產，除提供一個低成本水資源外，亦可增加農作物生產產量、減少化學肥料需求及增加森林破壞保護，故此類用水為回收水最佳去處。

(2) 工業用途：為減低用水量并提升工業用水回收率，工業循環再利用的替代方法包括工業制程使用都市污水處理廠放流水，作為循環冷卻塔補充水、單獨循環冷卻水及制程用水，或在行業內連續加工制程間，連續使用工業加工水。

(3) 都市用途：回收水可作為灌溉及消防用途，至于其它回收選擇，則包括次級飲用水，例如休閑湖泊、公園、游戲場、廁所沖洗水，以及產生濕地做為野生動物棲息地。

(4) 地下水補注：將水貯存于地下具有下列幾項好處：[1]人工補注成本會低于地面水庫的成本；[2]使用地下含水層作為一個最終分配系統，會減少地表管線或溝渠需求；[3]貯存于地表水庫之水會蒸發，且會因為藻類及其它水生植物生長產生潛在臭味問題與污染，而貯存于地下則可避免這些問題；[4]地表水庫可能無法提供適當貯存條件，而將回收水貯存于地下，可克服此類問題。

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