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水回收再利用處理因用途、水源等不同,有不同處理方式,一般水資中心經二級生物處理達到放流水標準,其污染物已去除相當程度,適合作為再生水之水源,其放流水如再經高級處理,如活性碳吸附、離子交換及薄膜過濾等去除仍殘留於水中之污染物質,即可回收再利用。

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處理技術與水回收再利用用途有關,應考量水質與回收再利用的目的,以決定合適的處理方式。目前常用的技術有加藥沉澱、薄膜技術、活性碳吸附、離子交換樹脂及高級氧化,說明如下。

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加藥沉澱法是利用混凝劑對廢污水進行淨化處理的一種方法。混凝劑通常有無機高分子、有機高分子和生物高分子3大類。目前,水處理應用最為廣泛者為無機高分子混凝劑中的聚鋁鹽和複合型聚鋁鹽。聚鋁鹽中以聚合氯化鋁(PAC)、聚合硫酸鋁(PAS)應用最廣泛,其生產技術成熟,生產原料來源廣泛。PAC對處理廢污水具有高效絮凝效果,不僅濁度去除率高,不易受原水pH值影響,處理後水之色度低,可作為工業污水回收處理的絮凝劑。PAS的混凝效果優於傳統的硫酸鋁混凝劑,溫度適用範圍廣泛,適合於飲用水、工業用水及絕大多數廢水的混凝處理,惟處理設備占地空間大,且會衍生污泥處理問題,其優缺點及需關注項目如表1。

<表1 加藥沉澱之優缺點及產水再利用關注項目>

優點

缺點

產水再利用關注項目

  • 局部去除有機物
  • 去除金屬離子
  • 去除SS
  • 不能去除鹽類
  • 污泥處置問題
  • 空間需求大
  • 比導電度
  • 有機物
  • 細菌

 

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污水高級處理程序中,薄膜技術可同時去除懸浮微粒、有機物、無機鹽及微生物,取代傳統之混凝、砂濾、軟化處理程序,因占地小、擴充彈性大、自動化、系統簡單易維修等優點,具有相當發展潛力,為目前國外廢污水再利用的主要處理技術。與傳統處理技術相較,薄膜技術之特點有下列幾點:

  1. 絕對物理過濾作用,可去除懸浮固體物、溶解性固體物、膠體顆粒、藻類、寄生孢子及總硬度。
  2. 不需大量化學藥劑即可達到固液分離及消毒,去除絕大部分的污染物,污泥產生量少。
  3. 雖然原水水質變化大,仍能維持一定的過濾水質。
  4. 因採用模組化設計,易於逐步擴充處理容量。
  5. 用地需求遠小於傳統處理程序(如混凝沉澱等)。


常用於水處理之薄膜型態主要有四種,包含微過濾(Microfiltration, MF),超過濾(Ultrafiltration, UF)、奈米過濾(Nanofiltration, NF)以及逆滲透(Reverse Osmosis, RO),其比較列於表2。

<表2 薄膜技術之優缺點及產水再利用關注項目>

優點

缺點

產水再利用關注項目

  • 吸附有機物、鐵、錳
  • 產生廢棄問題,增加處理費用
  • 不能去除鹽類
  • 殘留惰性化學物質
  • 比導電度
  • 細菌

在程序組合上,NF、RO通常做為最後一道單元,用以去除溶解性物質,MF與UF則作為其預處理單元,以去除膠體物質。薄膜程序因具有優良之污染物去除效果,且出水水質穩定,已廣泛應用於各種廢污水再生實廠,如下圖1。

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<圖1 各薄膜可去除的污染物>

電透析(Electrodialysis, ED)處理技術主要利用不同特性的薄膜對水中的離子作分離選擇,水中離子的移動則是靠正負直流電來當吸引的驅動力。電透析法脫鹽的原理係利用陽離子只能穿透陽離子交換膜,而陰離子只穿透陰離子交換膜的特性,在外加直流電場的作用下,水中的陰離子移向陽極、陽離子移向陰極,最後得到淡水及濃水,達到淡化除鹽的目的,如圖2。

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<圖2 電透析原理>

 

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在環境工程上,活性碳廣泛運用於給水處理、高級廢水處理及有機性工業廢水處理。活性碳用於廢水處理時,其大多去除以COD或TOC存在的有機物為主,如清潔劑、有機溶劑、芳香族化合物等,此外對重金屬的吸附以Sb、As、Bi、Cr,Sn等為佳,Ag、Hg、Co、Zn等也有部分去除效果。

<表3 活性碳吸附之優缺點及產水再利用關注項目>

優點

缺點

產水再利用關注項目

  • 去除鹽類
  • 去除金屬離子
  • 去除有機物、細菌
  • 去除SS
  • 濃縮液再處理
  • 薄膜需更換
  • 初設成本高
  • 氨氮
  • 有機物
  • 微量元素

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<圖3 活性碳吸附原理>

 

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離子交換(Ion Exchange)可定義為不溶性物質自溶液中去除正電或負電離子,並放出相同當量之離子於溶液中。早期之離子交換材料為天然沸石,現今使用者,多為聚合體組成之合成物質,具有離子官能團。官能團的數目與種類,決定樹脂之交換能力與離子選擇性。一般離子交換法較適合處理總溶解性固體物在700 mg/L以下之廢水。離子交換法常應用於淨水處理中硬水軟化,工業廢水中去除(或回收)離子化學物,而在都市污水處理時,主要應用於除氮、磷及重金屬物質。優點為減少污染、易操作、占地小。缺點為藥品消耗量大造成排放水比導電度偏高、更換樹脂成本高。

<表4 離子交換之優缺點及產水再利用關注項目>

優點

缺點

產水再利用關注項目

  • 去除鹽類/金屬離子
  • 局部去除氨氮
  • 惰性有機物無法去除
  • 再生廢液多,增加處理費用
  • 殘留化學物質
  • 有機物
  • 細菌

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<圖4 離子交換樹脂設備>

 

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高級氧化處理程序,包括有Fenton法、光氧化法、臭氧氧化法、高效率電解氧化法、濕式氧化法等。各種方法之原理不同,皆有其適用性、特性、優缺點,故產業界在運用時,應就其廢水特性、水質水量狀況加以評析適當的處理方法,以有效改善其廢水水質。

以Fenton 氧化技術為例,其利用氧化劑之氧化能力,將廢水中有機物氧化成二氧化碳和水,並利用亞鐵離子(Fe2+)為過氧化氫(H2O2)的催化劑,使產生高氧化能力的自由基,來氧化廢水中的有機物。Fenton氧化法的反應pH值一般約在3~4,所產生氫氧自由基(OH, Hydroxyl Radical)的氧化能力,在所有氧化劑中排第二,僅次於氟。Fenton氧化法雖有高效率、低操作費用等優點,但因會產生大量的鐵污泥,成為應用時的一大缺點。

<表5 高級氧化之優缺點及產水再利用關注項目>

優點

缺點

產水再利用關注項目

  • 分解有機物
  • 部分氧化重金屬
  • 鹽類無法去除
  • 加藥成本高
  • 比導電度
  • 鹽類
  • 懸浮固體物
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