李俊錡／工研院材化所
使用民生及工業污水放流水，作為再生水回收水源，為目前水資源開源技術中的一重點項目。下水再生水在傳輸距離及水中雜質濃度上，與海水淡化相比具有相當好的經濟成本優勢。然而，放流水中所含之複雜有機分子，對於水再生的薄膜過濾系統造成嚴重的負擔，頻繁的清洗及膜組更換，也直接影響水再生之成本。本研究於再生水系統生物處理單元中，引進高級氧化設備，嘗試藉由物化氧化技術，預先將會產生薄膜污堵的難分解有機物進行斷鍵破壞，使後端生物單元將本來無法分解的有機物，能有效進行礦化分解，達到有效去除放流水中難分解有機物的目標，以此減輕有機物對於薄膜的污染影響，減少薄膜清洗及更換次數，使再生水在應用上更具有經濟性，達到水資源永續循環的目標。
【內文精選】
前 言
台灣氣候澇旱情形頻繁，平均降雨量雖為全球平均的2.5倍以上，但能有效使用的水量僅約不到20%，而分配到工業使用的僅占總降雨量的2%。半導體等高科技產業的用水量大，且水質要求高，在台灣乃至全世界都面臨水資源匱乏的同時，如何兼顧民生及工業用水，為目前水議題中重要的一環。
水資源的循環再利用，為目前對水資源除了海水淡化外，另外一項能夠開源的重要方式。利用民生、工業廢水經處理過之放流水，作為回收水源並進行純化，降低水體內有機碳、導電度等有機及無機物濃度，使回收水質能達到類似自來水之等級，並重新回用給業界做為自來水替代用水，在水資源整體評估上是一具有戰略價值的策略。
化學氧化法對於水體中有機物的去除
氧化方式是目前水處理技術中，除了生物法外，最常應用在水體中有機物去除的方法，常用之技術包含：芬頓法、光降解法以及臭氧氧化法等方式。
3. 臭氧氧化法
臭氧氧化技術，廣泛應用在空氣中除臭與消毒，以及在水體中除色及除味等用途。臭氧的標準還原電位為2.07 V，略低於氟氣，在空氣中的半衰期約20~100小時、水體中約3小時，代表與水體反應後，殘存的臭氧濃度會隨著時間快速衰變，應用在水再生系統中，不會對後續系統造成影響。在偏鹼性的環境下，臭氧會與水反應產生氫氧自由基，與水中有機物進行高級氧化法作用，進行有機物的快速礦化。
廢水中有機物的去除方法相關比較，如圖一所示。從比較中可以得知，使用臭氧為處理單元，是可以應用於再生水系統中，除了在成本考量上仍具有一定的挑戰外，在使用便利性及去除效果上，皆能達到預期需求。
圖一、廢水中有機碳處理工藝之比較
為能有效達到有機物去除的目標，且達到降低臭氧處理上的成本，本研究中導入以臭氧為前處理單元，並結合生物單元，在放流水中，預先以添加臭氧方式，將水中會對薄膜造成污堵之巨分子有機物預先進行破壞，斷鍵形成生物可分解有機物後，再搭配使用好氧生物反應器(Bioreactor)，藉由生物分解方式，將有機物礦化成二氧化碳，有效降低水中有機碳含量。測試前處理流程對於水中難分解有機物之去除效能，研究中除了瞭解總有機碳含量外，更藉由高效能粒徑排除層析儀(HPSEC)、螢光激發/發散陣列光譜(FEEM)分析，解析各程序出水有機物之分子量分布，了解有機物特性以掌握各單元產水中可能對膜材造成阻塞之因子，並降低後端薄膜阻塞頻率，提升再生水在造水成本上的競爭力。
薄膜污堵測試
利用Amicon試驗，可瞭解在不同試程下產水中所含之有機物對於薄膜污堵導致通量衰減的影響，從圖五中可以知道原水經過不同試程後通量衰減的狀況。透過數據分析可以瞭解，原水不經處理時，當過濾流體超過每單位面積150 L時，其通量已經大幅衰減超過50%以上，且僅使用BioNET或臭氧系統處理之出流水，其通量也嚴重衰減至低於60%；但使用臭氧微細氣泡+BioNET生物複合系統，其通量則可以有效維持在75%以上。數據可以用於佐證使用臭氧或其類似之高級氧化方法為前處理單元再複合生物處理單元，可以使生物難分解有機物預先進行斷鍵破壞後再經生物進行礦化去除，以此降低工業放流水中難分解有機物對於薄膜產生污堵的情形…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖五、薄膜污堵通量衰減量測(Amicon Test)
★本文節錄自《工業材料》雜誌400期，更多資料請見下方附檔。