邱聖壹/工研院材化所
前言
由國際水協會(International Water Association；IWA)所舉辦之第11屆國際水回用研討會(11th IWA International Conference on Water Reclamation and Reuse)今年在美國南加州Long Beach舉行。為期六天的研討會，共有近620位專業人士參與，包含海報與專題討論共有338篇論文發表。會議主題包含可再生飲用水處理設施研究、分散式處理與能源、地下水補充營運與規劃、廢水處理用於水再生、環境與地下水、抗藥性微生物與微生物、高級處理、UV-AOP、致病菌移除與控制等，參展的國家包含中、韓、美、英、法、德、澳、加……等共24國，具有相當多元的面相。透過此會議，可以了解世界各國在水回收利用之現況與技術開發趨勢；加州是美國的缺水州，常有乾旱問題，以此為例說明美國在水回收方面之技術開發與現況更具有代表性，此外，對於各國的水回收再利用技術開發方向及內容亦有更深入的瞭解，可作為台灣水回收利用下一步作法之參考。
在各國水回收再利用中，最具指標性的水回收利用案例為新加坡的NEWater。新加坡的面積僅台灣的1/50，人口僅台灣的1/4，年雨量約2,400 mm，由於地小人稠，河川短峻，可蓄水的區域有限，政府為確保水資源，提出了國家四大水源策略方向：包含興建水庫、向馬來西亞買水、發展NEWater以及海水淡化。與馬來西亞簽訂的兩份買水契約，一份已於2011年到期，另一份則將於2060年到期，有鑑於此，新加坡政府需積極尋找其他替代水源，希望達到自給自足之願景。
星國從1972年起進行污水回收再生的研究與試驗計畫，將污水廠放流水回收，經由高級處理後的再生水即為新生水(NEWater)，於1974年建置示範廠。至今新生水廠已有5座，分別是Bedok、Kranji、Seletar、Ulu Pandan、Changi，其中Seletar水再生廠已營運30年，因Changi水再生廠完工，為將污水集中於Changi進行處理，因此Seletar水再生廠於2011年停止運轉，其新生水廠亦同時退役，目前營運中的有4座，新生水產量每天約53萬噸，佔全國供水的30%。NEWater是新加坡在水再生利用領域十分引以為傲的成就，經過Water Reclamation Plant處理，包含初級沉澱、二級生物處理、二級沉澱池、Microfiltration (MF)/Ultrafiltration (UF)、逆滲透(Reverse Osmosis, RO)與最終UV消毒殺菌，如圖一所示，最後再進行pH調整即可產出高品質之新生水。
圖一、目前應用在NEWater再生水處理程序與MBR系統示意圖
新加坡發展NEWater技術行之有年，操作狀況十分良好，新加坡政府對於發展水再生技術不遺餘力，積極開發並推動可行的技術。MBR技術可取代原有的生物反應槽、二級沉澱池與MF/UF系統，具有操作穩定且出水水質良好的優勢，不僅可減少建置成本減少能耗，同時保持穩定的水質。綜合上述優點，2003年新加坡公用事業局積極投入發展薄膜生物處理技術(Membrane Bioreactor；MBR)應用在再生水處理；先在處理容量較小的Bedok Water Reclamation Plant進行約300 m3/d的MBR模廠測試，測試不同型式的MBR薄膜，了解其最適參數與操作因子後，於2006左右擴大到Ulu Pandan WRP大規模模廠測試，處理水量約為23,000 m3/d，修正原先無氧與好氧程序，以MBR取代原先的生物反應槽、二級沉澱池與MF/UF程序。其程序修正示意圖如圖二所示，操作結果水質如表一所示。
圖二、程序優化改善能耗示意圖
表一、Ulu Pandan WRP大型MBR模廠水質
MBR的出流水質十分良好，穩定性高、可承受的負荷變動大、較小的Footprint且可自動化操作。但是需要較多的能耗用在曝氣設備，因此後續針對可能產生能耗的部分進行改善，包含增加薄膜通量、降低曝氣、裝置設計、最適化污泥停留時間、最適化污泥迴流比例、最適化曝氣程序控制與薄膜空氣掃曳優化，能耗可由原先1.3 kWh/m3降低到小於---以上以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。