黃聖智 / 工研院材化所
本文旨在介紹工業廢水再生所需處理程序。工業廢水來源複雜，依產業特性及製程不同而迥異，故選擇適當之水處理技術為影響工業廢水再生效率之必要條件。本文所指之工業廢水再生程序係由前處理技術及薄膜程序串聯而成，其中，前處理程序主要用以降解工業廢水中難分解之有機污染物，藉此降低後端薄膜程序結垢(Scaling)及污堵(Biofilm Fouling)造成膜材之耗損。接著，利用薄膜程序移除廢水中高導電度物質(脫鹽)，令工業廢水符合工業用途之再生水水質分級 Class A, B, C水質建議值，達成工業廢水再生之目的。此外，工業廢水再生過程將產生高濃度濃縮液、固體廢棄物(污泥)及廢氣(沼氣)……等，皆需妥善處置，以避免二次污染發生。
一、 前言
全球人口增長的速度對淡水的供應構成巨大壓力，即使全球用水量已經高達每年90,000億噸，根據模式預估，用水增加速度每年約600億噸。根據聯合國的統計，在2012年至2030年之間，人類的淡水需求將增加30％以上。為因應全球對淡水越來越大的需求，開發各種新興水資源的再生水程序，其中，又以廢水水脫鹽 (Desalination) 再生最具實用性且持續蓬勃進展。
台灣用水需求總量逐年增加，水利署108年統計年報顯示，2018年工業用水總用水量16.68億立方公尺，2019年增加至16.71億立方公尺，預估2020年全年累積用量將持續增加 (圖一)。台灣經濟發展與水資源盈涸息息相關，石化業 (產值新台幣1.82兆元) 與電子業 (產值新台幣4.84兆元) 等高耗水產業占我國GDP (13.61兆元) 比重1/2以上，耗水量也接近總工業用水量50%。持續提供穩定與低成本的水源，可以確保優質投資環境及強化我國製造業競爭力。
圖一、台灣歷年工業用水量統計
二、 工業廢水特性
一般而言，工業廢水經傳統水處理程序處理後可達放流水標準，匯流至工業污水處理場，經適當水處理技術移除水中高導電度物質後可回收再利用。由工業區污水廠放流水水質調查得知，水中導電度污染來源如表一所示。工業廢水所殘留之有機物質多屬二級處理之生物難分解有機物，其中，更含有會造成薄膜污堵之生物高分子聚合物 (Biopolymer)，惟前述物質多仰賴薄膜系統進行分離。薄膜分離過程中，除濃度極化所產生的化學性結垢 (Scaling) 外，膜大分子量有機性分子之薄膜污堵 (Fouling)及微生物攝取有機物後產生之生物膜污堵 (Biofilm fouling)等皆為膜材耗損之原因。為使薄膜系統分離更具經濟及實用性，如何降低薄膜之初期投資及後期操作維護成本，為薄膜製造商之努力方向。由於目前科技研究之持續進步，現有薄膜設備價格已大幅降低，故薄膜設備之普及且性能日漸提升，而應用上更需加強積垢之防制、前處理單元之設計及薄膜清洗方法等研究與探討，促使系統之穩定操作。
三、 工業廢水再生處理
工業廢水回收再利用之流程選擇取決於廢水處理技術應用之整合，尤其是三級處理系統之運用，然依產業製程差異而有不同之處理方法，故在考慮回收利用時，須先了解產業本身所產生之水質成分、廢水特性、廢水之化學性質及有效處理方式，藉此選擇最適當之回收利用處理方式。本文將工業廢水再生程序分為前處理程序及水再生程序，其中，前處理程序主要用以移除經二級處理後殘留於工業廢水中之難分解有機物，水再生程序則利用薄膜程序分離水中高導電性物質及前處理程序難移除物質。
常用之水中有機物去除方法包括：生物濾床、添加氧化劑、混凝沉澱、活性碳、薄膜程序(UF、MF……等) ，其中，又以生物處理方法較具經濟效益及環境友善性。生物處理法可分為懸浮式生長及固定式生長，相關訊息如表二所示。傳統生物處理法大都以懸浮生長之活性污泥法為主，惟其操作參數及技術限制較為嚴苛，易造成反應槽處理效果不彰，因此，發展出固定式生長之生物膜法，可在較短水力停留時間下，獲得最長生物停留時間，大幅降低設備及操作費用，並減少土地使用面積。
表二、懸浮式生長及固定式生長特性
水再生處理程序之相關技術，各技術相關資訊彙整如表三所示，除電容脫鹽(Capacitive Deionization, CDI)技術以外，各技術皆藉由薄膜分離標的污染物以獲得所需之產水。傳統薄膜程序 (RO) 多以壓力作為驅動力，近年來，隨著薄膜分離技術的發展，為了克服工業廢水多變的特性逐漸發展出利用活性 (Activity) (溫度) 或電勢能 (Electrical Potential) 為驅動力之新興薄膜程序 (例如：FO、MD……等)，有效提高工業廢水再生效率…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。