水回收再利用系统中,处理技术之选择及各单元组合方式,依所处理的对象、目的不同而有所不同,除在技术面须考量各程序之处理效能,所回收之处理水是否能达到水再利用之要求外,亦必须将经济诱因及健康风险纳入加以评估,以建立一高处理效率、低操作成本之水回收再利用系统。本研究汇整分析自2000年迄今,水回收再利用之相关文献,认为近几年来水回收再利用之研究发展趋势可分为三大方向,分别为高级处理程序之应用、新技术之研发以及模式评估,说明如下。
1.高级处理程序之应用
可作为回收再利用之原水水源,包括工业废水、都市污水及其它水源,其中以染整工业废水及食品工业废水应用最广且相关研究亦最多。受限于废水处理技术之效能,以传统废水处理单元,处理各类别废水,并无法达到水质及降低人体健康风险之需求,故以初级、二级处理技术为基础,导入高级处理程序,以提升处理效能,可增进回收再利用系统之处理效益,为水回收再利用之研究重点之一。常见之处理技术包括:
(1)过滤/吸附/砂滤:在Voigtetal.,(2001)的研究中,利用前处理-过滤-UV消毒之配套流程,针对食品工业废水进行脱盐及有机物去除,处理水可回收做为锅炉及清洁用水。Hamodaetal.,(2004)以砂滤作为三级处理单元,处理活性污泥放流水,操作一年后,系统可稳定的去除95%SS以及99%之BOD及COD,回收水可应用于灌溉。RamirezCamperosetal.,(2004)建立过滤-吸附-RO/离子交换处理流程,去除饮料工业清洗用水中所含的污染物,COD去除率可达80%,TDS为75%,回收率提升为50%。以砂滤配合加氯消毒单元,处理社区污水处理场之二级放流水,在BOD、臭味、色度及外观上无法达到水回收再利用之参考标准,若改以臭氧消毒,则除可达到再利用标准外,同时对大肠杆菌及浊度的去除有相当之助益(倪振鸿等人,2001)。
(2)离子交换/电透析:JacekandGrazyna(2001)以电透析及离子交换作为基本处理单元,藉由单元程序组合的改变,如二阶段电透析;电透析-阳离子交换;阳离子交换-二阶段电透析,探讨最适操作流程以处理废酸或含金属盐类溶液。研究指出,以阳离子交换-二阶段电透析,可得最佳水质,然因树脂再生液使用量大,操作成本反较其它二者为高。
(3)好氧-缺氧-厌氧程序:Ahnetal.,(2003)利用好氧-缺氧-厌氧MBR去除家庭生活污水中所含之营养盐,磷的去除可达93%,而氮则为60%。Chengetal.,(2004)以厌氧消化方式处理含高浓度COD18,000mg/L、TKN1,600mg/L、TP360mg/L之畜牧废水,处理过程中可回收沼气作为能源,且处理水可做农业用途生产蕃茄。郑幸雄等人(2003)利用三段式流体化床生物程序,包含高温厌氧反应槽、脱硝槽及硝化槽,处理压克力纤维制程废水,实验证实COD去除率在90%以上,硝酸氮去除率高于97%,有机氮去除率介于60%~80%间,显示有一定程度的处理效率。陈重男等人(2002)则利用无氧/好氧MBR程序处理都市污水,COD去除率可达97%,总氮及SS则为88及100%。
(4)薄膜程序:Ismailetal.,(2004)以NF单元,处理含有高NaCl及染料、色度浓度之染整废水,处理水经回收后可再进入制程中被使用,估计两年内可回收单元设置及操作成本;Franketal.,(2002)以二阶段NF去除染整工业废水中98%之色度,使水回收率达90%;而TangandChen(2002)同样以NF处理染整废水中电解质及色度,水回收率可达99%。由于制革工业之制程中使用大量化学药品,故制程废水即使经过二级处理,出流水仍含有大量之TDS及有机物,无法以传统之处理程序处理。Suthanthararajanetal.,(2004)使用RO单元,去除98%TDS,回收率提升为78%,若将NF结合RO单元,除可提升回收率外,亦可延长薄膜寿命以及增加渗流量。Lowetal.,(2003)指出,以传统混凝及沈淀处理电视映像管制程废水,有高成本及大量污泥产生之缺点,若改以薄膜程序处理,则浓缩液中的碳微粒可在回收应用于制程中,处理水亦可再被使用。Noronhaetal.,(2002)结合MBR可去除有机物,及NF可移除无机物之优点,辅以UV消毒,可使果汁工业制程废水回收作为冷却或锅炉用水。而乳制品产业废水,因其含有部分牛乳,故水中COD增加,使用RO或NF需再结合其它单元,才能使处理水符合再利用标准(Béatrice,2002)。在MiyagiandNakajima(2002)的研究中,利用UF处理含矿油及非离子性界面活性剂(APE)之乳化废水,结果显示,UF薄膜系统可去除97%矿油及90%APE。Mutluetal.,(2002)使用0.8μmMF结合400Da之NF,处理含有大量BOD、4000mg/LCOD及11000Pt-Co色度之面包发酵工业废水,实验结果可使废水色度去除率达到89%,而COD去除率则为72%。Karabelasetal.,(2001)考虑技术及经济条件,选用RO作为处理肥料工业废水之主要单元,浓缩液中所含之化学物可回收再利用于制程中,而处理水可作为冷却水水源。Alanetal.,(2000)利用UF-RO程序处理中水及雨水,处理水经消毒单元后可做为厕所冲洗水,其中中水由于含较多有机物质,故进入薄膜组合程序前,需先经生物滤床进行前处理。Otakietal.,(1998)以河川水为处理对象,认为UF系统对E.Coli的去除率可达100%;而Bianetal.,(1999)发现,单独利用UF处理河川水,并无法有效去除水中腐植质,若配合预混凝程序,则去除率可达80%,或利用MF配合活性碳吸附,可增进腐植质之去除效率。黄信仁等人(2001)发现,经适当前处理后,以不同操作压力进行UF操作,能使半导体业之化学机械研磨废水浊度,降至0.5NTU以下,所得之澄清液,可回收利用于非制程系统,甚至进入纯水系统进一步纯化再利用。江万豪等人(2001)以UF薄膜结合混凝前处理,回收CMP废水。结果显示,混凝的确可增进浊度、TOC的去除率,采用薄膜分离技术回收CMP废水,适当的混凝前处理不但增加废水回收效率、延长薄膜操作滤程,且省下沉淀池的用地。在ChenandChen(2004)研究中,以MBR结合RO程序处理液晶显示器工业废水,COD去除率可达97%、TOC为98%,BOD则为99%,处理之回收水可作为冷却水或其它功能用水。黄益助等人(2001)利用混凝沉淀作为实验前处理,再配合逆渗透分离的技术来净化经二级处理之放流水,评估薄膜技术应用在水回收再利用具有可行性。
(5)其它:Rubioetal.,(2002)利用浮除法去除矿场、冶金工业废水中所含之污染物、粉末颗粒、金属离子油脂、有机物及少量有价金属,发现具有低污泥量且高分离效果。Al-Jamaletal.,(2002)以人工湿地去除废水中所含之污染物,并将处理水应用于灌溉,可回收营养盐、有机物做为植物生长之用,并维持水源涵养量,以此系统模式可处理都市污水。人工湿地可应用于去除水产养殖废水中所含之营养盐,可使总氮去除达95-98%,总磷为32-71%,使养殖用水循环再利用(Linetal.,2002)。单以人工湿地处理工业废水,则因水质特性,处理效果有限,可于添加生活污水提供湿地生态系统发展之所需,促进处理效率(林欣怡及杨磊,2000)。而人工湿地亦可取代传统处理方式处理垃圾渗出水(蔡凯元及杨磊,2003)。