工業區廢水再生大型模廠建置及操作研究 ·...

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1 工業區廢水再生大型模廠建置及操作研究 陳筱華 1 、葉宣顯 2 、林宏儒 3 、邵信 4 、曾治乾 4 、陳國帝 4 、林守堂 5 、胡念英 6 1.工業技術研究院環安中心 正研究員、國立聯合大學環安系 兼任副教授 2.國立成功大學環工系 教授 3.國立成功大學環工系 碩士 4.工業技術研究院環安中心 研究員 5.康淳科技股份有限公司 總經理 6.榮民工程公司新竹工業區下水道系統營運中心 主任 摘要 經最新調查及估算,台灣地區工業廢水現有最大回收潛勢為 230.91 萬噸/天, 工業區廢水處理廠放流水最大回收潛勢為 47.34 萬噸/天,工業區廢水處理廠放流水 現有可回收潛勢 26.17 萬噸/日。本研究選擇高效率生物前處理系統 BioNET BAC,搭配砂濾、袋濾、UFRO 薄膜系統進行工業區廢水廠放流水再生測試。此 外亦引用物理性磁化凝聚與防結垢設備及實驗室 Bench 規格薄膜機制測試設備進行 水再生程序各種替代單元及操作實驗,測試期間將進行連續 24 小時通水 2 個月,期 能提供完整之測試及整廠規劃重要資訊。 關鍵字:工業廢水、水再生利用、Bio-NETBAC、砂濾、袋濾、UFRO、薄膜 bench scale 阻塞試驗 一、前言 台灣地區面對水資源開發不易、河川水質污染嚴重及用水成長壓力等嚴峻條件 下,水再生利用作為替代水源之重要性日顯重要。國內工業廢水可再生潛勢相當可 觀,工業區內再生可直接回收利用於製程或其他次級用途(冷卻水塔、澆灌、非接觸 用水等) ,並可減少大量管線輸送成本。為有效推動工業廢水再生,首先必須調查分 析國內工業廢水再生潛勢,並證實現有水再生高級處理技術為有效可行。本研究即 彙整、分析國內現況,並架設實廠水再生模廠,針對國內工業區廢水廠進行水再生 測試,盼對於推動國內工業區水源供應自主化有所助益。 二、工業廢水再生潛勢分析 2.1 工業廢水再生最大潛勢 國內之工業用水需水量乃依據年工業用水成長率增加。並配合開發完成、開發 中、報編及編定中及規劃擬議中工業區分年考量,分為低成長、中成長及高成長三 種情境。台灣地區未來在工業高成長情勢下由自來水系統所供應之工業需水量推估 可示如表 11 台灣地區工業需水量(高成長) 單位:CMD 民國年 90 95 100 105 110 北部區域 1,652,000 1,994,500 2,153,400 2,216,400 2,452,000 中部區域 1,507,000 1,813,700 2,112,300 2,370,000 2,454,800

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    工業區廢水再生大型模廠建置及操作研究 陳筱華 1、葉宣顯 2、林宏儒 3、邵信 4、曾治乾 4、陳國帝 4、林守堂 5、胡念英 6

    1.工業技術研究院環安中心 正研究員、國立聯合大學環安系 兼任副教授 2.國立成功大學環工系 教授 3.國立成功大學環工系 碩士 4.工業技術研究院環安中心 研究員

    5.康淳科技股份有限公司 總經理

    6.榮民工程公司新竹工業區下水道系統營運中心 主任

    摘要

    經最新調查及估算,台灣地區工業廢水現有最大回收潛勢為 230.91萬噸/天,工業區廢水處理廠放流水最大回收潛勢為 47.34萬噸/天,工業區廢水處理廠放流水現有可回收潛勢 26.17萬噸/日。本研究選擇高效率生物前處理系統 BioNET和BAC,搭配砂濾、袋濾、UF、RO薄膜系統進行工業區廢水廠放流水再生測試。此外亦引用物理性磁化凝聚與防結垢設備及實驗室 Bench規格薄膜機制測試設備進行水再生程序各種替代單元及操作實驗,測試期間將進行連續 24小時通水 2個月,期能提供完整之測試及整廠規劃重要資訊。 關鍵字:工業廢水、水再生利用、Bio-NET、BAC、砂濾、袋濾、UF、RO、薄膜

    bench scale阻塞試驗

    一、前言

    台灣地區面對水資源開發不易、河川水質污染嚴重及用水成長壓力等嚴峻條件

    下,水再生利用作為替代水源之重要性日顯重要。國內工業廢水可再生潛勢相當可

    觀,工業區內再生可直接回收利用於製程或其他次級用途(冷卻水塔、澆灌、非接觸用水等),並可減少大量管線輸送成本。為有效推動工業廢水再生,首先必須調查分析國內工業廢水再生潛勢,並證實現有水再生高級處理技術為有效可行。本研究即

    彙整、分析國內現況,並架設實廠水再生模廠,針對國內工業區廢水廠進行水再生

    測試,盼對於推動國內工業區水源供應自主化有所助益。

    二、工業廢水再生潛勢分析 2.1工業廢水再生最大潛勢

    國內之工業用水需水量乃依據年工業用水成長率增加。並配合開發完成、開發

    中、報編及編定中及規劃擬議中工業區分年考量,分為低成長、中成長及高成長三

    種情境。台灣地區未來在工業高成長情勢下由自來水系統所供應之工業需水量推估

    可示如表 1。

    表 1 台灣地區工業需水量(高成長) 單位:CMD

    民國年 90 95 100 105 110 北部區域 1,652,000 1,994,500 2,153,400 2,216,400 2,452,000中部區域 1,507,000 1,813,700 2,112,300 2,370,000 2,454,800

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    南部區域 1,978,100 2,485,000 2,904,100 3,142,500 3,380,800東部區域 208,200 274,000 307,000 328,800 334,200 合計 5,345,300 6,567,200 7,476,800 8,057,700 8,621,800

    根據表 1之北、中、南區工業需水量,引用廢水排放比例、廢水處理之納管率、

    處理程序之產水率等因子,可推求出工業廢水之可再生量(示如式 1)。 Ri = Ui × Ci ×M i×γi ……………………………………………(1)

    式中:Ui 工業需水量∝f(產業別、單位用水量)

    Ci 排放廢水比例 Mi 廢水可收納率 γi 再生產水率(與處理程序有關)

    根據工研院多年之研究,估計 Ci約佔工廠用水量之 80%。根據資料蒐整可知,

    工業區廢水處理廠對區內廠商之廢水納管率約 90%(約等於Mi)。至於再生產水率則與水再生處理程序有關,若以一般正常設計操作條件預估γi約 60% 。因此,台灣地區工業廢水之再生最大潛勢可示如表 2。由表 2可知,台灣地區工業廢水現有可能最大回收潛勢為 230.091萬噸/天。

    表 2 工業廢水再生最大潛勢表

    單位:1000CMD 民國年 90 95 100 105 110

    北部區域 713,700 861,600 930,300 957,500 1,059,300中部區域 651,000 783,500 912,500 1,023,800 1,060,500南部區域 854,500 1,073,500 1,254,600 1,357,600 1,460,500東部區域 89,900 118,400 132,600 142,000 144,400 合計 2,309,100 2,837,000 3,230,000 3,480,900 3,724,700

    根據本研究調查,台灣地區公有工業區(包括工業局和國科會轄管)現有污水處

    理廠設計處理量為 789,030CMD,而實際處理量為 436,136CMD。定義台灣地區“工業區廢水"最大再生潛勢為工業區廢水廠設計處理水量之 60%(亦即工業區放流水有 60%可以回收)。而台灣地區“工業區廢水"現有可再生潛勢為工業區廢水處理廠現行實際處理水量之 60%。表 3為工業區廢水處理廠再生潛勢表。

    表 3、工業區廢水處理廠再生潛勢表

    區域別 工業區數 工業區設計處理水量(CMD)

    工業區實際處理量

    (CMD) 實際量/設計

    量(%) 北區 11 347,750 212,066 60.98 中區 9 99,500 42,219 42.43 南區 17 331,780 179,381 53.5 東區 2 10,000 2,470 24.7 合計 39 789,030 436,136 55.27

    工業區廢水再生潛勢 (最大再生潛勢) 473,418

    (現有可再生潛勢) 261,682 55.27

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    三、工業廢水再生處理挑戰及模廠設計

    台灣地區工業區廢水再生所面對之挑戰包括:

    (1).放流水水量水質、薄膜操作水質變異性需有效處理。 (2).薄膜系統進流水質確認及要求﹐避免薄膜負荷。 (3).濃縮水排放須滿足各式水質要求﹐不能造成二次污染或提高處理成本。 (4).產水水質須穩定且須滿足各式水質要求﹐以降低經營風險。

    上述四種挑戰可以圖 1表示之。

    圖 1、台灣地區工業區廢水再生所面對之挑戰

    本研究採用 50cmd BioNET模型廠設備作為薄膜處理系統之前處理,本系統無添加化學藥劑,可有效降低水中 COD和 SS,進而提升後續薄膜系統之產水率,達到濃縮水可排放之目的。模廠設備包含進流泵、流量計、BioNET反應槽、空壓機、以及放流水儲存桶槽等。其中,BioNET反應槽為圓柱型採不銹鋼 SUS304製造,槽體直徑 75 cm、高 245 cm,有效體積為 1.0 m3。反應槽中填充之多孔性高分子擔體,主成份為二異氰酸甲苯與聚丙二醇聚合體,擔體呈扇形狀,每顆擔體直徑為 2.2 cm,厚度為 2 cm,體積為 4.5 cm3,擔體填充率約為槽體之 80 %。本系統之進流水取自新竹工業區化學混凝後三沉池之溢流渠道,處理後之排放水導入一體積 2 m3 之放流水儲存桶,供接續之砂濾-薄膜系統進行後續處理。本研究亦將於薄膜處理系統之前,裝置 20cmd之生物活性碳(BAC)前處理系統。此 BAC系統與 BioNET相同,亦自工業區化學混凝後之三沉池取水,將三沉池放流水中殘留之 COD去除。BAC系統亦無需添加化學藥劑,並可有效降低水中難分解有機物(COD)及色度,處理後可提升後續薄膜系統產水率,達到濃縮水可直接排放之目的。20cmd 之 BAC 系統長1.2 m,寬 0.7m,高 3 m,內含二槽,一為曝氣槽(0.5m x 0.7m x 3m)體積 0.8m3,另一槽為活性碳膨化床反應槽(0.7m x 0.7m x 3m)體積 1.2m3。在活性碳膨化床反應槽中填充 1/4體積(300L約重 150kg)之活性碳,活性碳的粒徑約為 0.5mm(40 mesh)。BAC 系統進流水先經曝氣槽提升溶氧後,以沉水泵抽送進入已馴養之活性碳膨化槽,利用生物活性碳之高吸附能力吸附有機物和色度,再由活性碳表面微生

    物進行分解,而微生物分解有機物之同時,活性碳亦被再生,因此 BAC 系統無須更換活性碳,僅需補充經由磨耗損失的活性碳,其損失量為每年 5%至 10%。BAC

    各各式式前前處處

    理理系系統統

    薄膜操作

    水質要求

    水質 變異性

    薄薄膜膜

    系系統統

    飲用水 水質標準

    工業用水水

    質要求

    工業區廢水二級處理廠放流水

    產產水水

    濃濃縮縮水水

    水量水質

    變異性

    符合放流

    水標準

    放流水標準灌溉水水質標準、 土壤處理水質標準

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    系統應用於工業廢水放流水殘留有機物的處理,其溶解性 COD 的去除率為 30%至50%之間。

    此外,本研究亦選擇 50cmd薄膜系統主要包括砂濾、袋濾、UF超過濾、和 RO逆滲透。圖 2之流程乃為本研究之再生廠流程圖。由達到排放標準之廢水先經高效率生物前處理去除部份有機物,其目的為使薄膜處理濃縮液可達 COD 放流水標準直接排放。其次將處理水經預濾器(砂濾和袋濾)去除 1~20µm 以上之微粒後,再以中空絲 UF 膜去除大部份懸浮微粒及部份有機物,最後再接抗污 RO 膜去除大部份無機鹽類及有機物。除主要單元外,本研究亦引用 Bench規格薄膜機制測試設備進行水再生程序各種替代單元及操作實驗,期能提供完整之測試及整廠規劃重要資訊。

    圖 2、工業區廢水處理廠水再生廠流程圖

    四、工業廢水再生模廠架設及操作

    照片 1和照片 2為本研究於工業區中架設完成之模廠實況。經第一階段(92 年8月 11日~92 年 9月 17日)研究,表 4為高效率生物系統操作結果。經過薄膜系統第一階段(92 年 9月 10日~92 年 9月 26日)研究,圖 3為砂濾、袋濾、UF單元壓差變化情形。圖 4為 RO逆滲透單元進水和產水比導電度變化情形。圖 5為 RO逆滲透單元比導電度去除率變化情形。

    薄膜系統

    高效率

    生物系統

    工業區廢水二

    級處理廠放流

    Bio-NET高效率生物處理槽

    BAC高效率生物處理槽

    砂濾槽 砂濾槽

    袋濾機

    UF超過濾系統

    二段式RO逆滲透系統

    產水-進入供水系統

    濃縮水

    符合放

    流水標

    準排放

    Bench規模薄膜操作機

    制測試系統

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    照片 1、工業區廢水處理廠水再生廠模廠設置-BAC及 BioNET架設

    照片 2、工業區廢水處理廠水再生廠模廠設置-薄膜系統架設

    表 4、高效率生物前處理技術模廠試驗結果

    參數 進流水 (實廠放流水) BioNET BAC

    水量(CMD) — 20 13 pH 7.53 7.66 7.69

    COD (mg/L) 34 25 23 COD去除率(%) — 23 29 處理槽體積(m3) — 1 1.5

    HRT(hrs) — 1.20 2.77 COD體積負荷(kg

    COD/m3.day) — 0.69 0.33

    導電度( μS/cm) 2,393 2,416 2,417

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    砂濾壓差、UF袋濾壓差、UF TMP壓差與時間關係圖

    0

    0.1

    0.2

    0.3

    0.4

    0.5

    0.6

    0.7

    0.8

    0.9

    1

    9/10 0930

    1030

    1130

    1230

    1330

    1430

    1530

    1630

    9/16 1300

    1400

    1500

    1600

    1700

    9/17 1000

    1100

    1200

    1300

    1400

    1500

    1600

    9/18 0930

    1030

    1130

    1230

    1330

    1430

    1530

    1630

    9/19 1500

    1600

    9/22 1000

    1200

    1400

    1600

    1800

    9/23 1100

    1300

    1500

    1700

    1900

    2100

    2300

    9/24 1000

    1200

    1400

    1600

    1800

    9/25 1100

    1300

    1500

    1700

    1900

    2100

    2300

    9/26 0100

    0300

    0500

    0700

    0900

    1100

    1300

    時間

    壓差:kg/cm2

    砂濾壓差

    袋濾壓差

    TMP

    回收率起始於

    72%

    回收率調升至

    80%

    回收率調升至

    90%

    回收率調降至

    85%

    回收率調降至

    80%

    再生週期改8 HR

    再生週期起始12 HR

    再生週期改6 HR

    RO逆滲透機

    時間與導電度關係圖

    4625

    52115420

    6985 7105

    5218

    6135

    6680

    4920

    6370

    4810

    8240

    5970 6020

    4260

    5870

    6620

    7419

    35 41 43 55 62 44 44 47 34 47 31 72 45 46 32 46 53 64

    0

    1000

    2000

    3000

    4000

    5000

    6000

    7000

    8000

    9000

    10000

    9/23 1000

    9/23 1100

    9/23 1200

    9/23 1300

    9/23 1400

    9/24 1400

    9/24 1500

    9/24 1600

    9/25 0900

    9/25 1000

    9/25 1100

    9/25 1200

    9/25 1300

    9/25 1400

    9/26 1000

    9/26 1100

    9/26 1200

    9/26 1300

    時間

    導電

    度:us/cm

    進水導電度

    產水導電度

    RO逆滲透機

    時間與去除率關係圖

    99.24 99.21 99.21 99.21 99.13 99.1699.28 99.30 99.31 99.26 99.36

    99.1399.25 99.24 99.25 99.22 99.20 99.14

    95.00

    95.50

    96.00

    96.50

    97.00

    97.50

    98.00

    98.50

    99.00

    99.50

    100.00

    9/23 1000

    9/23 1100

    9/23 1200

    9/23 1300

    9/23 1400

    9/24 1400

    9/24 1500

    9/24 1600

    9/25 0900

    9/25 1000

    9/25 1100

    9/25 1200

    9/25 1300

    9/25 1400

    9/26 1000

    9/26 1100

    9/26 1200

    9/26 1300

    時間

    去除

    率:% 離子去除率

    圖 3、砂濾、袋濾、UF單元壓差變化情形

    圖 4、RO逆滲透單元進水和產水比導電度變化情形

    圖 5、RO逆滲透單元比導電度去除率變化情形

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    由第一階段高效率生物系統操作結果可知,進流水 COD均低(平均為 34

    mg/L),高效率生物前處理單元的 COD去除率較低(分別為 23 %和 29 %)。後續將持續觀察 COD體積負荷與去除率之關係﹐作為未來實廠設計之依據。BioNET單元水力停留時間較小、COD體積負荷較大﹐BAC單元水力停留時間較大、COD體積負荷較小,現階段觀察兩者之去除效率相當﹐顯示就單元體積效率而言現階段 BioNET單元似乎較為有利。後續 BioNET單元和 BAC單元中的載體上生物膜逐漸增生,將有助於使 COD的去除功能更加穩定。

    由第一階段薄膜操作結果圖 3可知,操作壓差均未達 1kg/cm2。砂濾再生週期

    調整、砂濾正反洗時間、UF回收率、UF藥洗週期等參數均需在深入調整研究。由圖 4和圖 5可知,RO去處 EC之效率可達 99%以上。

    五、Bench Scale薄膜操作機制研究

    Bench Scale 薄膜系統是以一商業化不鏽鋼薄膜室 (Sepa CF, Osmonics,

    Minneatonka, MN)為主体,其操作壓力可達 69 bars (1000 psi)。可安裝之薄膜有效尺寸為 14.6 cm × 9.5 cm。此設備為平板式模組,其操作壓力、掃流速度、回收率及水力流況皆可調整至與螺捲式薄膜模組之操作參數相似。一離心式迴流幫浦 (recycle pump),可提高掃流速度,減少濃度極化,並維持系統高回收率。而清水通量(permeate flux)則用天平及 PC 做連續監測記錄濾液累積重量,再換算成清水通量,以觀察其變化。由於新薄膜在受壓之初,會產生薄膜壓密 (compaction)現象,而造成清水通量下降,故須以超純水為進流水求得清水通量穩定值,做為後續水樣為進流水的背

    景值,此穩定值稱為初始清水通量基線 (Initial permeate flux baseline, Jo),並定義:以超純水進流,在固定操作壓力下,當新薄膜之清水通量變化在任 1小時期間之標準差< 0.05,謂之達通量穩態,得清水基線,再以水樣為進流水。本研究試驗之一般操作條件為: RO薄膜壓力:9±0.02 bars;初始清水通量 (Jo):10±1 µm/s;回收率:40±5%;水樣溫度:23±2 C。每次過濾實驗結束後,從進流桶及濾液桶取水樣進行去除率分析,並將系統以 NaOH溶液 (pH 11) 進行循環清洗,續以超純水清洗。

    表 5為二級放流水、BAC及 BioNet 出流水之水質分析結果。由表 5可知,無

    論是二級放流水、BAC出流水或 BioNet出流水,其水質均偏弱鹼性。膠體顆粒屬不穩定 (Zeta Potential > –16 mV)、易沈降狀態,且其中以 BioNet出流水為最。觀察上述三種溶液顏色呈淺紅色,量化其值約介於 80~100之間 (二級放流水的排放標準為 500,飲用水水源標準 15)。濁度則均符合飲用水水源標準,且其中以 BioNet出流水最低。鹼度方面則以 BioNet為最低。但硬度方面,則以此次的 BioNet水樣為最高,可能會造成薄膜較嚴重的積垢 (scaling)。COD方面,經過 BAC或 BioNet的去除率約 50%左右,但仍超過飲用水水源水質標準 25 mg/L。

    表 5、二級放流、BAC及 BioNet 出流水之水質分析項目及結果

    水質項目 二級放流水(92.08.06水樣)

    二級放流水 (92.08.21水樣)

    BAC出流水 1 (92.08.21水樣)

    BioNet出流水 2(92.09.01水樣)

    pH 7.7 7.4 7.8 7.6 Zeta Potential (mV) -15.4 -15.1 -14.6 -11.8

  • 8

    SDI15 6.03 6.04 6.02 5.92 色度 93 94 89 80

    導電度 (µS/cm) 3890 3410 3420 3810 濁度 (NTU) 2.41 3.14 3.09 1.78 鹼度 (mg/L as

    CaCO3) 148 130 130 104

    硬度 (mg/L as CaCO3)

    258 212 210 309

    COD (mg/L) 52 69 26 30 1. BAC出流水 = 活性污泥二級放流水 → BAC 2. BioNet出流水 = 活性污泥二級放流水 → BioNet

    表 6為二級放流水直接通過 RO之水質分析,表 7為二級放流水經 UF再經 RO

    處理後之水質分析。由表 6及表 7,可知 RO的清水成弱酸性。由 SDI15可知二級放流水經 UF處理後,RO膜不再受膠體顆粒的阻塞,但由圖 6顯示,RO膜的阻塞並未因此而有良好的改善,故推測造成 RO膜阻塞的物質主要為溶解性物質,非膠體顆粒。色度則可幾乎完全去除。導電度及硬度均有 96%以上的去除率。COD有 90%以上的去除率,且濃縮液尚符合放流水排放標準。

    表 6、二級放流水→ RO 1之水質分析 (92.08.06水樣)

    水質項目 Feed (二級放流水) Permeate Concentrate Rejection (%)

    PH 6 2 5.7 6.5 - SDI15 6.03 - - - 色度 93 0 106 100

    導電度 (µS/cm) 3900 130 4510 96.67 硬度 (mg/L as CaCO3) 258 5 362 98.06

    COD (mg/L) 52 3.2* 69 93.85 1. BW-400FR RO膜, Dow Chemical, Polyamide Thin-Film Composite 2. Adjusted pH with HCl *重鉻酸鉀迴流法 (NIEA W515.53A)可適用於低濃度之量測,後續試程 Permeate之 COD均以此法分析 上述表格的 Feed是指 RO進流水,Permeate是指 RO清水,Concentrate是指 RO濃縮液,後續表格亦同

    表 7、二級放流水→ UF 1 + RO之水質分析 (92.08.06水樣)

    水質項目 Feed (二級放流水→ UF) Permeate Concentrate Rejection (%)

    pH 6 * 5.7 6.7 - SDI15 1.03 - - - 色度 86 0 104 100

    導電度 (µS/cm) 3600 110 4110 96.94 硬度 (mg/L as CaCO3) 237 3 330 98.73

    COD (mg/L) 35 ─ 49 - 1. UF薄膜:(LOP1010, Asahi Chemical Industry), 材質 PAN,MWCO:80k Daltons

  • 9

    操作條件:Pressure 1.5 bars, Recovery 100%, Avg. permeate flow rate 1100 mL/min * Adjusted pH with HCl

    00.10.20.30.40.50.60.70.80.9

    1

    0 1 2 3 4 5

    Time of filtration (hr)

    Nor

    mal

    ized

    spec

    ific

    flux

    (J/J

    o)

    UF+RORO only

    圖 6、二級放流水經 UF前處理對 RO之清水通量下降的影響

    (BW-400FR RO膜, Dow Chemical, Pressure 9 bars, Initial permeate flux ( Jo) 10.5 µm/s, Avg. Recovery 40%, Crossflow velocity 10 cm/s, adjusted pH 6。)

    表 8、表 9為二級放流水經過磁能裝置及 RO薄膜處理之情況。表 10為二級放

    流水經過 UF、磁能裝置及 RO薄膜處理之情況。由表 9顯示,經過磁能裝置後,水中膠粒的界達電位平均值似乎變的比較負。由圖 7,可知當二級放流水經磁能裝置(Matic + RO)後,初期 (約 1小時)的清水通量會下降的比(UF + RO)慢,但之後仍有相似的清水通量下降。而對於二級放流水經 UF及Matic的 RO清水通量下降程度則有明顯的減低。圖 8~圖 11係 RO膜表面之 SEM (scanning electron microscope)照片及其對應之 EDS (energy dispersive X-ray spectrometer)分析結果。比較圖 9、圖 10可發現,經過 UF後,大部份的 Al及 Ba元素被去除,顯示原先即以膠体物之型式存在於二級放流水中。此外經 UF前處理後,RO膜之 SEM照片可比較明顯地看到方型結晶物,可能係因膠体物等雜質被 UF預先去除之結果。

    表 8、二級放流水→ 磁能裝置 1 + RO之水質分析

    (92.08.21水樣) 水質項目 Feed(二級放流水) Permeate Concentrate Rejection (%)

    pH 6 * 5.5 6.8 - 色度 94 0 106 100

    導電度 (µS/cm) 3430 89 3980 97.40 硬度 (mg/L as CaCO3) 212 2 286 99.05

    COD (mg/L) 69 4.3 86 93.76 1. 磁能裝置 (Matic Unit, Descal‧A),Size:流量 1 GPM * Adjusted pH with HCl

  • 10

    表 9、二級放流水經磁能裝置前後的界達電位變化 (92.08.21水樣)

    單位:界達電位 mV 測試項目 第一次測值 第二次測值 第三次測值 平均 未經磁能裝置 -14.5 -14.7 -14.7 -14.6±0.1

    未經磁能裝置(重覆分析) -14.4 -14.5 -14.5 -14.5±0.1 經過磁能裝置 -14.6 -14.8 -15.2 -14.9±0.3

    經過磁能裝置(重覆分析) -15.1 -15.1 -14.7 -15.0±0.2

    表 10、二級放流水→ UF 1 + 磁能裝置 2 + RO之水質分析 (92.08.21水樣)

    水質項目 Feed (二級放流水→ UF) Permeate Concentrate Rejection (%)

    pH 6 * 5.8 6.6 -

    SDI15 1.02 - - - 色度 86 0 101 100

    導電度 (µS/cm) 3390 112 3960 96.72 硬度 (mg/L as CaCO3) 203 5 278 97.54

    COD (mg/L) 39 3.2 52 91.58 1. UF薄膜:(LOP1010, Asahi Chemical Industry), 材質 PAN,MWCO:80k Daltons 操作條件:Pressure 1.5 bars, Recovery 100%, Avg. permeate flow rate 1100 mL/min

    2. 磁能裝置 (Matic Unit, Descal‧A),Size:流量 1 GPM * Adjusted pH with HCl

    0

    0.1

    0.2

    0.3

    0.4

    0.5

    0.6

    0.7

    0.8

    0.9

    1

    0 1 2 3 4 5

    Time of filtration (hr)

    Normalized specific flux (J/Jo)

    UF + Matic + RO

    Matic + RO

    UF + RO

    圖 7、磁能裝置及 UF前處理對 RO之清水通量下降的影響

    (BW-400FR RO膜, Dow Chemical, Pressure 9 bars, Initial permeate flux ( Jo) 10 µm/s, Avg. Recovery 40%, Crossflow velocity 10 cm/s, adjusted pH 6。)

  • 11

    圖 8、乾淨 RO薄膜表面之電子顯微鏡觀察 (× 6000)

    1.乾淨RO膜定性、半定量 (EDS) 分析Elmt Spect. Element Atomic Type % % C ED 29.21 32.50N ED 71.80 68.50F ED -1.72* -1.21*Mg ED -0.06* -0.03*Al ED -0.04* -0.02*Si ED -0.04* -0.02*P ED -0.29* -0.12*Cl ED 1.02 0.38 Ca ED 0.02* 0.01*Sr ED 0.03* 0.00*Ba ED 0.08* 0.01*Total 100.00 100.00*無此元素或該元素相當微量,定量誤差範圍較大

    圖 9、二級放流水直接過濾之 RO薄膜表面 (× 6000)

    2. 二級放流水 → RO,定性、半定量(EDS) 分析 (92.08.06水樣)

    Elmt Spect. Element Atomic Type % % Mg ED 1.49* 2.49*Al ED 8.50* 12.76*Si ED 3.02* 4.36*Cl ED 65.78 75.16Ca ED -5.22* -5.27*Sr ED 16.25* 7.51*Ba ED 10.18* 3.00*Total 100.00 100.00

    圖 10、二級放流水經 UF前濾之 RO薄膜表面 (× 6000)

    3. 二級放流水→ UF → RO,定性、半定量 (EDS) 分析(92.08.06水樣)

    Elmt Spect. Element Atomic Type % % Na ED 12.89 16.79K ED 13.93* 10.67*Mg ED 10.17* 12.52*Ca ED 3.44* 2.57*Al ED 0.49* 0.54*Si ED 0.96* 1.02*Cl ED 67.23 56.78Sr ED 8.77* 3.00*Ba ED -17.88* -3.90*Total 100.00 100.00

  • 12

    圖 11、二級放流水經UF及Matic之RO薄膜表面 (× 6000)

    4. 二級放流水→ UF → Matic → RO,定性、半定量 (EDS)分析

    (92.08.21水樣) Elmt Spect. Element Atomic Type % % Na ED 6.72* 8.39*K ED 9.23* 6.78*Mg ED 2.33* 2.75*Ca ED 17.49* 12.53*Al ED -8.37* -8.91*Si ED 4.13* 4.22*Cl ED 98.43 79.75Sr ED 6.31* 2.07*Ba ED -36.26* -7.58*Total 100.00 100.00

    表 11為 BAC放流水直接通過 RO之水質分析,表 12為 BioNet放流水直接經過 RO薄膜處理之情況,表 13為 BioNet放流水經過UF再經過 RO處理之水質分析。由圖 12可知以 BAC出流水直接經過 RO,即足以媲美 UF+Matic所造成的清水通量下降程度。比較水質上的差異,發現 RO的阻塞程度與 COD呈正相關,與 SDI15則關係不大,硬度方面則因差異性不大,尚無法做比較。由此可推論溶解性有機物對

    RO阻塞程度的影響佔有重要的地位。

    表 11、BAC放流水→ RO之水質分析 (92.08.21水樣)

    水質項目 Feed (BAC放流水) Permeate Concentrate Rejection (%)

    pH 6 * 5.8 6.7 SDI15 6.02 色度 89 0 101 100 導電度 (µS/cm) 3440 95 4010 97.23 硬度 (mg/L as CaCO3) 212 2 284 99.05 COD (mg/L) 26 2.2 35 91.53

    * Adjusted pH with HCl

    表 12、BioNet放流水→ RO之水質分析(92.08.21水樣)

    水質項目 Feed (BioNet放流水) Permeate Concentrate Rejection (%)

    pH 6 * 5.5 6.5 SDI15 5.92 色度 80 0 95 100 導電度 (µS/cm) 3860 128 4680 96.68 硬度 (mg/L as CaCO3) 309 4 422 98.70 COD (mg/L) 30 3.2 43 89.33

    * Adjusted pH with HCl

  • 13

    表 13、BioNet放流水→ UF 1 + RO之水質分析 (92.09.01水樣)

    水質項目 Feed

    (BioNet放流→UF)

    Permeate Concentrate Rejection (%)

    pH 6 * 5.6 6.7 SDI15 0.89 色度 69 0 84 100 導電度 (µS/cm) 3830 139 4640 96.35 硬度 (mg/L as CaCO3) 291 4 396 98.63 COD (mg/L) 22 3.2 35 85.45

    1. UF薄膜:(LOP1010, Asahi Chemical Industry), 材質 PAN,MWCO:80k Daltons 操作條件:Pressure 1.5 bars, Recovery 100%, Avg. permeate flow rate 1100 mL/min * Adjusted pH with HCl

    0

    0.1

    0.2

    0.3

    0.4

    0.5

    0.6

    0.7

    0.8

    0.9

    1

    0 1 2 3 4 5

    Time of filtration (hr)

    Normalized specific flux (J/Jo)

    BAC→ RO

    UF + Matic + RO

    UF + RO

    圖 12、BAC放流水直接經過 RO之清水通量下降的影響

    (BW-400FR RO膜, Dow Chemical, Pressure 9 bars, Initial permeate flux ( Jo) 10 µm/s, Avg. Recovery 40%, Crossflow velocity 10 cm/s, adjusted pH 6。)

    圖 13顯示加入 UF並沒有明顯改進 BioNet出流水在 RO系統中水通量降低之

    情形,與前述二級處理出流水直接經 RO處理者有相同之結果。另外圖 11也顯示BAC的清水通量下降程度最低,推測其因,儘管以 BAC或 BioNet處理後的 COD濃度差異不大,但此次的 BioNet水樣硬度較高,可能會造成較嚴重的積垢(scaling),故需將硬度考慮在清水通量下降的因素中。此外,BAC應用機制在於吸附易於吸附的有機物並以生物分解之,而 BioNet應用機制在於增加生物膜表面積,加強分解有機物,而非著重於處理吸附性有機物。對於 RO膜最敏感的阻塞可能是屬於吸附性阻塞,因此對於可去除吸附性有機物的 BAC程序,較能幫助減少薄膜的清水通量下降程度。上述推測,需待模廠之結果方能加以印證。

  • 14

    0

    0.1

    0.2

    0.3

    0.4

    0.5

    0.6

    0.7

    0.8

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    1

    0 1 2 3 4 5Time of filtration (hr)

    Normalized specific flux (J/Jo)

    BAC→ RO

    BioNet→ UF + RO

    BioNet→ RO

    圖 13、BAC放流水直接經過 RO之清水通量下降的影響

    (BW-400FR RO膜, Dow Chemical, Pressure 9 bars, Initial permeate flux ( Jo) 10 µm/s, Avg. Recovery 40%, Crossflow velocity 10 cm/s, adjusted pH 6。)

    六、結論與討論

    1. 經估算,台灣地區『工業廢水現有最大再生潛勢』為 2,309,100噸/天。『工業區廢水處理廠最大可再生潛勢』為 473,418噸/日。『工業區廢水處理廠現有可再生潛勢』為『工業區廢水處理廠最大再生潛勢』之 55.3%﹐為 261,682噸/日。

    2. 國內工業區廢水處理廠放流水再生所面對之挑戰為:(1).放流水水量水質變異性、薄膜操作水質變異性需有效處理、(2).薄膜系統進流水質確認及要求,避免薄膜負荷、(3).濃縮水排放須滿足放流水標準,不能造成二次污染或大幅提高處理成本、和(4).產水水質須穩定且須滿足各式水質要求﹐以降低供水及廠商經營風險。

    3. 經技術和成本分析可知,以高效率生物氧化系統配合薄膜系統,可將造水成本降至 NT$20元/噸以內,且可將國內工業區廢水廠放流水回收 50%以上。

    4. 工業區廢水廠放流水直接再生供給區內廠家使用,此舉可節省大量管線設置成本,較其他各種水源供應方式更具優勢。

    5. 經再生水水質分析可知,工業廢水再生之用途甚廣。且因其使用薄膜程序,因此再生水已達軟水級之水質,直接回用於工業區內具極大之優勢。

    6. 未來政府將陸續推出徵收水污費、調漲水價、工業區調漲廢水處理費等措施,工廠使用水質較佳之再生水將可降低廠內造水費用,並有助減少污水排放,一舉兩

    得。 7. 未來政府可能推動『使用再生水抵減水污費或廢水處理費』之措施,將更有效推動工業區廢水廠再生之工作。

    8. 國外先進重視環保國家之工業廢水再生利用行之有年,且已屬成熟技術。主要因再生廠設置需先檢討前端污水處理廠之操作成效,因此推動廢水再生可同時改善

  • 15

    國內工業區廢水處理設施之體質,值得政府重視。

    七、主要參考文獻 陳筱華、葉宣顯、蔣本基、邵信、曾治乾、林宏儒等(2003). “新竹工業區廢水回收再利用規劃期中報告書”,經濟部水利署水利規劃試驗所委辦,民國 92 年 9月。

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    曾治乾、嵇本賢、陳文欽、陳志堅、劉俊清(2001). “生物固定化技術應用於染整業廢水回收處理之研究”,2001產業環保工程實務技術研討會。

    羅新衡、陳筱華、盧文章、楊子岳(2001). “IC封裝業廢水回收技術介紹”,節約用水季刊,第 22期,民國 90 年 6月 15日,pp32-37。

    陳筱華(2000). “與產業聯手開發綠色製程技術-能資所結合半導體廠商成立「半導體節水節能聯盟」",工業技術與資訊,第一O八期,民國 89 年 10月,pp4-5。

    陳筱華、羅新衡、盧文章(2000). “楠梓加工出口區推動區內事業最佳廢水回收計畫”, 經濟部加工出口區管理處委辦,工業技術研究院能源與資源研究所,

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    reuse”, In “Pretreatment in Chemical Water and Wastewater Treatment”, Springer-Verlag.

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