廢水處理及回收再利用

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棋口傅
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1 財團法人中興工程顧問社工業廢水回收再利用案例介紹黃欣栩副研究員財團法人中興工程顧問社環境工程研究中心 102 年 9 月 26 日

2 報告大綱前言何謂水回收再利用水回收再利用處理技術處理系統之設計規劃實際案例介紹結論 1

3 財團法人中興工程顧問社前言

4 天然水資源開發困難降雨量分佈不均河川上游坡降多超過 1/100 河川地形地勢險峻 3

5 環境水資源取用不易河川污染水質不佳過度開發保水不易 4

可利用水資源佔比偏低蒸發損失量 200 降雨量 950.7 河道逕流量 701 水庫供水量 43.5 河川引水量 110.5 地下水入滲量 49.7 地下水超抽 6.

6 可利用水資源佔比偏低蒸發損失量 200 降雨量河道逕流量 701 水庫供水量 43.5 河川引水量地下水入滲量 49.7 地下水超抽 6.3 地下水抽用量 56 入海及保育用水量 547 總用水量 210 生活用水量 35.3 (17%) 工業用水量 16.6 (8%) 農業用水量 (75%) 總用水量僅占降雨量 22% 單位 : 億頓 5

7 七大重點區域用水缺口分析用水缺口 : 區域水資源開發不及用水成長單位 :CMD 新竹現階段 : 無 110 年 : -5.6 萬彰化現階段 : 無 110 年 : -3.2 萬雲林現階段 : 無 110 年 : -0.9 萬 : 高缺水風險區 : 嚴重地層下陷區桃園現階段 :-11.7 萬 110 年 : -3.9 萬台中現階段 : 無 110 年 :-46.1 萬台南現階段 :-0.9 萬 110 年 : 萬高雄現階段 :-14.8 萬 110 年 : 萬 6

8 桃園地區用水供需分析萬噸 / 日桃園地區板新供水改善計畫, 大漢溪水源調配桃園地區 14 萬噸日大漢溪水源供應 100 萬噸 / 日 ( 石門水庫 ) 中庄調整池增供 2.4 萬噸 / 日板新供水改善計畫, 大漢溪水源調配桃園地區 19 萬噸日年別 ( 民國 ) 中成長水源量缺口量 ( 萬立方公尺 / 日 ) 桃園地區若水利設施如期完工若水利設施未如期完目標年主要水源為大漢溪, 石門水庫為桃園地區主要調蓄供水設施目前供水能力為 100 萬 CMD, 需水量約為萬 CMD, 現階段已有供水缺口供水變數 : 板新供水改善計畫二期工程桃園海淡廠中庄調整池是否能如期完工供水, 及其水質水量穩定性參考資料 : 經濟部水利署 (2012) 水資源開發利用總量管制策略推動規劃 7

9 經濟部水利署管理措施工業用水總量管制工業用水將維持既有之工業區用水量及目前已核定用水計畫之工業區用水量至民國 110 年約 29 億噸 / 年之目標, 不再成長民國 100 年, 平均用水回收率應提昇至 65% 以上訂定工業用水指標建議值回收率 100% R1回收率重複利用率用水計畫書審查作業要點總循環水量總回用水量總用水量 100% R2回收率不含冷卻水塔循環量研訂再生水資源發展條例 ( 草案 ) 總循環水量總回用水量 - 總冷卻水循環量總用水量 - 總冷卻水循環量獎勵民間投資開發使用再生水, 並帶動產業發展 8

10 相關部會管理措施經濟部工業局工廠管理輔導法第 17 條, 工業主管機關得基於水資源合理利用生態環境及公共利益維護, 於許可工廠設立或核准登記時附加負擔或擇定產品或地區, 公告停止受理工廠之新設或既有工廠之擴充或強制既有工廠減量生產或停止生產行政院環保署工業區開發環境影響評估審議規範, 工業區全區用水總回收率 ( 含廠內用水回收中水道系統回收及污水處理廠廢水回收等 ) 應至少達百分之七十但情形特殊, 經本署環境影響評估審查委員會同意者, 不在此限 9

11 科學工業園區管理措施科學工業園區水電輔導管制辦法園區用戶應於申請興建租賃廠房或增資時, 提供用水計畫書送交管理局審查後, 向自來水事業提出未來供水調配及規劃每日用水量達五百立方公尺以上之園區用戶, 應於每年年底前提出未來五年及最終用水計畫量, 送交管理局審查科學工業園區節約用水輔導計畫執行要點八十三年以前興建之廠房, 製程回收率需大於百分之五十, 全廠回收率需大於百分之三十, 排放率需小於百分之八十八十三年至八十八年興建者, 製程回收率需大於百分之七十, 全廠回收率需大於百分之五十, 排放率需小於百分之八十八十八年以後興建者, 製程回收率需大於百分之八十五, 全廠回收率需大於百分之七十, 排放率需小於百分之七十但需辦理環評之廠商, 依環評審定之承諾事項辦理製程回收率及全廠回收率管制日益嚴格 10

12 相關節水輔導計畫推動工業節水綜合行動 (92~98 年 ) 完成 18 個行業共 571 家工廠之工業用水效率提升輔導作業, 推動節約用水政策, 總計節水量達每年 4,556 萬噸園區廠商節水節能減碳輔導計畫 2008 年國科會規劃 2008 至 2011 年科學工業園區廠商每年達成節水量 100 萬公噸以上, 其中新竹科學工業園區應達成每年節水量 50 萬噸 / 年以上新竹科學園區管理局積極作為 91~99 年期間已持續推動之節水輔導 111 場次 91~99 年期間接受節水輔導之廠商持續追蹤 (111 場次 65 家 ) 水再生利用推動盤查與促動服務計畫 (101~103 年 ) 預計完成 420 份再生水使用情形問卷調查預計完成 35 處工業用水戶及生活污水戶現場盤查經濟部工業局新竹科學工業園區管理局經濟部水利署預計完成 2 處工業用水戶及 2 處生活污水戶深入輔導與評估試驗 11

13 為何要進行節水與水回收氣候變遷, 嚴重缺水不再是百年一遇同樣的生產量下, 每減一分用水, 就少一分風險每節一噸自來水, 可以省下 : 一噸取水成本一噸廢水廠內處理成本一噸廢水的納管費處理一噸廢水相當之水污費 ( 近期將開徵 ) 降低產品水足跡將成為一種趨勢 12

14 財團法人中興工程顧問社何謂水回收再利用

家戶排放前處理至符合各類用途法規標準, 送至其他用戶端使用民生用水工業用水淨水設施農業用水埤塘河川湖泊取水

15 水再生示意圖回收 ( 取用模式 ) 處理再生 ( 取供模式 ) 事業 / 家戶於建築物內產生之廢水, 符合放流水標準後可進行內部回用事業 / 家戶使用後之廢污水處理至符合放流水標準後排放至承受水體事業 / 家戶排放前處理至符合各類用途法規標準, 送至其他用戶端使用民生用水工業用水淨水設施農業用水埤塘河川湖泊取水廢污水處理設施灌溉餘排水放流水放流口或灌區末端河川水再生設施排放至承受水體再生水配送至其它區域再利用取用時需重新申請水權 14

16 水回收與再生處理循環利用在特定一個用途單元 ( 系統 ) 內部循環的水量如冷卻水塔系統中大量的水循環利用回收利用已經在某單元 ( 系統 ) 用過的水, 提升水質後再用於其他用水單元 ( 系統 ) 的水量屬於跨用途單位之間的水再利用再生利用用水計畫書審查作業要點再生水資源發展條例 ( 草案 ) 再生水指以污水廢水或污 ( 廢 ) 水處理後之放流水為水源, 經再處理產生之水 15

17 水回收與再生處理 ( 續 ) 製程用水機台內部循環再利用循環冷卻用水 / 洗滌水冷卻水塔 / 洗滌塔內部循環再利用循環製程排水原水池冷卻水塔 / 洗滌塔離子交換 +RO 製程用水回收回收再生再生回收循環 16

18 財團法人中興工程顧問社水回收再利用處理技術

19 水再生利用需符合法定水質標準水質項目景觀用水自來水 ( 水利署 ) 灌溉用水注入地下水導電度 (μs/cm) 生化需氧量 BOD 5 (mg/l) < 總溶解固體 TDS (mg/l) 氟離子 F - (mg/l) 氯離子 Cl - (mg/l) 硫酸根 SO 2-4 (mg/l) 總硬度 (mg/l) 大腸菌群 (CFU/100mL) 不得檢出濁度 (NTU) < 總氮 (mg/l) 硝酸鹽氮 NO 3 -N (mg/l) 亞硝酸鹽氮 NO 2 -N (mg/l) 不得檢出氨氮 NH 3 -N (mg/l) 總磷 TP (mg/l) 砷 As (mg/l) 鎘 Cd (mg/l) 鉻 Cr (mg/l) 銅 Cu (mg/l) 鎳 Ni (mg/l) 陰離子型界面活性劑 (mg/l) 氰化物 CN - (mg/l)

20 各種水處理單元對於污染物去除效率評估污染物單元加藥沉澱砂濾超微細篩機表面過濾活性碳吸附浮除硝化脫硝加氯臭氧 UV 殺菌 UV + 雙氧水芬頓法 MF UF NF RO 細菌 + O O O + O * * + * * 原蟲 * O * * + * * 病毒 * * * * O * * O O * + * * 大於 10μm 顆粒 * * * * * * O * 小於 10μm 膠體 O O * * * * * * O + * * 色度 + * * * + * * O + O + + O O + + * O * * 生化需氧量 BOD + O O O + * O O O O + O O O + + * O * * 化學需氧量 COD + O O O O O O O + O + + O O + + O O * * 氮 * * * * O O + O O * * O * * O * * 磷 + O O O O O O * * * * * * + + * 重金屬 + * * * * O * * * * * * * * 鹼度 O * * * * O * * * * * * * * * + 二價以上離子 * * * * * * * * * * * * * * 一價離子 * * * * * * * * * * * * * * O * + 溶解性有機物 * * * * + * * * + * + O * * O + * * * * 微量毒性物質 * * * * O * * * O * + * * * O + * * * * 離子交換樹脂電透析加藥軟化奈米活性碳電極註 : + 可有效移除 O : 具移除效果但較不顯著 * : 不具效果或缺乏研究資料 19

21 各種過濾設備可濾除顆粒尺寸觀測儀器穿隧顯微鏡電子掃描顯微鏡光學顯微鏡肉眼尺度長度單位 ( 微米 ) 離子分子大分子微粒大顆粒長度單位 ( 埃 ) 分子量隱孢子蟲鹽類炭黑油漆顏料梨形鞭毛蟲毛髮尺寸相當之物質金屬離子原子半徑合成染料糖菌體毒素濾過性病毒凝膠矽膠凝體蛋白質煙草石棉 / 石絨顏料乳膠細菌灰塵酵母細胞煤炭灰紅血球細胞粉末花粉針頭霧滴沙礫粒狀活性碳 (GAC) 分離程序逆滲透 (RO) 奈米過濾膜 (NF) 超過濾膜 (UF) 微過濾膜 (MF) 表面過濾砂濾 20

22 表面過濾器 (Surface filtration) 設置目的類型不同於砂濾等深層過濾, 表面過濾係在濾材表面阻截顆粒物質 (1 ~ 10μm) 表面過濾具有比砂濾更精密之過濾效果, 一般亦可操作在更高之流速範圍 (> 300 m/day) 濾材多有專利纖維過濾疊式過濾匣式過濾碟式過濾纖維過濾疊片過濾 21

23 超過濾膜 (Ultrafiltration) 設置目的型式屬於表面過濾的一種去除水中微細膠體離子, 從而降低膠體阻塞趨勢經超過濾膜處理後之產水可直接導入逆滲透膜等除鹽單元再降低導電度微過濾膜孔徑約數百 nm 去除細菌原生動物懸浮固體可作為 RO 進水之前處理超過濾膜孔徑約數十 nm 去除細菌原生動物懸浮固體去除分子量為數萬以上之大分子目前微過濾膜與超過濾膜在商用產品上已無太大區別 22

24 超過濾膜 (Ultrafiltration) ( 續 ) 中空纖維 (Hollow-fiber) 23

25 逆滲透 (Reverse osmosis) 設置目的逆滲透膜僅讓水分子能通過, 將離子與溶解性質阻截於濃縮側, 形成濃排水排出, 從而取得低硬度 / 導電度 / 溶解性有機物之產水除鹽率最高可達 99%, 價格自 90 年代後日趨下降, 目前已成為最常用於放流水除鹽之單元因最多僅能回收六成之產水, 使得產水成本偏高型式逆滲透膜孔徑小於 0.1 nm 去除鹽類與有機物去除細菌與病毒奈米過濾 (nanofiltration) 功能同逆滲透膜, 對二價以上鹽類去除效甚佳, 對有機物與一價鹽類則較差 24

26 逆滲透 (Reverse osmosis) ( 續 ) 卷式 (Spiral-wound) 進水淡水鹵水 ( 濃排 ) 25

27 逆滲透 (Reverse osmosis) ( 續 ) 段 (stage): 將濃排導入下一段再進行除鹽, 提高產水回收率原水 5μm 濾芯 1μm 濾芯逆滲透系統 ( 第一級 - 第一段 ) 逆滲透系統 ( 第一級 - 第二段 ) 原水泵原水箱加藥裝置多介質活性碳過濾器吸附器 ( 或軟化器 ) 高壓泵藥洗泵藥洗槽逆滲透系統 ( 第二級 - 第一段 ) 送水泵用水點調節 ph 值裝置高壓泵級 (pass): 將淡化產水導入下一級再進行除鹽, 提高除鹽率產水槽紫外光殺菌 0.22μm MF 26

28 電透析系統 (Electrodialysis) 設置目的型式採用陰陽離子交換膜多層交替, 使陽離子與陰離子分別移往陰極與陽極, 而可得到淡水除鹽效率不如逆滲透膜, 處理水質一般 TDS 小於 5,000 mg/l 電透析 (Electrodialysis,ED) 電去離子 (Electro-deionization, EDI) 倒極電透析 (Electrodialysis reversal,edr)( 週期性地改變電極極性, 以降低在電極上產生鹽垢之情形 ), 較適合用於放流水再生 27

29 電透析系統 (Electrodialysis) 陽離子薄膜淡水導流網濃水導流網陰離子薄膜陽離子薄膜淡水流動路線濃水流動路線 28

30 離子交換 (Ion exchange) 設置目的型式液相中的離子與固相 ( 樹脂 ) 中離子間互相交換, 而達到除鹽效果可單獨搭配活性碳槽運用, 或設於 RO 後端處理 RO 出水, 以獲得更低電導度之純水處理水質 TDS 不宜超過 500 mg/l, 不適合處理放流水 ( 再生頻率過高 ) 離子交換樹脂一般呈現多孔狀或顆粒狀, 其大小約為 0.1~1mm 依交換特性可分為陽離子樹脂 : 可去除懸浮顆粒有機物以及正電荷離子, 進行水質軟化陰離子樹脂 : 去除帶負電荷之無機鹽類 29

31 活性碳吸附 (Activated carbon) 設置目的型式活性碳是一種多孔性的含碳物質, 可藉由物理性吸附力與化學性吸附力去除水中有機物或餘氯若處理一般放流水, 更換活性碳頻率極高, 成本難以接受 ; 較適合用於純水系統粉末狀活性碳顆粒狀活性碳纖維狀活性碳 30

32 高級氧化系統 (Advanced oxidation) 設置目的型式以強氧化劑去除放流水中微量有機物 ( 低於 10 mg/l 等級 ) 或去除放流水中有毒物質 ( 如環境荷爾蒙,0.001 mg/l 等級 ) 可作最後階段之拋光處理 (polishing), 或作薄膜前處理 ( 降低有機堵塞趨勢 ) 臭氧臭氧 + 紫外光臭氧 + 過氧化氫紫外光 + 過氧化氫 31

33 薄膜生物反應器 (Membrane bioreactor) 設置目的型式包含曝氣槽 ( 生物反應 ) 與二沉池 ( 固液分離 ) 之功能藉由薄膜阻攔, 可提高生物處理單元內污泥濃度, 提升處理效能 ; 微 / 超濾膜可有效濾除懸浮固體物微生物可濃縮污泥而節省二沉池空間, 轉作裝設再生水設備之用地, 適合用在缺乏用地的廢污水處理廠依薄膜所在位置分成沉浸式 ( 薄膜浸在曝氣池的污泥中 ) 與外掛式 ( 薄膜在曝氣池之外 ) 依薄膜型式分成中空絲與平板式 32

34 財團法人中興工程顧問社處理系統之設計規劃

35 第 1 步 : 用水清查調查用水基線資料原始取水量 (IW,Intake Water): 各供應來源引進工廠被第一次利用之水量, 包括自來水地表水地下水等循環利用水量 (RCW,Recycling Water): 特定一個用途單元 ( 系統 ) 中循環的水量, 如冷卻水塔系統中大量的水被循環利用回收利用水量 (RUW,Reuse Water): 已經用過的水, 再用於其他用水單元的水量, 一般是屬於跨用途單位水的再利用消耗水量 (CW,Consumption Water) 排放水量 (DW,Discharge Water) 建置用水平衡圖, 並於重要用水點設置流量計 34

36 第 1 步 : 用水清查 ( 續 ) 超純水製造設備 ( 活性碳 MF UF RO 離子交換 ) IW: 原始取水量 RW: 重複利用水量 RW = RCW+RUW CW: 消耗水量 DW: 排放水量 35

37 第 1 步 : 用水清查 ( 續 ) 回收率用水指標 R1回收率重複利用率總循環水量總回用水量 100% 總用水量 R2回收率不含冷卻水塔循環量 RW -總冷卻水循環量 100% IW RW -總冷卻水循環量 RW 100% IW RW 總循環水量總回用水量 -總冷卻水循環量 100% 總用水量 -總冷卻水循環量若 R1 小於 50% 或 R2 小於 20%, 有必要檢討是否有節水空間 36

38 第 1 步 : 用水清查 ( 續 ) 科學工業園區廠商若製程回收率及全廠回收率未達規定, 有必要檢討是否有節水空間 37

39 第 1 步 : 用水清查 ( 續 ) 可節用或回收之特定廢水循環冷卻系統排放水鍋爐冷凝排放水生活用水過濾系統反洗水純水逆滲透系統濃排水製程清洗用水特定製程廢水 38

40 第 2 步 : 界定節水空間成本高雨水貯留製程節水放流水再生利用製程排水回收冷卻排水回收再利用成本低生活用水減量鍋爐用水循環再利用 ( 蒸汽冷凝 ) 節水量小純水系統排放水冷卻用水循環再利用節水量大 39

41 第 2 步 : 界定節水空間 - 純水系統排水純水系統過濾 : 去除水中固體物質有機物及微生物反沖洗水具有回收潛力一般佔產水量 2~5% 處理程序» 混凝沉澱 + 過濾» 微薄膜處理離子交換 : 去除水中硬度離子, 降低進水導電度, 以鹽或酸鹼劑再生再生液或可以加藥軟化方式回收之, 但成本甚高脫鹽 : 去除水中溶解性固體物質逆滲透膜濃排水具有回收潛力約數百 CMD( 產水量之 40~50%) 導電度在 1,000μS/cm 以內, 均具回收效益含多種藥劑 ( 如含磷抗垢劑等 ), 並非只有鹽類問題待處理當含較高濃度矽時 (> 60 mg/l), 需考慮避免矽垢之產生處理程序濾芯過濾 + RO 濾芯過濾 + EDR 40

42 第 2 步 : 界定節水空間 - 純水系統排水 ( 續 ) 純水系統反洗廢水回收再利用反沖洗水一般佔產水量 2~5% 高濃度懸浮固體與濁度 ( 數百至一千 NTU) 一般直接迴流至前端原水端處理回收, 但可能造成膠體物質在其中累積處理程序混凝沉澱 + 過濾 + 加氯微薄膜處理 + 加氯 41

43 第 2 步 : 界定節水空間 - 純水系統排水 ( 續 ) 純水端逆滲透膜濃縮液當導電度在 1,000μS/cm 以內, 均具回收效益一般約數百 m 3 /day 含多種藥劑 ( 如含磷抗垢劑等 ), 並非只有鹽類問題待處理當含較高濃度矽時, 回收率需考慮避免矽垢之產生處理程序濾芯過濾 + RO 濾芯過濾 + EDI 42

44 第 2 步 : 界定節水空間 - 製程用水功能 : 作為原料用水或製造過程中原料或半成品進行化學反應或物理作用所需的水, 亦包括作為原料半成品與成品機具設備等與生產有關之清洗用水等操作概述 : 原水經取水後, 依產品或製程水質要求, 進行適當的前處理 ; 而使用過之製程排水由於含有污染物質, 視污染程度, 選擇排入廢水處理設施, 或循環回收再利用依產品製程之不同, 排水水質存在極大差異性 43

45 第 2 步 : 界定節水空間 - 製程用水 ( 續 ) 製程用水節水策略製程用水減量改變原料或改善製程, 減少製程用水量使用替代性水源雨水貯留海水淡化廢污水再生製程排水循環再利用單元製程內用水循環再利用製程排水回收再利用製程排水回收作為次級用水製程排水再生再利用藉由再生處理, 提升排放水質, 以符合標的用水水質要求 44

46 第 2 步 : 界定節水空間 - 製程用水 ( 續 ) 半導體件製造業節水點性質處理技術再利用用途研磨廢水懸浮固體物 SiO 2 過濾薄膜過濾製程原水冷卻用水氟系廢水氟離子重金屬化學混凝流體化床結晶法製程原水酸鹼廢水酸鹼直接使用廢氣洗滌水廢水調勻池調整 ph 放流水回收再利用鹽類微量有機物懸浮固體物砂濾薄膜過濾活性碳製程原水冷卻用水生活雜用水澆灌用水 45

47 第 2 步 : 界定節水空間 - 製程用水 ( 續 ) 印刷電路板製造業節水點性質處理技術再利用用途研磨廢水懸浮固體物氧化銅粉過濾製程原水清洗廢水酸鹼重金屬薄膜過濾電透析製程原水冷卻用水放流水回收再利用鹽類微量有機物重金屬懸浮固體物砂濾薄膜過濾離子交換活性碳製程原水冷卻用水生活雜用水澆灌用水染整業節水點性質處理技術再利用用途後段清洗廢水含少量之色度直接使用清洗用水放流水回收再利用鹽類有機物色度懸浮固體物砂濾薄膜過濾高級氧化程序活性碳製程原水冷卻用水生活雜用水澆灌用水 46

48 第 2 步 : 界定節水空間 - 製程用水 ( 續 ) 化學材料業節水點性質處理技術再利用用途清洗廢水酸鹼有機物重金屬化學混凝氧化法薄膜過濾冷卻用水製程原水放流水回收再利用鹽類有機物懸浮固體物砂濾薄膜過濾高級氧化程序活性碳製程原水冷卻用水生活雜用水澆灌用水造紙業節水點性質處理技術再利用用途製程白水懸浮性固體物溶解性有機物過濾纖維過濾製程原水冷卻用水放流水回收再利用懸浮性固體物溶解性有機物化學混凝活性碳薄膜過濾製程原水冷卻用水生活雜用水澆灌用水 47

49 第 2 步 : 界定節水空間 - 製程用水 ( 續 ) 化學研磨廢水定義化學研磨 (Chemical mechanical polishing) 為將矽晶片表面起伏介電層加以平坦化之技術採用純水加入砥粒形成研漿, 進行研磨約數百 m 3 /day 問題產生廢水含奈米級砥粒或剝落物, 不易以一般過濾去除整體導電度極低, 矽顆粒會造成後段逆滲透膜產生嚴重的二氧化矽堵塞處理程序鋁鹽混凝 + 沉澱 + 多層濾料過濾 + RO 沉浸式超過濾膜 + RO 48

50 第 2 步 : 界定節水空間 - 製程用水 ( 續 ) 微影製程清洗廢水定義半導體電路製程中, 基材經光阻光罩顯影蝕刻後, 最後將以去光阻劑剝除基材表面殘餘有機物, 而產生廢水在大型 TFT-LCD 製造廠中, 這股水約數百 m 3 /day 問題水中含有數十至數百 mg/l 的顯影劑 ( 氫氧化四甲基胺 TMAH) 與光阻劑 ( 乙酸丙二醇甲酯 PGMEA) 衍生物複雜有機組成 ( 含高濃度有機氮與氨氮 ) 會造成超過濾膜與逆滲透膜之生物阻塞與有機阻塞處理程序缺氧槽 + 薄膜生物反應器 (MBR) + 逆滲透膜 49

51 第 2 步 : 界定節水空間 - 製程用水 ( 續 ) 電鍍重金屬廢水定義鍍件浸入電鍍槽完成電鍍取出後, 會浸入清洗槽洗去高濃度殘留鍍液依鍍液性質, 分成氰系鉻系與酸鹼系三種重金屬廢水在大型印刷電路板廠或封裝廠, 這股水約數百 CMD 問題水中含有氰化物六價鉻與銅鎳等重金屬含有機螯合劑, 影響重金屬氧化及捕捉處理程序氧化還原 + 混凝沉澱 + 過濾 + RO 氧化還原 + 重金屬吸附 + 過濾 + RO 過濾 + 螯合型離子交換樹脂 + RO 50

52 第 2 步 : 界定節水空間 - 冷卻用水功能 : 工業生產中, 為吸收或轉移生產設備及製品多餘熱量, 維持正常溫度下工作所用之水循環操作概述 : 冷卻用水在與標的物完成熱交換平衡後, 進入冷卻水塔中, 藉由水的蒸發逸散, 達到降溫之目的冷卻水塔補水量 = 蒸散量 + 排水量 + 飛散損失蒸散量計算 ( 經驗式 ) 蒸散量 = 循環用水量溫度差 ( o C) 或蒸散量 = 循環用水量 * 蒸散量與循環用水量單位相同 51

53 第 2 步 : 界定節水空間 - 冷卻用水 ( 續 ) 冷卻用水節水策略使用潔淨替代水源製程後段清洗用水 RO 濃縮水以及貯留雨水等提升冷卻用水循環次數增加濃縮倍數冷卻水塔排放水再生循環再利用冷卻水塔管理問題冷卻用水因蒸發及飛散, 導致水中鹽類持續被濃縮, 當達一定值即會產生結垢腐蝕等現象, 或因持續暴露於空氣中, 而有微生物生長藻類孳生情形, 影響冷卻水塔運作效能 52

54 第 2 步 : 界定節水空間 - 冷卻用水 ( 續 ) 冷卻用水水質指標結垢 : 鈣鎂離子二氧化矽等鹽垢物質腐蝕 : 硫酸鹽氯離子等鹽類物質濃縮倍數排放水比導電度 / 進流水比導電度, 合理範圍 3~6 藍氏飽和指數 (Langelier Saturation Index, LSI) LSI=pH-pHs =ph-(9.3+a+b-c-d) phs: 水中飽和時 ph 值 A: 總溶解固體物 (mg/l) B: 水溫 ( o C) C: 鈣離子濃度 (mg/l as CaCO 3 ) D: 鹼度 (mg/l as CaCO 3 ) LSI<0, 腐蝕傾向, LSI<-2, 嚴重腐蝕 LSI>0, 結垢傾向, LSI>2, 嚴重結垢 LSI=0, 水質穩定, -0.5<LSI<0.5, 理想狀態微生物孳生 : 有機物優養化物質微生物 53

55 第 2 步 : 界定節水空間 - 冷卻用水 ( 續 ) 增加冷卻用水濃縮倍數管理對策設置監控系統監測冷卻水塔的水質導電度並定期排放, 避免鹽類濃度過高形成結垢或腐蝕, 在不影響操作及不破壞設備之前提下, 藉由控制冷卻水塔濃縮倍數, 達到節約用水之目的化學加藥法酸劑 ( 硫酸 ): 降低 ph, 使重碳酸鈣轉換為溶解度較高之硫酸鈣有機磷酸鹽聚磷酸鹽 : 與鈣鎂矽鐵等離子結合成高溶解度錯合鹽, 減少碳酸鹽沉積發生磷酸鹽矽酸鹽亞硝酸鹽鉬酸鹽等 : 抑制金屬的腐蝕或於金屬表面形成一種保護膜, 避免腐蝕次氯酸鈉氯錠 : 抑制微生物及藻類孳生 54

56 第 2 步 : 界定節水空間 - 冷卻用水 ( 續 ) 冷卻水塔排放水處理方式過濾處理法去除水中懸浮固體物, 減低結垢及阻塞潛勢脫鹽設備利用薄膜之選擇性分離性, 將鹽類自水中分離, 經處理過之再生水, 可循環再利用於冷卻水塔補充水, 相關設備包括 EDR 離子交換樹脂 UF/NF/ 逆滲透等 55

57 第 2 步 : 界定節水空間 - 鍋爐用水功能 : 工業生產中, 提供生產或發電之蒸汽, 在鍋爐內進行汽化所需的用水操作概述 : 將產生之蒸汽導入製程, 藉由熱交換器與標的製程達到熱平衡鍋爐用水節水策略使用潔淨水源 ( 鍋爐用水預處理 ) 鍋爐蒸汽循環再利用蒸汽冷凝水回收再利用 56

58 第 2 步 : 界定節水空間 - 鍋爐用水 ( 續 ) 鍋爐用水循環再利用優點提高鍋爐給水溫度, 可降低用水量及燃料使用量冷凝水為蒸餾水, 結垢成分較低提高鍋爐給水水質, 降低水處理成本給水溫度提高提高熱傳導速度, 降低鍋爐負荷, 可延長鍋爐壽命管理問題鍋爐用水循環再利用, 多於密閉系統下進行, 較無微生物孳生之困擾, 然會產生腐蝕及結垢現象 57

59 第 2 步 : 界定節水空間 - 鍋爐用水 ( 續 ) 鍋爐用水循環再利用管理對策鍋爐用水預處理鍋爐進水先經離子交換軟化或脫鹽設備, 去除水中鹽類或硬度物質, 可在避免結垢或腐蝕之前提下, 增進鍋爐用水循環次數設置監控系統監測鍋爐用水水質並定期排放, 避免鹽類濃度過高形成結垢或腐蝕, 在不影響操作及不破壞設備之前提下, 藉由增加蒸汽循環再利用或冷凝水回收再利用次數, 達到節約用水之目的 58

60 第 2 步 : 界定節水空間 - 鍋爐用水 ( 續 ) 鍋爐用水循環再利用管理對策腐蝕控制除氧 : 利用熱力除氧或化學除氧方式, 針對鍋爐用水補充水進行除氧處理, 防止或減輕鍋爐之溶解氧腐蝕調節進水 ph 值 : 一般採用氨或有機胺, 中和水中二氧化碳, 調高溶液 ph 值, 防止金屬材料腐蝕控制鹼度 : 藉由脫鹼處理或增加鍋爐水含鹽量, 降低水中鹼度氧化 : 於水中加入氧或過氧化氫, 使金屬表面形成保護膜, 防止金屬腐蝕添加螯合劑 : 所加入之 EDTA 會先與水中鐵離子形成溶解性螯合物, 再於 280~300 o C 溫度範圍內, 發生熱分解而於金屬管壁表面生成保護膜 59

61 第 2 步 : 界定節水空間 - 鍋爐用水 ( 續 ) 鍋爐用水循環再利用管理對策結垢控制低壓鍋爐加藥處理 : 加入碳酸鈉磷酸鈉聚磷酸鹽等藥劑, 與水中結垢物質產生反應, 使其成為水渣排出或以溶解狀態存在於鍋爐用水中中高壓鍋爐加藥處理 : 使用藥劑以磷酸三鈉為主鍋爐排放水再生再利用離子交換處理 : 去除水中硬度表面過濾 : 去除水中固體物, 降低阻塞或結垢之潛勢脫鹽設備 : 利用 RO 逆滲透薄膜之選擇性分離性, 將鹽類自水中分離, 經處理過之再生水, 可循環再利用於鍋爐用水 60

62 第 2 步 : 界定節水空間 - 生活用水生活用水定義 : 員工及工作環境所需飲用衛生等用水以每位勞工每日工作 8 小時計, 合理用水量約 50~100 公升若廠內包含餐廳宿舍或淋浴設備, 合理用水量應低於 250 公升其他用水定義 : 景觀用水防火用水等, 與生產或生活均較無直接之關係, 使用時間較不定, 可歸納為雜項其他用水用水減量策略使用替代性水源採用省水器材調降供水水壓汰換老舊供水管線, 積極查漏 61

63 第 2 步 : 界定節水空間 - 生活用水 ( 續 ) 生活用水減量策略使用替代性水源, 作為生活雜用水雨水貯留冷卻水塔排放水鍋爐排放水 RO 濃縮水採用省水器材二段式沖水馬桶省水龍頭改變澆灌方式設置土壤濕度感應器, 搭配自動灑水系統, 減少景觀用水量供水管線定期檢視維護與汰換, 減少因管線洩漏所造成之水資源浪費 62

64 第 3 步 : 限制分析當年度預算是否足夠能否突顯節水效益運用工業局科管局或加工出口區管理處輔導能量有無能力定義具風險水質項目優先運用在低風險用途, 如冷卻系統補充水是否能夠安裝第二套管線或桶槽管架空間大小容積率規定建築物結構強度是否清楚各股產水水量與流向產水水質是否穩定提高貯留量係增加穩定度之最直接方案是否使廢水排放水質劣化 ( 競合問題 ) 因節水減少水量所降低的納管收費, 似大於因節水水質劣化所增加的納管收費 63

65 第 4 步 : 水質調查與單元選擇消毒除碳脫硝一般過濾 (10μm 以上顆粒 ) 精密過濾 (10μm 以下膠體 ) 除鹽高級氧化加氯臭氧紫外光無氧 / 好氧法土壤處理人工濕地砂濾活性碳表面過濾外掛 / 沉浸式微 / 超濾薄膜生物反應器加藥軟化奈米過濾逆滲透電透析離子交換 UV-O 3 UV-H 2 O 2 廢污水處理放流水再生用戶端純水處理生活雜用灌溉工業冷卻地下水補注工業製程間接飲用若進流水導電度偏高, 依個別用途水質標準需求, 可能需另增除鹽程序 64

66 第 4 步 : 水質調查與單元選擇 ( 續 ) 優先送檢水質項目影響處理技術有機物指標生化需氧量 (BOD) 化學需氧量 (COD) 油脂固形物質指標粒徑濁度懸浮固體淤泥密度指數 (SDI) 優養化物質指標硝酸鹽氮氨氮總凱氏氮正磷酸鹽微生物孳生產生臭味生物污堵降低透視度膠體阻塞減低消毒效果藻類孳生降低透視度產生臭味生物處理氧化處理化學混凝油水分離化學混凝過濾浮除薄膜過濾生物處理氣提加氯離子交換沉澱視行業別決定 65

67 第 4 步 : 水質調查與單元選擇 ( 續 ) 優先送檢水質項目影響處理技術鹽垢物質鈣鎂鍶鋁鐵錳碳酸根碳酸氫根二氧化矽鹽類物質鈉鉀硫酸鹽氯離子氟離子微生物總菌落數大腸桿菌退伍軍人症菌管線結垢管線或設備腐蝕致病感染風險化學混凝結晶軟化離子交換薄膜過濾添加抗垢劑調整 ph 離子交換薄膜過濾添加緩蝕劑消毒過濾薄膜過濾活性碳吸附視行業別決定 66

68 第 5 步 : 評估建置費用與產水成本費用項目土建工程調勻 - 混凝沉澱 - 曝氣 - 砂濾 - 加氯殺菌放流水再生廠房集水渠道排水箱涵蓄水池抽水站土方開挖土堤填築防水設施調勻池曝氣槽混凝沉澱池快濾池消毒池砂濾 - 紫外光消毒放流水再生廠房快濾池土建設施快濾池設備廠房砂濾 - 超過濾 - 逆滲透放流水再生廠房快濾池土建設施快濾池設備廠房管線工程再生水配送管線工程再生水配送管線工程再生水配送管線工程機電及儀錶工程環境監測設備建置費用進水幫浦曝氣設備混凝劑加藥機及機械攪拌設備次氯酸鈉加藥幫機壓濾式脫水機電子式流量計濁度監測器配管工程電力工程電控系統再生水配送抽水機廠內放流水抽取管線快濾池機電設備快濾池加藥機紫外光殺菌 (UV) 系統配管工程電力工程電控系統再生水配送抽水機廠內放流水抽取管線電子式流量計 ph 監測器濁度監測器餘氯監測器快濾池機電設備快濾池加藥機超過濾膜系統超過濾膜加藥機超過濾膜藥洗機逆滲透膜系統逆滲透膜加藥系統電子式流量計導電度監測器 ph 監測器濁度監測器餘氯監測器逆滲透膜藥洗機化學藥劑儲槽配管工程電力工程電控設備再生水配送抽水機廠內放流水抽取管線 67

69 第 5 步 : 評估建置費用與產水成本 ( 續 ) 操作維護費用分類濾材藥品費其他超過濾膜更換費逆滲透膜更換費濾砂更換費保護濾芯更換費細項次氯酸鈉 ( 砂濾進水, 消毒 ) 次氯酸鈉 (UF 反洗, 消毒 ) 亞硫酸氫鈉 (RO 進水, 除氯 ) 鹽酸 (RO 進水 ) 抗垢劑 (RO 進水 ) 聚氯化鋁 ( 混凝沉澱 ) 藥洗劑 ( 酸洗鹼洗 ) 電費機電及儀錶維修費管線及土建設備維修費人事費 68

70 其他 : 研擬水質安全控管機制再生水供應端放流水備用水源原水儲池前 5 處 um 1 理 2 UF 3 RO 4 濾設芯備 RO 產水儲池緊急繞流使用端線上水質監測項目 ph 導電度緊急應變水源 ( 自來水 ) 再生水儲槽 5 冷卻用水次級用水純水系統 6 使用再生水系統 7 8 製程用水線上水質監測項目流量 / 壓力溫度 / ph 導電度濁度 TOC 餘氯顆粒計數器定期採樣點 ( 每週採樣 ) 69

71 財團法人中興工程顧問社結論

72 結論節水與水回收已成為一種趨勢建立全廠用水監控設備建立全廠用水基線資料, 掌握各用水點之水質資訊排水分流收集裝設水表, 紀錄及盤查整廠各類用水情形設置導電度計 ph 電極, 監控各股排水水質變化建置工業用水指標, 據以評估各標的用水合理性 R1 回收率 ( 重複利用率 ) R2 回收率 ( 不含卻水塔循環量 ) 單位產品用水量分析水質水量資訊, 評估潛在節水空間水質調查積垢腐蝕指標依回收水質特性選擇適當之處理單元 71

73 水回收再利用小提示用水指標合理化純水系統反洗水回收製程排水分流回收放流水回收利用尋求替代水源次級用水循環再利用 72

74 財團法人中興工程顧問社簡報完畢謝謝聆聽指導

薄膜程序應用 (AWWA,1995) 2

100 年度園區廠商節水節能減碳輔導計畫 - 節水教育訓練 EDR 水處理技術之運用與案例介紹報告人 : 梁德明工研院能環所水科技組 100 年 10 月 21 日 1 薄膜程序應用 (AWWA,1995) 2 薄膜種類 3 薄膜技術脫鹽成本 400 Ion exchange Desalination Cost (NT/M 3 ) 80 30 Electrodialysis Reverse