(計畫名稱)委託研究計畫書

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1 經濟部 MOEAWRA 多元化水源機動式緊急淨水設備研發 (1/2) 委辦機關 : 經濟部水利署執行單位 : 財團法人工業技術研究院中華民國 年 1 2 月 1

2 目錄 目錄... I 圖目錄... III 表目錄... VI 計畫執行重點... VII 摘要... IX Abstract... XI 壹 前言... 1 一 研究背景... 1 二 技術比較... 3 貳 工作內容 一 計畫目標 二 工作方法與步驟 三 預定進度甘梯圖 參 緊急淨水設備研發技術資料 一 功能簡介與特色說明 二 處理流程設計 三 系統架構 四 設備細部設計圖 五 P&ID 圖 六 電路圖 七 自動化控制邏輯 八 設備規格 九 成本估算 肆 水質分析模組 一 緊急供水的原水及供水水質標準規範 二 水質分析模組 三 使用說明 伍 效能驗證 一 濁度去除效能 二 有機物及色度去除效能 三 去離子效能 四 海淡效能 五 除菌效能 六 硝酸鹽氮及亞硝酸鹽氮去除效果 七 處理單元程序建議 I

3 陸 推廣與應用 一 救災應用實例 二 論文發表 三 技術推廣 四 救災網絡關係建立與設備應用規劃 五 救災應用模式建議 六 Qwater 設備維護 柒 結語 參考文獻 附件一委員意見報告回覆 附件二多元化水源機動式緊急淨水車雛型設備 附件三論文發表 - 村落型緊急供水技術之研究 附件四論文發表 - 村落型緊急用水技術之開發與應用 附件五使用說明書 II

4 圖目錄 圖 1-1 移動式貨櫃型緊急淨水設備... 3 圖 1-2 國軍 -MROWUP 機動淨水車... 4 圖 1-3 WaterBackpack 移動式淨水設備... 4 圖 1-4 Katadyn MOT 移動式淨水設備... 5 圖 1-5 Torayrom 移動式淨水設備... 5 圖 1-6 Torayscue 移動式淨水設備... 6 圖 1-7 BlueBox 系列淨水設備... 6 圖 1-8 BlueBox UF Solar 移動式淨水設備... 7 圖 1-9 TWS300 移動式淨水設備... 7 圖 1-10 TWC 貨櫃型移動式淨水設備... 8 圖 1-11 Qwater 介紹... 9 圖 1-13 Qwater 淨水單元 圖 1-14 Qwater 快組設計 圖 1-15 羅浮國小 Qwater 淨水系統 圖 1-16 Qwater 淨水船 圖 1-17 法鼓山綠能 Qwater 淨水系統 圖 2-1 工作方法與步驟圖 圖 3-1 多元化水源處理程序分段原則 圖 3-2 Qwater M 之系統架構 圖 3-3 Qwater M 之外觀示意圖 圖 3-4 Qwater M 之實體照片 圖 3-5 多元化水源機動式緊急淨水設備立體示意圖 圖 3-6 多元化水源機動式緊急淨水設備正視圖 圖 3-7 多元化水源機動式緊急淨水設備上視圖 圖 3-8 多元化水源機動式緊急淨水設備右側視 圖 3-12 Qwater M P&ID 圖 圖 3-13 Qwater M 電路圖 圖 4-1 可攜式多元化水質分析設備 圖 4-2 電極式水質分析儀 圖 4-3 濁度計 圖 4-4 濁度計之電池裝置 圖 4-5 濁度計之校正流程 圖 4-6 試紙型分光光度計 圖 4-7 試紙型分光光度計之選擇組群參考 圖 4-8 試紙型分光光度計之選擇組群參考 圖 5-1 不同原水濁度對 PAC 混凝效果之影響 III

5 圖 5-2 不同原水濁度對 PAC 混凝效果之影響 圖 5-3 TubeNET 對不同原水濁度去除效果 圖 5-4 砂濾 活性碳 離子交換樹脂對濁度去除效果的比較 圖 5-5 不同溢流率對去濁度效果之影響 圖 5-6 UF 去濁效果 圖 5-7 RO 去濁效果 圖 5-8 整體淨水系統濁度去除率 圖 5-9 色度去除效果 圖 5-10 含離子交換樹脂模組淨水程序的離子去除效果 圖 5-11 含砂濾模組淨水程序的離子去除效果 圖 5-12 ph 變化 圖 5-13 處理一般地表水體導電度 TDS 及鹽度之效能 圖 5-14 處理較高導電度 TDS 及鹽度之效能 圖 5-15 海淡脫鹽效果 圖 5-17 地表水細菌處理效果 圖 5-18 淨水系統 ( 含活性碳程序 ) 對硝酸鹽及亞硝酸鹽之處理效果 圖 5-19 淨水系統 ( 含砂濾程序 ) 對硝酸鹽及亞硝酸鹽之處理效果 圖 5-20 面對各種不同環境之建議淨水處理程序簡單示意 圖 6-1 Qwater 緊急淨水系統整備工作 圖 6-2 北埔鄉缺水狀況 圖 6-3 Qwater 設備淨水地點 圖 6-4 Qwater 設備淨水工作紀錄 圖 6-5 發放乾淨水源物資 圖 6-6 北埔鄉長等長官參與物資發放 圖 6-7 水質檢驗分析數據 圖 6-8 怪手機具搶修被火炎山土石流沖毀的自來水管線 圖 6-9 苗栗縣後龍鎮外埔漁港 圖 6-10 多元化水源機動式緊急淨水設備救災工作紀錄 圖 6-11 天兔颱風災後工作紀錄 圖 6-12 水利署成果發表會海報及論文摘要 圖 6-13 水利工程研討會資訊 圖 6-14 水利工程研討會議程 圖 6-15 新竹縣 102 年災害防救演習活動照片 圖 6-16 智慧災害防救展示活動照片 圖 6-17 工研院展示館 Qwater 展品設計圖 圖 6-18 工研院展示館 Qwater 展品照片 圖 6-19 模組化淨水設備專利證書 圖 6-20 慈濟淨水餐車 IV

6 圖 6-21 紅十字會長官討論會議 圖 6-22 國軍災害應變程序流程圖 圖 6-23 供水服務運作說明 圖 6-24 羅浮國小 Qwater 模廠 ( 左 ) 及法鼓山 Qwater 模廠 ( 右 ) 圖 6-25 羅浮國小 Qwater 設備維護及採樣工作 圖 6-26 羅浮國小 Qwater 設備於颱風後進行反洗工作 圖 6-27 法鼓山 Qwater 設備綠能發電系統電池更換 圖 6-28 法鼓山 Qwater 設備維護及採樣工作 V

7 表目錄 表 1-1 國內外機動式淨水設備之比較 表 2-1 計畫甘梯圖表 表 3-1 Qwater 及 Qwater M 之差異 表 3-2 P&ID 圖之細部資訊與符號說明 表 3-3 Qwater M 自動化控制邏輯說明表 表 3-4 多元化水源機動式緊急淨水設備槽體規格 表 3-5 多元化水源機動式緊急淨水設備 UV 燈規格 表 3-6 多元化水源機動式緊急淨水設備泵浦規格 表 3-7 多元化水源機動式緊急淨水設備液位開關規格 表 3-8 多元化水源機動式緊急淨水設備壓力計規格 表 3-9 生產每噸水之硬體成本估算表 表 3-10 生產每噸水之電費估算表 表 4-1 可攜式多元化水質分析設備可分析水質項目表 表 4-2 電極式水質分析儀之功能表 表 4-3 濁度計之功能表 表 4-4 試紙型分光光度計之功能表 表 5-1 面對各種不同環境的建議淨水處理程序 表 6-1 多元化水源機動式淨水設備效能驗證 表 6-2 水利署成果發表會議程 表 6-3 紅十字會救災 ( 難 ) 隊全省編制 表 6-4 羅浮國小定期巡檢保養檢查表 表 6-5 法鼓山定期巡檢保養檢查表 表 6-6 羅浮國小 Qwater 淨水設備水質分析結果 表 6-7 法鼓山 Qwater 淨水設備水質分析結果 VI

8 一 開發多元化水源緊急淨水模組 計畫執行重點 工作項目執行進度與成果概述頁數 1. 針對可滿足處理高濁度原水 地表水 ( 湖泊 河川 本研究係以套管式模組化系統的概念, 針山泉水 ) 地下水 海水等對多元化水源之淨水系統進行設計, 整合多元化水源之系統進行設開發成一種小尺寸套裝之機動設備 計, 開發小尺寸套裝設備及系統 2. 開發快速組裝模組套件, 系統現場組裝時間應小於 24 小時 本研究設備係以整體機台為主要應用模式, 若遇到路斷或交通不便情況時, 則可拆解設備, 搬運到現地時, 再行組裝, 組裝構件包含有 3 個槽體 4 管淨水模組 1 組移動平台, 於 90 分鐘內可將元件組裝完成 另外, 若需進行淨水單元更換時, 拆裝單一膜管及更換濾料的時間約 8 分鐘 已完成 200~420 L/hr 的詳細設計技術資 3. 完成 200 L/hr 以上的多元料, 包含 P&ID 細部設計圖 電路圖 化水源緊急淨水系統與設自動化控制系統 控制邏輯 設備規格表備之設計圖及原型機及原型機等 第參章第一到八節第 頁 進度 (%) 100 二 建置多元化水質分析儀器 1. 能針對多項水質分析項目進行快速分析, 如包含 ph 導電度 濁度 鐵離子等, 可使一般民眾簡易判斷各水源之水質狀況, 進而選擇最適化之緊急淨水模組進行搭配應用 本計畫已初步建置完成一套可攜式多元化水質分析設備, 可以即時分析的項目, 包含濁度 ph 值 硝酸鹽氮 亞硝酸鹽氮等多項水質項目 此設備係以一行動手提箱為載具, 內設有一電極式水質分析儀 (GOnDO PCT-407) 濁度計 (TN100) 試紙型分光光度計 (Exact micro 20) 等 三 建置多元已完成兩套多元化水源機動式緊急淨水 1. 完成多元化水源機動式緊化水源緊系統, 一套為多元化水源機動式緊急淨水急淨水系統原型機二套急淨水模系統雛型機, 一套為優化後的 Qwater M 組設備 第肆章第 42 頁 雛型機附件二第 159 頁 Qwater M 第參章第 29 頁 VII

9 2. 完成多元化水源機動式緊依據水利署指示, 本研究已於今年蘇力 急淨水系統原型機, 需搭潭美及天兔颱風期間, 搭載小於 3.5 噸的載小於 3.5 噸的運輸工運輸工具, 出動緊急淨水設備進行救災, 具, 運輸至水利署所指定設備於現場就定位後,20 分鐘即開始出之區域進行現場測試, 現水, 符合計畫要求 場組裝時間需小於 24 hr 第陸章第一節第 70 頁 四 技術推廣活動 本研究於最高原水濁度 4,000 NTU 條件下, 連續正常運作 9 小時, 使產水濁度小於 1 NTU, 總菌數小於 1 CFU/mL 針對 3. 完成多元化水源機動式緊海水 半鹹水或地下水等水源, 於原水導急淨水系統原型機效能測電度大於 20 ms/cm 條件下, 連續正常運試作 9 小時, 使產水導電度小於 50 μ s/cm, 總菌數小於 1 CFU/mL 可處理水量範圍於 200~420 L/hr 1. 至少舉辦一次的教育推廣 1. 技術移轉 120 萬元 ;2. 配合新竹消防局說明會 或記者會 或成進行救災演習 ;3. 國際博覽會 - 智慧防災果發表會或志工教育服展 ;4. 工研院展示館 ;5. 水利署成果發表務, 並完成技術推廣或成會 ;6. 大愛電視台 - 綠色幸福學 - 清水之愛果展示文宣 Qwater 節目專題 ;7. 新竹地區聯合報介紹 2. 發表多元化水源緊急淨水技術相關文章一篇 3. 羅浮國小 Qwater 與法鼓山 Qwater 淨水效能設備維護管理每季定期維護保養並維持正常運轉 本團隊已於今年 6 月份及 10 月份於逢甲及宜蘭大學進行 2 篇計畫成果論文發表 目前 Qwater 緊急淨水系統已設置於桃園縣復興鄉羅浮國小 ( 民國 100 年 7 月 ) 及新北市金山鄉法鼓山佛教文化園區 ( 民國 101 年 8 月 ) 進行運作, 工研院團隊皆定時至兩地進行水質採樣及檢測, 且每半年進行 Qwater 淨水系統設備維護及清洗工作, 以確保飲用水之安全性 第伍章第一到六節第 頁 第陸章第三節第 80 頁 第陸章第二節第 77 頁 第陸章第六節第 97 頁 100 VIII

10 摘要 近年來, 全球因極端天氣變化所造成重大災害之範圍及強度皆遠超過以往程度, 在災難發生時, 不僅直接造成國家之經濟損失, 後續災民收容所之建置更是一重大考驗, 因此如何妥善安置災民並提供乾淨之水源使用, 避免後續環境污染和疫病的產生則為當務之急, 故基於人道救援考量, 研發高科技技術來解決災難時的緊急用水問題, 的確有其必要性與急迫性 急難救助用之緊急供水系統有可能設置於災區 受困部落 偏遠山區 偏遠村落 救難中心或臨建社區等地, 為考量其運輸便利性及機動性, 本計畫已完成多元化水源機動式模組化設備 Qwater M 與系統設計, 其設計原則著重在使民眾容易使用 維護 組裝 運輸及確保飲水安全, 針對多元化水源種類, 係包括高濁度原水 地表水 ( 湖泊 河川 山泉水 ) 地下水 海水等水質特性, 開發出具快組功能的小尺寸套裝設備, 使系統能依據水源不同進行淨水單元快組搭配, 主要單元包含 TubeNET 模組 砂濾 ( 或活性碳 離子交換樹脂等 ) 模組 UF 模組 RO 模組及 UV 殺菌等, 另搭配發電機 電熱水機與可攜式水質分析設備 於效能驗證部分, 本研究於最高原水濁度 4,000 NTU 條件下, 連續正常運作 9 小時, 使產水濁度小於 1 NTU, 總菌數小於 1 CFU/mL 針對海水 半鹹水或地下水等水源, 於原水導電度大於 20 ms/cm 條件下, 連續正常運作 9 小時, 使產水導電度小於 50 μs/cm, 總菌數小於 1 CFU/mL 可處理水量範圍於 200~420 L/hr 此外, 在今年蘇力 潭美及天兔颱風期間, 本團隊將緊急淨水系統搭載小於 3.5 噸的運輸工具, 出動緊急淨水設備進行救災, 設備於現場就定位後,20 分鐘即開始出水 在救災網絡關係建立與設備應用規劃的部分, 本計畫已聯繫佛教慈濟基金會 中華民國紅十字會等單位, 盼能利用緊急淨水技術結合慈濟基金會 紅十字會等團體在救災之能量, 合力進行災後之人道救援任務, 落實救災應用 此外, 本計畫已進行多場緊急淨水技術之推廣與應用, 包含新竹救災演習 南港展覽館 IX

11 智慧化災害防救展示 水利署計畫成果論文發表會 宜蘭大學水利工程研討會論文發表 救災備援設備建置 (15 CMD 及 5 CMD 淨水系統 ) 工研院展示館展示機建置 大愛電視台與聯合報 Qwater 技術推廣 Qwater 技術移轉等, 應用成果十分豐碩 X

12 Abstract In recent years, the world due to extreme weather changes caused by the disasters is far more than the previous level. When the disaster coming, not only the countries directly caused economic losses and the refugee camp build is a major test, so how proper to take care of the victims and provide a clean water source, avoid environmental pollution and disease follow-up is the priority. So based on humanitarian considerations, research and development of high technology to solve the water problems of disaster emergency, indeed is necessary and urgency. Emergency water supply systems used may be set up in the disaster area, mountainous areas, villages, rescue centers or temporary building community, etc. In order to consider its transportation convenience and mobility, the project has completed the diversified water treatment Qwater M system and system design, the design principle focus on making people easy to use, maintenance, assembly, transportation and ensure safety of drinking water. The types of diversified water include high turbidity raw water, surface water (lakes, rivers, and mountain spring water), groundwater, seawater and other water quality characteristics. We develope the quick assmeble and small size package equipment, so the system can be based on different water treatment unit. The main unit contains TubeNET modules, sand filtration (or activated carbon, ion exchange resins, etc.) modules, UF module, RO modules and UV sterilization, and the other with generators, electric water heater and portable water analysis equipment. In the water treatment efficiency test, the highest raw water turbidity is about 4,000 NTU and continuous operating during 9 hours. The production water turbidity is less than 1 NTU and total bacterial count is less than 1 CFU/mL. For sea water, brackish water or groundwater and other water sources, the raw water conductivity is XI

13 greater than 20 ms/cm and continuous operating during 9 hours. The production of water conductivity is less than 50 μs/cm, total bacterial count is less than 1 CFU/mL and treated water quantity range is around 200~420 L/hr. Besides, when SOULIK, TRAMI and USAGI typhoon coming, our team equipped the emergency water treatment system with vehicle which is less than 3.5 tons and went to disaster area to execute emergency water treatment task. After set up 20 mintues, the emergency water treatment system would begin producting clean water. In the relationship building and networking in disaster planning part of device applications, this project has contacted the Buddhist Tzu Chi Foundation, the Republic of China Red Cross Society and other organizations. Expect using the emergency water purification technology combined with Tzu Chi Foundation, the Red Cross and other organizations in relief of energy, the force for humanitarian disaster relief missions, the implementation of disaster relief applications. In addition, the project has completed many emergency water purification technology promotions and applications, including Hsinchu relief exercises, intelligence disaster prevention in Nangang Exhibition, conference papers published, disaster backup device build (15 CMD and 5 CMD Qwater systems), ITRI show room display machine building, Da Ai TV and United Daily News Qwater technology promotion and Qwater technology transfer, etc., the application of the results is excellent. XII

14 壹 前言一 研究背景 近年來, 全球因極端天氣變化所造成重大災害之範圍及強度皆遠超過以往程度, 而台灣位於易受地震與颱風威脅之地區, 隨著全球氣候暖化,97 年卡玫基 98 年莫拉克 99 年凡那比 梅姬以及 101 年天秤等颱風侵襲均帶來破紀錄雨量, 造成土石流及淹水等災害發生 在災難發生時, 不僅直接造成國家之經濟損失, 後續災民收容所之建置更是一重大考驗, 因此如何妥善安置災民並提供乾淨之水源使用, 避免後續環境污染和疫病的產生則為當務之急, 故基於人道救援考量, 研發高科技技術來解決災難時的緊急用水問題, 的確有其必要性與急迫性 傳統之淨水 供水技術並無法直接應用於緊急 救災之需求, 因傳統淨水 供水技術其缺點為 1. 設備較重甚或不可搬運, 不利於運輸 ;2. 系統組裝及試車時間長, 且試車期間長 ;3. 不適用於高濁度水或海水淨水處理 ;4. 需大量用電, 故基於這些原因, 導致傳統淨水技術無法滿足緊急用水之水質需求 緊急淨水設備的水源多為高濁度水, 於颱風期間臺灣地區濁度高於上萬 NTU 甚為常見, 而傳統淨水技術僅可處理小於 3000 NTU 的原水, 再短時間內仍無法立即處理高濁度水源 此外考量到緊急災難發生時, 多為交通中斷導致傳統大型水處理系統無法運送的情況, 而薄膜淨水技術較其他技術如 AOP 生物 化混 砂濾及沈澱等方法, 具有小型 高效 快速供水的優勢, 故為相當適用於救災用之淨水技術, 因此本團隊於先期研究成果已研發出 Qwater 緊急淨水設備, 針對傳統淨水處理 1. 設備較重甚或不可搬運 ;2. 系統組裝及試車時間長 ;3. 不適用於高濁度水處理 ;4. 需大量用電 ; 等缺點進行改良, 使用快組式模組設計概念, 建置村落型緊急供水系統 -Q water 一套, 所謂的 Q 代表著 Quick( 快組 ) Quality( 優質 ) 及 Quantity( 豐沛, 出水能力強 ),Q water 可由兩個民眾於 20 分鐘內組裝完成, 是謂快組 ;Q water 可處理高濁度原水, 出水並符合飲用水標準, 是謂優質 ; 其結合傾斜式沉澱槽 軟質擔體槽 UF 薄膜槽及 UV 殺菌槽等淨水單元, 另搭配快組方式設計, 可於 2.5 立方公尺左右的空間下產水 15 CMD, 並順利完成淨水效能之驗證, 於平時操作時 ( 原水濁度小於 100 NTU) 及高濁度原水 (1000~3000 NTU 及大於 3000 NTU) 等操作條件下, 整體系統濁度去除率達 99.9%, 產水濁度小於 2 NTU, 總有機碳出水平均濃度為 4 mg/l, 總菌數小於 1 CFU/mL, 大腸桿菌數小於 3 CFU/100 ml, 均符合國內飲用水水質標準 1

15 本團隊於先期成功開發之 Qwater 淨水系統, 成果豐碩, 並獲得多家記者媒體的報導, 也獲得許多單位 人士的興趣及關注, 主動來詢問與合作的單位, 已經包含有國軍 消防局 慈濟慈善基金會 (Qwater 淨水船 ) 法鼓山慈善基金會及愛鄰協會( 期望合作建置 Qwater 淨水車 ) 等單位, 短短時間內有此推廣效果, 受到焦點關注, 可見此技術發展的重要性 於綠能型緊急供水技術研發方面, 已完成外掛式及雙鏈條式的人力驅動淨水腳踏車研發, 並完成氣壓 / 虹吸式濾膜過濾技術的初步研究 另外亦完成遠端水量監測系統, 可上網即時得知系統產水狀態 並建立電表以掌控用電資訊, 作為綠能 Qwater 能耗與產水效能之節能分析依據 此外, 遠端水量監測系統及電表, 均已於羅浮國小 Qwater 系統上裝置, 目前已完成功能驗證 綠能技術整合 設計與可行性評估方面, 先期成果中已完成太陽能 風能 人力機械驅動 緊急發電機 自然驅動等應用技術的研發 整合與評估, 並完成電力整合系統的規劃, 分為獨立供電式 ( 電池 ) 及聯電供電式 ( 與市電整合 ) 的系統 建置綠能型緊急供水系統之操作程序手冊 而於建置綠能型緊急供水系統雛型方面, 已完成兩套 15 CMD 的綠能 Qwater 設備, 相關的綠能設備並已備妥, 經過 5 處場址的評選, 評估優選出於法鼓山作為實驗模場, 完成模場建置, 定期進行實驗與效能驗證 但在另一方面, 急難救助用之緊急供水系統有可能設置於災區 受困部落 偏遠山區 偏遠村落 救難中心或臨建社區等地, 為考量其運輸便利性及機動性, 本計畫之多元化水源機動式緊急淨水模組應與車輛或其他運輸載具結合, 能在災難發生時立即將淨水設備輸送至有用水需求之地區或直接於載具上進行淨水應用, 並針對當地水源特性不同, 可快速抽換其淨水單元, 具有處理河川水 湖泊水 泥水 海水之能力 有鑑於此, 本計畫將以 Qwater 緊急淨水技術進行改良與衍生, 來突破上述所說之技術瓶頸, 發展出一種多元化水源機動式緊急淨水設備, 同時具備低能耗 高效率 高機動性及可處理多元化水源 ( 河川水 湖泊水 泥水 海水 ) 之功能, 並搭配多元化水質分析儀器 綠能系統, 可簡易快速分析原水水質, 對應相關淨水單元進行設備組裝, 並在無市電供應下仍可運作產水, 以符合急難救助功能需求, 快速解決災民及災區無法正常用水的問題 因此, 未來當國內外發生災難, 導致災民面臨到無乾淨用水之問題時, 則可應用本計畫研發之技術與系統, 進行人道救援 2

16 二 技術比較 國內外現有商業化機動式緊急淨水設備之比較如下 : 1. 慈濟 - 移動式貨櫃型緊急淨水設備, 如圖 1-1 (1) 移動式設備機動性高, 可由海運直接運往缺水災區, 組裝迅速,20 分鐘內可開始運作, 水涵容量大 淨水量大 (2) 貨櫃中設置有櫃架 取水泵 沈澱池 加壓泵 快濾池及發電機等 ; 除發電機外, 全都使用不銹鋼材質製作, 避免機件內部腐蝕影響淨水功能 (3) 貨櫃以拖車運送至取水地點後, 只需添加柴油 氯 明礬等耗材即可運轉 ; 自動化程序只需一人操作, 可 24 小時長時間運轉 自備的發電機發電量約 20 千瓦 (kw), 淨水動力僅需 10 千瓦 (kw); 若淨水需求不大, 還可供緊急發電使用 移動式貨櫃型緊急淨水設備可以交通載具機動部署或固定式安裝, 適用於急難中後期階段, 供應中大型社區安全衛生之飲用水 圖 1-1 移動式貨櫃型緊急淨水設備 2. 國軍 -MROWUP 機動淨水裝備車, 如圖 1-2 苗栗縣的地震災害防救演習 ( ) 中首次出現的 MROWUP 機動淨水裝備車, 於本次的漢光 27 號演習再次現身, 該車目前只打造三台, 並交由陸軍各軍團進行測評中, 還沒有正式對外公開 該車為賓士 Actros 3241 重型卡車, 負重後可達 44 噸, 每日最高運作淨水時間為 20 個小時, 可過濾海水 淡水及地下水, 供人員飲用 RO 水六萬加侖, 充分發揮淨化水質功能, 能提供作戰士兵的乾淨飲水及解決受災民眾的飲水問題 機動淨水裝備車可因應急難需求快速部署, 適用於急難各階段, 供應衛生飲水予社區受災群眾使用 3

17 圖 1-2 國軍 -MROWUP 機動淨水車 3.WaterBackpack 移動式淨水設備 WaterBackpack 是一具使用簡單, 攜帶容易之移動式淨水設備, 原水藉由重力作用通過 0.04 μm 之超過濾薄膜, 濾除水中懸浮物質與致病微生物後直接飲用, 可處理混濁原水, 但需定期清潔薄膜, 維持薄膜之壽命, 此外其產水中無添加氯錠等消毒劑, 故需考量再次污染之風險 在機動性運輸方面, 一個歐規棧板可裝載六具 WaterBackpack, 運送部署容易, 適用於急難初始階段, 供應衛生飲水予學校機構或小型社區使用 圖 1-3 WaterBackpack 移動式淨水設備 4. Katadyn MOT 移動式淨水設備 Katadyn MOT 系列是針對軍用與急難需求開發之移動式淨水設備, 原水藉由泵浦通過 0.2 μm 含銀陶瓷濾芯, 濾除水中懸浮固體與致病微生物, 可視原水濁度與產水流量, 定期清潔與更換濾芯 然而受限於陶瓷濾芯孔徑因素, 部分病毒無法去除, 此外其產水中無添加氯錠等消毒劑, 故需考量再次污染之風險 Katadyn MOT 4

18 系列之機動性設計, 可安裝於鋁合金棧板上, 或置於二個可攜式堅固塑膠箱體, 易 於快速部署, 適用於急難初始與中期階段 圖 1-4 Katadyn MOT 移動式淨水設備 5. Torayrom 移動式淨水設備 Torayrom 是一利用自動或手動泵浦操作之移動式淨水設備, 原水先通過初級過濾與活性碳, 後經 0.1 μm 中空纖維微過濾薄膜, 去除水中懸浮物質與致病微生物, 再由加氯消毒程序, 防止水質再次污染之風險 在操作維護方面, 淨水單元需依原水水質與產水量, 定期更換初級濾芯與活性碳, 並每日反洗清潔薄膜, 以延長薄膜使用壽命 Torayrom 移動式淨水設備配置移動滑輪, 易於機動部署, 適用於急難初始與中期階段 圖 1-5 Torayrom 移動式淨水設備 6. Torayscue 移動式淨水設備 Torayscue 是一利用逆滲透程序之小型移動式淨水設備, 藉由配備之發電機供電抽取原水, 經前過濾後通過逆滲透薄膜, 去除水中致病微生物與鹽分, 再經加氯消毒程序, 防止水質再次污染 因此淨水設備在操作上較為複雜, 所以操作人員事前需輔以操作與維護教育訓練 Torayscue 移動式淨水設備配備移動滑輪, 可機動快速 5

19 部署, 東日本大地震災後曾於宮城縣石卷市淨化水質提供受災群眾飲用, 適用於急 難初始階段 圖 1-6 Torayscue 移動式淨水設備 7. BlueBox 系列移動式淨水設備 BlueBox 系列是因應軍用與人道救援需求, 採用逆滲透程序之移動式淨水設備, 原水先由前過濾與活性碳去除水中懸浮物質與有機污染物, 再經逆滲透薄膜與紫外線殺菌程序, 去除致病微生物, 此外其產水中無添加氯錠等消毒劑, 故需考量再次污染之風險 淨水設備在操作上較為複雜, 所以操作人員事前需輔以操作與維護教育訓練 BlueBox 淨水元件整合於耐候堅固之箱體, 可因應急難需求快速部署, 適用於急難各階段, 供應衛生飲水予社區受災群眾使用 圖 1-7 BlueBox 系列淨水設備 8. BlueBox UF Solar 移動式淨水設備 BlueBox UF Solar 是結合再生能源與淨水模組之應用, 而開發之移動式淨水設備 ; 評估區域日照時數與方位, 利用太陽能光電系統供應電力, 原水先經前過濾與活性碳, 再通過超過濾薄膜與紫外線殺菌程序, 去除水中懸浮物質與致病微生物 淨水設備在操作上較為複雜, 所以操作人員事前需輔以操作與維護教育訓練 6

20 BlueBox UF Solar 淨水設備與太陽能模組搭載於行動拖車上, 可機動快速部署, 適用 於急難初始與中期階段 圖 1-8 BlueBox UF Solar 移動式淨水設備 9. TWS300 移動式淨水設備 TWS300 為一移動式之淨水設備, 可利用太陽能或風力等再生能源供應電力 原水先經前過濾與活性碳濾芯, 再由 0.04 μm 中空纖維超過濾薄膜去除水中致病微生物, 此外其產水中無添加氯錠等消毒劑, 故需考量再次污染之風險 操作前需評估區域日照時數 方位與風向, 並輔以教育訓練正確操作與維護 TWS300 移動式淨水設備可因應需求結合交通載具機動部署, 適用於急難各階段, 供應偏遠或小型社區安全衛生之飲用水 圖 1-9 TWS300 移動式淨水設備 10.TWC 貨櫃型移動式淨水設備 TWC 淨水設備為一結合再生能源供電模組之貨櫃型移動式淨水設備, 原水依序經由前過濾及活性碳濾芯, 與中空纖維超過濾薄膜, 去除水中懸浮物質 有機污染與致病微生物, 此外其產水中無添加氯錠等消毒劑, 故需考量再次污染之風險並定期更換濾芯與反洗薄膜 操作前需評估區域日照時數, 並輔以教育訓練正確操作與 7

21 維護 TWC 貨櫃型移動式淨水設備可以交通載具機動部署或固定式安裝, 適用於急 難中後期階段, 供應中大型社區安全衛生之飲用水 圖 1-10 TWC 貨櫃型移動式淨水設備 11. 水利署 Qwater 緊急淨水系統為因應未來發生災難時的緊急淨水與供水問題, 水利署防災中心與工研院合作開發一種新型態套裝式緊急淨水模組 - 村落型緊急淨水 Qwater 系統 水利署表示, 此系統可移動至有需要處進行淨水及供水, 具備快組 (Quick) 豐沛( 出水能力強 )(Quantity) 及優質 (Quality) 等功能特性, 說明如圖 1-11, 故不怕因颱風過後高濁度原水水質條件差而導致產水水質不合格;不用擔心設備運送困難 難組裝及組裝時間長;不用擔心災區空間有限而無法建置淨水系統 系統快組方面, 係指一般民眾於不用工具的情況下,20 分鐘內可徒手完成組裝, 突破傳統淨水系統建置時間需要七天以上的缺點, 非專業背景的民眾也可簡單進行操作跟維護作業, 此外,Qwater 設備重量由傳統系統大於六百公斤, 降至小於三百公斤, 單一元件均小於 42 公斤, 更方便運送至災區 水量豐沛 ( 出水能力強 ) 方面, 係指在 1.4 m 2 之有限空間下有 15 CMD 豐沛造水能力 ( 傳統設備約需 12 m 2 ), 每日可供給 6000 人飲用, 並可視當地需水量將 Qwater 進行並聯快組來擴充產水量 優質方面, 係指 Qwater 可高效淨化難處理的高濁水, 使產水符合飲用水水質標準 8

22 圖 1-11 Qwater 介紹 (1) Qwater 功能說明 : 村落型緊急供水套裝模組的主要目的, 在於提供一種主要用於處理高濁度水體之淨水套裝模組, 且具快速組裝的功能特徵 模組包括一高效率傾斜板沉澱單元 一軟質多孔性擔體單元 一超濾膜單元 一殺菌單元等四道淨水單元所組成 如圖 1-12 入水 高效率沉澱單元 軟質多孔性擔體單元 薄膜單元 殺菌單元 出水 圖 1-12 Qwater 淨水流程 Qwater 整體架構, 如圖 1-13 第一個槽體為高效率沉澱單元, 主要係針對大於 10 μm 的砂土進行固液分離 一般而言, 普通沉澱池的水利停留時間設計為大於 8 小 時, 溢流率為 5-10 m/day, 而膠凝沉澱池的水利停留時間設計為大於 3 小時, 溢流率 為 m/day, 雖然, 加混凝劑的沉澱池可有效降低水利停留時間, 因而得以減少 槽體體積, 並可增加溢流率提高水處理量, 然而, 加藥卻會增加成本及增加污泥量, 當原水濁度大於 2000 NTU 時, 則每公升的原水約需添加 80 mg 的多元氯化鋁混凝 劑, 除了不符合經濟效益外, 對於緊急供水系統之應用較難以執行, 於此情境下, 要於艱困的環境中, 再提供大量的混凝劑進行應用, 是相當困難的, 因其增加的輸 送物質體積與重量, 且於現場操作時, 若為非專業人士進行操作, 則加藥量難以控 制, 而有加藥量不足或加藥過量之風險, 有鑑於此, 本研究係以不添加混凝劑之系 統進行設計為原則, 再驗證不加藥淨水之可行性 另外, 關於進水水質限制, 一般 9

23 沉澱池之進水原水濁度以不超過 3,000 NTU, 但若原水水質更濁, 則傾斜板沉澱池為一種相當不錯的應用選擇, 因其水利停留時間設計值為大於 1 小時, 溢流率可提升至 m/day 之間, 故固液分離效果, 關於設備硬體方面, 傾斜板設備前方應設緩衝區及整流壁, 傾斜板設備與池壁之間隙應在 10 cm 以下, 以避免短流及失效流情況發生, 並依據經驗與實廠應用結果, 傾斜板傾斜角為 60 度為較佳 第二個槽體為軟質多孔性擔體單元, 為一種以採用多孔性泡棉或不織布擔體作為反應槽介質之處理單元, 其多孔性擔體具有廣大表面積作為微生物附著, 累積大量及特定族群之生物膜微生物, 有助於達到去除各種污染物之目的 軟質多孔性擔體單元係針對粒徑大於 1 μm 的懸浮固體物及有機污染物進行處理, 由於其具有可壓縮的多孔性 PU 泡棉或不織布擔體, 可藉由堆疊多顆擔體形成一種濾床型態, 藉以去除懸浮固體物, 此外, 可藉由該 PU 泡棉擔體上亦可有效吸附生物形成生物膜, 於一定的操作時間與停留時間下, 可有效降解污水中的氨氮及各類有機物 其中, 擔體濾床下方設有一可拆卸式底板及一曝氣系統, 且擔體濾床上方設有一可卸除式上蓋, 以避免擔體上浮而流出, 上蓋上方並設有溢流堰, 作為整流之用 以上之機構則形成一種軟質多孔性擔體套裝淨水單元, 具有方便進行維護 操作 組裝 運輸及量產之特性 第三個槽體為超濾膜單元, 主要用以去除粒徑大於 0.1 μm 的微細顆粒 細菌 腐植質 固體物有機物等污染物, 其過濾方式是以濾膜兩側的壓力差為驅動力, 濾膜為過濾介質的篩分過程, 型態可為中空纖維膜 管式膜或平板膜等 超濾膜單元操作必須施加一操作壓力, 該操作壓力一般在 0.1~0.6 MPa 之間, 此外, 超濾膜與槽體本身可進行拆卸, 薄膜下方並設有曝氣系統, 而於加壓驅動力上, 除以抽水泵進行抽水外, 另一個主要功能特徵係得利用水體自體重力進行過濾出水, 且其薄膜出水口及液面至少須有 15 公分之差 以上之機構則形成一種超濾膜套裝淨水單元, 具有方便進行維護 操作 組裝 運輸及量產之特性 最後一個單元為殺菌, 主要用以去除水體中細菌, 係利用短波長 254 nm 的 UV 燈進行殺菌, 或利用氯錠 次氯酸鈉等加藥手法進行水體殺菌 以上四種套裝式淨水單元, 處理順序依序為傾斜板沉澱單元 軟質多孔性擔體單元 超濾膜單元及殺菌單元, 各單元藉由一水管模組套件進行水路串接, 各淨水單元均設有一入水口 出水口及排泥口, 水路管口及水管連接上的設置為可快速拆卸或組裝的架構, 非為固定式, 而連接四個單元的水管管路, 彼此間則以一或數個 10

24 橫桿, 將多個水管管路整合固定成一個管架模組套件 此外, 此管架模組套件上, 並設有一個電路開關系統, 與系統上之泵浦電線 UV 燈電線進行連接, 並設有控制系統運作開關 傾斜板沉澱單元 軟質多孔性擔體單元 超濾膜單元及殺菌單元等四個套裝淨水模組之槽體, 並強化槽體整體的結構強度, 避免槽壁變型, 於兩兩相鄰的淨水模組槽壁上, 設置有數個支撐橫柱或縱柱, 當兩個槽壁相靠時, 兩個槽體間的支撐橫柱或縱柱則可抑制淨水模組槽壁發生變形 傾斜板沉澱池溢流率 56 (m 3 /(m 2 day)) 範圍 30~60 UF 薄膜軟質擔體傾斜管沉澱槽 BioNET 過濾濾速 2.3 (m 3 /(m 2 hr)) 範圍 0.3~4.0 UF 薄膜產水通量 20.8 (L/(m 2 hr)) 範圍 10~40 快組拼裝系統 中控系統 消毒系統 快組式可移動平台 圖 1-13 Qwater 淨水單元 此快組系統並設有可移動平台, 係由數個支撐框架 支撐桿材 支撐板 輪胎所建構, 此平台得以各個零件進行快速進行組裝與建構, 茲以方便攜帶各零件至現地進行快數組裝 支撐底架為一長方型框架, 四邊下方設有輪胎, 框架中設有組合支撐元件, 可置入數個支撐桿材強化承重強度, 其為可快拆及快組式結構, 支撐底架側邊並可組立起兩個平行的ㄇ型側邊支撐牆, 於此兩個ㄇ型側邊支撐牆的前後兩端, 設有數個橫桿, 藉由強化支撐牆的組裝強度, 支撐牆內與可移動平台上, 則可放置四個套裝式淨水元件 淨水套裝模組 管架模組及可移動平台, 可於一小時內可快速組裝成整合成一種淨水系統, 並處理大於 500 NTU 之高濁度原水達符合飲用水水質標準之指標 整體元件架構如圖

25 圖 1-14 Qwater 快組設計 (2)Qwater 實際應用桃園縣復興鄉羅浮台地部落, 位於桃園縣復興鄉偏遠山區, 桃園縣環保局曾多次對羅浮簡易自來水之水質進行檢測, 偶有不符合現行飲用水水質標準, 其中以大腸桿菌群密度偏高次數較多 因此, 本研究於桃園縣復興鄉羅浮村之羅浮國小內, 建立兩套 15 CMD 之 Qwater 示範模場, 共計 30 CMD 水處理量, 於平時, 可替代既有簡易處理系統, 使出水濁度及菌數符合標準, 使該地師生及居民有更潔淨的水可使用 ; 於災難時, 可作為緊急供水之用, 有效處理高濁水進行處理, 提供給所需要的災民使用, 若災期時間長, 並可移動及組裝系統於臨近溪流旁, 進行淨水處理 另一方面, 因設於羅浮國小內, 並兼具教育意涵 每部機具高度相當於一個成人 (1.6 m), 長寬在 1.2 m 之內, 空機重約 280 公斤, 兩機並聯 30 CMD, 能滿足全校師生用水需求 羅浮國小淨水系統實驗模場, 如圖

26 圖 1-15 羅浮國小 Qwater 淨水系統因應水患災區淹水環境, 水利署 慈濟與工研院, 合作研發的淨水法船, 應用十餘年前慈濟人設計用以運送飲水食物 接運受困者的急難救助艇, 整合 Qwater 淨水系統, 便成具高機動性的 水陸兩用 緊急淨水設備, 同時能煮水泡香積飯, 在小艇上裝淨水系統, 浮航於水患災區, 同時抽水過濾 淨化供給飲食, 為一種新穎有創意的概念 此套新式淨水船, 是因應偏遠山區在大雨或天災後, 土石崩落導致水源濁度上升, 為確保飲用水的安全衛生而設計 於應用情境上, 當面臨大面積淹水災情時, 急難救助隊員可用急難救助艇舷外機的動力, 或用手划槳的方式, 將一整套系統經水路送進災區, 並且直接抽取災區積水過濾淨化 若道路能通行, 就把淨水和熱水器機組搬上小卡車, 直接開到收容處所服務受災鄉親 於 2011 年 11 月 22 日, 研發團隊將兩艘淨水船的全套設備, 進行實際操作演練, 並以 淨化水 煮成午餐食用, 餐後眾人沒有不適的情形, 也證實 Qwater 淨水船的優質產水功效 另外淨水船並配合新竹縣進行救災演習, 於 2012 年 3 月 2 日上午的新豐鄉, 進行救災演練, 模擬在災難發生時如何於收容所內安置災區居民之生活起居, 應用工研院與水利署水利防災中心共同研發出可於現場淨化水質之高科技淨水技術 -Qwater, 可快速組裝成淨水系統, 結合可烹煮食物之餐車, 以提供熱食給現場災民食用 Qwater 緊急淨水船實驗模場, 如圖

27 圖 1-16 Qwater 淨水船法鼓山地處海邊山區, 風力強風量大, 且環境優美, 日照充足, 因而天然環境相當適用於綠能 Qwater 系統, 且考量法鼓山為知名的觀光 宗教聖地, 設於淨水設備此地, 將有極高的教育推廣價值, 亦可改善此地水質欠佳, 砂濾淨水系統的效能有限之問題 此綠能系統的最大發電量達 2400 W, 並設有貯電設備,Qwater 系統需電量為 1600 W 法鼓山淨水系統實驗模場, 如圖 1-17 圖 1-17 法鼓山綠能 Qwater 淨水系統 Qwater 經實場操作驗證, 濁度於 1000~3000 NTU 之高濁水, 經處理後產水水質 能符合該水質標準規範, 包含濁度 總菌數 大腸菌數等指標 14

28 表 1-1 國內外機動式淨水設備之比較 淨水設備名稱國別處理水量淨水機制 高濁 度 消毒 效果 產水 水質 淨水動力 建置成本 (USD) 單位造水成本 ( 元 / 噸 ) 慈濟 - 移動式貨櫃型 緊急淨水設備 台灣 20,800 L/hr 沉澱 + 快濾 + 加氯消 毒 佳佳可發電機未知 國軍 -MROWUP 機 動淨水裝備車 台灣 135,000 L/hr 前過濾 + 逆滲透膜可差佳發電機未知 WaterBackpack 德國 50 L/hr 超過濾薄膜差差可重力過濾 1, Katadyn MOT 瑞士 840 L/hr 含銀陶瓷濾芯差差可發電機 11, Torayrom 日本 1,000 L/hr 前過濾 + 活性碳 + 微 過濾薄膜 + 加氯消 毒 可佳可 手動或發電 機 11, Torayscue 日本 500 L/hr BlueBox 系列丹麥 1,200 L/hr BlueBox UF Solar 丹麥 1,800 L/hr 前過濾 + 逆滲透膜 + 加氯消毒前過濾 + 活性碳 + 逆滲透膜 + 紫外線前過濾 + 活性碳 + 超過濾薄膜 + 紫外線 可佳佳發電機 48, 可佳佳發電機 25, 可佳可太陽能發電 55,

29 TWS300 瑞士 1,200 L/hr 前過濾 + 活性碳 + 超 過濾薄膜 可差可 太陽能 / 風力 發電 58, TWC 貨櫃型移動式 淨水設備 瑞士 5,000 L/hr 前過濾 + 活性碳 + 超 過濾薄膜 可差可 太陽能 / 風力 發電 150, 傾斜板沉澱 + 軟質 發電機或太 水利署 -Qwater 台灣 625 L/hr 擔體 + 超過濾薄膜 + 佳佳可 陽能 / 風力發 16, 紫外線 電 本研究 - 多元化水源 機動式緊急淨水設 備 台灣 210~420 L/hr 前過濾 +TubeNET+ 活性碳 / 砂濾 / 樹脂 + 超過濾薄膜 + 逆滲透 + 紫外線 佳佳佳 發電機或太 陽能 / 風力發 電 20, ( 以 10 CMD) * 因無法得知各淨水設備使用年限, 故本表皆以 3 年為使用期限, 估算各淨水設備單位造水成本 16

30 由上述國內外既有之機動式淨水設備比較及表 1-1 彙整資料, 分析如下 : 1. 國外因地形及地質條件不同, 較無高濁度水之背景, 故多數緊急淨水技術之前處理單元皆為 100 μm 或 50 μm 的初過濾器, 只能處理濁度約 300 NTU 以下之原水, 不適用於高濁原水 (1000 NTU 以上 ) 之處理 2. 國內外機動式淨水設備之淨水核心皆以薄膜為主, 因為薄膜處理單元可同時濾除濁度與致病微生物, 而模組輕量化之設計亦具有快速部署與彈性擴充之優勢, 使其薄膜淨水技術廣泛應用於急難淨水方案 3. 若以淨水設備出水水質方面來比較, 一般而言利用超過濾膜 (UF) 處理過後之出水, 其濁度與致病菌去除綠皆可達 99% 以上, 唯獨在水中溶解性有機物及鹽度方面, 需再增設逆滲透膜 (RO) 進行處理, 其缺點在於會產生濃縮廢水與增加能耗, 但如果在災區之水源為半鹹水 海水, 基於人道救援及緊急淨水之迫切性,RO 系統還是眾多淨水技術中之首要選擇 4. 在緊急狀況發生時, 災區的衛生環境條件皆非常惡劣, 因此在飲用水上常有大腸桿菌汙染導致災民生病之情況發生 因此, 在多數淨水設備之產水後都會結合加氯消毒程序, 避免水質於貯存或運送過程中, 因不潔容器或貯放過久造成二次污染 5. 在國內外各移動式淨水設備之產水量方面, 皆與各設備建置成本成正比, 因為若需獲得較大之產水量, 整體淨水設備之體積就必須增加, 則其建置成本亦會增加 此外, 因災區往往都會遭遇到停電之狀況, 故緊急淨水設備之電力來源都以緊急發電機為主, 但若在偏遠地區油料供給有限或淨水設備需長期運作之情況下, 可視天候狀況輔以太陽能 風力發電等設備, 提供淨水設備動力所需, 唯獨建置成本亦會相對提高 6. 相較於一般國內外商業化機動式緊急淨水設備, 本計畫所研發之多元化水源緊急淨水設備特徵為 : (1) 高機動性 : 為一種快組式的緊急淨水設備, 經由設計可將前處理 主處理等各種淨水模組相互間快速串聯, 以便於搬運 組裝 拆卸維護等工作, 並可搭載於車體或船體等運輸工具上進行緊急淨水工作 (2) 多元性 : 多元化水源緊急淨水設備可滿足處理高濁度原水 ( 至少可處理濁度 3,000 NTU) 地表水( 湖泊 河川 山泉水 ) 地下水 海水等多元化水源之需求, 而各淨水單元間能依據水源不同, 進行淨水最佳組合, 若需要處理海水時, 則將 17

31 海淡所須的淨水模組進行快組搭配, 含前處理 主處理及殺菌等單元 (3) 高效率 : 由上面資料得知, 多數技術仍以前過濾搭載薄膜方式, 或單一薄膜方式執行, 此兩種方法均不適用於高濁度原水, 若硬處理則設備使用年限將大大的降低, 而長期處理高濁度水質可能增加清潔維護的人力負荷與耗材費用, 故本淨水設備可選擇以混凝沉澱作為前處理程序, 再搭配 TubeNET 軟質擔體淨水單元, 降低水中濁度以減輕後續處理負擔, 延長系統使用壽命 此外, 本計畫所研發之淨水設備處理水量, 依原水水質不同大約在 200~600 L/hr 左右, 相較於國外同等處理水量或建置成本之淨水設備而言, 無論在淨水效果及建置成本上皆有相當大之競爭力 18

32 貳 工作內容一 計畫目標 傳統淨水技術, 無法直接應用來開發緊急淨水 供水之技術與產品, 故需要進一步研發來符合救災用水處理設備與裝置, 故本計畫於第一年可完成多元化水源緊急淨水模組 ; 於第二年可完成多元化水源機動式緊急淨水模組設備與緊急供電系統, 此系統具有低耗能 ( 綠能型 ) 高機動性 快速組裝 可處理多元化水源之特性 詳細工作項目如下所述 1. 第一年工作項目為 : (1) 開發多元化水源緊急淨水模組 A. 針對可滿足處理高濁度原水 ( 至少可處理濁度 3,000 NTU) 地表水( 湖泊 河川 山泉水 ) 地下水 海水等多元化水源之系統進行設計, 開發小尺寸套裝設備及系統, 淨水單元間並能依據水源不同, 進行較適化組合, 例如當需要處理海水時, 則將海淡所須的淨水模組進行快組搭配, 含前處理 主處理及殺菌等單元 整體系統程序, 至少包含前處理 ( 如砂濾 軟質泡棉濾材 活性碳等 ) 薄膜 殺菌或其他淨水方法等模組化淨水單元 B. 開發快速組裝模組套件, 使前處理 主處理等各種淨水模組相互間得以快速串聯, 以便於搬運 組裝 拆卸維護等工作, 系統現場組裝時間應小於 24 小時 ( 不包括周邊硬體或水電等設施工程 ) C. 完成 200 L/hr 以上的多元化水源緊急淨水系統與設備之設計圖及原型機 (2) 建置多元化水質分析儀器完成一套簡易水質分析系統, 並為質輕可攜式設備, 能針對多項水質分析項目進行快速分析, 如包含 ph 導電度 濁度 鐵離子等, 可使一般民眾簡易判斷各水源之水質狀況, 進而選擇最適化之緊急淨水模組進行搭配應用 (3) 建置多元化水源緊急淨水模組設備 A. 完成多元化水源機動式緊急淨水系統原型機二套 B. 完成多元化水源機動式緊急淨水系統原型機, 需搭載小於 3.5 噸的運輸工具, 運輸至水利署所指定之區域進行現場測試 關於效能測試指標, 針對高濁度水源, 於原水濁度 1,000 NTU 條件下, 連續正常運作 4 小時, 使產水濁度小於 2 NTU, 總菌數小於 100 CFU/mL 針對海水 半鹹水或地下水等水源, 於原水 19

33 導電度大於 20 ms/cm 條件下, 連續正常運作 4 小時, 使產水導電度小於 800 μs/cm, 總菌數小於 100 CFU/mL 而緊急淨水設備處理水量大於 200 L/hr (4) 完成多元化水源緊急淨水技術教育推廣活動至少舉辦一次的教育推廣說明會 或記者會 或成果發表會或志工教育服務, 並完成技術推廣或成果展示文宣 (5) 發表多元化水源緊急淨水技術相關文章一篇 (6) 羅浮國小 Qwater 與法鼓山 Qwater 淨水效能設備維護管理每季定期維護保養並維持正常運轉, 本署將提供維運手冊給得標廠商 2. 第二年工作項目為 : (1) 開發機動式淨水模組的緊急供電設備 A. 評估與設計機動式緊急供電系統, 使緊急淨水模組能在無市電供應情況下正常運作, 系統具可攜功能, 並能與機動式緊急淨水模組整合 B. 完成建置機動式緊急供電系統一套, 可使緊急淨水模組能在無市電供應情況下運作為 6 hr, 處理水量大於 200 L/hr C. 緊急淨水模組與緊急供電系統並能共同架設於交通運輸工具上, 以利於設備運輸 (2) 開發免電力簡易緊急淨水設備 A. 研發與設計免電力簡易緊急淨水設備, 針對可滿足處理高濁度原水 ( 至少可處理濁度 1,000 NTU) 地表水( 湖泊 河川 山泉水 ) 等水源 B. 完成建置免電力簡易緊急淨水設備, 針對高濁度水源, 於原水濁度 1,000 NTU 條件下, 連續正常運作 4 小時, 使產水濁度小於 2 NTU, 總菌數小於 100 CFU/mL (3) 建置多元化水源機動式緊急淨水模組設備 ( 含緊急供電系統 ) A. 開發可與交通工具整合的多元化水源緊急淨水模組一套, 使淨水模組與機械或交通工具整合, 如搭載車體 (<3.5 噸貨車 ) 或船體, 使災難發生時, 不需快速組裝, 淨水設備可馬上移動進行緊急淨水與供水, 以增加設備應用性與方便性 若為淨水車, 則可將其開至水源處進行淨水處理, 處理後可馬上供水, 也可搭配水車進行服務, 或由民眾提裝水容器取水 若為淨水船, 則可於淹水區域進行緊急供水服務, 其他機械或交通工具型態亦可 B. 完成多元化水源機動式緊急淨水效能測試, 系統並含緊急供電系統, 能搭載小 20

34 於 3.5 噸的運輸工具, 或船支, 運輸至水利署所指定之區域進行現場測試 針對海水 半鹹水或地下水等水源, 於原水導電度大於 30 ms/cm 條件下, 連續正常運作 5 小時, 使產水導電度小於 800 μs/cm, 總菌數小於 100 CFU/mL 而緊急淨水設備處理水量大於 200L/hr (4) 完成機動式緊急淨水設備之使用說明與操作手冊 (5) 完成機動式緊急淨水教育推廣活動至少舉辦一次的教育推廣說明會 或記者會 或成果發表會或志工教育服務, 並完成技術推廣或成果展示文宣 (6) 發表緊急淨水設備文章一篇 ; 相關專利申請一項 (7) 技術落實應用規劃為使本案具有帶動產業發展, 並使研發成果能擴大落實於產業效益上, 故本計畫執行報告中, 需納入所研發出的成果, 於未來技術應用評析 技術價值評估及可衍生加值應用等層面之評估 (8) 羅浮國小 Qwater 法鼓山 Qwater 及 102 年新增淨水效能設備維護管理每季定期維護保養並維持正常運轉 21

35 二 工作方法與步驟 壹 前言貳 工作內容參 設備研發肆 水質分析模組 研究背景技術比較計畫目標工作方法與步驟甘梯圖功能簡介與特色說明處理流程設計與系統架構設備細部設計圖 P&ID 及電路圖自動化控制邏輯設備規格與成本估算原水及供水水質標準水質分析模組使用說明 濁度去除效能 有機物去除效能 伍 效能驗證 陸 應用推廣 去離子效能海淡效能除菌效能處理單元程序建議救災應用實例論文發表技術推廣救災應用模式建議救災應用模式建議 Qwater 設備維護 柒 結語 圖 2-1 工作方法與步驟圖 22

36 三 預定進度甘梯圖 表 2-1 計畫甘梯圖表 項次工作項目工作細項 壹 開發多元化水源緊急淨水模組 1. 針對可滿足處理高濁度原水 地表水 ( 湖泊 河川 山泉水 ) 地下水 海水等多元化水源之系統進行設計, 開發小尺寸套裝設備及系統 2. 開發快速組裝模組套件, 系統現場組裝時間應小於 24 小時 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 102 年 6 7 月月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 貳 参 肆 建置多元化水質分析儀器 建置多元化水源緊急淨水模組設備 技術推廣活動 3. 完成 200 L/hr 以上的多元化水源緊急淨水系統與設備之設計圖及原型機 能針對多項水質分析項目進行快速分析, 如包含 ph 導電度 濁度 鐵離子等, 可使一般民眾簡易判斷各水源之水質狀況, 進而選擇最適化之緊急淨水模組進行搭配應用 1. 完成多元化水源機動式緊急淨水系統原型機二套 2. 完成多元化水源機動式緊急淨水系統原型機, 需搭載小於 3.5 噸的運輸工具, 運輸至水利署所指定之區域進行現場測試, 現場組裝時間需小於 24 hr 3. 完成多元化水源機動式緊急淨水系統原型機效能測試, 針對高濁度水源, 於原水濁度 1,000 NTU 條件下, 連續正常運作 4 小時, 使產水濁度小於 2 NTU, 總菌數小於 100 CFU/mL 針對海水 半鹹水或地下水等水源, 於原水導電度大於 20 ms/cm 條件下, 連續正常運作 4 小時, 使產水導電度小於 800 μs/cm, 總菌數小於 100 CFU/mL 而緊急淨水設備處理水量大於 200 L/hr 1. 至少舉辦一次的教育推廣說明會 或記者會 或成果發表會或志工教育服務, 並完成技術推廣或成果展示文宣 2. 發表多元化水源緊急淨水技術相關文章一篇 3. 羅浮國小 Qwater 與法鼓山 Qwater 淨水效能設備維護管理每季定期維護保養並維持正常運轉 預定進度累計百分比

37 參 緊急淨水設備研發技術資料 此章節將說明多元化水源機動式緊急淨水設備詳細的技術資料, 包含 1. 功能簡介與特色說明 2. 處理流程設計 3. 系統架構 4. 細部設計圖 5.P&ID 6. 電路圖 7. 自動化控制邏輯 8. 設備規格 9. 成本估算 10. 水質分析模組 一 功能簡介與特色說明 有鑑於近年水旱災害頻仍, 為解決災害期間易形成孤島地區或自來水停供水地區之飲用水問題, 水利署與工研院合作研發 多元化水源機動式緊急淨水設備, 所開發之緊急套裝淨水裝置 ( 簡稱 Qwater M ), 可應用於災區處理高濁水源水 (<3000 NTU), 產出符合飲用水水質標準之淨水, 其具備快組 (Quick) 豐沛( 出水能力強 )(Quantity) 及優質 (Quality) 等特性, 而上標 M, 代表著多元化 (Multi-) 及機動性 (Mobile), 略以 : 1. 快組 (Quick): 本研究設備係以整體機台為主要應用模式, 若遇到路斷或交通不便情況時, 則可拆解設備, 搬運到現地時, 再行組裝, 組裝構件包含有 3 個槽體 4 管淨水模組 1 組移動平台, 於現地可由兩名一般民眾徒手於 90 分鐘內可將元件組裝完成 機台定位或組裝完成後, 於 20 分鐘內即可開始供水 另外, 若需進行淨水單元更換時, 拆裝單一膜管及更換濾料的時間約 8 分鐘 此外, 系統設有自動化控制, 啟動後設備可持續運轉 24 小時 2. 豐沛 ( 出水能力強 )(Quantity): 開發以淨水模組整合成移動機台, 來降低設備空間需求與重量, 於 420 L/hr 的產水量, 每天可供給 5000 人飲用 ( 每小時可生產 700 瓶的礦泉水量 ), 僅需要 1 m 2 的面積 ( 體積 1.6 m 3 ), 相較在同樣供水量下的傳統淨水系統, 至少節省 10 倍面積, 單一淨水模組最重約為 15 kg, 設備精巧質輕, 此外, 設備可視當地需水量將 Qwater M 進行並聯快組來擴充產水量 3. 優質 (Quality): 以軟質過濾擔體去除原水高濁度, 可以處理高達 3000 NTU 的高濁度原水, 傳統設備只能處理到 500 NTU 左右的濁度而已 接著再以超濾膜 UF 逆滲透 RO 膜及 UV 殺菌程序去除水中微污染及細菌, 多層保護確保飲水安全, 經試驗證實, 產水符合飲用水水質標準, 達到優質供水的目的 4. 多元化 (Multi-): 模組化淨水單元, 研發套管式淨水單元, 使淨水處理流程程序有彈性, 可處理不同特性的水源, 依據水質特性進行調整, 並達到快速維 24

38 護 組裝之目的 5. 機動性 (Mobile): 開發可移動機台式淨水設備, 機動性高而方便應用, 設備就 定位後於 20 分鐘內即可供水, 並簡化操作程序, 讓非專業人士也可操作 而本計畫研發之多元化水源機動式淨水系統, 是比既有前期計畫成果 Qwater 系統功能更加強大, 包含 (1) 增加脫鹽 海淡功能, 產水水質更優質 ;(2) 增加處 理單元及流程多元化 ;(3) 提高操作維護便利性 ;(4) 設備更精巧 ;(5) 提升機動性, 兩者之差異比較如下表 3-1 水源 種類 處理 程序 Qwater 高濁水 河水 湖水 明確及單純 表 3-1 Qwater 及 Qwater M 之差異 多元化機動淨水設備 Qwater M 創新說明 (Qwater M ) 高濁水 河水 湖水 增加脫鹽 海淡處理能, 且原水種類及水質較地下水 海水 中水, 力 且擔憂原水水質較差情 況下使用 沉澱 BioNET UF 混凝初沉 TubeNET 彈性多元程序, 依水質 UV 型態 槽體 式模組 面積 / 體積 1.3 m 2 / 1 m 2 / 2.2 m m 3 水量 5 CMD 15 CMD 設備 維護 操作 應用 限制 使用 時機 建議 砂濾 / 活性碳 / 離子交換特性配置, 優化供水 樹脂 UF RO UV 熱水供應 ( 選配 ) 套管 式模組 機動式移動機台 5~15 CMD 視水質而定 操作 維護便利, 並可 與車體結合 設備更精巧 至少滿足 2500 飲水需 槽體模組之排泥 槽體套管式模組之排泥 槽如同家用淨水器, 以套 擔體及薄膜更換及維護體擔體及薄膜更換及維管換濾心的方式相當方 相對不易 自動化操作 無法處理高硬度 高鹽 護非常容易 自動化操作 運作狀態增加運作狀態顯示螢幕 顯示螢幕及人機界面 求 便 及人機界面 度 ( 如海水 ) 高色度及高一般常見污染物均可有效處理 濃度有機污染物 供水需求處理水源明 確, 為高 中 低濁度供水需求處理水源種類較不明確時可採用 之地表水或地下水 25

39 二 處理流程設計 1. 多元化水源處理設備設計原則 容易使用 (easy to use) 單一控制鈕簡易操作 容易維護 (easy to maintain) 槽體快拆易維護, 且可線上清洗 容易組裝 (easy to install) 槽體統一規格化, 進出口水管快接 容易運輸 (easy to transfer) 單元比 Qwater 更小, 與交通工具結合 確保用水安全, 水質即時分析 (easy to analyze water quality) 整合多項水質指標於一可攜式手提箱, 此外, 可快速檢測細菌 2. 多元化水源處理單元階段設計本研究計畫內容的多元化水源種類, 係包括高濁度原水 地表水 ( 湖泊 河川 山泉水 ) 地下水 海水等, 本研究將針對此水質特性, 開發出具快組功能的小尺寸套裝設備, 使系統能依據水源不同進行淨水單元快組搭配 目前國際上許多緊急淨水設備, 係多直接以 MF 或 UF 或 RO 進行過濾, 沒有完整的前處理與配套措施, 導致主處理裝置嚴重堵塞, 產生造水量快速降低 薄膜壽命降低 能耗增加等現象, 常使救災緊急供水之應用效果降低 為避免此現象發生, 期望能提高維護便利性及設備使用壽命, 本研究採多段式淨水程序, 分段針對不同的污染物進行處理, 而達到有效處理多元化水源之效能 本研究主要處理程序分成四大部分, 如圖 3-1, 第一階段單元為前處理, 本研究設計單元為沉澱 TubeNET, 去除大顆粒固體污染物 ; 第二階段單元為主處理, 處理單元為超過濾 (ultra-filtration, UF), 去除微細顆粒 ; 第三階段為精密處理, 逆滲透 (reverse osmosis, RO); 第四階段為殺菌, 處理單元為紫外線殺菌 (ultra violet, UV) 及煮沸消毒 大顆粒固體污染物去除 傾斜板沉澱池 1. 前處理 2. 主處理 3. 精密處理 4. 殺菌 微細污染物去除 鹽類 ( 導電度 )/ 有機物去除 細菌去除 TubeNET UF RO UV 煮沸 圖 3-1 多元化水源處理程序分段原則 26

40 三 系統架構 Qwater M 之系統架構, 如圖 3-2, 標準設備包含有 4 個淨水套管 ( 可依據需水量, 擴充淨水單元數 ) 3 個貯存水槽 1 套自動化控制系統等, 設備總淨重約為 355 公斤 圖 3-3 為其他視角的立體式意圖, 圖 3-4 為實體照片 圖 3-2 Qwater M 之系統架構 27

41 圖 3-3 Qwater M 之外觀示意圖 28

42 圖 3-4 Qwater M 之實體照片 29

43 四 設備細部設計圖 本研究已完成多元化水源機動式緊急淨水設備的開發, 多元化水源機動式緊急淨水設備, 相當精巧, 整體設備的設計, 如圖 3-5 所示, 設備寬為 1115 mm 長為 952 mm 高為 1500 mm( 含遮板為 1730 mm), 正視圖如圖 3-6, 上視圖如圖 3-7, 右側視圖為圖 3-8, 此三個圖可清楚了解設備的細部尺寸 設備主要組成可分成五部分, 說明如下 : 1. 機台整體及外觀 : 設備係以機動式機台的方式組裝而成, 平台下四角設有輪胎, 方便機台移動, 機台並能與移動車載具整合, 提高其運輸方便性 設備前端設有兩扇具有透明視窗的門, 具上鎖功能, 可避免非相關操作人員誤操作或破壞 2. 淨水模組 : 設於機台前端, 整體的設計概念, 係以套管方式為淨水單元模組, 前處理係以雙套管方法, 使濾料或擔體的清洗 維修及更換, 更為容易 目前設定標準型機台, 淨水模組處理程序為 TubeNET 砂濾 UF RO UV, 共有五個套管, 若僅處理到 UF 程序之供水量為 10 CMD (420 L/hr), 處理到 RO 程序之供水量為 5 CMD (210 L/hr), 淨水模組間的管路, 均設有閥件 壓力計及流量計 若需要增加產水量, 則可以兩機台並聯方式運轉, 或增加機台面寬, 增設 TubeNET 砂濾 UF RO 套管提高處理水量, 則水量即可提升兩倍 另外, 機台供水設置於後面, 提高取水便利性 3. 貯存水槽 : 共分成三槽, 第一槽為原水區, 可於本槽進行混凝加藥與初沉, 當原水抽入此槽時, 並可於水管前端配置不織布濾布進行粗過濾 第二槽為 UF 進水槽, 第三槽則為 RO 進水槽, 此三槽均設液位計, 作為自動化淨水運作的判斷工具, 三槽並設有蓋板, 避免處理後水體被污染 4. 控制區 : 設有人機界面及液晶顯示螢幕, 方便使用者充分了解系統的運作狀態, 並設有控制旋鈕, 供使用者進行手動或自動化控制的選擇 5. 機電設備 : 抽水馬達設於控制區下方, 可達到防雨水之功效 30

44 圖 3-5 多元化水源機動式緊急淨水設備立體示意圖 圖 3-6 多元化水源機動式緊急淨水設備正視圖 31

45 圖 3-7 多元化水源機動式緊急淨水設備上視圖 圖 3-8 多元化水源機動式緊急淨水設備右側視 32

46 五 P&ID 圖 Qwater M 之 P&ID 如圖 3-12 所示, 細部資訊與符號說明如表 3-2 表 3-2 P&ID 圖之細部資訊與符號說明 項目 代號 規格 功能說明 M-01 TubeNET 去除大顆粒懸浮固體物 淨水單元 槽體 抽水馬達 液位感知器 流量計 壓力計 M-02 M-03 M-04 砂濾 / 活性碳 / 離子交換樹脂 等 超濾膜 UF (MWCO 5000) SWRO ( 低壓 RO- 海淡用 ) 去除小顆粒懸浮固體物 有機物 離子等 去除微細顆粒 攔截細菌 去離子 脫鹽 攔截細菌 M nm 之 UV 紫外線殺菌 (12 GPM) 單相 -220V-48W 殺菌 T-01 PP; 100 L; 300*300*1100 原水槽 T-02 PP; 100 L; 300*300*1100 初濾槽 T-03 PP; 145 L; 450*300*1100 UF 產水槽 P-00 單相 -220V-1/2 HP 原水泵 P-01 單相 -220V-1/2 HP 系統進流泵 P-02 單相 -220V-1/2 HP UF 加壓泵 P-03 三相 -220V-2 HP1200 psi RO 加壓泵 LS-01 浮子式高 - 低液位感知 原水槽高 - 低液位控制 LS-02 浮子式高 - 低液位感知 初濾槽高 - 低液位控制 LS-03 浮子式高 - 低液位感知 UF 產水槽高 - 低液位控制 FI-P LPM TubeNET 進水流量計 FI-P LPM UF 進水流量計 FI-M LPM UF 產水流量計 FI-M04A LPM RO 產水流量計 FI-M04B LPM RO 濃縮排水流量計 PI-M kgf/cm 2 TubeNET 產水壓損 PI-M03A 0-3 kgf/cm 2 UF 產水水壓 PI-M03B 0-3 kgf/cm 2 UF 濃排水壓 PI-M kgf/cm 2 RO 濃縮排水水壓 PI-P kgf/cm 2 RO 進水水壓 33

47 圖 3-12 Qwater M P&ID 圖 34

48 六 電路圖 如下圖 3-13 所示 圖 3-13 Qwater M 電路圖 35

49 七 自動化控制邏輯 Qwater M 具有自動化控制操作的功能, 其控制邏輯說明如下, 並整理成表 T-01 原水槽液位計 : (1) 當原水槽水位低於低液位時,P-00 馬達開始啟動 (2) 當原水槽水位高於高液位時,P-00 馬達停止運轉 2.T-02 初濾槽液位計 : (1) 當初濾槽水位低於高液位時,P-01 馬達開始啟動 (2) 當初濾槽水位高於高液位時, 延遲 15 秒, 或原水槽水位低於低液位時, 延遲 15 秒,P-01 馬達停止運轉 3.T-03 UF 產水槽液位計 : (1) 當 UF 產水槽水位低於高液位時,P-02 馬達開始啟動 (2) 當 UF 產水槽水位高於高液位時, 延遲 15 秒, 或初濾槽水位低於低液位時, 延遲 15 秒,P-02 馬達停止運轉 (3) 當 UF 產水槽水位高於高液位時,P-03 馬達開始啟動 (4) 當 UF 產水槽水位低於低液位時,P-03 馬達停止運轉 表 3-3 Qwater M 自動化控制邏輯說明表 控制邏輯說明表 NO. Instrument or Equipment Tag# Control Sequence 1-1 T-01 原水槽液位計 LS-01 <L then P-00 Start >H then P-00 Stop 1-2 T-02 初濾槽液位計 LS-02 <H then P-01 Start; >H Delay 15SEC OR LS01< L Delay 15SEC then P-01 Stop; 1-3 T-03UF 產水槽液位計 LS-03 <H then P-02 Start; >H Delay 15SEC OR LS02< L Delay 15SEC then P-02 Stop; >H then P-03 Start; <L then P-03 Stop; 36

50 八 設備規格 在多元化水源機動式緊急淨水設備之規格部分 貯水槽材質採用 PP(聚丙烯)材料 淨水模組採用不鏽鋼 Dow-4040 模殼 相關槽體 規格說明如表 3-4 所示 表 3-4 多元化水源機動式緊急淨水設備槽體規格 No. Tank No. Tank Name Specification(mm) Volume (L) Material 1 T-01 原水槽 300x 300x H PP(白) 2 T-02 初濾槽 300x 300x H PP(白) 3 T-03 UF產水槽 300x 450x H PP(白) 4 M-01 BioNET 105x L SUS 304 使用 Dow-4040模殼 5 M-02 GAC 105x L SUS 304 使用 Dow-4040模殼 6 M-03 UF 105x L SUS 304 使用 Dow-4040模殼 7 M-04 RO 105x L SUS 304 使用 Dow-4040模殼 37 Remark

51 UV 紫外燈規格如表 3-5 所示 其他元件規格如表 3-6~3-8 所示 表 3-5 多元化水源機動式緊急淨水設備 UV 燈規格 No Tag No. Title 1 UV Lamp UV燈 Type Q't 220V 60/50Hz 1 Size Material Maker 12 GPM (3/4") SUS 立可思 表 3-6 多元化水源機動式緊急淨水設備泵浦規格 Head No Tag No. Title Type Q't Capacity Motor Maker (M) 1 P-00 原水泵 1-220V 60Hz L/Min 2 P-01 系統進流泵 1-220V 60Hz 1 3 P-02 UF加壓泵 4 P-03 RO加壓泵 0.5 HP 7.5 L/Min 130psi 370 W 超泵 1-220V 60Hz L/Min 130psi 370 W 超泵 3-220V 60Hz L/Min 1200psi HP

52 表 3-7 多元化水源機動式緊急淨水設備液位開關規格 No. Tag No. Q'ty Service Vessel Type Temp. (oc) Fluid Protection Probe/Floa t Material Power Supply Dry Contactors Probe Length (m) 1 LS-01 2 原水槽液位開關 Open 10~50 sea water IP54 PVC 110V 60Hz 1A1B LS-02 2 初沉槽液位開關 Open 10~50 sea water IP54 PVC 110V 60Hz 1A1B LS-03 2 UF 產水槽液位開關 Open 10~50 sea water IP54 PVC 110V 60Hz 1A1B 1.2 表 3-8 多元化水源機動式緊急淨水設備壓力計規格 No. Tag No. Q'ty Service Temp. ( ) Fluid Scale (kg/cm2) Case Diameter Seal Liquid 1 PI-M01 1 系統進流壓力計 10~50 2 PI-M03A 1 UF 產水壓力計 10~50 3 PI-M03B 1 UF 濃排壓力計 10~50 4 PI-P03 1 RO 出流壓力計 10~50 5 PI-M04 1 RO 濃排壓力計 10~50 sea water sea water sea water sea water sea water 0~3 2" Glycerin 0~3 2" Glycerin 0~3 2" Glycerin 0~200 2" Glycerin 0~100 2" Glycerin 39

53 九 成本估算 本研究開發的 Qwater M 緊急淨水設備, 位來量產後, 預估製造的費用估算為 60.7 萬左右 ( 未稅 不含智權費 施工工資 水質測試分析等費用 ), 生產每噸水之硬體 費用估算約為 元 /m 3, 耗電的部分則為 0.86 元 /m 3, 總計為 29.5 元 /m 3, 其中, 估計生產每噸水之耗材費用部分為 元 /m 3, 細算如表 3-9 及 3-10 所示 表 3-9 生產每噸水之硬體成本估算表 項目數量單價複價 40 估計使用 壽命 ( 月 )* 生產每噸水之硬體成本 ( 元 /m 3 ) 模組本體 172, 機動平台 1 56,000 56, 槽體 1 24,000 24, 特製模組套管製作 4 23,000 92, 動力設備 143, 原水泵 1 6,000 6, 系統進流泵 & UF 加壓泵 2 6,000 12, RO 加壓泵 1 125, , 儀控及配電系統 152, 操作電盤及人機 1 47,000 47, 可程式控制器及圖 控軟體 1 55,000 55, 變相器 1 18,000 18, 發電機 1 32,000 32, 耗材 84, 酸洗活性碳 (GAC) 1 3,600 3, UF 膜 1 14,000 14, RO 膜 1 24,000 24, UV Lamp 1 15,000 15, 面積式流量計 5 4,500 22, 壓力錶 , 液位控制浮球 , 管件與閥件 1 30,000 30, 管總 1 55,000 55, 總計 606, ( 總計價格未稅, 且不含智權費 施工工資 水質測試分析等費用 ) * 以每日 24 小時持續運作估算, 若為救災短期應用, 則使用期應延長

54 表 3-10 生產每噸水之電費估算表 耗電項目耗電量 (W) 生產每噸水硬體成本 ( 元 /m 3 ) 抽水馬達 UV 中控系統 總計 另一方面, 依據水利署民國 102 年 8 月份統計之資料, 政府從民國 84 年起陸續於澎湖 金門 馬祖地區興建海水淡化廠, 目前國內海淡廠已有 21 座, 其單位建廠成本 ( 不含土地 輸水管線 回饋補償 ) 新台幣 50,000 元 / 噸 ( 視製程 規模而異 ) 單位造水成本 ( 含建廠 土地 管線 營運 回饋 設備更新, 以利息 6%,20 年壽命計 ) 約新台幣 30~40 元 / 噸 依據李至倫先生於國家政策論壇中, 所發表文章 海水淡化之趨勢與未來性分析, 當中提到目前我國離島海淡廠大多為中小型, 海水淡化技術同樣為逆滲透方法, 造水成本高達六十元左右, 而本研究 Qwater M 的海淡成本約為 29.5 元, 顯示本研究開發設備的經濟優勢 41

55 肆 水質分析模組 一 緊急供水的原水及供水水質標準規範 於 飲用水水源水質標準 第 4 條指出, 因暴雨或其他天然災害, 造成自來水 簡易自來水及社區自設公共給水水源水質惡化時, 供水單位或管理單位應於事實發生後, 立即採取應變措施, 並於四十八小時內報請中央主管機關核准, 於核准期間內得不適用本標準之規定 因此, 於災期, 對於救災緊急供水的原水水質條件並無明確規範可應用的原水水質指標 而 飲用水水質標準 的規範對象, 係主要規範自來水 簡易自來水 社區自設公共給水所供應之飲用水及其他經中央主管機關指定之飲用水, 故目前, 尚無特別針對救災緊急供水設施所訂定的飲水 用水水質規範 由上可知, 對於災期的緊急供水設備而言, 因屬於特殊急難救助情況, 故目前尚無法規規範明確訂定原水及供水水質標準, 然而, 為確保災民用水安全, 本研究建議供水水質應符合下列幾項指標, 分別為 : (1) 總菌落數 < 100 CFU/mL (2) 大腸桿菌群 < 6 CFU/100 ml (3) 濁度 < 2 ( 原水濁度 <4 NTU) < 4 ( 原水濁度 <500 NTU) < 10( 原水濁度 >1500 NTU) < 30 ( 原水濁度 >1500 NTU) (4)pH 值 : 6~8.5 (5) 硝酸鹽氮 < 10 mg/l (6) 亞硝酸鹽氮 < 0.1 mg/l 而本研究系統經多道處理程序, 包含 UF RO 紫外光 UV 燈 煮水設施, 已將水中細菌及污染物去除, 於實務及理論上是可直接飲用, 但考量可能有管線細菌污染 使用者裝水容器污染等不可預期微污染情況, 若民眾無直接用水, 為裝水回去並隔一段時間使用時, 仍建議民眾煮沸後再進行飲用 二 水質分析模組 本研究已經初步建置完成一套可攜式多元化水質分析設備, 如圖 4-1, 可以即時分析的項目, 除了大腸桿菌群及總菌數外, 已包含上節所建議的水質指標, 並尚有許多其他水質項目, 可分析的指標項目, 整理如表 4-1 設備係以一行動手提箱 42

56 GOnDO PCT-407 TN100 Exact micro 20 為載具, 內設有一電極式水質分析儀 (GOnDO PCT-407) 濁度計 (TN100) 試紙型分 光光度計 (Exact micro 20) 等 表 4-1 可攜式多元化水質分析設備可分析水質項目表 水質項目 分析範圍 解析度 飲用水水質標準 酸鹼度 (ph) 0~14 ph 0.01 ph 6~8.5 溫度 (Temp.) 0~110 o C 0.1 o C - 導電度 (EC) 0~199.9 μs 0.1μS - 200~1999 μs 1μS 2~19.99 ms 0.01 ms 20~200 ms 0.1 ms 氧化還原電位 (ORP) -1999~-200 mv 0.1/1 mv ~499.9 mv 鹽度 (Salt) 總溶解固體物 (TDS) 濁度 500~2000 mv 0~99.9 ppm 100~999 ppm 1~9.99 ppt 10~100 ppt ppm 032~1319 ppm ppt ppt 0.00~19.99 NTU 20.0~99.9 NTU 100~1000 NTU 0.1 ppm 1 ppm 0.01 ppt 0.1 ppt 0.1 ppm 1 ppm 0.01 ppt 0.1 ppt 0.01 NTU 0.1 NTU 1 NTU - < 500 ppm < 2 ( 原水濁度 < 4 NTU) < 4 ( 原水濁度 < 500 NTU) < 10 ( 原水濁度 >1500 NTU) < 30 ( 原水濁度 >1500 NTU) Free & Total chlorine 0~5 ppm ~1.0 ( 自由有效餘氯 ) Total Iron 0.04~2.5 ppm 0.01, < ~8 ppm 0.1 Total Alkalinity 1~50 ppm ~320 ppm 1 Total Hardness 4~300 ppm 1 < 300 Ammonia 0~2.4 ppm 0.01 < 0.1 Nitrite (NO - 2 ) 0~1.8 ppm 0.01 < 0.1 Nitrate (NO - 3 ) 0.12~5 ppm 0.01 <10 5.1~30 ppm 0.1 Cyanuric acid 3~120 ppm 1 - Phosphate (P) 0~2.5 ppm ~4 ppm 0.1 Copper (Cu 2+ ) 0~4 ppm 0.01 <1 4.1~11 ppm 0.1 Fluoride (F) 0.03~1.45 ppm 0.01 <0.8 Manganese (Mn) 0.02~ <0.05 Calcium (Ca) 18~420 ppm 1 - Sulfide (SO 2-4 ) 1~250 ppm 1 <250 Chromium (Cr VI) 0~1.8 ppm Bromine (Br) 0.1~2 ppm 2.1~12 ppm - 43

57 圖 4-1 可攜式多元化水質分析設備 圖 4-2 電極式水質分析儀 44

58 三 使用說明 1. 電極式水質分析儀 (GOnDO PCT-407) 電極式水質分析儀 (GOnDO PCT-407) 外觀如圖 4-2 所示, 包含液晶顯示器 鍵盤 溫度 / 探頭輸入 導電度計輸入及 ph/orp 輸入 (1) 鍵盤及其功能鍵盤包含 LOCK/max/min STO/RCL and MODE 及開關 /CAL, 其功能說明如表 4-2 所示 按鍵 LOCK MAX/MIN STO/RCL and MODE 表 4-2 電極式水質分析儀之功能表功能當按下此鍵可鎖定當前讀值 長按此鍵 3 秒可進入或退出 MAX/MIN 模式, 此模式下可瀏覽最大和最小讀值 常按下此鍵可儲存當前讀值 長按此鍵 3 秒可重新呼叫 重新呼叫模式, 瀏覽紀錄 選擇不同功能模式 長按此鍵 3 秒可切換 oc/of 或 ph-mv 或 ORP-mv( 在 ORP 模式下 ) 電源開啟或關閉 長按 3 秒進入校正模式 (2) ph 校正 確定電極為 ph 電極 將電極浸入緩衝溶液 ph 7, 並輕輕地攪拌待讀值穩定 長按 CAL 鍵 3 秒, 進入校正模式 此時顯示器會顯示 CAL 並閃爍 7.00, 當停止閃爍會顯示 SA 結束校正, 將返回到測量模式 將電極利用乾淨水沖洗並擦乾 接著同樣將電極浸入緩衝溶液 ph 4.01, 重覆上述步驟 待校正完畢時, 顯示器會顯示斜率 (PTS) 百分比, 代表電極狀態, 當 PTS 低於 70% 或 130% 以上時, 代表需更換電極,100% 為最理想斜率 (3) Cond. TDS 及 salt 校正 確定電極為導電度電極 45

59 將電極浸入標準溶液 1413 μs/cm, 並輕輕地攪拌待讀值穩定 長按 CAL 鍵 3 秒, 進入校正模式 此時顯示器會顯示 CAL 並閃爍 1413 μs/cm, 當停止閃 爍會顯示 SA 結束校正, 將返回到測量模式 (4) ph 量測 按下 mode 鍵選擇 ph 模式 校正完畢後電極, 以清水沖洗並擦乾 將電極擦入待測樣品溶液中, 並輕輕地攪拌待讀值穩定 (5) Cond. TDS 及 salt 量測 擦入導電度計, 並按下 mode 選擇 Cond. TDS 及 salt 模式 校正完畢後電極, 以清水沖洗並擦乾 將電極擦入待測樣品溶液中, 並輕輕地攪拌待讀值穩定 2. 濁度計 (TN100) 濁度計 (TN 100) 外觀如圖 4-3 所示, 包含樣品瓶 樣品槽 指示器 液晶顯 示器及鍵盤 (1) 鍵盤及其功能 圖 4-3 濁度計 鍵盤有五個按鍵 : 開 / 關 CAL 讀 /enter 鑑 and, 其功能如表 4-3 所示 46

60 按鍵 on/off CAL read/enter and 表 4-3 濁度計之功能表功能開啟及關閉電源 當最後一次按鍵 20 分鐘後會自動切斷電源 當按下校正鍵為啟動校正模式, 儀器被設定為接受第一標準校正 假如不想完成校正程序時, 亦可用來退出校正模式 當在測量模式時,read/enter 鍵是用來進行量測 單次量測 : 當鍵被按下並立即放開時 ( 時間 < 0.3 秒 ), 顯示器會閃爍 10 次並顯示測量值 連續量測 : 當 read/enter 鍵被長按不放時, 將執行連續監測, 該顯示器每 2 年更新一次數據 當放開 read/enter 鍵時, 自動恢復單次量測 當儀器為校正模式時,read/enter 鍵為用來確認校正標準值 僅於校正模式時, 利用上下鍵作為校正點遞增 / 遞減之用途 (2) 電池安裝於濁度計背面具有電池裝置設備, 裡頭包含四顆 AAA 型電池如圖 4-4 所示 將電池蓋 2 個螺絲取下, 打開電池蓋 依照電池正確極性放入電池 更換完畢電池, 將 2 個螺絲鎖好 儀器測量準備就緒 圖 4-4 濁度計之電池裝置 47

61 (3) 濁度校正 TN 100 濁度計於出廠前已經過校正及測試, 因此可以直接進行測量動作 但是, 為了確保使用者更熟悉校正程序, 建議重新校正儀器且校正頻率為每月一次為最佳, 建議使用廠商所提供四瓶標準液校正, 以確保測量值準確 儀器校正流程如圖 4-5 所示 將 TN 100 型濁度計放置於一水平表面 按下 CAL 鍵選擇儀器校正功能, 顯示器會閃爍 cal 信號同時第一標準校正 CAL 1(800 NTU) 選擇 CAL 1 標準 (800 NTU) 放置於樣品槽, 使其完全進入該儀器 按下 read/enter 鍵 顯示器上會閃爍 CAL1 (800 NTU) 約 12 秒, 當儀器校正完成時, 顯示器會出現 CAL 2 (100 NTU), 提示你此點校正完成換下一個標準品 CAL 2 (100 NTU) 校正 當儀器成功校正至 CAL 4 (0.02 NTU) 標準瓶, 顯示器將顯示 STb Y 校正完成可以開始使用儀器進行測量 48

62 圖 4-5 濁度計之校正流程 49

63 3. 試紙型分光光度計 (Exact micro 20) 試紙型分光光度計 (Exact micro 20 ) 外觀如圖 4-6 所示, 包含蓋子 樣品槽 顯示器 鍵盤及電池裝置 鍵盤及其功能 圖 4-6 試紙型分光光度計 鍵盤有四個按鍵 : ON/ZERO SELECT MENU 及 READ, 其功能如表 4-4 所示 按鍵 ON/ZERO SELECT MENU READ 表 4-4 試紙型分光光度計之功能表功能開啟電源 當按下此鍵可將樣品進行歸零程序, 建議每個新樣品於測量前先進行歸零程序, 確保測量值之準確度 當按下選擇鍵可選擇組群 1 至 7 依照測量項目不同選取適當組群, 請參見圖 4-7 及圖 4-8 當按下 menu 鍵, 為選定組群中可用之測試 每個測試最多可儲存 20 次測試結果 重新取得測試結果, 可使用 menu 鍵, 將所需之測值顯示於儀表上 當持續按住 menu 鍵, 會自動儲存測試結果 當按下 read, 儀器開始啟動所設定參數進行樣品測試 當按下第二次時, 亦立即啟動色度測量, 並同時紀錄測量結果 50

64 圖 4-7 試紙型分光光度計之選擇組群參考 -1 圖 4-8 試紙型分光光度計之選擇組群參考 -2 儀器操作流程 選擇預分析項目試紙, 試紙應保存於乾 燥箱中 按 ON/ZERO 鍵後, 按下 SELECT 選擇 正確 select group, 按下 MENU 鍵選擇 正確測試參數 ( 參考圖 3-22 及圖 3-23) 51

65 以清水沖洗樣品槽至少 3 次, 降低污 染 將樣品約 4 ml 裝入樣品槽中 按下 ON/ZERO 鍵將顯示器歸零 樣品 準備進行測試 選擇適當試紙浸入樣品槽, 並立即按下 read 鍵, 啟動 20 秒倒數計時器, 將試紙來回擺動 ( 約 2 次 / 秒 ), 當顯示器顯示 1 消失後可將試紙取出 依照選擇組群及測試參數不同, 等待時 間有所差異, 倒數完成後讀值顯示於儀 表上, 並自動儲存讀值 52

66 伍 效能驗證 一 濁度去除效能 5.1 混凝沉澱 1. 簡易化學混凝試驗方法考量救災應用性, 傳統專業化混之攪拌裝置 ( 含快混及慢混膠凝程序 ), 於硬體空間及重量上 ( 需裝置加藥機 兩個反應槽體及兩個不同轉速之攪拌機 ) 電力供應上 ( 須額外供應加藥機及攪拌機之耗電量 ) 操作上( 程序複雜 ) 較不適用於救災情境, 且使用者可能為非專業工程師 故本研究以最簡易之方式, 於前處理過程中以加藥攪拌方式 ( 人工攪拌 ) 或搭配靜態攪拌器 ( 流體自攪拌 ), 來測試混凝效果 建議使用本研究所開發之淨水設備, 當原水濁度高達 1000 NTU 以上時, 可於原水槽內添加多元聚氯化鋁 (PAC) 混凝劑, 以減少設備之清洗頻率 然而, 若於緊急情況時 ( 如處理水量過大或加藥量不夠 ), 可無須使用加藥方式, 直接將原水打進淨水系統中, 其產水效能仍不受影響 但兩者間主要差異在於, 當高濁度原水進入本淨水系統中, 未經由加藥前處理方式, 其淨水系統之套裝模管較容易阻塞, 增加其清洗之頻率, 亦即產水量降低或模管壓力增加出現之時間相較為快 簡易加藥混凝有以下兩種方式 : (1) 於原水槽 ( 建議為 150 L 以上的桶槽 ), 倒入 PAC 混凝劑, 以 150 L 桶槽而言, 加藥量建議為 1.2 g, 故混合後 PAC 濃度為 8 mg/l 接著再以適當長度的棍子攪拌液體 1 分鐘, 靜置 5~10 分鐘後, 即可將原水打入設備中開始進行淨水 (2) 應用我們已經建置好的簡易加藥系統, 當原水抽水至沉澱槽時, 啟動加藥機, 將 PAC 藥水與原水混合, 透過靜態攪拌器進行攪拌後, 使 PAC 加藥濃度達 8 mg/l, 隨後則於沉澱槽進行混凝沉澱 2. 不同 PAC 加藥量與靜置時間對混凝效果影響圖 5-1 為不同原水濁度對 PAC 混凝沉澱效果之影響, 測試之原水濁度約為 860 NTU, 以不同之 PAC 加藥量進行混凝沉澱,PAC 混合後濃度分別為 及 20 mg/l, 以人工攪拌 1 分鐘後靜置, 分別於 及 20 分鐘進行取樣分析 實驗結果顯示, 不加藥靜置也有除濁效果, 及 20 分鐘去除率分別達 26% 33% 36% 及 39%, 可見若於緊急情況時, 無混凝藥劑可添加時, 可將原水靜置 5 分鐘, 來降低原水濁度, 以減輕系統負擔 53

67 濁度去除率 (%) 當加藥量濃度為 2 mg/l, 於 5 分鐘靜置沉澱後即可看出差異, 去除率達 73% 而 8 mg/l 加藥量時效果更佳, 去除率可達 80%, 但提高加藥量至 14 及 20 mg/l 時, 其效果並未顯著提升 (81%~82%), 顯示此時加藥濃度已過量, 故 8 mg/l 濃度為建議值 實驗結果可知當所有水樣於靜置 10 分鐘後, 其濁度去除率已達穩定, 因此, 靜置 5~10 分鐘為建議操作時間, 因靜置過長將影響後續系統之產水量, 且去濁效果也有限 淨置時間 (min) 未添加 PAC 2 mg/l PAC 加藥量 8 mg/l PAC 加藥量 14 mg/l PAC 加藥量 20 mg/l PAC 加藥量 圖 5-1 不同原水濁度對 PAC 混凝效果之影響 3. 不同原水濁度對 PAC 混凝效果之影響圖 5-2 為不同原水濁度對 PAC 混凝效果之影響實驗, 以三股不同濁度的原水 (2110 NTU 873 NTU 385 NTU), 混合相同之 PAC 濃度 (8 mg/l), 靜置 20 分鐘後, 進行上層液之濁度比較, 去除率分別為 92% 91% 78%, 可知, 當原水濁度愈高, 去除效果愈好, 其原因為, 有較多的顆粒可以進行高效之碰撞, 快速達到電性中和 架橋及沉澱掃除之混凝沉澱效果, 使不同原水濁度於混凝後之上澄液, 濁度均小於 160 NTU 之表現 另外, 先前的加藥量實驗顯示, 添加過多的混凝劑, 對於濁度去除效果有限, 且將 2000 NTU 原水濁度降至小於 160 NTU 濁度之結果, 對於本研究開發之淨水設備而言, 已相當綽綽有餘 54

68 濁度 (NTU) 有鑑於此, 未來於救災應用時, 面對不同的濁度, 建議可以 8 mg/l 的加藥濃度 進行應用 原水起始濁度 8 mg/l PAC 加藥後靜置 20 分鍾 高濁原水中濁度低濁原水 圖 5-2 不同原水濁度對 PAC 混凝效果之影響 5.2 各種處理單元的濁度去除效果比較 1.TubeNET 對於不同濁度去除效果的比較如圖 5-3 所示, 當原水濁度愈高,TubeNET 濁度去除率愈高 以原水高濁度 3990 NTU 為例, 其 TubeNET 產水濁度為 707 NTU, 去除率達 82.3%; 而原水中濁度 450 ~ 1100 NTU 的範圍, 濁度去除率為 52.6 ~ 70.8%, 此時產水濁度可降至 230 NTU 以下 ; 而當原水低濁度 50 ~ 300 NTU 之範圍, 濁度去除率為 33 ~ 36%; 但當原水幾乎沒濁度時, 亦即濁度小於 30 NTU, 則 TubeNET 幾乎沒有去濁效果 55

69 平均濁度去除率 (%) 濁度去除率 (%) 原水濁度 (NTU) 圖 5-3 TubeNET 對不同原水濁度去除效果 2. 砂濾 活性碳 離子交換樹脂對濁度去除效果的比較由上述可知, 當原水濁度小於 4000 NTU, 經過 TubeNET 均可降至 750 NTU 以下, 再流至下一個淨水模組單元, 依據水源特性的不同, 其可能是砂濾 活性碳及離子交換樹脂單元, 故以下針對此等模組, 進行試驗比較 如圖 5-4 所示, 在不同的進流濁度條件下 (8~750 NTU), 平均濁度去除率之比較, 以砂濾單元最佳 (44.7%) 粒狀活性碳單元次之(37.8%), 而離子交換樹脂單元, 對濁度並無顯著去除效果 (12.9%) 故此針對較高濁度之水源, 建議於 TubeNET 後, 採用砂濾模組進行處理 砂濾粒狀活性碳離子交換樹脂 圖 5-4 砂濾 活性碳 離子交換樹脂對濁度去除效果的比較 56

70 平均濁度去除率 (%) 3. 不同溢流率對去濁度效果之影響濾速對於濁度去除的效果影響甚鉅, 以下實驗係以不同濾速, 將原水打入 TubeNET 及砂濾進行濁度去除效果之比較 實驗結果顯示, 濾速愈慢效果愈好, 但平均濾速 3.3 L/min 與 2.4 L/min 去除率相近 (82% 及 85%), 於考量產水量情況下, 建議可以約 3.3 L/min 左右之濾速進行操作應用 平均過濾濾速 (L/min) 圖 5-5 不同溢流率對去濁度效果之影響 4.UF 去濁度效果一般而言,UF 對進水水質要求適用於各種水源, 當進水濁度越大時, 超濾膜的產水量越少, 而且進水濁度大更易引起超濾膜的堵塞 在不高於一定壓力範圍內, 超濾膜的產水量與壓力成正比關係, 最大操作壓力不超過 0.5 Kgf/cm 2 進水水質 ph 值適用於 ph 1 至 ph 10 之間, 但對於易結垢原水需特別注意 由圖 5-6 可知, 經過 UF 後, 可有效將 RO 進水濁度控制於 2 NTU 以下, 降低 RO 薄膜發生堵塞積垢之潛勢 57

71 產水濁度 (NTU) 產水濁度 (NTU) 進水濁度 (NTU) 圖 5-6 UF 去濁效果 5.RO 去濁度效果一般而言,RO 進水濁度建議小於 2 NTU 或 Silt Density Index (SDI) 小於 5, 建議操作壓力依據水源不同而有不同, 最大操作壓力不超過 70 Kgf/cm 2, 海淡操作質約為 40~60 Kgf/cm 2, 地表水處理則 20~40 Kgf/cm 2 即足夠 由圖 5-7 可知, 經過 UF 後, 可有效將 RO 進水濁度控制於 2 NTU 以下, 降低 RO 薄膜發生堵塞潛勢, 由試驗結果可知,RO 產水濁度均小於 0.6 NTU, 符合該水質標準 2 NTU 以下的規範 進水濁度 (NTU) 圖 5-7 RO 去濁效果 58

72 濁度去除率 (%) 6. 整體淨水系統濁度去除率整體淨水系統濁度去除率之結果如圖 5-8 所示, 以高濁度原水 3500 ~ 4200 NTU, 中濁度 800 ~ 1200 NTU 及低濁度小於 30 NTU 之原水進行測試 實驗結果顯示,TubeNET 濁度去除率可達 63 ~ 82%, 砂濾或活性碳濁度去除率可達 56 ~ 86%, UF 濁度去除率達 95% 以上,RO 濁度去除率達 99.9% 以上, 其淨水系統產水濁度小於 0.6 NTU, 符合該水質標準 2 NTU 以下之規範 TubeNET 砂濾或活性碳 UF RO 處理單元 圖 5-8 整體淨水系統濁度去除率 高濁度原水 中濁度原水 低濁度原水 二 有機物及色度去除效能 以高濁度原水進行有機物去除之試驗, 原水總有機碳 (TOC) 濃度約 6.5~7.5 mg/l, 經個程序過濾後之 TOC 濃度為 0.4 ~ 0.5 mg/l 證實本研究系統可有效去除 TOC, 並滿足水源水質標準 TOC 小於 4 mg/l 之要求 色度去除效能之實驗結果如圖 5-9, 可將原水色度 17 鉑鈷單位, 降至 1 鉑鈷單位, 符合該水質標準小於 5 鉑鈷單位 此外, 實驗得知使用活性碳進行色度去除, 效果有限, 推測原因可能為原水高濁度問題, 使顆粒附著於活性碳孔洞結構, 影響到後續活性碳吸附色度之效能 59

73 色度 ( 鉑鈷單位 ) 原水 TubeNET 活性碳 UF RO 三 去離子效能 圖 5-9 色度去除效果 本研究以原子吸收光譜儀 (Atomic Absorption Spectrophotometer, AA) 分析淨水系統之去離子效果, 以水體中最常見的鐵 鈣及鎂離子作為標的 實驗組為含離子交換樹脂模組之系統, 對照組為含砂濾模組之系統, 實驗結果如圖 5-10 及圖 5-11 圖 5-10 之水源為鹽度較高且含有些微濁度之地下水, 其原水濁度為 57 NTU 導電度為 2,180 μs/cm, 以含有離子交換樹脂模組之程序進行處理 ; 圖 5-11 之水源為含有濁度之地下水, 其原水濁度為 685 NTU 導電度為 347 μs/cm, 以含有砂濾模組之程序進行處理, 比較兩組實驗結果, 證實離子交換樹脂對於水中硬度 ( 如鈣 鎂 鐵離子 ) 等均有優良之吸附交換能力, 砂濾模組對於硬度並無去除之能力 因此, 當水源為地下水或地表水, 水中硬度含量較高時, 可採用軟水樹脂進行水中鈣 鎂離子之去除 另外, 值得一提的是,UF 對鐵離子也有些微去除能力, 比較圖 5-11 中的砂濾及 UF, 可明顯得知鐵離子濃度降低, 因鐵離子與空氣接觸時, 容易形成氧化鐵, 而被孔徑較小之 UF 薄膜 (<0.08 μm) 所攔除 60

74 離子濃度 (mg/l) 離子濃度 (mg/l) 鎂離子 鈣離子 鐵離子 原水 TubeNET 樹脂 UF RO 處理程序 圖 5-10 含離子交換樹脂模組淨水程序的離子去除效果 鎂離子 鈣離子 鐵離子 原水 TubeNET 砂濾 UF RO 處理程序圖 5-11 含砂濾模組淨水程序的離子去除效果另一方面, 淨水設備以 ph 分析數據來看, 並無太大變化, 符合法規標準 6.0~8.5 之規範 61

75 TDS 與鹽度 (ppm) 導電度 (us/cm) ph 原水 TubeNET 砂濾 UF RO 圖 5-12 ph 變化圖 5-13 為處理一般地表水或地下水的導電度 TDS 及鹽度之結果, 結果顯示, RO 模組可有效將導電度 TDS 及鹽度, 可將原水濃度由 347 μs/cm 229 ppm 及 174 ppm, 分別降至 12 μs/cm 7.9 ppm 及 6.1 ppm 其中,RO 回收率操作條件為 85%, 進水壓力約為 10 kgf/cm TDS 鹽度 導電度 原水 TubeNET 砂濾 UF RO 圖 5-13 處理一般地表水體導電度 TDS 及鹽度之效能 圖 5-14 為處理較高導電度 TDS 及鹽度之效能, 結果顯示,RO 模組可有效將導電度 TDS 及鹽度, 可將原水濃度由 2180 μs/cm 1510 ppm 及 1100 ppm, 分別降至 μs/cm 5.7 ppm 及 3.8 ppm 其中,RO 回收率操作條件為 80%, 進水壓力約為 15 kgf/cm 2 62

76 TDS 與鹽度 (ppm) 導電度 (ms/cm) TDS 鹽度 導電度 原水 TubeNET 樹脂 UF RO 圖 5-14 處理較高導電度 TDS 及鹽度之效能 四 海淡效能 地表海水之平均鹽度大約為 35 ppt, 海水導電度為 45 ms/cm, 而海水的總溶解固體物 (TDS) 一般為 15,000 ~ 65,000 mg/l TDS 值越高, 表示水中含有的雜質越多, 一般而言, 導電度越高, 鹽份越高,TDS 相對也越高 而本研究測試的海水水質條件如下 : 鹽度為 20.8 ppt TDS 為 27,500 mg/l 導電度為 41.3 ms/cm 對於海淡產水水質之要求, 一般期望 TDS 於 200 ~ 500 mg/l 圖 5-15 為海淡之實驗結果, 脫鹽率達 99.4% 以上, 而產水 TDS 為 154 mg/l, 符合海淡產水水質要求 系統主要依靠 RO 來達到脫鹽效果 其中 RO 回收率之操作條件, 一般建議操作範圍為 40~60%, 本研究操作條件則為 58% ( 進流為 3.5 LPM 濃排 2.5 LPM) 另一方面原水鹽度也會影響到操作條件, 通常每增加 100 mg/l 的鹽度, 會增加 1 psi(0.07 kgf/cm 2 ) 的透膜壓力, 因此, 鹽度或 TDS 愈高, 則操作壓力愈大, 本次測試之原水 TDS 為 27,500 mg/l, 操作壓力約為 45 kgf/cm 2 63

77 TDS 與鹽度 (ppt) 導電度 (ms/cm) TDS 鹽度 導電度 原水 TubeNET 活性碳 UF RO 圖 5-15 海淡脫鹽效果 五 除菌效能 海水淡化試驗部分, 經實驗分析結果顯示, 海水菌數為 CFU/mL, 總菌數為 , 經處理後, 海水菌數為小於 1 CFU/mL, 總菌數為小於 1 CFU/mL 如圖 5-16 於地表水試驗部分, 經實驗分析結果顯示, 原水總菌落數為 CFU/mL, 大腸桿菌為 CFU/100mL, 經處理後 UF 及 RO 產水 ( 兩者均有經過 UV 殺菌程序 ) 的總菌數及大腸桿菌數, 分別小於 1 CFU/100mL 及小於 1 CFU/mL 如圖

78 一般培養基, 總菌落數 (CFU/mL) 原水 海洋培養基, 總菌落數 (CFU/mL) 出水 圖 5-16 海淡細菌處理效果 總菌落數 (CFU/mL) UF 出水 大腸桿菌 (CFU/100mL) RO 出水 圖 5-17 地表水細菌處理效果 65

79 硝酸鹽 (mg/l) 亞硝酸鹽 (mg/l) 硝酸鹽 (mg/l) 亞硝酸鹽 (mg/l) 六 硝酸鹽氮及亞硝酸鹽氮去除效果 圖 5-18 及圖 5-19 分別為含活性碳模組及含砂濾模組淨水系統對硝酸鹽及亞硝酸鹽之處理效果 實驗結果顯示, 活性碳 砂濾 UR 及 RO, 均有降低硝酸鹽及亞硝酸鹽濃度之功效, 且硝酸鹽及亞硝酸鹽之產水濃度為 0.8 mg/l 及 0.02 mg/l, 均滿足飲用水水源水質標準 ( 硝酸鹽 <10 mg/l 及亞硝酸鹽 <0.1 mg/l) 硝酸鹽 亞硝酸鹽 原水 TubeNET AC UF RO 圖 5-18 淨水系統 ( 含活性碳程序 ) 對硝酸鹽及亞硝酸鹽之處理效果 硝酸鹽 亞硝酸鹽 原水 TubeNET 砂濾 UF RO 圖 5-19 淨水系統 ( 含砂濾程序 ) 對硝酸鹽及亞硝酸鹽之處理效果 66

80 七 處理單元程序建議 依據各節針對不同水源水質條件進行效能試驗之結果, 本研究整理出如表 5-1 淨水程序之建議 使用者可依據環境條件及應用簡易分析設備, 進行初步判斷 ( 請參考表中的主要可能發生之水源及水質初步判斷 ), 再來決定系統之處理流程, 當然, 若實在難以判斷水質條件, 則可以標準程序進行運作, 即混凝 TubeNET 砂濾 UF RO 及 UV, 當然, 若能依據水質條件進行流程調整, 淨水效能則得以提升 ( 軟水或色度有效去除 ), 如水量增加 ( 避免使用 RO 減少濃排廢水) 能耗降低( 判斷無須啟動 RO) 資源節省及操作簡化( 判斷不須添加混凝程序等 ) 針對活性碳 砂濾及離子交換樹脂分別各有其最適應用之水源, 如針對有機污染物水源, 使用活性碳程序, 可有效吸附有機物質, 對於其適用性異味廣, 可有效降低水源臭味 砂濾主要為不同細小粒徑之石材與砂粒所主成, 利用孔細大小之方式, 將原水中之泥土 砂石予以捕捉, 達到濾除之目的, 降低原水水質之濁度 離子交換樹脂則對於鈣 鎂硬度, 或其他重金屬離子具有良好交換能力, 可有效去除離子態污染物, 降低原水鈣鎂硬度或其他金屬污染物 圖 5-20 以簡單示意圖表示當遇到不同水源特性時, 其建議選擇之淨水操作流程 如當遇到中 高濁度原水, 經初步水質判斷濁度大於 500 NTU 時, 需先經過前處理程序, 加入混凝劑 8 mg/l PAC 及使用不織布攔砂, 再進入 Qwater M 程序, 程序為 TubNET 砂濾 UF 及 UV 等, 若含有其他污染物疑虞, 可啟動 RO 程序確保水質安全 ; 當水源經初步水質判斷為低濁度原水, 濁度小於 500 NTU 時, 先經過不織布攔砂程序, 再進入 Qwater M 程序, 程序為 TubNET 活性碳 UF 及 UV 等, 若含有其他污染物疑虞, 可啟動 RO 程序確保水質安全 ; 當水源經肉眼判斷具有色度而非濁度所引起, 此時, 先將水源經過不織布攔砂程序, 再進入 Qwater M 程序, 程序為 TubNET 活性碳 UF RO 及 UV 等 ; 當水源貯水後發現有嚴重水垢情形, 代表其含鐵量或其他重金屬含量甚高, 此時, 水源先經過不織布攔砂程序, 再進入 Qwater M 程序, 程序為 TubNET 離子交換樹脂 UF RO 及 UV 等 ; 當水源為海水或高鹽度原水, 經初步水質判斷導電度大於 3 ms/cm 之情況, 水源先經過不織布攔砂程序, 再進入 Qwater M 程序, 程序為 TubNET 砂濾( 或活性碳 ) UF RO 及 UV 等 67

81 主要可能發生的水源 水質初步判斷 表 5-1 面對各種不同環境的建議淨水處理程序 中 高濁度原水河川 湖泊 水庫 濁度 >500 NTU 前處理化學混凝 (8 mg/l PAC) 及不織布攔砂 低濁度原水河川 湖泊 水庫 地下水 濁度 <500 NTU 不織布攔砂 微量有機物高硬度污染河川 地下水湖泊 水庫 地下水 ( 靠近農作區 ) 色度如總鐵 >0.3 ( 肉眼看有顏 mg/l, 或靜置色, 非濁度造成 / 水煮沸後, 裝的 ) 水容器發生結垢現象 不織布攔砂 不織布攔砂 高鹽度 海水 半鹹水 高導電度高 TDS 高鹽度 不織布攔砂 第一單元 TubeNET TubeNET TubeNET TubeNET TubeNET 第二單元 砂濾 砂濾或活性碳 活性碳 離子交換樹脂或 砂濾或活性碳 除鐵錳砂 第三單元 UF UF UF UF UF 第四單元 - - RO RO RO 第五單元 UV 或加氯 UV 或加氯 UV 或加氯 UV 或加氯 UV 或加氯 備註 有其他污染物疑慮, 建議可啟動 RO 68

82 中 高濁水濁度 > 500 NTU 河川 湖泊 水庫 PAC 前過濾 TubeNET 砂濾 UF UV 低濁水濁度 < 500 NTU 河川 湖泊 水庫 前過濾 TubeNET 活性碳 UF UV 微量有機物污染水有顏色 ( 色度 ) 河川 湖泊 水庫地下水 ( 靠近農作區 ) 前過濾 TubeNET 活性碳 UF RO UV 高硬度如總鐵 >3 mg/l 或貯水後有嚴重水垢現象地下水 前過濾 TubeNET 除鐵錳砂 UF RO UV 高鹽度導電度 >3 ms/cm 海水 半鹹水 前過濾 TubeNET 活性碳 UF RO UV 圖 5-20 面對各種不同環境之建議淨水處理程序簡單示意 69

83 陸 推廣與應用 一 救災應用實例 1. 蘇力颱風救災紀錄於今年 7 月 5 日工研院院慶時, 馬總統 邱縣長 陳超明立委對此緊急淨水技術讚許, 並於總統府新聞稿上說明, 可量產廣泛應用於救災, 因此, 此次蘇力颱風來襲, 水利署特別指示希望能出動緊急淨水設備, 幫助民眾 工研院團隊於 7 月 12 至 13 日颱風來臨前即完成整備工作, 隨時可出動救援 ( 圖 6-1) 此次蘇力颱風帶來的強風豪雨造成全台各地災情頻傳, 為台灣北部 中部帶來驚人風力與雨量, 造成全國至少 3 人死亡 1 人失蹤 123 人受傷 圖 6-1 Qwater 緊急淨水系統整備工作水利署防災中心於 7 月 15 日告知工研院團隊, 新竹縣北埔鄉因受颱風影響造成上坪溪水暴漲, 其知名景點北埔冷泉地基掏空, 所夾帶的土石泥流已嚴重堵塞南坑自來水廠之取水口 ( 圖 6-2), 且因原水高濁度問題導致水場短期內無法供水, 使得鄉村居民面臨無水可用之窘境 因此工研院團隊緊急與北埔鄉公所連絡, 告知此次救災任務概況及確認聯絡窗口與缺水地區後, 立即將 2 套 Qwater 淨水設備運至北埔鄉進行救災任務 圖 6-2 北埔鄉缺水狀況 70

84 到達新竹縣北埔鄉後首先須尋找淨水水源, 本團隊在評估水源水質及取水地點 之合適性後, 選擇在上坪溪下游處抽取河川高濁度原水進行淨水工作 ( 圖 6-3) 圖 6-3 Qwater 設備淨水地點在執行救災任務時, 不斷有民眾上前詢問是否能取水, 表示家中已停水 2 天無乾淨水源可使用, 因此在與北埔鄉涂鄉長連繫後, 決定將 Qwater 緊急淨水設備之乾淨產水以 10 公升水桶收集, 送到鄉公所保存以發放給需要的民眾 ( 圖 6-4) 中午過後山上下起雷陣雨, 雨勢一度大到連馬路都變成河川, 為考量人員及設備安全於是決定更改抽水位置, 將 Qwater 淨水設備改抽取高濁度之山泉水, 以利救災淨水任務順利進行 圖 6-4 Qwater 設備淨水工作紀錄 71

85 隔日 (7 月 16 日 ) 在與北埔鄉公所涂鄉長開會之後, 確認於當日及明天開始發放 水給缺水民眾, 總計 Qwater 緊急淨水系統共產水 300 桶水 (3000 公升 ), 當日已發放 約 150 桶水 ( 大湖村 缺水民眾等 ), 明日預計將其餘桶數發放完 ( 圖 6-5) 圖 6-5 發放乾淨水源物資 7 月 17 日於北埔鄉公所前持續發放水給有需求之民眾, 如圖 6-6 所示, 參與人包含水利署水利防災中心涂依雯 工研院材化所王先知副所長 北埔涂春海鄉長 邱紹文秘書 彭國榮主席 自來水公司吳主任 北埔各村長 里長 缺水民眾等 圖 6-6 北埔鄉長等長官參與物資發放為確保人民飲用水於身體健康之安全性, 在 Qwater 淨水系統產水物資發放前, 特別委託清華檢驗公司分析河川原水及 Qwater 產水之水質數據, 由下圖 6-7 可知 Qwater 產水在濁度 大腸桿菌及總菌落數方面皆符合飲用水標準 ( 濁度 < 2 NTU 大腸桿菌 < 6 MPN/100 ml 總菌落數 < 100 CFU/mL) 72

86 圖 6-7 水質檢驗分析數據 2. 潭美颱風救災紀錄潭美颱風於 8 月 21 日來襲, 所挾帶之雨勢造成自來水公司火炎山明隧道外幹管被沖毀, 苑裡 通霄 西湖 後龍等四鄉鎮約一萬六千戶停水, 因仍下著間歇性大雨, 土石持續滑落, 搶修困難 ( 圖 6-8), 預計將於 8 月 24 日完成搶修工作 73

87 圖 6-8 怪手機具搶修被火炎山土石流沖毀的自來水管線水利署防災中心於 8 月 22 日告知苗栗縣多處鄉鎮有缺水需求, 因今年執行水利署 多元化水源機動式緊急淨水設備研發 計畫, 所研發之淨水設備可淨化海水 地下水等水源, 而潭美颱風造成苗栗縣缺水地區多處為靠海鄉鎮, 因此工研院團隊選擇在苗栗縣後龍鎮外埔漁港 ( 圖 6-9), 抽取漁港旁之海水進行緊急救災淨水任務 圖 6-9 苗栗縣後龍鎮外埔漁港救災任務進行時間歇性強風豪雨不斷, 讓多元化水源機動式淨水設備運作備受考驗, 所幸本團隊人員應變及時, 加強固定車體基座及覆蓋發電機等電器設備, 以利救災淨水任務順利完成 ( 如圖 6-10) 當日多元化水源機動式淨水設備共運作 5 小時, 總產水量達 950 公升, 處理後之乾淨水源提供漁港旁海巡署作為生活用水之用 多元化水源機動式淨水設備之產水及處理前之海水, 經由工研院水質分析實驗室進行水質化驗後, 分析結果如下表 6-1 所示, 產水皆符合飲用水標準 表 6-1 多元化水源機動式淨水設備效能驗證 導電度 (μs/cm) 濁度 (NTU) 海水總菌落數 (CFU/ ml) 原水 35, 產水

88 圖 6-10 多元化水源機動式緊急淨水設備救災工作紀錄 75

89 3. 天兔颱風救災紀錄 天兔颱風後 (09/19~09/22), 再次於北埔冷泉旁, 進行淨水效能測試, 如圖 6-11 此次原水濁度並不高 (50~150 NTU 間 ), 產水濁度均小於 1 NTU 圖 6-11 天兔颱風災後工作紀錄 76

90 二 論文發表 1. 水利署計畫成果發表會水利署於 101 年度辦理之水資源科技發展 一般行政 水資源企劃與保育 水資源開發與維護 河川與排水管理及河川海岸及排水環境營造等委辦計畫成果豐碩, 編纂委辦計畫成果摘要彙編並辦理成果發表會, 對外發表水利署 101 年度執行各項委辦計畫之相關成果, 並冀由與會專家之討論與建議, 協助水利署掌握符合時勢之水資源政策發展趨勢及其未來施政之規劃方向 本團隊針對前兩年研究計畫成果撰寫 研發村落型緊急供水技術之研究- 綠能快組式之高濁度原水淨水系統 論文一篇, 並於 6 月 26 日於逢甲大學進行發表, 會議議程 ( 表 6-2) 與相關海報 論文內容 ( 圖 6-12) 如下所示 表 6-2 水利署成果發表會議程 時間第二日 6 月 26 日 ( 三 ) 08:30~09:00 報到 啟垣廳第四國際會議廳第六國際會議廳 主題防災研究 III 氣候變遷調適 II 地下水與地層下陷 水利署謝政道副總工程司主持人逢甲大學方耀民副教授研發村落型緊急供水技術之研究 - 13:00~13:30 綠能快組式之高濁度原水淨水系統 東北沿岸海嘯溢淹潛勢圖製作之 13:30~14:00 研究 14:00~14:30 人工增雨技術研發評估計畫 水利署工程事務組陳順天組長逢甲大學蘇惠珍副教授 氣候變遷下異常事件對既有 水庫安全風險與改善對策研究因應氣候變遷區域淹水模擬與災害管理規劃技術研究氣候變遷下台灣地區地下水資源補注之影響評估 水利署水文技術組張廣智組長交通大學林志平教授澎湖地區地下水整體保育策略規劃應用資料同化方法推估區域地下水利用之研究地層下陷分佈式水壓與沉陷監測系統規劃及測試 14:30~14:45 意見交流意見交流意見交流 賦歸 77

91 圖 6-12 水利署成果發表會海報及論文摘要 2. 第 21 屆水利工程研討會本團隊彙整前兩年 Qwater 淨水設備研發成果, 及今年多元化水源機動式緊急淨水設備之初步設計概念, 撰寫 村落型緊急供水技術之開發與應用 論文一篇, 於今年 10 月 26 日在宜蘭大學進行發表, 研討會資訊如圖 6-13 所示, 當天議程如圖 6-14 所示 圖 6-13 水利工程研討會資訊 78

92 圖 6-14 水利工程研討會議程 79

93 三 技術推廣 1. 新竹縣 102 年災害防救演習有鑑於近年來溫室效應加速全球暖化, 導致全球氣候異常 各地天然災害頻傳, 新竹縣為提早備戰防颱 防汛工作, 已於 4 月 26 日上午 9 時起假橫山九讚頭車站 大肚村老人文康中心及竹東鎮河濱公園等地舉辦 102 年度災害防救演習, 模擬因泰利颱風侵襲致災民進行疏散及收容作業, 期能透過新竹縣潛勢災區居民實際參與, 以社區基層為主體進行整備工作提昇社區抗災 避災 減災之預防措施, 讓社區民眾熟知防救災資訊, 以利於災害發生時能夠 自救及互救, 順利進行自主防災疏散避難及收容作業, 以降低災害損失 本次演習邀請工研院與紅十字總會共同參與, 應用工研院與水利署水利防災中心共同研發出之 Qwater 淨水技術, 模擬在災難發生時如何於收容所內安置災民之生活起居及飲用水需求, 相關照片如圖 6-15 圖 6-15 新竹縣 102 年災害防救演習活動照片 80

94 2. 第 16 屆台北國際安全博覽會暨台灣智慧安全城市高峰會 - 智慧災害防救展示今年展會以 科技再進化, 安全管理更 Smart 為主軸, 邀請來自全球 19 國 510 家國內外廠商, 提供從前端關鍵技術 中端設備與軟體應用 後端系統整合等實體與虛擬網路安全的最新科技, 包含 : 安控電子 高畫質監控 門禁整合 生物辨識 防盜 / 警用 智慧建築 智慧防災 車用電子 消防 工業安全 建築安全以及資安設備等, 提供政府 企業及國內外買主掌握最新科技發展所帶來的智慧安全新應用 此外, 展會持續關注智慧城市議題, 與政府和企業合作舉辦 2013 台灣智慧安全城市高峰會, 從 智慧防災 與 智慧安全 兩大層面著眼, 讓各級政府掌握安全科技新趨勢, 為台灣打造優質的智慧安全城市 工研院與水利署水利防災中心共同研發出之 Qwater 淨水系統, 平時可作為簡易自來水處理系統, 並依當地需求進行系統之並聯以擴展供水量, 提供當地居民使用 緊急狀況災難發生時, 淨水系統具有快速組裝之特點, 可移動至有需求處進行緊急淨水與供水, 另可衍生與運輸結合, 達到系統能於水陸或陸路上快速移動進行服務, 於災難緊急救援中扮演重大角色, 此技術經長官們認同且相當符合此次台北國際安全博覽會之 智慧防災 議題, 故有幸受邀參與展覽, 相關照片如下圖 6-16 圖 6-16 智慧災害防救展示活動照片 81

95 3. 工研院展示館 Qwater 展品工研院近年針對六大新興產業 四大智慧型產業 十大服務業的發展而研發, 更特別於展示館將近年重點研發一一呈現, 從生醫科技 節能減碳 先進技術製造 寬頻網路應用 緊急淨水處理技術, 到名揚國際的超薄軟性音響喇叭 REDDEX 環保防火耐燃材 (2010R&D) 等多項國際級科技, 其中 Qwater 淨水系統淨水技術亦受工研院內長官肯定, 於展館內設置小型 Qwater 淨水系統進行展示並可實際進行運作, 預計每天可處理展示館內生態水池 3 噸水量循環再利用, 另設計說明背板及專人講解, 可讓外賓或參觀民眾了解先進水處理技術之淨水程序及應用時機, 以利 Qwater 淨水技術應用推廣, 相關設計圖如下圖 6-17, 實際設備照片如圖 6-18 圖 6-17 工研院展示館 Qwater 展品設計圖 圖 6-18 工研院展示館 Qwater 展品照片 82

96 4. 技術移轉成果本團隊於前兩年計畫中與水利署防災中心共同研發 Qwater 緊急淨水技術, 並於中華民國 100 年以 模組化淨水設備 申請中華民國與大陸新型專利, 隔年 5 月 21 日獲證, 此專利所有權為水利署所有, 如圖 6-19, 此專利揭示一種創新的處理高濁度水體之淨水模組, 由高效率傾斜板沉澱單元 軟質多孔性擔體單元 超濾膜單元 殺菌單元等至少四道淨水單元所組成, 以上四個主要淨水單元, 均為套裝式淨水模組, 可快速組裝成一種淨水系統 圖 6-19 模組化淨水設備專利證書目前 Qwater 緊急淨水技術已與水之源公司進行技術授權洽談, 初步技術授權金額定為 120 萬元, 但詳細合作內容及日後販售淨水系統所需繳納之權利金額, 則會與工研院相關單位聯絡進行確認, 此外, 未來將可持續技轉給其他有意願的廠商 5. 大愛電視台綠色幸福學 -Qwater 專題節目 - 清水之愛 83

97 四 救災網絡關係建立與設備應用規劃 1. 佛教慈濟慈善事業基金會佛教慈濟慈善事業基金會為國際上知名的慈善團體, 當國內國外有災難發生時, 必定會看到藍天白雲的身影, 其動員效率之高 幫助災民之大愛, 受到國際上大眾的肯定, 因此, 本計畫若能與佛教慈濟慈善事業基金會合作, 則可將多元化機動式緊急淨水系統的原型機設備, 更加落實應用 另一方面, 有感於大陸 4 月份發生的雅安震災, 慈濟也打算著手進行淨水餐車的開發, 可以提供民眾熱食與熱飲, 下圖 6-20 為慈濟的初步設計構想, 內含本研究的淨水設備, 並由本研究團隊進行設計與繪圖 圖 6-20 慈濟淨水餐車 84

98 2. 中華民國紅十字會中華民國紅十字會為因應台灣特有之災害類型, 以技術精良且有救災經驗的志工籌組成專業之救難志工團隊, 並且不定期的給予專業之培訓, 以培養救災志工之專業能力 目前全省約有 1 千 7 百多名專業救災志工, 另有原本隸屬於急救團隊或水上救生安全志工團隊的志工們, 於必要時亦肩負救難與救災之任務, 全台紅十字會救災 ( 難 ) 隊編列如下表 6-3 表 6-3 紅十字會救災 ( 難 ) 隊全省編制 單位 總會 隊名 救災隊第一 二 三 四大隊 三重同心救難隊 台灣省分會 雙和同心救難隊 新店同心救難隊 台北市分會 台北縣支會 災難救護特勤隊 救難大隊 南投救難服務隊 鹿谷救難服務隊 南投縣支會 草屯救難服務隊 竹山救難服務隊 水里救難服務隊 埔里救難服務隊 台中縣支會彰化縣支會屏東縣支會高雄縣支會台東縣支會 救難后里隊彰化救難大隊恆春救難隊救災服務隊救難服務隊 因此, 工研院團隊今年所研發之多元化機動式淨水設備, 可提供於中華民國紅 85

99 十字會作實際應用, 憑藉紅十字會多年來之救災經驗, 先行研判災難發生時易缺水及適合架設緊急淨水設備之地點, 由工研院團隊向各地志工們進行教育訓練, 以利在平時設備維護與緊急狀況下淨水設備能正常發揮效用 日前紅十字總會處長特地拜訪本團隊主動提出緊急淨水系統合作之需求 ( 圖 6-21), 工研院陳建宏資深研究員也向陳處長介紹本計畫今年之研究方向與預期產出之淨水系統規格, 而紅十字總會也表達強烈合作意願, 未來將在拜訪水利署長官, 討論進一步之合作重點 此外, 紅十字會表示, 期望能與水利署 / 工研院簽署合作協議, 以加深與落實救災合作的關係 圖 6-21 紅十字會長官討論會議 3. 國軍陸軍單位國軍現行投入災害救援方式, 由國防部訂定國軍災害防救計畫, 規劃以現役部隊為救災主力, 以作戰區為主體, 將全國以直轄市 縣 ( 市 ) 行政區域劃分救災責任分區, 由作戰區指揮官負責或指派專人指揮, 指定區域內的國軍部隊 學校 單位負責救災分區內災害救援任務, 平時並與當地政府首長建立經常性聯絡管道, 直轄市 縣 ( 市 ) 後備指揮部派遣聯絡官進駐直轄市 縣 ( 市 ) 政府, 當有災害發生之虞時, 即依相關階段劃分之行動準據, 規範救災應變中心開設 正副主官依規定留值 官兵休假彈性調整 兵力與機具前推預置等整備工作 當地方應變中心成立或發生重大災害時, 聯絡官進駐災害應變中心了解狀況, 並接受直轄市 縣 ( 市 ) 政府申請國軍支援救災, 而中央災害防救業務主管機關則直接 86

100 向國防部提出申請, 由國防部逕行核定並派遣部隊支援 地區後備指揮部接到直轄市 縣 ( 市 ) 政府申請後, 立即轉向作戰區申請, 作戰區指揮官儘速核定, 以電話回覆直轄市 縣 ( 市 ) 政府及中央災害應變中心兵力派遣情形, 並向國防部回報 各作戰區平時成立救災應變部隊, 由執行戰備 反恐及應變部隊兼任, 當無預警災害發生時, 例如大地震, 立即於十分鐘內出動, 後續部隊完成整備後再行投入救災 平時則於營區內預置救災兵力及機具, 當有預警發佈, 中央應變中心一 二級開設時, 依據作戰區的命令前推部署到各鄉鎮市地區, 俟災害發生時投入救援 當救災兵力不足時, 則運用應召教育召集的後備軍人, 編成後備部隊納入作戰區管制協助救災, 國軍災害應變程序流程如圖 6-22 圖 6-22 國軍災害應變程序流程圖全世界複合式災難發生日趨頻繁, 國軍為捍衛家園的主力, 是災難後的第一線救災人員, 具有人力 設備資源豐富的優勢 而水利署水利防災中心為台灣水利救災方面的最高行政單位, 掌握水利救災資訊與資源 ( 如行動水情 app 自主防災社區 Qwater 淨水設備 救災背包等 ), 兩單位資源整合, 必事半功倍 藉助國軍的力量, 落實水利署淨水設備救災的應用, 同時國軍也獲得救災利器, 獲取大眾的支持與愛載 水利署提供技術 設備與資訊, 國軍提供人員動員, 兩單位的緊密合作, 可使民眾於災難發生後的生活更有保障, 此事也必受到社會大眾與政府高層的支持, 提 87

101 高國軍戰力 因此, 建議未來可由水利署 / 工研院提供陸軍司令部一套機動式淨水設備進行應用與測試, 但設備財產仍為水利署 國軍與工研院共同進行測試應用後, 可依據測試結果進行設備優化, 若未來需要多套設備應用時, 國軍則可進行採購訂製 未來災時用水需求發生時, 則由國軍動員出動該淨水設備進行服務, 水利署及工研院並派員支援作為技術支援 五 救災應用模式建議 圖 6-23 供水服務運作說明建議 當緊急淨水任務之供水時間小於五天時, 由負責單位運送及操作設備 ( 如紅十字會 國軍 工研院等 ), 進行定點供水, 並通知民眾自行攜帶裝水容器取水 倘若供水時間超過五天時, 則由負責單位運送與架設淨水設備 ( 如紅十字會 國軍 工研院等 ), 並訓練當地人員進行操作, 共同操作五天後, 則由當地人員進行操作, 進行定點供水, 並通知民眾自行攜帶裝水容器取水 結束後, 則通知相關負責單位運回貯存地點進行設備維護 為確保緊急淨水設備產水水質之安全, 工研院團隊會於現地進行產水水質分析, 即使本設備已進行多項試驗證實產水水質之細菌符合該水質標準規範, 但避免因管線 裝水容器及水體保存過程中發生污染, 仍需宣導民眾自行煮沸後使用 此外, 淨水系統產水供水時, 亦會採取水樣交送第三公正單位 ( 認證實驗室 ) 進行水質分析, 保障災民飲用水之安全性 在救災任務結束後, 建議可建立回饋單制度, 給民眾或使用者進行填表勾選與意見回饋 ( 有填單者建議設計有限量小禮物可拿 ), 負責單位以電話 郵件 電郵等方式, 與民眾或使用者進行詢問與關懷, 待資訊整合後告知水利署, 並進行檢討該次任務有無須改善之處, 以達到救災任務之盡善盡美 88

102 問題 / 程序 說明 重點 何時啟動淨水救援 1. 颱風 地震 戰爭等天災人禍發生時或發生後, 導致較大規模的村落 (50 人以上 ) 缺水情況發生 2. 自來水或簡易自來水廠因非預期事故, 導致較長時間 ( 三天以上 ) 的停止供水 3. 有協助邦交國 友好國家或配合國家政策之需求時出動 1.>50 人 2.> 三天 3. 配合政府特殊需求 如何得知供水需求 如何申請供水支援 接獲申請由誰決策 設備誰有由誰執行 1. 水利署水利防災中心提供缺水需求資訊 2. 各縣市政府 鄉鎮公所提出需求 ( 最合乎流程, 但行政程序繁雜可能會太慢 ) 3. 國軍提出需求 4. 非政府組織的團體 ( 如紅十字會 慈濟 扶輪社 社區管理委員會 ) 提出需求 ( 是否要開創管道或平台, 供他們告知供水需求 ( 前提為需求人數要大 )) 1. 透過水利署水利防災中心資訊平台或管道, 由需求單位進行申請, 再由防災中心審示是否允許進行救援, 許可條件包含 :(1)>50 人 (2)>3 天 (3) 交通條件 (4) 場地空間 (5) 當地人員是否可配合 (6) 其他 2. 利用相關合作單位既有的行政制度或管道 ( 國軍 紅十字會 ) 進行申請 1. 水利署水利防災中心進行核可, 准許後通知配合執行單位 ( 如工研院 紅十字會 國軍等 ) 執行 2. 由合作配合單位主管自行核可, 如國軍 紅十字會等, 但須知會水利署 ( 此項的相關權利 義務及責任與水利署無關 ) 1. 紅十字會 (5 CMD*1 緊急淨水車 5 CMD *1), 配合水利署或自行決策執行 2. 國軍 (15 CMD*1 緊急淨水車 5 CMD *1), 配合水利署或自行決策執行 3. 工研院 (5 CMD*1( 自有資金 原本菲律賓 )) 配合水利署委託計畫執行 4. 未來規劃 :(1) 合作單位淨水設備增加 (2) 潛勢風險區配置設備 ( 如南投仁愛鄉 ) (3) 北中南東靠近風險潛勢地區配置設備幾套 ( 建議初期各兩套 ), 可考量放置於鄉政公所 國軍 ( 優先 ) 學校或消防單位等 1. 防災中心指示 (Top down) 2. 地方行政 / 民間組織提出需求 (Bottom UP) 1. 資訊平台及聯絡管道 2. 合作單位既有體制下的管道 1. 防災中心決策 2. 配合單位自行決策但知會水利署 1. 防災中心決策 2. 配合單位自行決策但知會水利署 如何供水誰來協助 1. 供水時間小於五天時, 由負責單位運送及操作設備 ( 如紅十字會 國軍 工研院等 ), 進行定點供水, 並通知民眾自行攜帶裝水容器取水 2. 若供水時間超過五天, 則由負責單位運送與架設淨水設備 ( 如紅十字會 國軍 工研院等 ), 並訓練當地人員進行操作, 共同操作五天後, 則由當地人員進行操作, 進行定點供水, 並通知民眾自行攜帶裝水容器取水 結束後, 則通知相關負責單位運回 1.< 五天, 合作單位操作 2.> 五天, 當地人員合作協助 如何確保水質安全 1. 於現地進行產水水質分析 : 濁度 <2 NTU ph 為 6~8 導電度 <800 μs/cm 2. 即使已有多項試驗證實產水水質的細菌符合飲用水水質標準, 但避免因管線 裝水容器及水體保存過程中發生污染, 故宣導民眾自行煮沸後使用 3. 產水供水時, 送第三公正單位 ( 認證實驗室 ) 進行水質分析 1. 現地水質檢測 2. 煮沸再使用 3. 認證實驗室分析 事後關懷如何進行 1. 建立回饋單制度, 給民眾或使用者進行填表勾選與意見回饋 ( 有填單者建議設計成有小禮物可拿, 限量 ), 負責單位進行資料整合後, 進行檢討改善, 並告知水利署 2. 由負責單位以電話 郵件 電郵等方式, 與民眾或使用者進行詢問與關懷, 資訊整合後, 進行檢討改善, 並告知水利署 1. 回饋單 ( 被動 ) 2. 主動關懷 新聞採訪如何管控 1. 統一由水利署水利防災中心進行新聞發布 2. 其他合作單位 ( 工研院 國軍 紅十字會等 ) 接受採訪, 需知會水利署 水利署統籌規劃與發布新聞 圖 6-23 供水服務運作說明 89

103 此外, 為因應未來發生災難時的緊急淨水與供水問題, 水利署防災中心與工研院合作開發一種新型態套裝式緊急淨水模組 : 村落型緊急淨水 Qwater 系統, 此系統可移動至有需要處進行淨水及供水, 具備快組 (Quick) 豐沛( 出水能力強 )(Quantity) 及優質 (Quality) 等功能特性, 故不怕因颱風過後高濁度原水水質條件差而導致產水水質不合格 ; 不用擔心設備運送困難 難組裝及組裝時間長 ; 不用擔心災區空間有限而無法建置淨水系統 Qwater 於平時亦可為一種高效簡易自來水系統, 當災難發生時則能移動至附近災區進行緊急淨水與供水, 經實場操作驗證, 濁度於 1000~3000 NTU 之高濁水, 經處理後產水水質能符合飲用水水質標準, 包含濁度 總菌數 大腸桿菌數等指標 而目前全台 Qwater 緊急供水設備數量及地點如下 : 桃園縣復興鄉 羅浮國小 2 套 15 CMD Qwater 系統 新北市金山區 法鼓山 2 套 15 CMD 綠能 Qwater 系統 新北市三重區 慈濟 Qwater 淨水船 5 CMD 新竹縣寶山鄉 水利署備援 15 及 5 CMD Qwater 系統各一台 新竹縣寶山鄉 工研院備援 2 套 5 CMD Qwater 系統 新竹縣寶山鄉 水利署備援 2 台多元化水源機動淨水車 5 CMD 由上述資料可知, 目前全台灣備有 Qwater 緊急淨水設備 15 CMD 共 5 台 5 CMD 共 3 台, 另備有 2 台多元化水源機動淨水車 5 CMD, 可處理海水 地下水等多種水源 因此, 當下列情況發生時, 則可立即出動進行緊急淨水任務 : 1. 颱風 地震 戰爭等天災人禍發生時或發生後, 導致較大規模的村落 (50 人以上 ) 缺水情況發生 2. 自來水或簡易自來水廠因非預期事故, 導致較長時間 ( 三天以上 ) 的停止供水 3. 有協助邦交國 友好國家或配合國家政策之需求時出動 90

104 六 Qwater 設備維護 目前 Qwater 緊急淨水系統已設置於桃園縣復興鄉羅浮國小 ( 民國 100 年 7 月 ) 及新北市金山鄉法鼓山佛教文化園區 ( 民國 101 年 8 月 ) 進行運作, 工研院團隊皆定時至兩地進行水質採樣及檢測, 且每半年進行 Qwater 淨水系統設備維護及清洗工作, 以確保飲用水之安全性 設備維護相關照片如下所示 : 圖 6-24 羅浮國小 Qwater 模廠 ( 左 ) 及法鼓山 Qwater 模廠 ( 右 ) 1. 桃園縣羅浮國小 Qwater 淨水設備維護設置於桃園縣羅浮國小 Qwater 淨水設備至今已運轉約 2 年多時間, 期間在設備操作上功能一切正常, 本團隊亦定期更換淨水耗材 (UV 燈管 液位控制器等 ) 及反洗工作, 並於颱風過後進行淨水設備維護及保養工作, 如圖 6-25 及圖 6-26 所示, 確保 Qwater 系統各淨水單元功能正常, 提供羅浮國小內師生有乾淨飲用水可用 羅浮國小定期巡檢保養檢查表如表 6-4 所示 91

105 圖 6-25 羅浮國小 Qwater 設備維護及採樣工作 圖 6-26 羅浮國小 Qwater 設備於颱風後進行反洗工作 92

106 表 6-4 羅浮國小定期巡檢保養檢查表 日期 水表 ( 度,m 3 ) 電表 ( 度,kwh) 備註 102/05/ 調整浮球 102/05/ /06/ 更換 UV 燈管 102/06/ /07/ 反洗 102/07/ /08/ /09/ 新北市法鼓山 Qwater 淨水設備維護設置於新北市法鼓山 Qwater 淨水設備至今已運轉約 1 年多時間, 因此 Qwater 設備另設有綠能發電裝置 ( 風能及太陽能 ), 故在定期維護保養上頻率較為頻繁, 本團隊如同羅浮國小設備維護模式, 定期更換淨水設備耗材 (UV 燈管 液位控制器浮球 電池等 ) 及反洗工作, 如圖 6-27 及圖 6-28 所示, 確保 Qwater 系統各淨水單元功能正常, 提供法鼓山園區內師父們有乾淨飲用水可用 法鼓山定期巡檢保養檢查表如表 6-5 所示 93

107 圖 6-27 法鼓山 Qwater 設備綠能發電系統電池更換 圖 6-28 法鼓山 Qwater 設備維護及採樣工作 表 6-5 法鼓山定期巡檢保養檢查表 日期 水表 ( 度,m 3 ) 電表 ( 度,kwh) 太陽能 (kwm) 備註 102/5/ /5/ 上午 ( 調整浮球 ) 102/5/ //6/ /6/ 反洗 102/6/ /6/ 更換太陽能電池及 102/7/ /7/ 反洗 102/8/ 電動閥維修更換 102/8/ /9/

108 P P P P P P P P P P P P P P 3.Qwater 淨水設備水質分析本團隊每月在執行 Qwater 淨水設備維護工作時, 皆會採取原水及設備出水進行水質分析, 水樣運送過程中以冰袋維持低溫避免細菌滋生汙染樣品, 水質分析項目包含總有機碳 總菌落數及大腸桿菌, 其該水質標準規範分別為 2 ppm 100 CFU/ ml 及 6 CFU/ 100 ml, 由下表 6-6 及表 6-7 可看出, 羅浮國小及法鼓山 Qwater 淨水設備支出水除了一兩次水樣受汙染之外, 其餘水質分析結果皆符合飲用水標準 表 6-6 羅浮國小 Qwater 淨水設備水質分析結果月份項目 TOC 總菌落數 (T) 大腸桿菌 (E) 102/5 102/6 102/7 102/8 102/9 102/10 102/11 原水 P 出水 原水 P P 出水 原水 P P 出水 P 原水 P 4 10P 出水 原水 P P 出水 原水 P 出水 原水 P 出水 表 6-7 法鼓山 Qwater 淨水設備水質分析結果 月份項目 TOC 總菌落數 (T) 大腸桿菌 (E) 102/5 102/6 102/7 102/8 原水 P P 出水 原水 P P 出水 原水 P 出水 原水 P P 出水

109 P 102/9 102/10 102/11 原水 P 出水 原水 P 出水 原水 出水

110 柒 結語 1. 本計畫已完成多元化水源機動式模組化設備 Qwater M 與系統設計, 其設計原則著重在使民眾容易使用 維護 組裝 運輸及確保飲水安全, 針對多元化水源種類, 係包括高濁度原水 地表水 ( 湖泊 河川 山泉水 ) 地下水 海水等水質特性, 開發出具快組功能的小尺寸套裝設備, 使系統能依據水源不同進行淨水單元快組搭配, 主要單元包含 TubeNET 模組 砂濾 ( 或活性碳 離子交換樹脂等 ) 模組 UF 模組 RO 模組及 UV 殺菌等, 另搭配發電機 電熱水機與可攜式水質分析設備 2. 已完成 Qwater M 詳細的技術資料, 包含 P&ID 細部設計圖 電路圖 自動化控制系統 控制邏輯 設備規格表, 並完成一套多元化水源機動式緊急淨水系統雛型機及優化後的 Qwater M 原型機等 3. 本計畫已建置一套可攜式多元化水質分析設備, 可以即時分析的項目, 包含濁度 ph 值 硝酸鹽氮 亞硝酸鹽氮等多項水質項目 此設備係以一行動手提箱為載具, 內設有一電極式水質分析儀 (GOnDO PCT-407) 濁度計(TN100) 試紙型分光光度計 (Exact micro 20) 等 4. 於效能驗證部分, 本研究於最高原水濁度 4,000 NTU 條件下, 連續正常運作 9 小時, 使產水濁度小於 1 NTU, 總菌數小於 1 CFU/mL 針對海水 半鹹水或地下水等水源, 於原水導電度大於 20 ms/cm 條件下, 連續正常運作 9 小時, 使產水導電度小於 50 μs/cm, 總菌數小於 1 CFU/mL 可處理水量範圍於 200~420 L/hr 5. 本研究已於今年蘇力 潭美及天兔颱風期間, 搭載小於 3.5 噸的運輸工具, 出動緊急淨水設備進行救災, 設備於現場就定位後,20 分鐘即開始出水 6. 在救災網絡關係建立與設備應用規劃的部分, 本計畫已聯繫佛教慈濟基金會 中華民國紅十字會等單位, 盼能利用緊急淨水技術結合慈濟基金會 紅十字會等團體在救災之能量, 合力進行災後之人道救援任務, 落實救災應用 1. 於技術推廣與應用部分, 本計畫已遠超出目標, 包含 (1) 技術移轉 120 萬元 ; (2) 配合新竹消防局進行救災演習 ;(3) 南港展覽館智慧化災害防救展示 ; (4) 工研院展示館 ; (5) 水利署成果發表會 ; (6) 大愛電視台 - 綠色幸福學 - 清水之愛 Qwater 節目專題 ; (7) 新竹地區聯合報介紹進行多場緊急淨水技術之推廣與應用 ; (8) 宜蘭大學研討會 ; (9) 5 及 15 CMD Qwater 備援設備建置 97

111 參考文獻 1. 鄒文源 張王冠 洪仁陽 吳漢松 莊順興, BioNET 生物程序處理自來水原水之研究, 自來水會刊, 第 18 卷第 4 期,p22-33 (1999) 2. 張添晉, 羅浮簡易自來水水源取水工程改善方案, 桃園縣政府環境保護局 (2006) 3. 滿足渴望 沈柏聰 移動式貨櫃型緊急淨水設備, 慈濟月刊第 512 期 (2009) 4. Chung, L. C., Shao, H., Horng, R.,Y., Liang, T. M., Hu, Y. J., Huang, M. S., Liu, P. I., Chang, M. C., A Submerged Non-woven Sheet/Photocatalytic Reactor System for Removal of NP-9 in Water, IWA Specialist Conference on Oxidation Technologies for Water & Wastewater Treatment, Berlin, Germany. (2009) 5. 洪仁陽 夏工傑 陳建宏 蕭碧蓮 周珊珊, BioMF 薄膜技術在緊急救災用水之應用, 中華民國自來水協會會刊, 第 29 卷, 第二期, 第 頁 (2010) 6. 我國國軍投入災害救援之研究, 元智大學社會暨政策科學學系陳勁甫副教授 (2011) 7. 研發村落型緊急供水技術之研究 (1/2)- 綠能快組式之高濁度原水淨水系統 (2011), 經濟部水利署 8. 研發村落型緊急供水技術之研究 (2/2)- 綠能快組式之高濁度原水淨水系統 (2012), 經濟部水利署 9. 婁中恆, 急難淨水設備之特性分析與篩選模式探討 (2013), 國立交通大學工學院永續環境科技學程碩士論文 98

112 1. 提案審查委員意見回覆 附件一委員意見報告回覆 委員意見 意見回覆 張良平主席 一 因計畫強調其機動性, 故需注意設備感謝委員提醒, 本計畫研發的設備, 將朝 尺寸 向小型模組化的開發方向努力 感謝委員建議, 設備應用的定位, 目前規劃為災後救災應用工具, 並可於災前在幾二 設備應用的定位須更加清楚 並建議個風險潛在區域放置緊急供水設備點 此可在幾個風險潛在區域佈點, 以提高救災外, 本計畫將與水利署 國軍 紅十字會 應用的效能 慈濟等救災團體合作, 來提高本計畫成果的應用廣度與動員效能 感謝委員建議, 相關設備救災時所需的材料 備品, 如 UV 燈 化學藥品 薄膜 三 須注意後勤備料的工作, 使救災行動軟管 油料等, 將於平時即準備好, 此外, 得以順利 本計畫並額外製作一套 15 CMD 及 5 CMD Qwater 淨水備援設備, 作為台灣災 時應用的救災工具 水利署防災中心謝明昌委員 四 計畫中提到針對多元化水源進行處理 淨化, 請問多元化水源類型及其判斷依據 為何? 感謝委員意見, 本計畫所提及之多元化 水源包含高濁度原水 地表水 ( 湖泊 河 川 山泉水 ) 地下水 海水等, 其判斷 依據主要以原水水質及供水地理位置而判斷, 此外, 本計畫另研發攜帶式水質檢驗設備, 可分析項目有濁度 導電度 硬度等指標, 可根據設備水質分析結果, 確認原水及產水水質, 確保民眾用水安全 99

113 五 請初步規劃計算用此設備之造水成 本 感謝委員意見, 因多元化水源淨水系統 仍在研發階段, 尚未進行操作測試與效 能驗證, 故詳細成本數據尚未確定, 目前預估約為 30 元 / 噸水 黃金山委員感謝委員意見, 遵照辦理, 煮水設備並建置有兩種設備, 一為電開水機, 電力來源六 台灣民眾習慣飲用開水, 建議增加煮為發電機, 另一為木汽化爐, 燃料來源為水設備提供熱水 環保材料 ( 如稻桿生質燃料 ) 木材 廢紙等 感謝委員意見, 本研究組織內也有團隊執行薄膜蒸餾技術研發, 而薄膜蒸餾程序的應用限制, 在於需要較高的溫差, 若無廢熱可應用, 在相同的產水量下, 其能耗可七 RO 有高壓能耗大的缺點, 建議也可能會比 RO 略高, 且其技術成熟度較 RO 考量參考薄膜蒸餾程序 低, 為較新的技術, 且產水量穩定度可能相對較低 本研究將會與組內薄膜蒸餾的研究團隊合作, 評估此技術應用於救災的可行性 黃旗良委員 八 貴團隊針對本計畫 多元化水源處理單元 搭配組合初步設計及前計畫 Qwater 研究皆捨去微濾 (MF) 處理單元組合設計, 請說明有何特殊因素或應用上之考量? 另 MF 操作上低能耗 高通量 去除病毒菌外大多數病菌皆已濾除, 甚至於低水頭中空纖維模組即可應用, 於第二年免電力簡易緊急淨水設備亦應可考量, 請參考 感謝委員意見, 微濾 (MF) 薄膜平均孔徑大小約為 0.1~0.2 µm, 幾乎可去除 90% 以上之病菌, 而 Qwater 採用的薄膜為新加坡水能中空纖維膜, 平均孔徑為 0.08 µm, 位於 MF 及 UF 邊界, 原廠將其定位於 UF 薄膜, 雖為 UF, 但同樣具有微濾的低能耗 高通量的優勢, 約於 1.3m 高即可重力或虹吸產水, 可見其低濾阻 高通量 高親水性等特性, 且其產水水 100

114 質較微濾更有保障 未來, 將依據委員意見, 進行各種廠牌薄膜優選, 包含 MF 及 UF 等 九 P.9 表 微有機污染水源處理單元感謝委員意見, 基於原水水源含有低濃搭配組合, 於砂濾或 UF 之後加 ED 及活性度有機污染物, 系統若只利用砂濾或 UF 碳之必要性請說明 另處理水之後續採用處理, 無法去除溶解於水中之有機物, UV 或加氯消毒程序, 是備用選項還是必故增設活性碳吸附有機污染物, 而 ED 的要程序? 請說明 ( 國人習慣不生飲自來目的在於減輕 RO 脫鹽的負擔, 但經過初 水 ) 部評估, 具有重量大 / 空間大的缺點, 目 前正在判斷其救災適用性 另為考量產水貯藏滋生細菌問題, 後續採用 UV 或加氯消毒程序為必要程序 ( 兩者擇一即可 ), 此外, 並依據委員意見, 增設開水機 / 煮水設備, 提供國人熱飲或泡食 十 P.3 工作項目 : 系統現場組裝時間 24 小時似乎太長, 建議縮短至 2~4 小時 ( 慈 濟緊急淨水設備可在 20 分鐘內運作 ) 感謝委員意見, 工作項目指標系統現場 組裝時間為保守預估 24 小時, 以前期 Qwater 設備而言, 其組裝時間為 20 分鐘, 台大土木系徐年盛委員 而今年度新開發的機動式淨水設備, 將 依委員意見以時間 2~4 小時以內為目標 十一 經費編列部分, 請說明各項目之分 配情形 ( 尤其與成大林財富教授合作部 份佔多少經費?) 在工作項目一 : 開發多元化水源緊急淨 水模組經費分配比例為 31% 工作項目二 : 建置多元化水質分析儀器 經費分配比例為 13%, 其中 4% 為與成大林財富教授合作部份 ( 約 20 萬 ) 工作項目三 : 建置多元化水源緊急淨水模組設備經費分配比例為 47% 工作項目四 : 完成多元化水源緊急淨水技術教育推廣活動經費分配比例為 8% 101

115 工作項目五 :Qwater 系統操作維護經費分 配比例為 1% 十二 工作項目之一為發表論文一篇, 請問是否明定為 SCI 期刊論文? 而為考量水利署之貢獻, 請問水利署人員是否應為共同作者? 第二年之專利申請, 請問所有權屬於工研院或水利署? 發表論文一篇目前設定為國內研討會論文, 發表時, 因水利署人員將於論文內提供以往經驗 技術顧問等, 故會將相關水利署人員列為共同作者 另外在第二年計畫若有相關專利產出, 鄭茂寅委員 其專利所有權為水利署所有 十三 傳統加熱煮沸 及高濁度加化學藥 劑先沉澱都是不錯簡單方法 感謝委員意見 1. 本計畫已將加熱煮沸方法列在工作項 目之中 評估項目包含有電熱式開水機 及移動式燃料爐具 2. 因考量空間問題, 本研究將進行管中加藥方式, 並增設靜態攪拌器, 故不須設置混凝攪拌槽來減少空間與重量, 並搭配傾斜板提高固液分離效果 十四 Qwater 目前解決提供原水之濁度如何, 本計畫完成在維持水質 水量下能達多少濁度, 也要維持方便 經濟效益合理 感謝委員意見, 在考量維持方便 經濟效益等因素下, 本計畫去除高濁度原水之濁度指標為 3000 NTU 以下之原水, 但在實驗測試階段會以 3000~10000 NTU 之 原水進行實驗, 依照前兩年計畫之測試結果, 本系統應可處理至 NTU 左右之高濁度原水, 但須特別注意需增加排泥次數, 避免進水口被淤泥堵塞 水利署郭耀程委員 十五 低耗能之研發方向為何? 尤其一般 海水淡化屬高耗能, 如何克服薄膜去鹽之 耗電問題 感謝委員意見, 本計畫低耗能之研發方 向著重在於各淨水單元間流力設計, 在 兼具淨水功能的條件下, 減低系統泵浦 102

116 數量 ( 降低能耗 ) 一般海水淡化屬高耗能 ( 以堵塞造成的高濾阻為主因 ), 本計畫在海淡 RO 前採用高效前處理淨水系統, 可去除水中雜質以降低 RO 膜之負荷, 故與傳統海淡高壓 (80 kgf/cm 2 )RO 膜相比只需使用低壓 RO 膜 (50 kgf/cm 2 ) 即可, 故整體上應可降低系統耗電量 十六 電力為維持此多元供水系統之必要資源, 雖委辦內容有最低運轉時數, 但超過此時數此系統後續供水是否有其他規劃 感謝委員意見, 本計畫之淨水設備電力來源可用市電 發電機 綠能 ( 第二年計畫 ), 若上述電力來源皆缺乏之情況下, 則可用高低水位差 ( 重力流 ) 方式, 或用人 力加壓 ( 腳踏車 手動泵浦 ) 方式進行淨水處理, 但產水量將會降低 此外, 若以發電機方式運作, 則持續供應油料則可維持長時間的運作 十七 5 噸 / 日產水水車運送就可以了, 委辦 內容是低限, 是否能具體提出目標 感謝委員意見, 回覆說明如下 : 1. 因初期為實驗研究階段, 考量時間 成 本 空間應用等因素, 故先以 5 CMD 設備為原型機, 未來, 等設備 系統架構 空間配置與重量等優化後, 則可提高單位面積的產水量, 未來將評估 10 CMD 及 15 CMD 可行性, 若可行, 將建置 10 或 15 CMD 的設備 2. 因計畫需求為開發機動式設備, 故平台空間與重量限制了產水量, 但本研究團隊將在水質 水量 空間及重量等指標上, 尋求一平衡點, 努力提高提高單位面積的產水量 103

117 2. 期中報告委員意見回覆 104

118 多元化水源機動式緊急淨水設備研發 (1/2) 委辦計畫期中審查會議紀錄 壹 時間 :102 年 8 月 20 日 ( 星期二 ) 下午 2 時貳 地點 : 水利署台北辦公區第 1 會議室參 主持人 : 謝政道副總工程司記錄 : 涂依雯肆 出列席單位及人員 :( 詳出席人員名冊 ) 伍 主席致詞 :( 略 ) 陸 承辦單位報告 : ( 一 ) 本計畫為 2 年期之第 1 年度計畫, 執行單位為財團法人工業技術研究院, 計畫主持人為陳建宏資深研究員, 今年度計畫經費為 萬元整 ( 二 ) 本計畫之期程自 102 年 3 月 12 日至 102 年 12 月 15 日止, 本次期中報告於 102 年 7 月 3 日送達, 符合契約規定 柒 執行單位簡報 :( 略 ) 捌 審查委員意見 : ( 一 ) 吳委員約西 1. 非常肯定這個計畫, 相信對國內易災地區能有大的貢獻 2. 市面上已有甚多淨水設備, 本計畫之定位相當重要, 基本上質輕 水質安全 易組裝攜行及成本合理為四大特點 未來應比較凸顯出其差異 3. 研發的目的及用途的規劃, 究使用對象 (1) 偏遠易缺水 土石災容易影響供水 社區 住家 (2) 國軍救災及作戰需要, 後端之研究可以思考使用者功能需求納入考量, 以利國軍或山區鄉里拓展推廣 4. 成本不高 易維護 故障率及耗材低, 也是要考量的, 可透過實際操作, 修改調整其最佳之組合 5. 不同災區應有不同 type 的淨水設備, 如 (1) 道路未能到達或搶修通車前, 應以輕又易攜行為主, 即時供水 (2) 道路搶通後, 拖車 貨櫃等大型設備為主 (3) 放在收容中心者, 則可做固定式的規劃 6. 水利署對淨水設備之核心應在快速過濾供應良好水質 ( 飲用水 ), 後端 105

119 是否須設置煮水設備 ( 耗能甚大 ) 後續可在討論 ( 二 ) 施委員進村 1. 本研究對於災區緊急供水能力, 相較於 Qwater 有何更精進或更具優勢之處? 請列表敘明? 以強化本案辦理之重要性 2. 契約上所規定之組裝時間及出水量所規定均為下限, 實際設計組裝時間 出水量 可連續運轉時間各為多少? 請敘明 建議以組裝時間從短 出水量從大 可運轉時間從長之方向設計 3. 本機動淨水設備之進水 出水及排泥系統各為何? 又操作的難易度如何? 是否專業技師才能操作? 均請敘明 建議宜以操作易上手為原則設計 4. 本設備強調為機動性, 載具除了車輛外, 有無其他載具考量? 淹水時可能因水深或道路斷了, 車輛不能進入 如有不同載具建議宜有不同模組組裝, 較符實需 5. RO 逆滲透系統依 P31 所述, 短期保存,5 天要做一次養護動作 ; 長期保存更有許多維護動作, 恐非水利署同仁能負擔, 故日後如何維護或養護? 如每年需編列經費委請工研院代為維護, 恐成水利署長期負擔, 宜酌 6. 對不同原水是否有不同模組設備, 如有請列表述明 7. 本案淨水模組依契約要求至少處理濁度 3000NTU, 惟卻採原水濁度 200~270NTU 進行可行性試驗, 似過於保守宜請再檢討 8. 本案設備組裝完成後, 請評估其造價 維護管理經費 使用壽命, 並宜有災區實地試驗, 以確認其可行性 ( 三 ) 泓發樂活氏水科技服務公司陳委員仁仲 1. 期中報告請加強現有設備比較的整理 ( 尤其是表列式比較 ), 再進行優缺點的評析, 以利水利署主辦單位掌握全盤資訊 2. 模組化設備與系統設計, 除了模組單元的陳述之外, 系統設計預期達標的量化設計值為何?( 單元所聲稱的效能 ) 請明確表達, 如此才有利於下階段進入測試時的驗證和評估, 現有 P&ID 圖太簡略 3. 本階段 ( 模組化設備與系統設計 ) 在單元設備的評比優選過程, 考量為何? 能否在諸多市售產品的選擇中, 表列本案建議的依據比較, 這樣 106

120 來過程的完整性將較周全 ( 四 ) 明志科技大學范委員致豪 1. 報告書中現有緊急淨水設備的介紹, 建議列表並依各參數進行比較並敘述期優缺點 本計畫開發完成的系統亦應一併比較 2. 前期相關計畫與本計畫之關聯性宜清楚說明 3. 各項處理程序之評估與優選應補充說明 4. 系統之操作手冊 操作人員培訓規劃等部份期末報告應予以補充 ( 五 ) 國防部作戰及計畫參謀田委員燕平 1. 淨水設備組合方式簡單化, 並設計為單一組合模式 ( 防呆裝置 ), 可納入規劃 2. 取水方式為何? 宜於簡報中說明 3. 攜行方式除了考量車載運行方式之外, 亦可將 拆裝個人背負 方式納入考量 ( 六 ) 自來水股份有限公司李委員丁來 1. 本案設計原則著重在一般災區民眾容易運輸 組裝 使用及維護, 但以目前既有案例及未來組裝完成設備單元觀之, 恐非一般 民眾 可操作, 建議於可能應用地點, 邀請潛在使用者實際進行測試, 俾據了解實務之可操作性 2. 本案所稱 低能耗 高效率 多元化水質分析儀器 綠能 等, 宜有較明確之操作性定義, 否則難以了解是否達到要求功能 3. 現有各式移動式緊急淨水設備之造價及優劣評估情形? 與本案研發設備之差異比較? 俾凸顯本案研發設備之優越性 另 苦咸水 磁氣 作用 紫外 C 消毒 水 利 停留時間 等, 非國內常見用語, 建請修正 而 氯錠 其成份是否符合飲用水管理藥劑規定? 建請查明 4. 有關開發多元化水源緊急淨水模組, 可適用多種情境之需求, 建請研擬可能之緊急用水情境, 依據水源特性, 區分基本設備及特定情境適用設備, 並研擬簡易之設備選用決策流程, 供各可能使用地區簡易之設備組合參據 5. 對於高濁度 ( 至少可處理濁度 3000 NTU) 時期之應急處理, 雖然可適用 107

121 之高濁度範圍越大, 代表本設備之處理能力越強, 但這可能是假象, 代表本設備越不經濟, 因為高濁度時期, 只要利用簡單設備 ( 例如挖個簡單水池 ), 於短暫之停留時間 (0.5-1 小時 ), 濁度就可快速沉降, 可大幅提升設備處理能力, 因此建請納入現地配套措施辦理 6. 本案如水源是地下水 ( 可能有鐵 錳 硝酸鹽 硫化氫 VOCs) 時, 其處理設施如何組合配置? 7. 本案如未來擬適用水公司供水區, 因緊急設備產水規模小, 是否適用? 建請評估 ( 七 ) 水利防災中心蘇委員俊明 1. 本報告撰寫要與契約要求的工作項目相吻合, 請執行單位於報告內容補充各章節與計畫工作項目做一對照表, 以利審閱工作進度是否達成 2. 多元化水源緊急淨水模組開發, 有關對海水處理建議於開發完成後, 除說明本身處理程序 水質 水量及成本外, 建議可於報告內增加與現有國內海水淡化廠產製之水質及成本之比較 3. 水質分析模組於報告中說明目前尚無法規規範明確訂定原水及供水水質標準, 然執行團隊僅建議採行總菌落數 大腸桿菌群 濁度 PH 值 硝酸鹽氮 亞硝酸鹽氮等六項, 是否符合飲用水安全, 請提出相關佐證資料說明 4. 救災網絡關係建立與設備應用規劃, 報告內容僅列目前有意願應用此設備之團體及國軍單位, 除外, 是否還有其它新增之團體或救災單位願意使用此設備? 另本章節建議增列救災網絡關係建立策略及推動 5. 多元化水源緊急淨水技術教育推廣工作項目第一年與第二年之績效評量標準為何? 請說明 ( 八 ) 南區水資源局黃簡任正公程司耀德 1. 海水 半鹹水與地表 / 地下水多加淨水處理程序為逆滲透處理, 惟處理實情請加以說明 2. 多元化機動淨水設備處理水量視水質只有 5~15 CMD, 請評估經濟成本 108

122 3. 整體系統可處理濁度目標為 NTU 以下的原水請說明淨水處理設備及評估可行性及成本 4. 為防止柴油發電機於發電時污染, 請研究在整體設備中隔離 5. 國軍救災中該整體設備如何以直昇機吊掛方式運抵災區 ( 當道路不通時 )? 6. 材料設備及模組優選 ( 材料設備經濟成本評估 ) 如何? 及材料設備容易取得 維修容易 ( 不需要專業人員 ) ( 九 ) 水利規劃試驗所趙工程司承楠 1. 處理系統之進出水質 水量請釐清修正, 並檢核與效能測試之一致性 2. 本系統有幾個模組可供不同水源來選擇 搭配? 如何利用水質分析儀器判別模組之選用? 3. 本研究是否有蒐集各不同水源的水質範圍? 4. 軟質擔體是生物處理或過濾為主? 有無曝氣? 其供水停留時間 處理機制 操作條件 維護方式, 請補充 5. RO 產水易受溫度影響, 冬天的海水溫度長低於報告所提之 17 度, 須注意冬天的產水率影響 6. 各處理單元之處理對象 處理效能等功能計算, 建議能再整理補充, 以了解處理程序之合理性 7. 系統的操作 耗材 應用限制 使用配套 ( 如取水點選擇 出發前如何檢查設備 維護及經濟分析等 ), 建請補充 ( 十 ) 本署水源經營組林正工程司震哲 1. 本設施適用範圍於小規模供水區, 如山區 離島, 其中山區主要處理 SS 為主, 惟離島 海水或半鹹水及 SS 處理比較複雜, 建議先調查釐定台灣含離島適地條件, 再考量處理程序 2. 如澎湖以半鹹水水質較穩定, 但東引或莒光等地區海水之 SS 高且冬天海溫可能降至 10 度以下, 建請以簡單條件組合其前處理 UF MF 等配置, 及壓力反洗條件, 以利緊急使用 3. 早期離島建置海淡但缺少前處理及未考慮低溫膜之收縮, 造成設施易損壞及產水效率低, 目前除針對前述改善並加強 能源回收系統, 增加產水效能 109

123 ( 十一 ) 國家災害科技防救中心蘇副研究員昭郎 1. 本案擬在防災的思維下, 建立機動式模組化 ( 容易組裝 ) 的淨水設備為本案的主要目的, 建議應考量未來這些設備的使用時機與使用對象, 以確認該設備未來的應用方向 以下幾點提供參考 : (1) 本案設備適用村落型 ( 估計 15CMD 約可供應 150 人以下中長期的緊急用水 ) (2) 易成孤島地區 ( 惟一般山區多有簡易自來水, 或自然水源 ) 或弱勢村落與需求集中設施 ( 例如安養院 醫院等 ), 但供水量須較有彈性 (3) 適用中長期缺水情境 ( 短期缺水可以水車運水處理 ), 研判會有 10 天以上的缺水情境 (4) 但若是都會型大規模地震, 大型自來水廠淨水功能失效, 本案即無法適用 是否需要其他考量應用面向? 並建議本案須釐清研究方向 2. 檢視研究案中該淨水設備所需之各項技術在民間多已成熟使用多年, 其實已不需要再另行開發 可考慮如何掌握這些設備廠商的資訊, 在災後能迅速協調業者提供設備或簽訂開口合約 但成為開口合約廠商前須有設備驗證與水質檢驗合格等具有能力者 因此, 本案可協助提供型式 ( 水量 15CMD) 水質標準 電力需求等相關驗證規格, 並協助掌握可能廠商的相關資訊 3. 本案已非第一年計畫, 過去相關研究與應用成果與績效應於報告中一併呈現 ( 十二 ) 水利防災中心 1. RO 有高壓能耗的缺點, 是否已於薄膜蒸餾研究團隊合作, 評估此技術之可行性 2. 此計畫是否有考慮測試其他廠牌薄膜包含 MF 及 UF 等 3. 多元化 Qwater 過出來的水質, 是否有增加檢測項目 4. 多元化 Qwater 在台灣颱風豪雨季節期間出動實地檢測, 後續使用此水源之民眾意見如何 5. 多元化 Qwater 再災後出動時是否有 SOP 110

124 6. 若今年完成多元化 Qwater 後, 後續如何推廣與應用 7. 因計畫強調其機動性, 是否考慮小型模組化之 Qwater 為研究目標 8. 災後出動多元化 Qwater 所產生之成本將如何因應 玖 審查結果及主席結論 ( 一 ) 本計畫期中報告書審查, 原則通過 ( 二 ) 請研究團隊依各審查委員及與會單位代表之審查意見, 修正或補充相關內容於報告內, 並將審查意見及處理情形列對照表納入報告附錄 拾 臨時動議之案由及決議 : 無 111

125 112

126 . 113

127 期中報告委員意見回覆委員意見意見回覆吳約西委員 1. 非常肯定這個計畫, 相信對國內易感謝委員肯定, 本研究團隊必竭盡所能, 產災地區能有大的貢獻 出豐碩的計畫成果, 並加以落實應用 2. 市面上已有甚多淨水設備, 本計畫感謝委員指導, 本研究特色及與其他傳統淨之定位相當重要, 基本上質輕 水水技術的差異, 簡要說明如下 : (1) 質輕..開發以淨水模組整合成移動機台, 質安全 易組裝攜行及成本合理為來降低設備空間需求與重量, 於 210 L/hr 四大特點 未來應比較突顯出其差的產水量, 每天可供給 2500 人飲用 ( 每小時異 可生產 350 瓶的礦泉水量 ), 僅需要 1 m 2 的面積 ( 體積 1.6 m 3 ), 相較於同樣供水量下的傳統淨水系統, 至少節省 10 倍用地面積, 單一淨水模組最重約為 15 kg, 設備精巧質輕 (2) 水質安全..以軟質過濾擔體去除原水高濁度, 可以處理高達 3000 NTU 的高濁度原水, 傳統設備僅能處理至 500 NTU 左右之濁度 接著再以超濾膜 UF 逆滲透 RO 膜及 UV 殺菌程序去除水中微量污染物及細菌, 多層保護確保飲水安全, 經試驗證實, 產水均符合飲用水水質標準, 達到優質供水的目的 (3) 易組裝攜行..設備有兩大創新, 第一項為淨水單元模組化, 研發套管式淨水單元, 使淨水處理流程程序有彈性, 可依據水質特性進行調整, 並達到快速維護 組裝之目的 第二項創新為開發可移動機台式淨水設備, 機動性高而方便應用, 設備就定位後於 20 分鐘內即可供水, 並簡化操作程序, 讓非專業人士也可使用 (4) 成本合理..為造福社會且能普及應用, 本研究設備並非以營利為目的, 此外, 為能降低成本及提高設備維護便利性, 設備採用的元件以普及化 價格低 品質佳為優先考量, 使設備建置與操作維護費用具經濟效益 3. 研發的目的及用途的規劃, 就使用感謝委員指導, 本研究團隊主要功能特性係 114

128 委員意見意見回覆對象 (1) 偏遠易缺水 土石災容易影依救災需求進行設計, 強調設備可快速組響供水 社區 住家 (2) 國軍救災及裝 產水量大及水質佳等優點 此外, 目前已完成與國軍 紅十字會等組織之初步合作作戰需要, 後端之研究可以思考使規劃書, 與國內主要救災團體網絡進行合作用者功能需求納入考量, 以利國軍及整合, 以利未來救災人道救援任務之進行 或山區鄉里拓展推廣 於委員所談的 (1) 偏遠易缺水 土石災容易影響供水 社區 住家等地, 可於該災難容易發生高風險潛勢, 平時先將淨水設備置入應用, 已提早因應, 此模式將特別提高操作性, 如加入自動化操作 (2) 國軍救災及作戰需要部分, 則可與國軍合作, 將淨水設備作為救災之應用工具, 此模式將特別注重於設備的功能性與機動性, 如提高產水量 4. 成本不高 易維護 故障率及耗材感謝委員意見, 於期中報告前, 本團隊已完低, 也是要考量的, 可透過實際操成多元化水源淨水設備之雛型機的製作與試驗, 依據此經驗與成果, 已經再創一套功能作, 修改調整其最佳之組合 更優質的淨水設備, 於設備空間上 操作上及組裝便利性上均有效提升 此外, 也透過實際操作與試驗, 完成處理程序與操作參數優化 5. 不同災區應有不同 type 的淨水設感謝委員指導備, 如 (1) 道路未能到達或搶修通車 (1) 在道路中斷狀況下, 因設備具有快速組裝及輕便優點, 可將單一淨水單元以人力或前, 應以輕又易攜行為主, 即時供簡易車輛搬運, 待至災區或道路可通行之水 (2) 道路搶通後, 拖車 貨櫃等處再進行快速組裝 而若應用時間短或水大型設備為主 (3) 放在收容中心量需求不大, 則可考慮開發個人或家庭用者, 則可做固定式的規劃 的淨水設備進行應用 (2) 在道路通暢之狀況下, 亦可將淨水設備裝載於車體上, 直接運送至災區進行救災任務, 本研究設備的產出, 係與車體結合, 故於此模式上應用相當適合 (3) 於災難發生的高風險潛勢區, 或該地的災區收容中心, 於平時即置入緊急淨水設備, 以備不時之需, 長久提供災民生活用水所需 115

129 委 員 意 見 意 見 回 覆 6. 水利署對淨水設備之核心應在快速過濾供應良好水質 ( 飲用水 ), 後端是 感謝委員意見, 當初設計煮水設備是考量在災難期間災民不易獲得熱水, 因此將淨水設 備多加一道加熱裝置, 以便於災民使用, 但否須設置煮水設備 ( 耗能甚大 ) 後續間接也造成大量能耗問題, 目前完成第 2 套可再討論 淨水設備製作, 係將煮水設備作為選配, 未 來可視災區需求提供不同的供水服務 施進村委員 7. 本研究對於災區緊急供水能力, 相較於 Qwater 有何更精進或更具優勢 感謝委員意見, 本計畫研發之多元化水源機動式淨水系統, 是比既有 Qwater 系統功能更 加強大, 包含 (1) 增加脫鹽 海淡功能, 產水之處? 請列表敘明? 以強化本案辦水質更優質 ;(2) 增加處理單元及流程多元理之重要性 化 ;(3) 提高操作維護便利性 ;(4) 設備更精 巧 ;(5) 提升機動性, 兩者之差異比較如下表 : 116

130 委員意見意見回覆 Qwater 多元化機動淨水 設備 (Qwater M ) 新設備創 新 水源種類處理程序 高濁水 河高濁水 河水 湖增加脫 水 湖水 水 地下水 海水鹽 海淡 處理能力 沉 澱 混凝初沉 彈性多元 BioNET TubeNET 砂濾/ 程序, 依 UF UV 活性碳 / 離子交換 水質特性 樹脂 UF RO 配置, 優 UV 熱水供應( 選化供水 配 ) 型態面積 / 體積水量 槽體 式模組 套管 式模組機動式移動機台 2 / 1.4 m 2 / 1 m 2.5 m m 3 5 CMD 5~10 CMD 15 CMD 視水質而定 操作 維護便利, 並可與車體結合設備更精巧至少滿足 2500 人飲水需求 設備 維護 槽體模組之排套管式模組之排如同家用泥 槽體擔體泥 槽體擔體及薄淨水器, 及 膜更換且膜更換及維護非以套管換維護相對不易常容易濾心的方式相當方便 操作 自動化操作 自動化操作 運作增加運作狀態顯示螢幕及狀態顯示人機界面螢幕及人機界面 8. 契約上所規定之組裝時間及出水量所規定均為下限, 實際設計組裝時間 出水量 可連續運轉時間各為多少? 請敘明 建議以組裝時間從 感謝委員意見, 說明如下 : 1. 組裝時間..本研究設備係以整體機台為主要應用模式, 若遇到路斷或交通不便情況時, 則可拆解設備, 搬運到現場時, 再行組 117

131 委員意見意見回覆短 出水量從大 可運轉時間從長裝, 組裝構件包含有 3 個槽體 4 管淨水模之方向設計 組 1 組移動平台, 於 90 分鐘內可將元件組裝完成 另外, 若需進行淨水單元更換時, 拆裝單一膜管及更換濾料的時間約 8 分鐘 2. 出水量..若非為海淡用途, 建議操作產水量為 420 L/hr(10 CMD), 最大至少可達到 620 L/hr(15 CMD), 若為海淡應用, 則產水量為 210 L/hr(5 CMD) 而有此差異的原因, 在於海淡 RO 的回收率低, 由濃縮水排放所造成 但若整體系統之產水量須要增加, 則設備僅需增加淨水膜管數量即可 3. 連續運轉時間..系統設有自動化控制, 啟動後設備可持續運轉 24 小時, 於一般地表水濁度 (<100 NTU) 狀態下, 連續運轉六天後, 建議於第七天進行設備排泥作業 本研究進行設備長期運作測試時, 連續運轉 9 小時 (09:00~18:00), 測試總天數至少 6 天 9. 本機動淨水設備之進水 出水及排感謝委員意見, 本計畫之機動淨水設備之進泥系統各為何? 又操作的難易度如出水採自動化控制, 在正常狀況下各淨水單元可視槽體液位計高低自行控制進出水動何? 是否專業技師才能操作? 均請作, 而在排泥部分則是設計手動閥排泥, 整敘明 建議宜以操作易上手為原則體設備操作相當簡單, 一般民眾可參考使用設計 手冊自行操作 10. 本設備強調為機動性, 載具除了車感謝委員意見, 本研究除了車體外, 並不排輛外, 有無其他載具考量? 淹水時除與其他載體結合, 若有相關單位或廠商願意合作及移動載具, 本團隊可將設備客製化可能因水深或道路斷了, 車輛不能於載具上 舉例而言, 本團隊所研發之 Qwater 進入 如有不同載具建議宜有不同淨水設備, 曾與慈濟提供的船體連結, 若遭模組組裝, 較符實需 遇淹水狀況下可藉由船體運送或直接在船上進行淨水任務, 因此今年計畫所研發之多元化淨水設備亦可設計與船體結合, 增加其機動性 此外, 目前正在評估與國軍單位合作之可行性, 未來若在偏遠山區或道路不易搶通之災區有用水需求時, 可採用直升機吊掛方式將淨水設備運送至災區, 取代空投瓶裝水等較不環保之方式 ( 成本高 水量少 水破掉 危險性高等 ) 118

132 委 員 意 見 意 見 回 覆 11. RO 逆滲透系統依 P31 所述, 短期保存,5 天要做一次養護動作 ; 長 感謝委員意見, 因 RO 逆滲透淨水單元在水處理系統中屬於較精密之淨水設備, 故在維 護保養上須更為費心, 以維持淨水單元長久期保存更有許多維護動作, 恐非水使用 一般而言救災屬階段性任務, 待災區利署同仁能負擔, 故日後如何維護自來水管線恢復後, 即可將設備撤回貯藏地或養護? 如每年需編列經費委請進行保養, 故在維護保養頻率上會較於每日 工研院代為維護, 恐成水利署長期負擔, 宜酌 使用之狀況下來的少, 未來建議可與國軍 慈濟 法鼓山或紅十字會等 NGO 組織合作, 將救災淨水設備交由其組織維護管理, 工研 院團隊可幫忙進行設備教育訓練, 透過多方 面合作打造更完整之救災體系 維護養護方 面, 則由合作單位自行負擔, 水利署為扮演 技術提供 顧問及決策管理角色 12. 對不同原水是否有不同模組設 備, 如有請列表述明 感謝委員意見, 本研究針對不同原水, 設計不同之淨水功能模組, 舉例而言, 水源若為高濁度及雜質較多的水體, 淨水程序尚將採用砂濾 超濾膜等過濾裝置進行處理 ; 水源若為海水含有鹽類之水體, 淨水程序會再多加一道 RO 處理 ; 水源若含有有機物污染, 則多加活性碳吸附處理, 所有程序最後皆會經由紫外線消毒程序, 確保使用者飲水之安全性 細部詳細說明如下表 : 高濁度 中濁度 低濁度 微量有機 高硬度 高鹽度 原水 原水 原水 物污染 主要可能 河川 河川 河川 河川 地下水 海水 發生的水 湖泊 湖泊 湖泊 湖泊 半鹹水 源 水庫 水庫 水庫 水庫 地下水 地下水 ( 靠近農作 區 ) 水質初步 濁度 濁度 濁度 色度 如總鐵 >0.3 高導電度 判斷 >1000 NTU 500~1000 NTU <500 NTU ( 肉眼看有顏色, 非濁度造成的 ) mg/l, 或靜 置 / 水煮沸 後, 裝水容 高 TDS 高鹽度 119

133 委員意見意見回覆 器發生結 垢現象 前處理 化學混凝 化學混凝 不織布 不織布 不織布 不織布 (8 mg/l PAC) 及不 (8 mg/l PAC) 及不 攔砂 攔砂 攔砂 攔砂 織布攔砂 織布攔砂 第一單元 TubeNET TubeNET TubeNET TubeNET TubeNET TubeNET 第二單元 砂 砂濾 砂濾或活性碳 活性碳 離子交換樹脂或 砂濾或活性碳 除鐵錳砂 第三單元 UF UF UF UF UF UF 第四單元 RO RO RO 第五單元 UV 或加 UV 或加氯 UV 或加氯 UV 或加氯 UV 或加氯 UV 或加氯 氯 備註 有其他污染物疑慮, 建議可啟動 RO 13. 本案淨水模組依契約要求至少處理濁度 3000 NTU, 惟卻採原水濁 感謝委員意見, 期中報告實驗結果為淨水設備初步測試之成果, 因此濁度預定在較低的 範圍, 僅先進行系統整體大概的功能性 目度 200~270 NTU 進行可行性試前已依據期中的試驗結果, 再次開發新型淨驗, 似過於保守宜請再檢討 水設備, 並進行濁度 4000 NTU 的淨水實驗, 且除濁度外, 亦測試離子 TDS 鹽度 色 度 總菌 大腸桿菌 有機物 導電度 硝 酸鹽 亞硝酸鹽等水質指標的去除效果 14. 本案設備組裝完成後, 請評估其造價 維護管理經費 使用壽命, 並 感謝委員意見, 關於在多元化淨水設備之造價 維護管理經費及使用壽命上, 本團隊會 再詳細進行估算 另外在今年蘇力 潭美及宜有災區實地試驗, 以確認其可行天兔颱風來襲時, 接獲水利防災中心通知, 性 運用此設備進行緊急供水應用測試, 本團隊 立即出動淨水設備進行緊急淨水任務, 產水 水質除了工研院自行測試皆合格外, 並委外 由第三公證單位 ( 專業檢驗公司 ) 分析後, 淨水 設備之產水水質都符合飲用水水質標準 泓發樂活氏水科技服務公司陳仁仲委員 15. 期中報告請加強現有設備比較的整理 ( 尤其是表列式比較 ), 再進行優缺點的評析, 以利水利署主辦單 感謝委員意見, 本團隊將在整理目前國內外既有之大型緊急淨水設備資料, 進行各設備優缺點的評析, 呈現於期末報告中, 以利水 120

134 委 員 意 見 意 見 回 覆 位掌握全盤資訊 利署主辦單位掌握全盤資訊 16. 模組化設備與系統設計, 除了模組單元的陳述之外, 系統設計預期達 感謝委員指導, 相關詳細資料已撰寫於期末報告第肆章中, 並更完善 P&ID 圖等資料, 增加邏輯控制資料 電路圖 細部設備規格標的量化設計值為何?( 單元所聲等詳細資料 稱的效能 ) 請明確表達, 如此才有 利於下階段進入測試時的驗證和 評估, 現有 P&ID 圖太簡略 17. 本階段 ( 模組化設備與系統設計 ) 在單元設備的評比優選過程, 考量為 感謝委員指導, 因設備主要應用於救災, 故選用考量因子, 主要係以較為知名 貨源充 足且方便取得的元件為優先, 避免災難時須何? 能否在諸多市售產品的選擇要應用卻難以取得 另外, 為避免指廠, 應中, 表列本案建議的依據比較, 這用元件只要以滿足功能或規格即可採用, 因樣來過程的完整性將較周全 同性質的許多產品效能均接近, 而本研究並 未特別指定獨特的設備供應商與產品, 舉例 而言,UF 部分, 只要符合套管尺寸, 產水量 大於 10 CMD, 可為中空纖維或卷式膜均可 應用, 再舉 RO 而言, 為低壓型, 且適用於 海淡功能的薄膜均可應用 明志科技大學范致豪委員 18. 報告書中現有緊急淨水設備的介紹, 建議列表並依各參數進行比較 感謝委員意見, 本團隊將在整理目前國內外既有之大型緊急淨水設備資料, 進行各設備 優缺點的評析, 與本計畫開發完成的系統一並敘述期優缺點 本計畫開發完成併比較, 並將成果呈現於期末報告中, 以利的系統亦應一併比較 水利署主辦單位掌握全盤資訊 19. 前期相關計畫與本計畫之關聯性宜清楚說明 感謝委員意見, 本計畫與前期相關計畫的差異, 請參考第 7 點意見回覆 係比照既有 Qwater 系統功能更加強大, 包含 (1) 增加脫 鹽 海淡功能, 產水水質更優質 ;(2) 增加處 理單元及流程多元化 ;(3) 提高操作維護便利 性 ;(4) 設備更精巧 ;(5) 提升機動性等 20. 各項處理程序之評估與優選應補充說明 21. 系統之操作手冊 操作人員培訓規劃等部份期末報告應予以補充 感謝委員意見, 請參考第 12 點意見回覆, 而各種處理單元的效能驗證與操作參數, 請見期末報告第伍章 感謝委員意見, 已完成多元化水源機動式淨水設備的使用操作手冊, 相關操作人員教育 121

135 委員意見意見回覆 22. 淨水設備組合方式簡單化, 並設計 為單一組合模式 ( 防呆裝置 ), 可納 入規劃 訓練的規劃, 目前正與國軍及紅十字會洽談 合作, 並共同進行規劃中 國防部作戰及計畫參謀田燕平委員 感謝委員意見, 第二套多元化水源機動式淨 水設備已將淨水流程簡化, 各槽體利用單一 套管設計, 整體淨水系統外觀整齊簡潔, 淨 水流程操作簡單, 設備組裝並有防呆措施, 而設備能自動化運轉 23. 取水方式為何? 宜於簡報中說明 感謝委員意見, 取水方式為將淨水設備車體運送到水源處附近, 再以沉水泵浦抽取水源 24. 攜行方式除了考量車載運行方式 之外, 亦可將 拆裝個人背負 方 式納入考量 至淨水設備中即可, 此部分會依委員建議補 充於期末簡報內容說明 感謝委員意見, 之前計畫所研發之 Qwater 淨 水設備已經有將 拆裝個人背負 方式納入 設計概念中, 故可將單一槽體拆卸搬運至目 的地, 再自行組裝即可, 因此本計畫淨水設 備延續此概念進行設計, 於淨水單元模組部 分, 可以 拆裝個人背負 方式進行搬運 但元件數量較多, 可能需動員較多人力 自來水股份有限公司李丁來委員 25. 本案設計原則著重在一般災區民感謝委員意見, 本計畫設計之淨水設備操作眾容易運輸 組裝 使用及維護, 維護簡單, 努力地儘可能讓一般民眾依操作但以目前既有案例及未來組裝完說明書自行操作 之前 Qwater 淨水設備淨水成設備單元觀之, 恐非一般 民眾 可操作, 建議於可能應用地點, 邀實驗有委託學校工友及計程車司機等一般民請潛在使用者實際進行測試, 俾據眾代為操作, 經過一兩次的講解說明後, 民了解實務之可操作性 眾即了解其流程並可自行操作, 因此多元化淨水設備也會在未來可能應用地點, 邀請潛 26. 本案所稱 低能耗 高效率 多元化水質分析儀器 綠能 等, 宜有較明確之操作性定義, 否則難以了解是否達到要求功能 在使用者實際進行測試, 以了解自行實際操 作之可操作性 此部分目前正與國軍及紅十 字會洽談合作, 後續可由國軍弟兄或紅十字 會志工進行操作 感謝委員意見, 低能耗 及 綠能 為第 二年的工作項目之一, 高效率 係指, 至 少滿足可處理濁度大於 1000 NTU 以上的原 水, 於精巧設備體積 (1.6 m 3 ) 的空間下, 每小 時可產水 210 L 之潔淨水, 產水濁度皆小於 2 NTU, 且能進行海水淡化 地下水軟化等功 122

136 委員意見意見回覆 27. 現有各移動式緊急淨水設備之造價及優劣評估情形? 與本案研發設備之差異比較? 俾凸顯本案研發設備之優越性 另 苦鹹水 磁氣 作用 紫外 C 消毒 水 利 停留時間 等, 非國內常見用語, 建請修正 而 氯錠 其成份是否符合飲用水管理藥劑規定? 建請查明 28. 有關開發多元化水源緊急淨水模 組, 可適用多種情境之需求, 建請 研擬可能之緊急用水情境, 依據水 源特性, 區分基本設備及特定情境 適用設備, 並研擬簡易之設備選用 決策流程, 供各可能使用地區簡易 之設備組合參據 29. 對於高濁度 ( 至少可處理濁度 3000 NTU) 時期之應急處理, 雖然可適 用之高濁度範圍越大, 代表本設備 之處理能力越強, 但這可能是假 象, 代表本設備越不經濟, 因為高 濁度時期, 只要利用簡單設備 ( 例 如挖個簡單水池 ), 於短暫之停留 時間 (0.5-1 小時 ), 濁度就可快速沉 降, 可大幅提升設備處理能力, 因 此建請納入現地配套措施辦理 30. 本案如水源是地下水 ( 可能有鐵 錳 硝酸鹽 硫化氫 VOCs) 時, 其處理設施如何組合配置? 能, 具設備可機動性移動進行服務 而 多 元化水質分析儀器, 係指整合可攜式分析 設備, 並滿足 ph 導電度 濁度 TDS 硝 酸鹽 亞硝酸鹽等指標 感謝委員意見, 國內外作為緊急淨水設備的 優劣評估與造價, 已整理於第一章內進行說 明 此外, 期末報告將修正錯別字, 並以常 見用語方式進行呈現 於氯錠方面, 本研究 係改用紫外線殺菌為主要應用 感謝委員意見, 請參考第 12 項意見回覆 其 中的程序並可作為簡易自來水處理程序參 考 水源若為高濁度雜質較多之水體, 淨水 程序尚將採用砂濾 超濾膜等過濾裝置進行 處理 ; 水源若為海水類含有鹽度之水體, 淨 水程序則增加一道 RO 處理 ; 水源若包含有 機物污染物, 則多加活性碳吸附處理 ; 若為 地下水 ( 鈣 鎂離子較多之硬水 ), 可設置離子 交換樹脂或除鐵錳砂, 或於薄膜槽進行曝 氣 ; 所有程序最後皆會經由紫外線或加氯消 毒, 確保使用者飲水之安全性 感謝委員指導, 確實若將濁度高達 3000 NTU 之原水直接排入淨水系統內進行處理, 會直 接影響到各淨水單元之壽命 因此, 本研究已有將進系統的前處理措施 的設計納入, 包含粗沉 不織布前過濾 簡 易混凝等方法, 使原水濁度在大於 3000 NTU 的情況下, 利用前處理措施使原水進入設備 處理單元時, 皆小於 1000 NTU 感謝委員意見, 因計畫執行規模與期程有 限, 故本研究先以鐵 硝酸鹽 亞硝酸鹽進 行測試, 測試結果顯示, 於 TubeNET 活性 123

137 委員意見意見回覆碳或砂濾 UF RO 之處理流程, 可有效將污染物去除, 請參考第伍章說明 此外, 若於災難時, 水源疑似有其他非一般常見的高濃度污染物情況發生, 如高氟離子 VOCs 高砷離子等情況, 則建議使用 RO 系統, 且供水建議煮沸後再飲用 水利防災中心蘇俊明委員 31. 本報告撰寫要與契約要求的工作項目相吻合, 請執行單位於報告內容補充各章節與計畫工作項目做一對照表, 以利審閱工作進度是否達成 32. 多元化水源緊急淨水模組開發, 有關對海水處理建議於開發完成後, 除說明本身處理程序 水質 水量及成本外, 建議可於報告內增加與現有國內海水淡化廠產製之水質及成本之比較 33. 水質分析模組於報告中說明目前尚無法規規範明確訂定原水及供水水質標準, 然執行團隊僅建議採行總菌落數 大腸桿菌群 濁度 ph 值 硝酸鹽氮 亞硝酸鹽氮等六項, 是否符合飲用水安全, 請提出相關佐證資料說明 34. 救災網絡關係建立與設備應用規劃, 報告內容僅列目前有意願應用此設備之團體及國軍單位, 除外, 是否還有其它新增之團體或救災單位願意使用此設備? 另本章節建議增列救災網絡關係建立策略及推動 感謝委員意見, 本團隊在期末報告撰寫上會補充計畫執行重點表, 以利委員們審閱本計畫之各項工作進度是否達成 感謝委員意見, 在期末報告撰寫上會再增加本淨水設備之處理程序 水質 水量及成本與目前現有國內海水淡化廠操作現況之比較, 提供給委員們作為參考 感謝委員意見, 依照政府公告之飲用水水質標準項目細菌性標準 物理性標準及化學性標準總共為 59 項, 若每次實驗之產水依此標準進行分析, 無論在時間及經費上皆有所困難性, 故本團隊依照台北市環保局技術室 ( 提供給民眾簡易飲用水標準分析項目, 包含總菌落數 大腸桿菌群 濁度 ph 值 硝酸鹽氮 亞硝酸鹽氮及色度等 7 項進行水質分析, 確保使用者飲水安全性 感謝委員意見, 這幾年計畫之執行成果已陸續與慈濟 法鼓山 紅十字會 新竹縣消防局 北埔鄉公所 羅浮國小等單位進行合作, 對方皆對本團隊研發之淨水設備成果表示高度肯定, 目前也陸續與國內外 ( 波蘭 南印度 緬甸 ) 廠商進行聯繫, 希望能將此技術成果應用於有缺水需求之地區 此外, 於期末報告時會依委員建議將救災網絡關係建立策 124

138 委 員 意 見 意 見 回 覆 略及推動等內容補充於報告書中, 以利委員 們審閱 35. 多元化水源緊急淨水技術教育推廣工作項目第一年與第二年之績效評量標準為何? 請說明 感謝委員意見, 第一年及第二年的推廣指標, 係以進行一項活動及一篇文章為標準, 目前, 本研究已遠遠超出指標標準 包含成果有 (1) 大愛電視台 - 綠色幸福學節目專題 - 清水之 愛 (2) 水利署成果發表會 (3) 第 21 屆水利工程研討會 (4) 新竹消防救災演習 (5) 第 16 屆國際安全博覽會 - 智慧災害防救展 示 (6) 工研院展示館展示 - 馬總統參訪與總統府 新聞稿說明 (7) 技術移轉 - 水之源公司 -120 萬元 (8) 聯合報 南區水資源局黃耀德簡任正工程司 36. 海水 半鹹水與地表 / 地下水多加淨水處理程序為逆滲透處理, 惟處理實情請加以說明 感謝委員意見, 為去除海水 半鹹水與地表 / 地下水等含有鹽度 離子之水體, 本研究是以 RO 逆滲透處理, 逆滲透淨水以施加壓力作為驅動力量, 借助半透膜的選擇性截留作 用, 將溶液中的溶質 ( 水中雜質 ) 與溶劑 ( 水 ) 分開之方法, 利用這種特性將水中之無機離 子 細菌 病毒 有機物及膠質等雜質, 與 水分離予以留置去除, 以獲得高純度之水 詳細的操作參數 情況及效能, 請參考期末 報告第伍章 37. 多元化機動淨水設備處理水量視水質只有 5~15 CMD, 請評估經濟成本 感謝委員意見, 因本研究為村落或社區等救災應用導向, 目標供給的服務人數約為 100 人左右, 以 5 CMD 而言, 於急難時可供應約 2500 人飲用, 於經濟成本分析方面, 請參考 第參章 38. 整體系統可處理濁度目標為 經濟成本分析方面, 請參考第參章 NTU 以下的原水, 請說明淨 水處理設備及評估可行性及成本 39. 為防止柴油發電機於發電時污 感謝委員指導, 本研究在淨水設備應用操作 125

139 委 員 意 見 意 見 回 覆 染, 請研究在整體設備中隔離 已納入考量, 以隔離並確保不會有污染情況 發生 40. 國軍救災中該整體設備如何以直昇機吊掛方式運抵災區 ( 當道路不通時 )? 感謝委員意見, 目前本團隊已完成與國軍單位合作之初步規劃, 日後將在進一步與對方聯絡進行詳談, 故在淨水設備如何以直昇機吊掛方式運抵災區等問題, 會再與國軍單位 共同討論 41. 材料設備及模組優選 ( 材料設備經濟成本評估 ) 如何? 及材料設備容 經濟成本分析及細部設備規格, 請參考第肆章 而材料設備的採用, 係以較為知名 貨 源充足且方便取得的元件為優先考量, 避免易取得 維修容易 ( 不需要專業人災難時須要應用卻難以取得的情況發生 於員 ) 操作及維護方面, 備有簡易使用手冊供民眾 使用, 且開發套管式淨水模組, 相較於傳統 槽體式單元, 更容易進行設備清洗與元件的 更換 水利規劃試驗所趙承楠工程司 42. 處理系統之進出水質 水量請釐清修正, 並檢核與效能測試之一致 感謝委員意見, 詳細資料請參考期末報告第伍章 性 43. 本系統有幾個模組可供不同水源來選擇 搭配? 如何利用水質分析儀器判別模組之選用? 依據不同的水源特性, 流程之搭配請參考第 12 項委員意見回覆 水質分析的部分, 係採用可攜式分析設備為之, 並備有簡單的操作說明, 讓使用者可自行操作分析, 再依流程 建議表, 依照環境 水源情況及分析出來的 水質 ( 如濁度 導電度 ph 鐵 硝酸鹽等) 選定程序, 若時態緊急 難以判別或其他特 殊情況, 則以標準處理程序為之 ( 混凝 TubeNET 砂濾 UF RO UV 煮沸) 44. 本研究是否有蒐集各不同水源的水質範圍? 感謝委員意見, 本研究進行實驗的水源, 包含有地下水 湖水 半鹹水 海水 高濁水 等, 請見第伍章 45. 軟質擔體是生物處理或過濾為主? 有無曝氣? 其供水停留時 感謝委員意見, 因在緊急狀況下時間珍貴, 故軟質擔體在研究中因停留時間較短, 只能 作為過濾濾材之應用, 操作時無曝氣處理, 間 處理機制 操作條件 維護方濾速為 3.5 L/min, 主要針對大於 1μm 之泥沙式, 請補充 進行過濾處理, 槽體擔體填充率需大於 90%, 細部的維護方式請參考操作手冊, 建 126

140 委 員 意 見 意 見 回 覆 議每次救災完成任務後即進行反洗及排泥, 若長時間操作, 進水濁度皆大於 1000 NTU, 則需每天進行排泥與清洗, 中濁度 (100~1000 NTU) 建議每三天進行排泥與清洗, 低濁度 (<100 NTU) 則建議每周清洗與排泥一次 使 用 10 年後即可更換擔體, 詳細操作維護方式 請詳見使用說明書 46. RO 產水易受溫度影響, 冬天的海水溫度常低於報告所提之 17 度, 須注意冬天的產水率影響 感謝委員意見, 在處理海水時會特別注意其溫度對於 RO 膜之產水影響 未來於實際應用時, 若遇極低溫的情況發生, 則採應變措施, 如將槽體披覆保溫棉, 或前處理增溫等 47. 各處理單元之處理對象 處理效能 感謝委員意見, 請詳見第伍章效能驗證報告 等功能計算, 建議能再整理補充, 以了解處理程序之合理性 48. 系統的操作 耗材 應用限制 使用配套 ( 如取水點選擇 出發前如何檢查設備 維護及經濟分析 感謝委員意見, 請詳見第參章, 設備規格與成本分析, 而應用限制 使用配套等, 請參考使用說明書 等 ), 建請補充 水源經營組林震哲正工程司 49. 本設施適用範圍於小規模供水區, 如山區 離島, 其中山區主要 感謝委員意見, 如同委員所說而言離島之海水或半鹹水及 SS 處理情況比較複雜, 日後若 離島地區有需求, 會先調查釐定離島地區水處理 SS 為主, 惟離島 海水或半質條件, 再考量其淨水單元處理程序之組合 鹹水及 SS 處理比較複雜, 建議先 調查釐定台灣含離島適地條件, 再 考量處理程序 50. 如澎湖以半鹹水水質較穩定, 但東引或莒光等地區海水之 SS 高且冬天海溫可能降至 10 度以下, 建請 感謝委員指導, 未來水利署指示於離島應用時, 將特別注意此情況, 並遵照委員建議的方法為之 以簡單條件組合其前處理 UF MF 等配置, 及壓力反洗條件, 以利緊 急使用 51. 早期離島建置海淡但缺少前處理及未考慮低溫膜之收縮, 造成設施 感謝委員意見, 因第二年重要項目之一為節能, 未來將遵照委員的建議, 避免低溫膜之 收縮導致設施損壞情況發生, 並強化能源利易損壞及產水效率低, 目前除針對用 前述改善並加強 能源回收系 127

141 委員意見意見回覆統, 增加產水效能 國家災害科技防救中心蘇昭郎副研究員 52. 本案擬在防災的思維下, 建立機動感謝委員指導,(1)(2)(3) 均是本研究開發的設式模組化 ( 容易組裝 ) 的淨水設備備可應用的情境,(4) 的大量緊急供水模式, 則非為本計畫之範疇, 可建請水利署以另案為本案的主要目的, 建議應考量未方式進行探討與研究 來這些設備的使用時機與使用對象, 以確認該設備未來的應用方向 以下幾點提供參考 : (1) 本案設備適用村落型 ( 估計 15CMD 約可供應 150 人以下中長期的緊急用水 ) (2) 易成孤島地區 ( 惟一般山區多有簡易自來水, 或自然水源 ) 或弱勢村落與需求集中設施 ( 例如安養院 醫院等 ), 但供水量須較有彈性 (3) 適用中長期缺水情境 ( 短期缺水可以水車運水處理 ), 研判會有 10 天以上的缺水情境 (4) 但若是都會型大規模地震, 大型自來水廠淨水功能失效, 本案即無法適用 是否需要其他考量應用面向? 並建議本案須釐清研究方向 53. 檢視研究案中該淨水設備所需之感謝委員意見, 傳統淨水技術已相當成熟, 各項技術在民間多已成熟使用多但針對高濁度原水部分, 仍有些許進行技術優化的空間, 除了淨水技術應用外, 設備模年, 其實已不需要再另行開發 可組化 移動式機台 簡易操作 快速組裝等考慮如何掌握這些設備廠商的資救災應用特性之開發, 為本研究之重點 此訊, 在災後能迅速協調業者提供設外, 本研究計畫之重要性, 尚有選擇各項適備或簽訂開口合約 但成為開口合合應用於緊急救災時之淨水技術, 並將其模約廠商前須有設備驗證與水質檢組化組合移至可移動之車台上, 增加淨水設驗合格等具有能力者 因此, 本案備機動性 且後續可與淨水設備廠商資訊統可協助提供型式 ( 水量 15CMD) 整, 將此類緊急淨水技術技轉給合適廠商, 並協助提供其型式 水質標準及電力需求等 128

142 委 員 意 見 意 見 回 覆 水質標準 電力需求等相關驗證規格, 並協助掌握可能廠商的相關資 詳細規格, 以利於技轉廠商後續進行量產製作 ( 請見第肆章 ) 訊 54. 本案已非第一年計畫, 過去相關研究與應用成果與績效應於報告中一併呈現 感謝委員意見, 已將先前相關計畫之成果, 簡要說明於第一章 然而, 本研究案為多元化水源機動式緊急淨水設備研發之第一年研究計畫, 淨水設備及功能皆為新型態設計, 與之前村落型緊急供水技術有所差異, 而其 研發應用成果與績效於報告書中有簡略敘 述, 再請委員參考 水利防災中心 55. RO 有高壓能耗的缺點, 是否已於薄膜蒸餾研究團隊合作, 評估此技術之可行性 感謝委員意見, 薄膜蒸餾須有溫差進行驅動, 雖避免掉高壓能耗, 但卻要熱能, 故仍須仔細評估, 因第二年計畫項目重點包含節能, 故此項將於第二年進行評估 56. 此計畫是否有考慮測試其他廠牌薄膜包含 MF 及 UF 等 感謝委員意見, 本計畫應用的薄膜廠牌, 共有四種 (FILMTEC 美能 ASPRING 立升), 因設備主要應用於救災, 故選用考量因子, 主要係以較為知名 貨源充足且方便取得的 元件為優先, 避免災難時須要應用卻難以取 得 另外, 為避免指廠, 應用元件只要以滿 足功能或規格即可採用, 因同性質的許多產 品效能均接近, 而本研究並未特別指定獨特 的設備供應商與產品, 舉例而言,UF 部分, 只要符合套管尺寸, 產水量大於 10 CMD, 可為中空纖維或卷式膜均可應用, 再舉 RO 而言, 為低壓型, 且適用於海淡功能的薄膜 均可應用 57. 多元化淨水設備產出的水質, 是否有增加檢測項目 感謝委員意見, 依照政府公告之飲用水水質標準項目細菌性標準 物理性標準及化學性 標準總共為 59 項, 若每次實驗之產水依此標 準進行分析, 無論在時間及經費上皆有所困 難性, 故本團隊依照台北市環保局技術室 ( 提供 給民眾簡易飲用水標準分析項目, 包含總菌 落數 大腸桿菌群 濁度 ph 值 硝酸鹽氮 亞硝酸鹽氮及色度等 7 項進行水質分析, 確 129

143 委員意見意見回覆保使用者飲水安全性 58. 多元化 Qwater 在台灣颱風豪雨季感謝委員意見, 水利署防災中心於颱風期節期間出動實地檢測, 後續使用此間, 通知工研院團隊進行實地運轉, 包含蘇力 潭美及天兔颱風 舉例而言, 蘇力颱風水源之民眾意見如何 於新竹縣北埔鄉進行救災, 因該地受颱風影響造成上坪溪水暴漲, 使知名景點北埔冷泉的自來水水管斷裂, 且因所夾帶之土石泥流已嚴重堵塞南坑自來水廠之取水口, 使原水高濁度問題導致水場短期內無法供水, 使得鄉村居民面臨無水可用之窘境 因此工研院團隊緊急與北埔鄉公所連絡, 告知此次救災任務概況及確認聯絡窗口與缺水地區後, 立即將 2 套 Qwater 淨水設備運至北埔鄉進行救災任務, 民眾則自行以裝水容器進行取用, 並將 Qwater 緊急淨水設備之乾淨產水以 10~20 公升水桶收集, 送到鄉公所保存以發放給需要的民眾, 因民眾家中皆多日無水可用, 故當民眾拿到水時臉上都充滿著笑容, 也稱讚本淨水系統之出水水質比民眾平時使用之自來水還來的好, 也解決了無水可用之苦, 表示十分滿意 水質經工研院及清華公司 ( 合格認證的水質分析實驗室 ) 檢測, 均符合飲用水水質標準 59. 多元化 Qwater 再災後出動時是否感謝委員意見, 當災難發生時災區有緊急供有 SOP 水之需求, 多元化 Qwater 緊急淨水救災任務之應用 SOP, 請詳見第陸章說明 60. 若今年完成多元化 Qwater 後, 後感謝委員意見, 今年所研發之多元化 Qwater 續如何推廣與應用 成果後續推廣與應用規劃如下 : (1) 工研院跟慈濟簽有慈悲科技的合作備忘錄, 所以慈濟在進行國際救助的同時, 工研院為其技術後盾, 多元化 Qwater 就是可應用的工具之一 (2) 目前我方及水利署, 正跟紅十字會及國軍進行合作協議洽談, 屆時就可一起共同進行救災服務 (3) 與各地政府 鄉鎮公所等有需求的地方合作, 如新竹市消防局 ( 共同進行救災演 130

144 委員意見意見回覆習 ) 北埔鄉公所 桃園復興鄉羅浮國小等 (4) 配合水利署水利防災中心, 進行水利署指示的成果推廣 救災應用等活動 (5) 技轉給廠商 ( 目前已技轉給水之源公司, 並完成簽約 ), 由配合廠商進行推廣與服務 (6) 國際推廣與應用 61. 因計畫強調其機動性, 是否考慮小感謝委員意見, 第二套多元化水源機動式淨型模組化之 Qwater 為研究目標 水設備已將淨水流程簡化, 並縮小體積增強機動性, 其各槽體利用單一套管設計, 整體淨水系統外觀整齊簡潔 62. 災後出動多元化 Qwater 所產生之感謝委員意見, 於本計畫範疇內, 執行救災成本將如何因應 任務, 現階段屬於驗證效能之試驗時期, 可同時檢視設備應用實用性, 可藉此經驗來優化設備, 故成本係以本計畫經費吸收, 未來擴大應用時, 期望與國軍 慈濟 法鼓山或紅十字會等 NGO 組織合作, 將救災淨水設備交由其組織維護管理, 工研院團隊可幫忙進行設備教育訓練, 透過多方面合作打造更完整之救災體系, 於救災執行 操作維護 養護方面, 則由合作單位自行負擔, 水利署為扮演技術提供 顧問及決策管理角色 131

145 3. 期末報告委員意見回覆 132

146 多元化水源機動式緊急淨水設備研發 (1/2) 委辦計畫期末審查會議紀錄 壹 會議時間 :102 年 12 月 10 日 ( 星期二 ) 下午 2 時貳 地點 : 水利署台北辦公區第 1 會議室參 主持人 : 謝政道副總工程司肆 出列及請假委員姓名 :( 詳如簽名冊 ) 伍 紀錄人員 : 水利防災中心涂依雯陸 主席致詞 :( 略 ) 柒 承辦單位報告 : 一 本計畫為 2 年期之第 1 年度計畫, 執行單位為財團法人工業技術研究院, 計畫主持人為陳建宏資深研究員, 今年度計畫經費為 萬元整 二 本計畫之期程自 102 年 3 月 12 日至 102 年 12 月 15 日止, 本次期末報告於 102 年 11 月 4 日送達, 符合契約規定 捌 執行單位簡報 : 略 玖 審查委員意見 : 一 吳委員約西 1. 肯定本計畫之執行成果及期中審查意見回應也都完整 未來與紅十字會 國軍合作方向正確, 亦可考慮與原住民委員會 ( 偏遠鄉鎮山區 ) 或世界展望會合作 2. 本套 Qwater M 功能強, 但並不是每個 case 需求都相同, 各個元件其實可以依 case( 當地有否電力或需使用電源不同 ) 去組裝, 是否能整理圖表及成本分析, 針對海水建議 A 組 高濁度水 B 組 短期供水 ( 或 10 天內 ) 中期供水等不同建議組合, 進而作不同成本分析 3. Qwater M 之功能特性, 豐沛 (Quantity) 名詞是否以 出水能力強 為佳 4. Qwater 體積 2.2 m 3 (p24),2.5 m 3 (p1) 水源總類 P24 含中水,P50 為雨水, 需釐清 5. P44-45 成本分析乃以發電機作成本估算, 但油料又若為太陽能及風力等成本, 是否可分析供參考 133

147 6. P45 成本分析與海淡比較, 應選擇中小型海淡與本機出水供水能力相當者去做比較, 而將大型海淡樣本去除 7. P24 及 P53,Qwater M 可供水 5-15 CMD(P24), 後文提及 10 CMD ( 非海淡 ),5 CMD ( 海淡 ), 請釐清 8. 表 5-1 中, 雨水及中水並未見提及,P105 亦未提及 二 施委員進村 1. 依 P49 Qwater M 既可以作颱風 豪雨過後因應原水濁度高救災水源使用, 又可在地震後 戰爭後作為替代水源使用 惟該兩種不同用途所需連續運轉時間不同宜有不同設計, 故宜先確立主要設計目標 2. 給水馬達為何採用三台單相 2HP 馬達, 一台三相 2HP 馬達 (RO 加壓泵 )? 其中三相馬達必須預接三相交流電, 而一般家用市電為單相交流電, 工業用電才使用三相交流電, 如此搭配將增加電源使用複雜度, 恐有不妥? 又本系統的電力來源究為市電或發電機或其他電源? 請敘明 3. P50 稱 Qwater M 設備請避免放置於淋雨 淹水或潮濕處, 避免相關機電設備損壞 但是, 颱風豪雨期間淋雨 淹水 潮濕恐難避免, 故建議設備本身應適當防雨 防水 防潮能力, 以利在惡劣天候下可正常運作 4. P68 指出,RO 進水濁度建議小於 2NTU, 該小於 2NTU 為一般飲用水水質標準, 本設備 RO 前處理, 有無能力達此水質標準? 如不能,RO 最大可容忍濁度為多少?RO 在進水濁度小於 2NTU, 最大容忍濁度下, 其使用壽命各分別為多少? 5. 由表 5-1, 本設備使用不織布攔砂作為前處理, 惟不織布很容易阻塞且易破裂, 該不織布是否屬耗材要經常更換? 如是, 設計使用壽命多長? 為何不考慮採用較無前述缺失之織布, 作為前處理濾材? 6. 蘇力颱風救災為何不使用 Qwater M 而使用 Qwater? 潭美颱風以 Qwater M 前往後龍救災, 現場有無做水質檢驗? 如有, 其結果與工研院實驗室分析結果有無差異? 7. 不同水源, 設備可連續運轉時間是否相同? 如不同, 請列表敘明各種 134

148 不同水源之可運轉時間 8. 為利一般民眾容易組裝 操作, 請編撰使用操作手冊, 該手冊宜以簡 明易懂, 多圖少文字的原則撰寫 三 中華大學建築與都市計畫學系林委員文欽 1. 請提供 Qwater M 無法使用的水質成分 2. Qwater M 的運轉費每立方米遠大於 Qwater, 請分析成因? 有否降低的空間 3. 如何確保本設備需經由水利署授權方能生產 四 泓發樂活氏水科技服務公司陳委員仁仲 1. 本期末報告呈現, 已完成期初預期之工作項目逐一達成, 在進度及行政程序都符合契約要求下, 應可同意通過期末審查 2. 本計畫技術成果具體, 在系統整合的特色發揮了團隊的經驗與實力, 但在樣樣都納入下, 卻忽略了本設備的核心技術及核心價值的突顯, 值得思考後再強化 3. 本計畫所開發之設備, 在使用操作過後之待機時的維護管理條件, 有必要如正常操作時的 SOP 一樣, 建構標準程序, 以利設備與零組件的堪用性 五 明志科技大學范委員致豪 1. 各項工作進度符合契約要求 2. 期中報告意見回覆應修正至報告書本文中 3. 分析模組之準確性請補充於報告書 4. 不同模組之使用時機 (AC Resin Sand filtration) 宜有詳細說明, 所用 之辭彙宜淺顯易懂 5. 後續實際操作時, 可拍攝影片以為爾後教學使用 6. 建議使用說明書列為附件, 並擇要將重要之操作原則 程序敘述於報 告書本文 7. 報告書第六章中所指之系統為 Qwater M 或 Qwater, 請確認 135

149 六 國防部作戰及計畫參謀田委員燕平 1. 耗材可否使用其他品牌產品, 為防止生產廠商對耗材實施停產或其他因素導致無法供貨時, 致使淨水設備無法使用或在安全無虞下使用, 可否將其他廠牌可相容之耗材名稱列入說明資料 2. 因使用者 ( 操作者 ) 汰換率較高, 內部清洗時間不易掌控, 加裝需清洗警示燈有其必要性 3. 各機體排泥或清洗可否同時執行, 請納入計畫中說明 七 黃委員旗良 1. 本計畫研發的系統經 UF+UV 或 UF+RO+UV 處理之產水目標, 是否 要提供能生飲的水質? 請說明 2. P26 三 系統架構 : 設備總淨重約 355 公斤, 如各主要單元拆卸後其 支撐框架 ( 含蒙皮 ) 及不方便裝卸必要零組件其總重量約多少? 能否以 單人背負? 請說明 3. P31 圖 3-7 上視圖 : 缺 M05 標示, 各編號建請加備註說明, 方便理解 4. P45 表 3-10 生產每噸水之電費估算表 : 採用 生產每噸水硬體成本 ( 元 /m 3 ) 其文字是否妥適? 請檢討 另, 電費單價是如何估算? 查 P102 表 6-4 羅浮國小定期巡檢保養檢查表 : 平均 4 個月每產 1 m 3 水約耗 1 度, 而 P103 表 6-5 法鼓山定期巡檢保養檢查表 : 平均每 4 個月每產 1 m 3 水約耗 度電, 如 1 度電以 3 元計, 每產 1 m 3 水分別約需 3 及 0.46 元與表 3-10 估算表 0.86 元 / m 3 落差頗大, 請核查並補充說明 5. P47 表 3-11 可攜式多元化水質分析設備可分析水質項目表 : 飲用水水 質標準欄 : 自由有效餘氯 : 應為 0.2~1.0 mg/l 誤植為 0.2~2.0 mg/l, 請 查明後修正 6. P54 十一 操作說明 : 建議要有更簡要的 SOP 操作說明, 每一配件除 要有編號外並需有方向性標示, 避免非專業人員裝配時錯誤 7. P59 十二 設備維護 :1. 槽體排泥 :(1)..., 在進行設備運輸與庫存, 是否為贅詞, 建議請刪除 8. P62 5.UF 及 RO 離線清洗 :... 產水排地, 建議不使用 該用詞是否 136

150 妥適? 建請修正 另,6. 元件使用年限 : 估計使用壽命 ( 月 ): 動力設備 ( 原水泵 進水泵及加壓泵等 ) 部分 :24 及 60 月 (2~5 年 ) 是否妥適?( 一般以運作時數作估計 ) 請檢討 9. P63 十三 不同水源水質特性, 建議的處理程序 : 第五單元 :UV 或加氯 : 如採加氯設施, 是建議採用液態或固態氯錠? 請說明 另, 第四單元 : 如採微量有機汙染及高硬度水源 : 已經超微膜 UF 處理, 是否仍需要逆滲透 RO 程序? 請檢討 10. P65 第二段 : 去濁效果也有限 誤植為... 去濁效果也有效, 請修正 11. P68 4.UF 去濁度效果 : 是否缺文字敘述? 與 P69 5.RO 去濁度效果 : 文字敘述完全一樣, 請說明 12. P70 6. 整體淨水系統濁度去除率 : 經 UF 處理去除率已達 95% 以上, 濁度都已在 2 NTU 以下, 色度在 4 以下都已符合飲用水標準 (2 NTU 及 5 單位 ),RO 處理系統的需要性? 請檢討 13. P70 二 有機物及色度去除效能 : 第二行 :, 及 RO 是否有漏字, 請查明 14. P79 一 救災應用實例 :1. 蘇力颱風救災紀錄 : 陳超明立委 是否誤植為 陳昭民力委 請查明 八 水利署防災中心謝委員明昌 1. Qwater M 之處理成本計算方式, 建議依原水差異性而提出一個範圍之數字 ( 高濁度到海水 ) 另補充說明 15 CMD 之單元, 原水成本為何較 5 CMD 貴 2. 目前提出之 Qwater M 是否已屬效能高下之最小尺寸, 有無更佳化之縮小量質之可能 3. 各緊急淨水設備之比較表中, 建議增列可處理之原水, 單元造水成本等, 以凸顯 Qwater M 之特性 4. Qwater M 之回收率介定於 40-60%, 有無測試或理由 5. 本計畫開發之多元化水質分析儀器須具簡易 質輕 可攜及快速分析特性, 建議補強使用手冊及有無申請專利之能 6. 有關羅浮國小及法鼓山 Qwater 運轉效能管理是否改善或提升效能之 137

151 建議 7. Qwater 及 Qwater M 之差異 限制及適用時機與對象之考量等建請補充 後續兩者如何應用推廣, 建請補充 8. 國內外之緊急測試或救災案例相當好, 建請整理作為後續推廣應用之參考 9. Qwater M 若未能於今年提出專利申請, 相關關鍵 know how 之保全, 如何處理, 建請補充 10. 海外救災部分, 因運用本署與工研院之研發成果, 建請注意媒體露出 九 本署防災中心蘇委員俊明 1. 有關本計畫報告第陸章推廣與應用第五節救災應用模式建議, 請執行單位就目前水利署在本項工作的權責及擔任角色予以釐清並建立供水服務作業流程, 並考量未來合作單位紅十字會及國防部承接水利署提緊供淨水設備後救災分工及作業分式, 請補充說明 2. 關於目前設置於羅浮國小及法鼓山園區兩部緊急淨水設備, 請執行團隊評估機組利用率及實質效益, 並提出此兩部機組後續營運計畫, 以作為水利署後續利用規劃之參考 3. 今年完成多元化水源機動式模組化設備二組, 其未來如何參與救災運用規劃, 請補充說明 十 保育事業組林正工程司杰熙 1. 本計畫報告的編排建請考量工作項目之關聯性, 以便對照閱讀 2. 依據報告的檢測資料, 似並未對飲用水水質標準作全面檢測, 而僅以 部分檢測項目資料, 及說明符合飲用水水質標準是否合宜, 建請考量 3. P24 Qwater M 之水量部分 滿足 2500 飲水, 無單位不易了解其意義 4. P62 各元件使用年限評估係在何種運轉條件下評估, 建請說明 5. 一般而言,UF 及 RO 膜之使用壽命, 除年限外, 尚與過濾水量有關, 本計畫所使用的是否無須此考量 十一 中區水資源局趙工程司美英 138

152 1. 目前設備為 4 個淨水套管,3 個貯水槽,1 套自動化控制, 未來設備 擴展除考量增加水量, 亦考量成本, 增加最小成本, 產出較大水量 2. 設備元件有一定壽命, 到期或異常是否會產生警示 十二 南區水資源局黃簡任正工程司耀德 1. P81 說明與清華科技檢驗公司之檢驗報告數據有出入, 請查證飲用水標準, 在報告中儘求數據統一 2. Qwater M 應依據水質, 水源狀況作出不同的過濾方式, 建請以圖表說明 3. 本報告中針對研究於最高原水濁度 4000 NTU 條件下, 連續運作 9hr 使產水濁度小於 1 NTU, 總菌數小於 1 CFU/mL 之實際運作情形未具體說明, 並以檢測數據說明 4. 太陽能供應電源在惡劣天候狀況下請考慮使用時機, 建議以發電機為主 5. 針對水質安全 效能驗證部分請儘以檢驗報說明 6. 簡報中之操作方式建議以操作維護手冊方式置報告附錄中 十三 國家災害科技防救中心蘇昭郎 1. 設備需以 3.5 頓車輛載運, 產水量僅 5 CMD, 若車輛可以通行,5 噸水就可以運送, 而不必產製了 所以設備應再考量可以個人背負方式的組裝設計 2. 第三章設備規格請增加總重量, 包含 / 不含沉水泵及外部管線等的重量規格 另本設備所需的發電機規格與重量等, 亦請納入 ( 此項重量是考量若須以直升機載運 ) 3. 對於不同原水水質有不同的建議處理程序 ( 表 5-1), 但一般使用者多無法自行研判, 包含選擇原水點與可用水質條件 此部分是否可由本案的水質分析儀器 ( 第參章 ) 來協助其研判的標準為何? 4. BioNET/TubeNET 具生物處理效用, 但產生效能需要培養時間, 此時在水質或處理程序上有何差異? 此外, 前處理 ( 混凝 不織布 砂濾等 ) 並不再本案規劃的組件中, 請說明 139

153 5. 實際案例 ( 菲律賓海燕颱風 ) 應是本案珍貴的成果, 請詳細記錄各階段的水質與使用情形 6. 除菲律賓海燕颱風的應用案例外, 如本人期中審查意見 ( 一 ), 大規模震災, 自來水廠與管線失效的情境, 應是未來水利署可能會面臨的情境, 雖然執行單位回後可由水利署另案處理, 但考慮本案應用面向, 仍建議有部分情境分析, 例如需求量 >15 CMD 時, 要如何協助水利署 7. 考量各單元可替換不同類別的替芯 (UF/RO) 是否在設計上具有管線多口徑或可替換口徑的功能 8. 持續性水質分析, 報告僅呈現單一進 / 出水分析, 應有長期 ( 至少 2 個反洗 / 排泥 ) 的水質監測 拾 審查結果及主席結論一 本計畫期末報告書審查, 原則通過 二 請執行團隊依各審查委員及與會單位之審查意見修正, 並將審查意見及辦理情形列對照表納入報告附錄 拾壹 散會 140

154 141

155 142

156 期末報告審查委員意見 委員意見意見回覆 1. 肯定本計畫之執行成果及期中審 查意見回應也都完整 未來與紅 十字會 國軍合作方向正確, 亦 可考慮與原住民委員會 ( 偏遠鄉鎮 山區 ) 或世界展望會合作 2. 本套 Qwater M 功能強, 但不是每 個案例需求都相同, 各個元件其 實可以依案例 ( 當地有否電力或需 使用電源不同 ) 去組裝, 是否能整 理圖表及成本分析, 針對海水建 議 A 組 高濁度水 B 組 短期供 水 ( 如 10 天內 ) 中期供水等不同 建議組合 吳約西委員 謝謝委員肯定, 未來將安排與原住民委員會 ( 偏遠鄉鎮山區 ) 或世界展望會進行合作討論 感謝委員指正, 本研究於各種不同案例的使用 情境, 除整理成表格與文字說明外, 也增加圖 示的方法, 讓使用者容易了解 而本研究的系 統設計, 於短期供水 (10 天內 ) 及中期供水的單 元配置上並無不同, 差異在於系統清洗與排泥 頻率而已, 細節可參考附件的使用手冊 中 高濁水濁度 > 500 NTU 河川 湖泊 水庫 PAC 前過濾 TubeNET 砂濾 UF UV 低濁水濁度 < 500 NTU 河川 湖泊 水庫 前過濾 TubeNET 活性碳 UF UV 微量有機物污染水有顏色 ( 色度 ) 河川 湖泊 水庫地下水 ( 靠近農作區 ) 前過濾 TubeNET 活性碳 UF RO UV 高硬度如總鐵 >3 mg/l 或貯水後有嚴重水垢現象地下水 前過濾 TubeNET 除鐵錳砂 UF RO UV 高鹽度導電度 >3 ms/cm 海水 半鹹水 前過濾 TubeNET 活性碳 UF RO UV 3. Qwater M 之功能特性, 豐沛感謝委員建議, 未來於相關文宣 Quantity 說明 (Quantity) 名詞是否以 出水能力部分, 將以出水能力強的特性進行解說 強 為佳 4. Qwater 體積 2.2 m3(p24), 2.5 感謝委員指正, 相關文字說明已統一 143

157 委 員 意 見 意 見 回 覆 m3(p1) 水源總類 p24 含中水,p50 為雨水, 需釐清 5. P44-45 成本分析乃以發電機做成本估算, 但若為太陽能及風力等成本, 是否可分析供參考 感謝委員建議, 因相關節能與綠能系統將於明年執行, 故本年度並無實際節能與綠能之相關軟硬體可進行分析估算, 待後續資料蒐集與系統建置後, 將進行細部分析 6. P45 成本分析與海淡比較, 應選擇中小型海淡與本機出水供水能力 感謝委員建議, 依據李至倫先生於國家政策論壇中, 所發表文章 海水淡化之趨勢與未來性 分析, 當中提到目前我國離島海淡廠大多為相當者去做比較, 而將大型海淡中小型, 淡化技術同樣為逆滲透方法, 造水成樣本去除 本高達六十元左右, 而本研究的海淡成本約為 29.5 元, 顯示本研究開發設備的經濟優勢 7. P24 p53,qwater M 可供水 5-15 感謝委員指正, 相關文字說明已修正 CMD(P24), 後文提及 10 CMD ( 非 海淡 ),5 CMD ( 海淡 ), 請釐清 8. 表 5-1 中, 雨水及中水並未見提 感謝委員指正, 相關文字說明已修正 及 施進村委員 9. 依 P49 Qwater M 既可以作颱風 豪雨過後因應原水濁度高救災水源 感謝委員指正, 本研究的主要目標設計為颱風 豪雨過後, 因應原水濁度高之短期 ( 如一 個月 ) 救災應用 而地震 戰爭後, 若為短期使用, 又可在地震 戰爭後作為應用則為相同, 但若作為長期替代水源使用, 替代水源使用 但兩種不同用途則須須因地制宜增加相關配套系統與措施, 如所需連續運轉時間不同宜有不同大容積潔淨水塔 供配水系統 自動化供水控 設計, 故宜先確立主要設計目標 制等 10. 給水馬達為何採用三台單相 2HP 馬達, 一台三相 2HP 馬達 (RO 加壓泵 )? 其中三向馬達必 感謝委員指正, 本研究於選用 RO 加壓泵時, 選用此三相馬達的原因, 係因此馬達相較於其他種類的機器, 具經濟性 體積小 重量輕且 可輸出水壓滿足需求 (> 50 kgf/cm 2 ), 但缺點為須預接三向交流電, 而一般家用須增設轉相系統, 將三相轉為單相, 如此, 則市電為單向交流電, 工業用電才不論發電機或市電均可應用 未來, 本研究將 使用三向交流電, 如此搭配將增 持續尋求更優質的高壓 RO 馬達進行應用 加電源使用複雜度, 恐有不妥? 有本系統的電力來源究為市電 或發電機或其他電源? 請述明 11. P50 稱 QwaterM 設備請避免放於 感謝委員建議, 本研究建置的電控盤與馬達, 144

158 委 員 意 見 意 見 回 覆 淋雨 淹水或潮濕處, 避免相關機電設備損壞 但是, 颱風豪雨期間淋雨 淹水 潮濕恐難避 已具有相當之防潑水能力, 但於超大豪雨或浸泡於水體時, 仍恐有損壞之疑慮, 故未來將再增設防雨遮蔽板, 來更加降低設備損害風險 免, 建議設備本身應具防雨 防 水 防潮能力, 以利在惡劣天候 下可正常運作 12. P68 指出,RO 進水濁度建議小於 2NTU, 而小於 2NTU 為一般 感謝委員建議, 本設備的 RO 前處理, 如 TubeNET UF 砂濾等, 已可確保將濁度降 於 2 NTU 以下, 故對於 RO 已達到相當之保飲用水水質標準, 本設備 RO 前護作用 此外, 依據 RO 原廠 (Filmtec) 的使用處理, 有無能力達此水質標準? 說明書中指出, 於滿足進水水質要求及正常操如不能,RO 最大可容忍濁度為作下, 如於海淡應用時 SDI<3 或濁度 <2 多少?RO 在進水濁度小於 2 NTU, 其 RO 的壽命至少 3 年 NTU, 最大容忍濁度下, 其使用 壽命各分別為多少? 13. 由表 5-1, 本設備使用不織布攔砂作為前處理, 惟不織布很容易 謝謝委員建議, 未來將深入了解是否有相關的織布產品可應用, 並與本研究的不織布濾布比 較後, 再進行優選應用 而本研究採用的不織阻塞且易破裂, 該不織布是否屬布前過濾, 為與康那香公司合作開發的特殊不於耗材要經常更換? 如是, 設計織布濾袋, 濾袋厚度相當厚為 15 mm, 故不會使用壽命多長? 為何不考慮採破裂, 其結構為 3D 堆疊孔洞結構, 故具相當 用較無前述缺失之織布, 作為前處理濾材? 的大顆粒污染物攔截效果, 且於應用上不屬於耗材, 當所攔截的污染物較多時, 則可浸泡水 中, 進行手洗搓揉動作後即可再使用 14. 蘇力颱風救災為何不使用 Qwater M 而使用 Qwater? 潭美颱 感謝委員指正, 因今年蘇力颱風災後,Qwater M 設備才剛建置好不久, 雖然實驗數據均已證實 相關水質指標合格, 但考量要供給民眾用水必風以 QwaterM 前往後龍救災, 現須謹慎, 故水利防災中心擔心未有完善且較多場有無做水質檢驗? 如有, 其結的研究驗證報告, 故指示出動 Qwater 救災即果與工研院實驗室分析結果有可 於救災當時, 現場即有進行水質檢驗, 水 無差異? 質檢驗結果並與採樣回實驗室分析的結果相 同 15. 不同水源, 設備可連續運轉時間是否相同? 如不同請列表敘明各種不同水源之可運轉時間 謝謝委員建議 以救災短期應用而言, 不同水源, 設備可連續運轉的時間為相同, 差異僅在於清洗維護時, 污染排出濃度或各單元污染程度有所差異, 舉例而言, 高濁度原水與海水淡 化處理時, 高濁水的槽體與前處理單元的污泥 145

159 委 員 意 見 意 見 回 覆 排出量較海淡時為大 16. 為利一般民眾容易組裝操作, 請編撰使用操作手冊, 該手冊宜以 謝謝委員指正, 使用操作手冊將獨立進行編撰與印製, 編撰係採以採用簡明易懂 多圖少文 字的原則撰寫, 並編列中 英文使用手冊, 放簡明易懂, 多圖少文字的原則撰置於設備電控盤內 寫 中華大學建築與都市計畫學系林文欽委員 17. 請提供 Qwater M 無法使用的水質成分 感謝委員建議,Qwater M 內含有 RO 系統, 故極大多數污染物種類均可去除, 其脫鹽率達 99.9% 以上, 但仍有少數極小的離子會通過薄 膜, 但其濃度低, 對人體並無危害 18. QwaterM 的運轉費每立方米遠大於 Qwater, 請分析成因? 有否降低的空間 感謝委員建議, 此運轉費用上的差異, 係高壓 RO 馬達較為昂貴所導致, 未來, 未來將持續尋求更具經濟的高壓馬達進行成本優化 19. 如何確保本設備須經由水利署授權方能生產 現階段有簽約且可進行生產的廠商有工研院及水之源公司, 目前 Qwater 已有專利保護, 若其他單位生產販售將需負擔相關法律責任 泓發樂活氏水科技服務公司陳仁仲委員 20. 本期末報告呈現, 已完成期初預 感謝委員肯定 期之工作項目逐一達成, 在進度 及行政程序都符合契約要求 下, 應可同意通過期末審查 21. 本計畫技術成果具體, 在系統整合的特色發揮了團隊的經驗與 感謝委員指正, 未來將努力突顯本計畫的核心技術與核心價值, 核心技術為 統一標準化的 套管式 模組式套裝淨水系統 而核心價值實力, 但在樣樣都納入下, 卻忽為 可簡單操作的緊急救災應用的淨水設略了本設備的核心技術與核心備, 未來於設備操作及建置上, 將更努力朝價值的突顯, 值得思考後續再強簡易化 家電化的方向進行, 如此更可突顯本 化 計畫的核心技術及其價值 22. 本計畫所開發之設備, 在使用操 感謝委員指正, 以補充 SOP 於本文內容 作過後之待機時的維護管理條 件, 有必要如正常操作時的 SOP 一樣, 建構標準程序, 以利設備 與零組件的堪用性 明志科技大學范致豪委員 23. 各項工作進度符合契約要求 感謝委員肯定 146

160 委員意見意見回覆 24. 期中報告意見回覆修正至報告 書本本文中 25. 分析模組之準確性請補充於報 告書 26. 不同模組之使用時機 (AC Resin Sand filtration) 宜有詳細 說明, 所用之辭彙宜淺顯易懂 27. 後續實際操作時可拍攝影片以 為爾後教學使用 28. 建議使用說明書列為附件, 並則 要將重要之操作原則 程序敘述 於報告書本文 29. 報告書中第六章所指之系統為 QwaterM 或 Qwater, 請確認 30. 耗材可否使用其他品牌產品, 為 防止生產廠商對號才實施停產 或其他因素導致無法供貨時, 致 使淨水設備無法使用或在安全 無虞下使用, 可否將其他廠牌可 相容之耗材名稱列入說明資料 31. 因使用者 ( 操作者 ) 汰換率較高, 內部清洗時間不易掌控, 加裝需 清洗警示燈有其必要性 感謝委員指正, 相關回覆說明已修正至本文 感謝委員指正, 相關文字說明已修正 感謝委員指正, 已增加相關的內容於報告內 感謝委員指正, 未來將補拍並製作成影片 感謝委員指正, 已將使用說明書列為附件, 相 關文字說明已於本文內容作敘述 感謝委員指正, 於實際應用於救災部分, 因水利署考量 Qwater 技術已經成熟, 而 Qwater M 剛製作完成, 故指示 Qwater 應用於救災, Qwater M 應用須待更多效能驗證完成後再應 用 而於展覽會 技術文章發表 媒體推廣等 活動, 主要為 Qwater M 推廣項目 國防部作戰及計畫參謀田燕平委員 謝謝委員建議, 耗材可使用任何品牌產品, 只 要是功能相同 品質佳即可 例如 TubeNET 只要是軟質泡棉擔體, 或其他類似功能的硬質 擔體亦可 活性碳只要是粒狀活性碳, 而非粉 狀活性碳即可 離子交換樹脂只要是含有陽離 子交換樹脂的種類即可 而 UF 及 RO 薄膜, 因各家廠牌的尺寸大都已標準化, 只要可以裝 入設備內的膜管 (4040 型號標準套管 ) 均可採 用, 相關說明已補充於報告內 謝謝委員建議, 未來將嘗試兩種辦法進行, 第 一種為嘗試於控制晶片內, 增加系統造水累積 時間程式, 並將數值顯示於螢幕上, 當到達清 洗時間時, 系統自動進行清洗, 或告知使用者 進行手動清洗 第二種為產水管端設置水錶, 讓使用者知道總產水量, 並於控制盤內設置使 用說明或操作紀錄表, 讓使用者清楚了解清洗 的時機, 或進行手動清洗時, 知道上次的清洗 147

161 委 員 意 見 意 見 回 覆 距離本次清洗隔多久時間 32. 各槽體排泥或清洗可否同時執行, 請納入計畫中說明 感謝委員指正, 各槽體排泥可同時或單獨執行, 並已納入報告中說明 保育事業組林杰熙委員 33. 本計畫報告的編排建請考量工作項目之關聯性, 以利對照閱讀 感謝委員指正, 相關編排已依據工作流程順序進行修正及編列, 報告格式並依據水利署規範進行撰寫 34. 依據報告的檢測資料, 似並未對飲用水水質標準作全面檢測, 而 感謝委員指正, 報告說明將進行修正, 將僅說明該項水質指標符合該水質標準規範 僅以部分檢測項目資料, 及說明 符合飲用水水質標準是否合 宜, 建請考量 35. P24 Qwater M 之水量部分 滿足 感謝委員指正, 已修正為可滿足 2500 人飲水 2500 飲水, 無單位不易了解其 意義 36. P62 個元件使用年限評估係在何種運轉條件下評估, 建請說明 感謝委員指正, 係以每日連續操作的情況下進行概估, 此說明並已補充附註於相關報告內 容 37. 一般而言,UF 及 RO 膜之使用壽命, 除年限外尚與過濾水量有 感謝委員指正, 年限與產水量有關, 為救災應用的年限, 必定比每天運轉應用的更長 依據 UF 薄膜廠商提供資料, 於滿足正常操作條件關, 本計畫所使用的是否無須此下, 持續運轉造水,UF 的使用壽命保守為三考量 年 ( 約 10,000 m3) 而依據 RO 原廠 (Filmtec) 的 使用說明書中指出, 於滿足進水水質要求及正 常操作下, 如於海淡應用時 SDI<3 或濁度 <2 NTU, 滿載連續運作狀態下, 其 RO 的壽命至 少 3 年 ( 產水量 ), 總產水量約大於 10,000 m 中區水資源局趙美英委員 39. 目前設備為 4 個淨水套管,3 個 感謝委員指正, 將朝此方向進行努力 貯水槽,1 套自動化控制, 未來 設備擴展除考量增加水量, 亦可 考量成, 增加最小成本產出較大 水量 40. 設備元件有一定壽命, 到期或異常是否會產生警示 謝謝委員指正, 以電控盤內元件而言, 異常時電控元件原本燈亮的部分將不亮, 此時則可進 148

162 委 員 意 見 意 見 回 覆 行元件更換, 薄膜若異常, 則產水濁度會大 增, 可藉由產水水質分析發現, 此時須進行薄 膜更換 薄膜若堵塞, 產水量降低及壓力增 加, 此時則進行清洗, 可藉由系統內的流量計 與壓力計判別 南區水資源局黃耀德簡任正工程司 41. P81 說明與清華科技檢驗公司之 感謝委員指正, 相關文字說明已修正 檢驗報告數據有出入, 請查證飲 用水標準, 在報告中儘求數據統 一 42. QwaterM 應依據水質水源狀況作出不同的過濾方式, 建請以圖表說明 感謝委員指正, 本研究於各種不同案例的使用情境, 除整理成表格與文字說明外, 也增加圖示的方法, 讓使用者容易了解 43. 本報告中針對研究於最高原水濁度 4000 NTU 條件下, 連續運 第五章效能驗證部分, 為每天持續運轉九小時, 連續進行 3 天測試所試驗整理出的結果 另外, 於救災應用 ( 北埔 苗栗 ) 及實地驗證 ( 南作 9hr 使產水濁度小於 1 NTU, 寮 ) 進行效能驗證時, 均符合計畫要求指標, 總菌數小於 1 CFU/mL 之實際運數據說明於報告中 作情形未具體說明, 並以檢測數 據說明 44. 太陽能供應電員在惡劣天候狀況下請考慮使用時機, 建議以發電機為主 感謝委員指正,Qwater M 之供電來源目前皆已發電機為主, 但在考量長時間運轉, 當地油料有限, 且期望節省能源等情況時, 則會考量加裝太陽能作為輔助角色 45. 針對水質安全 效能驗證部分請儘量以檢驗報說明 感謝委員指正, 水質分析部分除了現場簡易分析儀器及實驗的結果外, 另有委外給認證實驗 室進行分析 ( 如北埔救災及效能驗證, 除現 地及工研院實驗室外, 並送清華檢驗公司檢 測 ) 46. 簡報中之操作方式建議以操作 感謝委員指正, 相關文字說明已修正 維護手冊方式至於報告附錄中 國家災害科技防救中心蘇昭郎副研究員 47. 設備需以 3.5 頓車輛載運, 產水量僅 5 CMD, 若車輛可以通行, 5 噸水就可以送達而不必產製了 所以設備應在考量可以個人 感謝委員指正, 將考量以個人揹負方式的組裝設計, 當然以人力揹負方式, 為緊急救災情況必須考量, 遇到緊急而道路無法搶通, 相信人力為最佳運輸工具 此外, 一台 Qwater M 可產 149

163 委員意見意見回覆揹負方式的組裝設計 水量為 10 CMD (420 L/hr), 以一般瓶裝水容量 500 ml 換算, 每小時可安裝 840 瓶, 一天最多約可生產 20,160 瓶, 兩台設備則為每天生產 4 萬瓶 若以 3.5 噸貨車運送水, 每車次最多可運送 2000 瓶 [ 總重量 3.5 噸減去空車 2.2 噸 (2200 公斤 ) 及兩人後, 並考量山路安全, 最大約有 1000 公斤載重量 ], 而一台 QwaterM 造水 1 天的量, 相當於 10 車次的運水量, 每車次的耗時至少數小時, 若 Qwater M 持續造水五天, 則可生產 100,800 瓶水, 相當於 50 車次的運水量 如此可知, 於災區交通不便處, 同時要運輸米 食物 衣物等物質, 耗時 耗力 風險高, 許多災區經驗也顯示, 運送物資路中常有路斷及塞車之情況發生, 故若可減少運水則可幫助管理, 且可節省寶特瓶耗用, 省時 環保又高效 若以直升機送水, 則水量少 寶特瓶破損 風險高 成本高等缺點, 可見 Qwater M 仍有其優勢 48. 第三章設備規格請增加總重感謝委員指正, 相關文字說明已修正 量, 包含 / 不包含水源及外部管線等的重量規格 另本設備所要的發電機規格與重量等, 亦請納入 ( 此重量是考量若需以直升機載運 ) 49. 對於不同原水水質有不同的建感謝委員指正, 使用本案之水質分析儀器亦可議處理程序 ( 表 5-1), 但一般使用初步判斷, 包含水質濁度 導電度及各種飲用水水質標準, 操作流程已詳細於本文內容說者多無法自行判斷, 包含選擇原明, 相信一般使用者依照儀器操作流程使用, 水點與可用水質條件 此部分是即可判斷該水源之水質條件, 再依據本案所提否可由本案的水質分析儀器來供簡易圖表, 建議處理程序, 選擇最適處理流協助其研判的標準為何? 程 50. BioNET/TubeNET 具生物處理效感謝委員指正,BioNET/TubeNET 在此功能不用, 但產生效能需要培養時間, 以生物處理單元看待, 係以單體高添充率的情況, 為 過濾 的淨水單元 而混凝 不織布 此時在水質或處理程序上有何砂濾等單元, 也屬於本計畫規劃研究範疇中 差異? 此外, 前處理 ( 混凝 不織布 砂濾等 ) 並不再本案規劃的 150

164 委員意見意見回覆 組件中, 請說明 51. 實際案例 ( 菲律賓海燕颱風 ) 應是 本案珍貴的成果, 請詳細記錄各 階段的水質與使用情形 52. 除菲律賓海燕颱風的應用案例 外, 如本人期中審查意見 ( 一 ), 大規模賑災, 自來水與管線失效 之情境, 應是未來水利署可能會 面臨的情境, 雖然執行單位回後 可由水利署另案處理, 但考慮本 案應用面向, 仍建議有部分情境 分析, 例如需求量 >15 CMD 時, 要如何協助水利署 53. 考量各單元可替換不同類別的 濾芯 (UF/RO) 是否在設計上具有 管線多口徑或可替換口徑的功 能 54. 持續性水質分析, 報告僅呈現單 一進 / 出水分析, 應有長期 ( 至少 2 個反洗 / 排泥 ) 的水質監測 55. 本計畫研發的系統經 UF+UV 或 UF+RO+UV 處理之水目標, 是 否要提供能生飲的水質 56. P26 三 系統架構 : 設備總淨重 約 355 公斤, 如各主要單元拆卸 感謝委員指正, 將持續進行追蹤紀錄 感謝委員指正, 目前已經與慈濟 紅十字會及 國軍簽署合作意願書, 故未來面對大型災難 時, 水利署扮演技術支援與管理的角色, 提供 緊急供水工具給相關救災單位進行救災, 然 而, 當災難發生後, 才來製作淨水設備, 恐緩 不濟急, 因備料 施工 組裝 試車等程序, 每台設備約耗時至少 10 天, 故建請相關單元 可先配置幾套設備, 或配置於各區域 ( 高風險 潛勢區 ), 以備不時之需 謝委員指正, 各廠牌相同產水量的 UF 或 RO 膜管, 其管徑 尺寸均為相同, 若考量增加產 水量, 則可考量較大孔徑與長度的膜管與薄 膜, 對於 Qwater M 的設備結構並無影響, 不同 管徑的套管其出水管 入水管管徑仍可藉由套 入變徑管方式進行 感謝委員指正, 本研究之產水水質分析, 為設 備每日連續操作 9 小時, 且連續操作 3 日所得 數據, 並非單一進 / 出水, 中間必然經歷排泥 過程, 不過相信以緊急救災非重大災難之情 境, 災區大約一周內即可恢復正常供水情形 於法鼓山及羅浮國小之 Qwater 淨水模組, 運 轉已超過兩年以上, 出水水質均良好符合飲用 水水質標準 黃旗良委員 感謝委員指正, 若使用原水水源已符合地面水體分類及水質標準, 再經由 Qwater M 淨水程 序處理完之水質, 基本上皆為純水符合飲用水 水質標準, 但為確保飲用水水質安全, 建議還 是先煮沸後再飲用為佳 各主要單元拆卸後能以單人背負方式進行, 單 一元件的體積小 重量輕, 唯缺點為元件數較 多, 須多次或多人同時搬運, 未來將進行各元 151

165 委員意見意見回覆後其支撐框架 ( 含蒙皮 ) 及不方便件的整併及秤重, 並嘗試進行系統優化 裝卸之必要零組件其總重量約多少? 能否以單人背負? 請說明 57. P31 圖 3-7 上視圖 : 缺 M05 標感謝委員指正, 相關文字說明已修正 示, 各編號建請加備註說明, 方便理解 58. P45 表 3-10 省產每噸水之電費估算表 : 採用每噸水硬體成本 ( 元 /m3) 其文字是否妥適, 請檢討 另電費單價是如何估算? 查 P102 表 6-4 羅浮國小定期巡檢保養檢查表 : 平均 4 個月每產 1 噸水約耗 1 度電, 而 P103 表 6-5 法鼓山定期巡檢保養檢查表 : 平均每 4 個月每產 1 噸水約耗 度電, 如 1 度電以 3 元計, 每產 1 噸水分別約需 3 及 0.46 元與表 3-10 估算表 0.86 元 / m3 落差頗大, 請核查並補充說明 59. P47 表 3-11 可攜式多元化水質分析設備可分析水質項目表 : 飲用水水質標準欄 : 自由有效餘氯 : 應為 ppm 誤植為 ppm, 請查明後修正 60. P54 十一 操作說明 : 建議要有更簡要的 SOP 操作說明, 每一配件除要有編號外並需有方向性標示, 避免非專業人員裝配時錯誤 61. P59 十二 設備維護 :1. 槽體排泥 :(1)..., 在進行設備運輸與庫存, 是否為贅詞, 建議請刪 感謝委員指正, 羅浮國小為交流電 (AC) 設備系統的 Qwater, 而法鼓山為直流電 (DC) 系統的 Qwater, 並包含風力 太陽能發電系統, 而 DC 系統比 AC 系統更為省能高效, 此外, 風力 太陽能所產生的電力, 也讓市電消耗量更少, 故有 3 及 0.46 元的差距在, 如此即顯示出綠能 Qwater 系統省能的價值 感謝委員指正, 相關文字說明已修正 感謝委員指正, 未來將標示於 Qwater M 淨水裝置上, 讓非專業人員更能淺顯易懂水流方向 感謝委員指正, 相關文字說明已修正 152

166 委 員 意 見 意 見 回 覆 除 62. P62 5.UF 及 RO 離線清洗 :... 感謝委員指正, 相關文字說明已修正 產水排地, 建議不使用 該用 詞是否妥適? 建請修正 63. P63 十三 不同水源水質特性, 建議的處理程序 : 第五單元 :UV 感謝委員指正, 目前設備均採用 UV 消毒, 未來若要採用氯錠, 建議採用固態次氯酸藥錠, 較為安全且好運輸 而微量有機汙染建議以活或加氯 : 如採加氯設施, 是建議性碳吸附為主 高硬度水源以離子交換樹脂或採用液態或固態氯錠? 請說除鐵錳砂為主, 若濃度較高則再增以 RO 進行明 另第四單元 : 如採微量有機處理 汙染及高硬度水源 : 以經過超氯 膜 UF 處理, 是否仍需要逆滲透 RO 程序? 請檢討 64. P65 第二段 :... 去濁效果也有 感謝委員指正, 相關文字說明已修正 限 誤植為... 去濁效果也有效, 請修正 65. P68 4.UF 去濁度效果 : 是否缺文 感謝委員指正, 相關文字說明已修正 字敘述 與 P69 5.RO 去濁度效 果 : 文字敘述完全一樣, 請修 正 66. P70 6. 整體淨水系統濁度去除率 : 經 UF 處理去除率已達 95% 感謝委員指正, 在地表水應用情況下, 且經由水質分析並無特別離子或有機污染情形, 則可 不需要進行 RO 處理, 但若為海水, 則必須以以上, 濁度都已在 2 NTU 以下, RO 進行脫鹽 色度在 4 以下都以符合飲用水標 準 (2 NTU 及 5 單位 ),RO 處理 系統的需要性, 請檢討 67. P70 二 有機物及色度去除效 感謝委員指正, 相關文字說明已修正 能 : 第二行 :..., 及 RO... 是否 有漏字, 請查明 68. P79 一 救災應用實例 :1. 蘇力 感謝委員指正, 相關文字說明已修正 颱風救災紀錄 :... 陳超明立 委... 是否誤植為... 陳昭民立 委... 請查明 水利防災中心謝明昌主任 153

167 委 員 意 見 意 見 回 覆 69. QwaterM 之處理成本計算方式, 建議依原水差異性而提出一 感謝委員指正, 報告中將以不同的原水來處理成本概估 一般而言, 系統愈大則造水成本愈 便宜, 但 15 CMD 於 5 CMD 的規模差異並不個範圍之數字 ( 高濁度到海水 ) 顯著, 故未彰顯尺寸放大經濟效益 此外, 因另補充說明 15 CMD 之單元, 造 15 CMD 的淨水處理程序為傾斜板沉澱池 水成本為何較 5 CMD 貴 BioNET UF 及 UV, 而 5 CMD 為 BioNET UF 及 UV, 較 15 CMD 設備少一個淨水單元, 槽體 鐵架平台等元件物料較多, 故 15 CMD 造水成本相對略高 70. 目前提出之 QwaterM 是否已屬效能高下之最小尺寸, 有無更佳化之縮小量質之可能 謝謝委員建議,Qwater M 係至少已經過八次版本以上的討論修改及編排, 版本修正過程說明如下, 未來並將持續朝家電化及簡易控制的方向進行, 如此電盤及設備的尺寸將有機會簡 化 (1) 第一版 : 側面控制 側面發電及直立 UF (2) 第二版 : 側面控制 前端發電及直立 UF (3) 第三版 : 側面控制 前端發電及橫式 UF (4) 第四版 : 圓桶水槽型態 154

168 委員意見意見回覆 (5) 第五版 : 方桶水槽型態及側控制面板 (6) 第六版 : 後控制面板型態 (7) 第七版 : 外框強化與尺寸統一簡化 (8) 第八版 : 增加外版強度 155

169 委員意見意見回覆 71. 各緊急淨水設備之比較表中, 建 謝謝委員建議, 將增列造水成本進行比較 議增列可處理之原水, 單元造水 成本, 以突顯 QwaterM 之特性 72. QwaterM 之 RO 回收率介於 40-60%, 有無測試可再提高之能力或理由 73. 本計畫開發之多元化水質分析儀器需更具簡易 質輕 可攜及快速分析特性, 建議補強使用手 謝謝委員指正, 非海水之 RO 回收率可設置範圍約 80%~90%, 而海水因 TDS 及鹽度較高, 故透膜滲透壓力高很多, 故國際上 RO 海淡的回水率操作標準規範, 均規定在 40-60%, 若將回收率調高, 有其設備與安全上的風險, 包含 (1) 超過 RO 薄膜操作最高壓力, 導致薄膜破損 (2) 不銹鋼軟管無法承受高壓而破裂 (3) 薄膜堵塞潛勢風險增高 故考量設備安全性, 並不建議將海淡 RO 回收率設定超出 60% 謝謝委員指正, 已補強使用手冊, 請見第四章, 專利部分後續本研究團隊將思考是否有其創新性與獨特性可進行專利申請 冊及有無申請專利之可能 74. 有關羅浮國小及法鼓山 Qwater 運轉效能管理是否改善或提升效能之建議 75. Qwater 及 QwaterM 之差異 限制及適用時機與對象之考量等建請補充 後續兩者如何應用推廣, 建請補充 謝謝委員指正, 羅浮國小及法鼓山之運轉相當 順利, 並無較大的改善事項, 但於綠能 Qwater 系統方面, 風力發電機台若高度增高, 可增加 發電量, 但有其安全性風險, 高於該區設置的 避雷針, 有雷擊風險, 故並不建議, 而電池電 量與型態有關, 未來可考量高效能鋰電池進行 應用, 增加綠能蓄電量 謝謝委員指正, 補充說明如下 多元化機動淨 Qwater M Qwater 水設備創新說明 (Qwater M ) 水源高濁水 河高濁水 河增加脫 156

170 委員意見意見回覆 種類水 湖水 處理 程序 型態 面積 / 體積 水量 設備 維護 操作 應用 限制, 且原水種下水 海水 處理能力 類及水質較中水, 明確及單純 水 湖水 地鹽 海淡 且擔憂原水水 質較差情況下 使用 沉澱 混凝初沉 彈性多元 BioNET TubeNET 砂程序, 依 UF UV 濾 / 活性碳 / 離水質特性 子交換樹脂 配置, 優 UF RO UV 化供水 熱水供應 ( 選 配 ) 槽體 式模 套管 式模組 組 機動式移動機護便利, 台 1.3 m 2 / 1 m 2 / 2.2 m m 3 5 CMD 15 CMD 5~15 CMD 視水質而定 操作 維 並可與車 體結合 設備更精 巧 至少滿足 2500 飲水 需求 槽體模組之套管式模組之如同家用 排泥 槽體排泥 槽體擔淨水器, 擔體及薄膜體及薄膜更換以套管換 更換及維護及維護非常容濾心的方 相對不易 易 式相當方 便 自動化操作自動化操作 增加運作 無法處理高 運作狀態顯示狀態顯示 螢幕及人機界螢幕及人 面 機界面 硬度 高鹽一般常見污染物均可有度 ( 如海效處理水 ) 高色度 及高濃度有 157

171 委 員 意 見 意 見 回 覆 機污染物 供水需求處 理水源明使用確, 為高 供水需求處理水源種類時機中 低濁度較不明確時可採用建議之地表水或 地下水 76. 國內外之緊急測試或救災案例相當好, 建請整理作為後續推廣 感謝委員指正, 已整合成一份專責救災應用簡報, 作為推廣應用之簡報工具 應用之參考 77. Qwater M 若未能於今年提出專利申請, 相關關鍵 know how 之保全如何處理, 建請補充 謝謝委員指正, 將進行關鍵技術的獨特與創新性優化後, 再與整體系統設計整合後, 於後續計畫將儘快進行專利申請 78. 海外救災部分, 因運用本署與工研院之研發成果, 建請注意媒體露出 謝謝委員建議, 媒體採訪時, 均有先表明此技術為水利署計畫所研發產生, 並建請媒體宣導 水利防災中心蘇俊明委員 79. 有關本計畫報告第陸章推廣與應用第五節救災應用模式建 水利署為技術支援及決策管理的角色, 建議於前期由水利署提供 Qwater 緊急淨水設備給紅 十字會及國防部, 作為 (1) 緊急淨水技術之試議, 請執行單位就目前水利署在驗及演習 (2) 緊急淨水技術之救災應用及 (3) 本項工作的權責及擔任角色予緊急淨水技術之推廣等工具 而水利署及合作以釐清並建立供水服務作業流單位 ( 紅十字會及國防部 ) 將簽署合作意向 程, 並考量未來合作單位紅十字會及國防部承接水利署提緊供淨水設備後救災分工及作業分式, 請補充說明 書, 且進行意向書中各項活動所產生之費用, 除雙方另有約定而從其約定者外, 由發生費用之一方自行負擔 且水利署及工研院可為合作單位的技術顧問, 提供教育訓練 操作協助 設備維護等服務, 而合作單位於進行設備應用 或技術推廣時等相關活動時, 得向水利署告 知 相關分工及權力義務等細節, 與合作單位 討論後, 將說明訂定於簽約書中 80. 關於目前設置於羅浮國小及法鼓山園區兩部緊急淨水設備, 請 此兩套設備均已實際應用於該地用水系統, 若移除恐有不便, 建議後續可以捐贈的方式給法 鼓山及羅浮國小, 相關維護費用則由使用者自執行團隊評估機組利用率及實行編列經費進行維運 此外, 若未來該區或附質效益, 並提出此兩部機組後續近有災難發生時, 也可作為災難收容中心及緊 158

172 委 員 意 見 意 見 回 覆 營運計畫, 以作為水利署後續利 急供水站 用規劃之參考 81. 今年完成多元化水源機動式模組化設備二組, 其未來如何參與救災運用規劃, 請補充說明 經效能驗證後,Qwater M 證實可運用於災區, 於災難發生時, 除考量 Qwater 應用外, 尤以在水源水質不確定的條件下, 建議應用 Qwater M 進行緊急供水, 亦可提供給慈濟 紅 十字會及國軍使用, 若合作單位出動救援行動 時, 可和水利署及工研院共同出動進行緊急供 水任務, 同時測試設備的使用情況與淨水效 能 159

173 附件二多元化水源機動式緊急淨水車雛型設備 一 多元化水源處理單元搭配組合設計包含 : 1. 高濁度原水 / 地表水 ( 湖泊 河川 山泉水 )/ 地下水高濁度原水之原水主要污染物, 係以濁度 懸浮固體物為主, 其濁度常高於 500 NTU, 導致傳統淨水系統較難應付, 而地表水常見的污染問題為濁度 懸浮固體及細菌, 地下水則為微量離子污染物, 通常微量離子 ( 非有害重金屬項目 ) 不影響身體健康, 但偶有細菌量及有機物偏高問題產生 針對高濁度原水 地表水 ( 湖泊 河川 山泉水 ) 及地下水一般的水質特性, 本研究團隊之前期研究成果 Qwater, 採用三階段淨水程序, 包含傾斜版沉澱 軟質擔體過濾及超濾膜, 經過兩個實驗模場的驗證測試, 確認只少可處理 3000 NTU 的原水濁度達 15 天以上, 已可滿足救災應用之需求, 然而, 本研究團隊為更求精進, 進一步優化 Qwater 淨水程序, 將槽體式的軟質擔體套裝模組研發新創為管式, 系統可並聯增加水量 串聯曾佳, 使其重量減輕 成本降低, 而於操作上 組裝上 攜帶上更具優勢 系統程序如圖 1 UV H L 2. 海水 / 半鹹水 圖 1 高濁度水源處理程序 海淡技術背景 於海水水質方面, 海水水溫介於 17.5~31.0 o C, 溶氧量 4.5~8.4 mg/l, 氯離子濃度 14,000~24,300 ppm, 酸鹼度值 (ph) 7.25~8.99, 導電度 38.0~52.5 mmho/cm 於應用上, 本研究係用於需在沿海移動之救災作業, 為災區淡水供給的補充來源, 一般不長期連續使用 而海水中除既有懸浮物 膠體和溶解物質外, 還可能含有大量有機物 微生物 細菌 藻類等污染物質, 而且不同地區 不同季節的水質差別大, 為滿足脫鹽單元進水的水質要求, 必須強化前處理, 採用較高效率的前處 160

174 理流程 尤其使用之前處理技術需在廣泛的海水水質下, 提供穩定的前處理水質, 以使後續的脫鹽單元發揮最大的海水淡化效率 海淡前處理重要性 薄膜脫鹽由於具有無相變化 節省能源等優點, 在海水淡化領域發展迅速, 目前逆滲透法已成為繼蒸餾法後之海水淡化最主要方法 逆滲透膜能夠截留水中絕大部分溶解的與不溶解的雜質, 但其主要功能為脫鹽, 截留其他物質反而會造成逆滲透膜本身效能的降低, 因而逆滲透系統要求有嚴格的前處理 海水中懸浮物 膠體物質和其他溶解性有機高分子聚集在逆滲透膜表面會使膜受到污染 ; 微生物和細菌也會使逆滲透膜受到侵襲 ; 微生物和細菌的殘體還會以固體形式析出, 使逆滲透膜的性能劣化 ; 水的溫度 ph 值 餘氯含量 壓力等參數亦會引起膜水解或氯化 ; 由溶質引起的膜結構變化還會導致逆滲透膜的透水率下降 通過前處理去除海水中懸浮物 有機物 膠體物質 微生物 細菌及某些有害物質 ( 如鐵 錳 鈣等 ), 可以減緩逆滲透膜積垢 (fouling) 或結垢 (scaling) 情形, 延長逆滲透膜的壽命, 使逆滲透系統長期穩定運轉 因而良好的前處理對於海淡成敗至關重要 目前常見薄膜脫鹽的前處理主要有以下幾種方法 : 傳統前處理技術傳統的前處理技術主要包括殺菌, 混凝沉澱, 氣浮, 過濾等, 其主要目的是殺死海水中的微生物, 去除水中的懸浮顆粒, 膠體類物質和有機物 其缺點為出水水質不太穩定, 難以滿足逆滲透膜的嚴格要求, 且因採用添加化學藥品的方法, 不但程序複雜, 相對前處理成本也較高, 尤其是過程中添加的多種化學藥品隨濃鹽水一起排放時, 對排放環境的負面影響較大, 故採用新型前處理方法代替傳統前處理就成為一種必然的發展趨勢 薄膜前處理近年來, 海水淡化朝向整合薄膜系統 (Integrated Membrane System,IMS) 方向發展, 把微過濾, 超過濾, 奈米過濾與逆滲透互相結合 IMS 系統具有可靠性高 對原水的水質變化相對不敏感 操作費用低且均為模組化商品等優點, 因此採用整合薄膜系統是海水淡化的重要發展方向 其中, 超過濾是逆滲透前處理的一種理想方法, 它能有效去除懸浮固體, 膠體類物質, 保護逆滲透膜免受顆粒 生物污染, 降低逆滲透膜的清洗頻率, 延長的逆滲透膜壽命, 並且使系統維持高透水速率, 減小系統的占地面積等 採用超過濾處理海水, 出水水質非常穩定, 受原水水質變化的 161

175 影響較傳統的前處理小的多 一些研究也顯示, 採用中空纖維超過濾膜對處理表層海水, 超過濾的出水水質在較長週期內維持穩定的出水水質, 能夠滿足逆滲透進水的要求 另對高濁度海水進行試驗, 採用超過濾設備處理, 可使出水 SDI 小於 3.0, 逆滲透進水水質大幅改善,RO 膜的壽命得以延長,RO 膜更換費用也大幅降低 傳統前處理與薄膜法結合傳統的前處理 ( 混凝沉澱 ) 可以初步降低水的濁度, 並且去除一部分有機物, 可以作為薄膜前處理的前段技術 因此, 根據海水水質情況, 選擇合適的傳統前處理的處理單元與薄膜法結合使用, 可以更好的發揮二者的優勢, 從而使前處理技術能夠順利有效的運用, 出水水質穩定, 達到保護逆滲透膜的要求 本研究海淡程序規劃 為能有效阻止積垢物質 微生物或固體化合物接觸薄膜表面, 以預防 RO 膜積垢現象發生, 本計畫係先傾斜板沉澱池去處大顆粒污染物, 再以 TubeNET 模組, 應用高比表面積疏水性之輕質擔體進行大顆粒物質截留 微生物之附著生長及有機物分解, 並結合砂濾或超過濾 (UF) 進一步去除小顆粒物質 溢流微生物等, 為一種新型態的海水淡化前處理技術 輕質擔體為一種疏水性 低成本 具壓密性 物質擴散傳導性佳及具有比傳統擔體更高微生物附著力之擔體, 可在反應槽內自然形成一種生態循環鏈 進水一段時間後, 快速吸附於擔體表面之微生物, 利用水中提供的有機物 ( 營養源 ) 進行成長, 並同時被攔截去除 由於此反應可快速降解水中的有機物, 使水質更為乾淨, 此外, 亦可藉由堆疊擔體之特性達到去除水中顆粒及膠體之功效 後段超過濾薄膜亦可更有效的去除殘餘於水中之懸浮固體與微生物, 以達到更穩定及更佳水質之逆滲透進流水 圖 2 為本研究海淡處理程序, 未來將依據實驗研究成果, 進行操作參數與設備規模的調整 162

176 UV H H L L 圖 2 本研究海淡處理程序 163

177 二 原型機系統 P&ID 圖 整體系統 P&ID 圖, 如圖 3 簡易控制邏輯說明如下 : 圖 3 多元化機動式緊急淨水系統原型機 P&ID 圖 164

178 簡易自動化控制邏輯 : (1) T02 槽 <L 或 >L 液位, 啟動 P01 泵 (2) T02 槽 >H 液位, 停止 P01 泵 (3) P01 泵啟動 >1 分鐘後, 啟動 P11 加藥機 (4) T02 槽 >L 液位, 且 T05 槽 <H 液位, 啟動 P02 泵 (5) T02 槽 <L 液位, 或 T05 槽 >H 液位, 停止 P02 泵 (6) T07 槽 <H 液位, 且 T05 槽 >L 液位, 啟動 P05 泵 (7) T07 槽 >H 液位, 或 T05 槽 <L 液位, 停止 P05 泵 (8) T09 槽 <H 液位, 且 T07 槽 >L 液位, 啟動 P07 泵 開啟 EV1 (9) T09 槽 >H 液位, 且 T07 槽 <L 液位, 停止 P07 泵 (10) P01 泵啟動 >1 分鐘後 (EV1 開啟 ), 啟動 P12 加藥機 次氯酸加藥濃度約為 1.0 mg/l (11) T09 槽 >L 液位, 且有感應到熱水供應需求時, 則啟動 P09 泵供給電開水 機進行補水加熱 (UV on) (12) T09 槽 >L 液位, 有冷水須球時, 則啟動 P09 泵, 直接供應冷水 (UV on) 三 模組化設備 3.1 沉澱模組本研究沉澱模組設計主要分四部分, 說明如下, 設計如圖 4, 設備示意圖如圖 5 1. 靜態攪拌器 : 設備如圖 6, 添加混凝劑後, 經過此靜態攪拌器進行管中攪拌, 使混凝劑與水中懸浮固體物開始產生電性中和 架橋作用等混凝反應 如此, 則可不須建置電動攪拌機, 以流體動態物理性自攪拌, 達省能功效 2. 傾斜板沉澱區 : 混凝劑與水中懸浮固體物反應後, 開始形成大顆粒膠羽及懸浮固體物, 水體由下往上流, 經過傾斜板沉澱區, 則大顆粒膠羽及懸浮固體物容易碰撞到傾斜板, 增加顆粒重力沉降與沉拌掃除的效能, 提高去除率 3. 溢流區 : 設置一出水溢流裝置, 達到整流目的, 使出水水量更趨穩定, 且出水口不易堵塞 4. 污泥沉澱與排泥區 : 收集水中被除去的懸浮固體物, 並能夠輕易的進行排泥 165

179 H=60 cm H=20 cm H=30 cm H=15 cm H=20 cm D=40 cm (16") H=80 cm 傾斜板 (H>50 cm) H=150 cm 進水管 D=10 cm (4") H=20 cm H=40 cm 擋版 D=15 cm (6") 排泥管 圖 4 傾斜板沉澱模組設計圖 圖 5 傾斜板沉澱模組設備示意圖 166

180 圖 6 靜態攪拌器 3.2 TubeNET 第二道 TubeNET 模組, 係針對大於 5 μm 的泥土進行處理, 以物理方式將懸浮固體物被攔截於可壓縮的多孔性 PU 泡棉擔體上 TubeNET 採用多孔性擔體作為反應槽之介質, 提高懸浮固體物攔截之機會, 因提供廣大表面積作為微生物附著 增殖之介質, 可累積大量及特定族群之生物膜微生物, 有助於達到去除各種污染物之目的 TubeNET 技術優點可歸納如下 : 1. 以管材為槽體, 操作簡易且維護簡便, 並能提高污染物去除效能 2. 擔體輕且好填充且好更換, 且以管材為槽體, 更好攜帶並容易串連或並聯, 來增加水量或提升去除效能 3. 彈性操作, 可為上流式或下流式 4. 採用多孔性擔體作為反應槽之介質, 提高懸浮固體物攔截之機會, 由於擔體屬於開放性孔洞, 有助於水流流況之穩定 5. 多孔性擔體提供廣大表面積供微生物附著 增殖, 可累積大量生物膜微生物, 有助於達到去除各種污染物之目的 6 反應槽具有高負荷 高效率 高穩定性的優點 7.TubeNET 擔體為一種可壓縮的輕質泡棉擔體, 可有效去除高濁度水中的固體 167

181 物, 因而, 相當適合應用於緊急供水之救災需求 另外, 為了強化懸浮固體物之去除效果, 或許能將 TubeNET 擔體填充率提高到 80% 以上, 此部分仍須進行實驗來確認填充率, 此法並能解決擔體磨損的問題, 至於堵塞的問題, 則可以由適當的反沖洗加以排除 Qwater 的多孔性軟質擔體淨水方型槽而言, 濾速設定為 2.3 m 3 /(m 2 hr), 本研究改成管式的 TubeNET 型態, 有機會提高擔體填充率, 並同時提升濾速, 此部分仍須進行實驗來確認操作參數 於結構方面, 此模組係以管材為槽體, 上下設有隔板, 內填充多孔性軟質擔體, 並以兩管以上的 TubeNET 串連方式連接, 同時進行上流式過濾及下流式過濾, 故此法兼具兩種流體型態的優勢 ( 上流式過濾去除效率高 下流式過濾相較下比較不容易堵塞 ), 而 TubeNET 間的連接係以尤令為之, 故具快組 快拆 統一規格化的優勢 TubeNET 結構如圖 3-8 圖 7 TubeNET 套裝模組設計圖 3.3 主處理模組多元化水源機動式緊急淨水設備的主處理設備為超濾膜 (UF), 其主要去除污染物為微細污染物 大分子有機物等小顆粒尺寸污染物, 能有效隔絕大部分微生物與細菌, 可減少精密處理程序堵塞 結垢及生物性堵塞現象發生 薄膜超過濾 (UF) 是以壓力作為驅動力的一種分離技術, 藉由溶液中分子或微顆粒大小之不同, 而將其分離 ; 分離的效果取決於薄膜及溶液中各成分的性質, 168

182 而有所差異, 其基本程序是將溶液加壓流過薄膜表面, 在薄膜表面兩側會產生壓差, 而將溶液推擠通過薄膜, 然而因薄膜兩側孔隙只允許溶劑及小分子溶質通過薄膜成為濾液, 而大分子溶質受薄膜阻隔而被回收, 稱為濃縮液 ( rejection ) 或保留液 ( retention ) 溶質是否能通過薄膜, 主要取決於薄膜之阻隔分子量 ( Molecular Weight Cut Off, MWCF ), 而造成分子被排拒 ( reject ) 與否, 除了分子 ( 或微粒 ) 大小因素外, 還需考慮其形狀 所帶電荷之電性電量及變形度等 當溶液中含有兩種以上之溶質時, 其中小分子溶質的排拒率會比單獨存在時增加, 因大分子溶質被薄膜阻隔而被原來薄膜表面形成另一層近似膜的結構, 此第二層膜會阻礙小分子溶質的通過, 因而被薄膜阻隔的分子在薄膜表面累積的結果, 會有兩種結果即濃度極化與結垢 i. 濃度極化 ( concentration polarization ): 濃度極化是因溶質被帶至薄膜表面所引起, 為減少溶質之累積, 最直接的方法是使溶質擴散回整體溶液處的速率增加 ; 目前薄膜模組的設計, 大多使進料流體以掃流方式經過薄膜表面, 利用高剪力應力, 將累積之溶質帶走, 可減緩濃度極化程度 ii. 結垢現象 : 結垢是因物質在薄膜上累積所引起, 所以是伴隨濃度極化現象而來, 產生結垢的方式有三種, 一種由於化學親合力, 溶質分子在薄膜孔隙結構內附著, 稱為吸附 一種為在高濃度下, 分子間的親合力或薄膜材料催化的作用, 產生膠聚 另一種為溶質分子或微粒將孔隙結構阻塞 上述之行為對濾速都有負面的影響 ; 結垢行為中, 溶質吸附的現象是不可逆的反應, 為其化學鍵結所形成, 無法以清洗方式去除 ; 而濃度極化所形成之膠層通常是可逆的, 如壓差減小即可降低其程度 另外, 薄膜清洗是不可缺少的程序, 在長期的操作下, 所有薄膜都會產生結垢或阻塞, 而引起膜性能下降, 當薄膜阻力越來越大時, 過濾通量隨之減小, 此時濾液穿過薄膜產生很大的壓力降導致極大的能量損耗, 使的過濾效能減低變得耗時且不經濟, 固必須採取適當的薄膜清洗程序, 以去除薄膜上的附著物 ; 薄膜請洗方式一般可分為物理清洗與化學清洗兩種, 再選擇適合的清洗方法前, 必須先了解薄膜上的結垢物質 濾膜材質 過濾模組及各種請洗藥劑的特性, 尤其要注意清洗程序必須有效的去除或溶解薄膜上附著之結垢物質, 而不會超出濾膜所能承受的機械或化學作用上的極限, 因此在清洗時選擇操作溫度 壓力及化學清洗劑等參數會受到部份的限制 169

183 在各種清洗方法中, 反沖洗是最普遍有效的一種方法, 此法適用純水或澄清過濾液對濾膜施以反方向過濾, 使得薄膜表面上附著的結垢物質或阻塞在濾膜內部的微粒子被沖洗出來 ; 然而一般來說, 薄膜經過一段時間的操作之後, 部份較細微的顆粒會深入薄膜內部或和膜面產生化學鍵結, 此時就非物理清洗所能去除, 必須藉由化學清洗方式達成, 一般化學清洗劑可區分為酸清洗劑 ( 去除大部份的鈣鹽及金屬氧化物 ) 鹼清洗劑( 去除二氧化矽 無機物及大部份的生物性阻塞物質 ) 界面活性劑( 偏親或偏疏水性污染物 ) 酵素( 酵素來清洗薄膜是一種非常昂貴的方式, 但是對於某些不能耐受酸 鹼 化學清洗或溫度過大變化之薄膜來說, 以酵素清洗劑來清洗卻是唯一的選擇 ) 或隔離劑 ( 或螯合劑 )( 去除正電性金屬離子 不溶性金屬鹽類的沉澱 ) 於 UF 型態上, 又以中空纖維薄膜應用為最大宗, 又可分沉浸式與外掛式, 沉浸式的優點為槽體可容納污垢的容量較大, 排泥次數較少,Qwater 系統中的 UF 則採用此型態 而外掛式 ( 如圖 8) 的優點為體積小, 方便攜帶, 本研究將使用此形態進行模組建置 另一方面, 操作上又分有掃流式與 Dead-end, 以及 inside-out 或 ouside-in, 此等操作模式又跟泵的操作有關, 正壓推或負壓吸, 此等操作型態, 均影響薄膜淨水效能 圖 8 外掛式 UF 模組照片 3.4 精密處理模組多元化水源機動式緊急淨水設備的精密處理設備為逆滲透 (RO), 其主要去除污染物為無機離子 細菌 病毒 有機物及膠質等雜質去除 其原理係利用半透膜隔開兩種不同濃度之溶液, 其中溶質不能透過半透膜, 則濃度較低的一方水分 170

184 子會通過半透膜到達濃度較高的另一方, 直到兩側的濃度相等為止, 而在還沒達到平衡之前, 若在濃度較高的一方逐漸施加壓力, 則前述之水分子移動狀態會暫時停止, 此時壓力叫作滲透壓 ( osmotic pressure ), 如果施加的力量大於滲透壓時, 則水份的移動會反方向而行, 也就是從高濃度的一方流向低濃度的一方, 這種現象就叫作逆滲透 逆滲透薄膜孔徑為一億分之一釐米, 只允許水分子通過, 故逆滲透純化效果可以達到去除離子的功效,RO 逆滲透對於單價離子去除率約達 90% ~ 98%, 而雙價離子去除率則可達 95% ~ 99% 左右, 並可防止分子量大於 200 道爾敦的物質通過 逆滲透淨水機制說明如下 : 1. 篩除功能此原理與過濾原理相同, 逆滲透膜上的微細孔徑, 對於大分子具有篩除作用, 但 RO 處理單元前通常設有前處理設備, 故前處理大都已將大顆粒物質去除, 因此篩除功能並非為 RO 主要去除機制 2. 界面現象逆滲透膜對水分子具強烈滲出選擇性, 對水中溶質具有排斥力, 並對液體加壓, 使水分子不斷通過逆滲透膜, 而得以將水中溶質與純水隔離開來, 達到水質淨化之功用 於操作部分, 滲透壓主要操作參數包含流量 壓力 溶液溫度 溶液 ph Recovery Rejection 等 各種參數說明如下 回收率 (Recovery) 流量及脫鹽率(Rejection) Recovery = Q P / Q f Rejection = (1 - C P / C f ) * 100% 其中 Q P = 產水流量 Q f = 進水流量 C P = 產水濃度 C f = 進水濃度通常 Rejection 約在 98% 以上,Rejection 愈高, 處理水質愈好 Recovery 則視不同水質狀況而定, 海淡回收率若愈高, 產水率愈大, 但相對的, 壓力亦需加大, 一般海淡脫鹽濾設定約在 15 ~ 50% 171

185 RO 最令人頭痛的就是薄膜堵塞問題, 因壓力高 脫鹽率高, 堵塞現象難以 避免, 故膜清洗為必要之程序, 逆滲透膜結垢可區分成有機結垢 無機結垢, 當 逆滲透膜結垢時, 應進行反洗, 其結垢種類及其反洗藥劑, 彙整成下表 1 所示 表 1 逆滲透膜結垢種類及其反洗藥劑 反洗藥劑種類 有機 無機 Microorganisms Colloids, etc. Metal Oxides. (Fe, Al, etc.) Calcium scale (CaSO 4, CaCO 3, etc.) Acids (Citric, oxalic) Acids (HF, NH 4 F) Chelating Agents (EDTA) Alkalis (NaOH, NH 4 OH) Oxidizing Agents (NaCLO and H 2 O 2 ) Surface Active Agents Reducing Agents (NaHSO 3 ) Silica Scale 此外, 還有一項重點, 若要將 RO 應用於救災, 屬於非連續常態使用情況, 故逆滲透膜保存維護方法, 必須要注意, 非常將影響產水水質與 RO 使用壽命, RO 不使用時的保存方法, 說明如下 : 短期保存方法步驟 : i. 以進流水 Flush 逆滲透模組 ii. 當壓力管 (RO 模組 ) 注滿水時, 關閉閥門避免氣體進入系統內 iii. 每間隔五天重複上述動作 172

186 長期保存方法步驟 : i. 以潔淨水清洗 RO 薄膜 ii. 應用通過認證的抗微生物劑 (biocide) Flush 逆滲透模組, 抗微生物劑 (biocide) 種類如下 : Formaldehyde 甲醛 ( 福馬林 ) 一種含甲醛濃度 0.1 至 1.0% 之溶液, 可作為系統消毒或長期保存劑, 但應用此溶液時, 薄膜應至少操作 24 小時以上才可與甲醛接觸 ( 添加甲醛於新元件上, 可能導致流通量減少 10-20%) Glutaraldehyde: 含 Glutaraldehyde 濃度 0.1 至 1.0% 之溶液, 相關注意事項與功能與甲醛相同 Isothiazolin Sodium Bisulfite 重亞硫酸鈉 Hydrogen Peroxide 過氧化氫 iii. 當 RO 模組注滿水時 ( 請確認是否完全地注滿 ), 關閉閥門將抗微生物劑停滯於 RO 模組內 iv. 若操作之環境溫度小於 27, 則每 30 天重複步驟 2 及 3; 若操作之環境溫度高於 27, 則每 15 天重複步驟 2 及 3 當 RO 薄膜欲開始運作, 則以低壓進水 Flush 系統約一小時 ( 開啟排地閥將此股水排出 ), 然後以高壓進水 Flush 系統約 5 至 10 分鐘 ( 開啟排地閥將此股水排出 ) 並於 RO 模組開始正常運作時, 再次確認抗微生物劑是否已經完全排出 RO 系統外 RO 通常為螺旋板框式, 其形狀如三明治的平板流, 加以螺旋捲成圓柱狀安裝於圓柱框內, 濾液以螺旋狀流動再由中間集中接收後流出 如下圖 9 所示 圖 9 螺旋板框式 ( 捲式 ) 逆滲透 173

187 四 整體設備配置為符合機動式緊急淨水設備的可移動式精神, 本研究將所有淨水設備建置於一移動平台上, 移動平台實體如圖 10, 硬體設備配置如圖 11, 圖 12 為設備立體示意圖, 圖 13 為目前設備組裝進度照片 圖 10 移動平台 174

188 電開水機或燃燒爐 UV RO UF 傾斜板沉澱池 潔淨水槽 UF 暫存槽 發電機 拖拉連接器 水質分析區 混凝加藥系統 沉澱暫存槽 TubeNET 砂濾 ( 備用 ) 輪胎 砂濾暫存槽 控制面板 移動平台 圖 11 機動式緊急淨水設備硬體配置圖 175

189 圖 12 機動式緊急淨水設備立體示意圖 176

190 圖 13 機動式緊急淨水設備原型機照片 177

191 五 外觀設計本計畫將建置的多元化水源機動式緊急淨水設備, 為一種快組式套裝淨水模組, 底部為一可移動平台基座 ( 車台 ), 能與車體結合 處理設備為先進的四階段淨水程序, 淨水效能較 Qwater 更高 另一方面, 本研究設有快速水質分析區, 使用者可進行原水水質分析確認及確保產水水質 為增加多元化水源機動式緊急淨水設備原型機之安全性, 並能於外觀上增加推廣效果, 故於可移動平台四周, 將設起美觀的外牆包裝設計, 如圖 14 與 15 為多元化水源機動式緊急淨水設備原型機產品示意, 圖 16 為應用情境模擬, 機動式緊急淨水設備可與車結合, 直接裝設於貨車車斗上, 或為外掛式與車體聯結, 再移動於水源處淨水, 於定點進行供水服務, 或搭配水車進行供水 或如圖 17, 設置於水源處定點, 進行緊急供水服務 簡言之, 若為淨水車, 則可將其開至水源處進行淨水處理, 處理後可馬上供水, 也可搭配水車進行服務, 或由民眾提裝水容器取水 圖 14 多元化水源機動式緊急淨水設備產品模擬圖 ( 右視 ) 178

192 圖 15 多元化水源機動式緊急淨水設備產品模擬圖 ( 左後視 ) 圖 16 多元化水源機動式緊急淨水設備應用情境 1 圖 17 多元化水源機動式緊急淨水設備應用情境 2 179

193 六 設備規格與雛型效能測試 6.1 前處理模組 1. 傾斜板沉澱模組本研究已先製作一雛型進行可行性試驗, 如圖 18, 但此裝置內尚無增加傾斜板, 試驗並無添加混凝劑, 試驗以原水濁度 200~250 NTU 情況下測試, 在溢流率 45.9 m 3 /(m 2 day) 情況下, 濁度去除率僅達 22~28%, 效果不佳, 故實驗設備必須進行改善, 設備重新製作與改良後, 將再進行效能驗證, 而改善方法包含 : i. 增加管徑由 200 mm 提高到 400 mm, 以降低溢流率 ii. 增設傾斜板, 提高固液分離效果 iii. 添加混凝劑與靜態攪拌器, 提高固液分離效果 圖 18 沉澱模組試驗圖 180

194 2.TubeNET 本研究已先製作一 TubeNET 雛型進行可行性試驗, 如圖 19, 試驗以原水濁度 200~270 NTU 情況下測試, 產水量為 3.5 L/min, 有效填充床管高為 800 mm, 擔體填充率為 90% A 試驗的設計, 在於比較 4 吋管 2 吋管的優劣, 檢視濾速及停留時間的不同, 所造成的效能差為何 而 B 試驗的設計, 在於比較此及ㄇ型與ㄩ型擺放型態的優劣, 檢視其去除率分配與流體狀態不同, 所造成的效能差為何 A 實驗結果顯示, 可想而知,4 吋管優於 2 吋管, 因 4 吋管濾速較慢 停留時間長 填充單體較多, 然而, 兩者的差異並無太大, 可能是原水濁度較低, 難有顯著的差異性 B 實驗結果顯示, ㄇ型略優於ㄩ型, 可能導因為ㄇ型的流體狀態較穩定, 但兩者的差異不大 所有實驗均顯示, 濁度去除率可達 73% 以上, 效果不錯 未來, 原型機將採用ㄇ型 4 吋管結構, 並進行快速逆洗結構與快拆接頭設計的建置 圖 19 TubeNET 試驗圖 181

195 3. 主處理模組多元化水源機動式緊急淨水設備所選用的主處理 UF 模組有兩種, 一個廠牌為 DOW 的 SFP-2660, 另一個廠牌為立升 LH V 未來系統建置好後, 將進行效能驗證, 設備規格說明如下 : i. DOW SFP-2660 DOW 的 SFP-2660 UF 薄膜, 為一種外掛式中空纖維薄膜, 其平均孔徑為 0.03 µm, 薄膜材質為 PVDF, 故具有高強度結構與高抗化學性, 薄膜使用時間可以較長, 其流體型態為 Outside In, 並經過親水性改質, 增加抗堵與出水通量的效能 設備規格與操作範圍說明如下, 尺寸規格如圖 20 膜面積為 33 m 2 模組體積為 16 L, 無水空重為 25 kg, 含水重為 41 kg 通量 : L/m 2 /hr m 3 /hr 最大模組可承受壓力 : 6.25 bar 最大模組操作壓力: 2.1 bar 最大曝氣流量 : 12 Nm 3 /hr 最大反洗壓力 : 2.5 bar, 反洗 NaOCl 最大濃度 : 2,000 mg/l 進流水最大總固體物濃度 : 100 mg/l 進流水最大濁度 : 300 NTU 圖 20 SFP-2660 UF 尺寸規格 182

196 ii. 立升 LH V 立升 LH3, 為一種外掛式中空纖維薄膜, 膜材質為 PVC 合金, 平均孔徑為 0.01 µm, 其設備規格與操作範圍說明如下 膜面積為 10 m 2 設計通量 : L/m 2 /hr 組件外形尺寸 : Ф187x1398 mm 建議透膜壓力為 MPa 最大進水壓力 : 0.3 MPa 反洗 a. 流量 : 2-3 倍產水流量 L/m 2 /h b. 反洗壓力 : MPa c. 反洗時間 : sec d. 反洗週期 : min 化學清洗週期 : d 化學清洗時間 : min 化學清洗藥品 : 檸檬酸 NaOH / NaClO H 2 O 2 183

197 4. 精密處理模組多元化水源機動式緊急淨水設備所選用的精密處理 RO 模組, 為 FILMTECTM SE 的海淡膜, 膜面積為 7.4 m 2, 操作壓力為 55 bar, 產水量為 7.4 m 3 /day 未來系統建置好後, 將進行效能驗證, 設備規格說明如下, 尺寸規格如圖 21 i. 最高操作溫度 45 C ii. 最高運行壓力 69.0 bar iii.ph 範圍, 連續運行 2 11 iv. 允許游離氯含量 < 0.1 ppm 圖 21 RO 尺寸規格 184

198 5. 殺菌處理模組 5.1 UV 及加氯消毒系統 i. 紫外線殺菌 (UV) 主要去除污染物 : 進行水中殺菌 原理 : 紫外線通常以波長來表示的一種放射能, 紫外線光譜可再細分成四個波長 範圍 ( 如表 2) 表 2 紫外線波長範圍 名稱 縮寫 波長範圍 (nm) 能量單位 (ev) 長波紫外光, 紫外光 A 或黑光 UVA 近紫外線 NUV 中波紫外光, 紫外光 B UVB 中紫外線 MUV 短波紫外光, 紫外光 C/ 殺菌紫外輻射 UVC 遠紫外線 FUV 真空紫外線 VUV 低能紫外線 LUV 高能紫外線 SUV 極紫外線 EUV 水處理工程常利用的波長為 254 nm 及 185 nm, 波長 254 nm 主要應用於消毒與分解臭氧, 其能量可穿過微生物的細胞壁, 經細胞質而到達 DNA 進行基因物質的交換, 使微生物被分解成非化學型態的物質, 波長 185 nm 用於去除 TOC, 可直接降解有機物質, 同時 185 nm 照射水分子, 水分子分解得到氫氧自由基, 進而持續氧化有機物質 而本研究係以波長 254 nm 為主的 UV 燈進行消毒 操作參數 : 紫外線殺菌技術之標準照射劑量為 16,000 mw sec/cm 2 ( 為照射強度 (mw/ cm 2 ) 乘以與照射時間 (sec)), 若殺菌劑量充足, 則能有效去除 99.9% 以上的水中細菌病毒, 並不會對水造成任何負面影響 結構 : 如圖 22, 其有一進出水口的外殼, 其內 UV 燈裝置於高透光性的石英燈管內, 185

199 與 UV 燈與水體隔離 UV 殺菌燈 高透光性石英燈管 出水 進水 電線 外殼 ii. 加氯消毒 圖 22 UV 殺菌燈結構圖 主要去除污染物 : 進行水中殺菌 原理氯在常溫下為黃綠色氣體, 具強烈刺激性及特殊臭味, 氧化能力很強 在 6 7 個大氣壓下, 可變成液態氯, 體積縮小 457 倍 液態氯灌入鋼瓶, 有利於貯存和運輸 此外, 次氯酸和氯錠等也能用於消毒 含氯化合物中, 氯的價數大於負一者, 稱為有效氯, 具有殺菌作用 氯溶於水後起下列反應 : C1 2 +H 2 O HOCl+H + +Cl - HOCl ===== H + +OCl - 次氯酸體積小, 不荷電, 易穿過細胞壁, 同時, 它又是一種強氧化劑, 能損害細胞膜, 使蛋白質 RNA 和 DNA 等物質釋出, 並影響多種酶系統 ( 主要是磷酸葡萄糖脫氫酶的巰基被氧化破壞 ), 從而使細菌死亡 氯對病毒的作用, 在於對核酸的致死性損害 上述反應是可逆反應, 因而一氯胺和二氯胺的殺菌原理仍是次氯酸的作用, 只是在次氯酸被消耗後, 反應才向左進行 ; 氯胺本身也有殺菌作用, 但需較高的濃度和接觸時間 HOCl( 次氯酸 ) 或 OCl - ( 次氯酸根 ) 形態的氯被稱之為游離性殘餘氯 對細菌的殺滅能力而言在較低的 ph 值條件下存在的 HOCl 更有效 一般而言可分下列幾種方法 : a. 普通氯化消毒 : 是指水的需氯量較低, 且基本無氨, 用少量氯即可達到消毒目的的一種消毒法 此法產生的主要是游離性餘氯, 所需接觸時間短, 效果可靠 但要求原水污染較輕, 且基本無酚類物質 ( 否則會產生氯酚臭 ); 原水為地面水時, 往往會使飲用水具致突變性, 以及含有三鹵甲烷 b. 氯胺消毒法 : 本法相當於前述加氯量控制在 C 點前的消毒, 不同的只是人為地加氨 ( 液氨 硫酸銨或氯化銨 ) 氨與氯的比例應通過試驗確定, 其範圍一般為 1: 186

200 3~1:6 與普通氯化消毒法相比, 本法產生的三鹵甲烷明顯較低 ; 消毒後的飲水, 在 Ames 試驗中其致突變性亦較弱 ; 如先加氨後加氯, 則可防止氯酚臭 ; 如先加氯, 消毒後再加氨, 則可使管網末梢餘氯得到保證 但本法的消毒作用較弱, 故要求的接觸時間較長, 餘氯濃度較高 ; 費用較貴 : 一氯胺在大腸桿菌回變試驗中呈陽性反應 c. 折點消毒法 : 本法的優點是 : 消毒效果可靠 ; 能明顯降低錳 鐵 酚和有機物含量 ; 並具有降低臭味和色度的作用 缺點是耗氯多, 並因而有可能產生較多的氯化副產物 ; 需事先求出折點加氯量, 且有時折點不明顯 ; 會使水的 ph 過低, 故必要時尚需加鹼調整 d. 過量氯消毒法 : 當有機污染嚴重, 或需在短時間內達到消毒目的時, 可加過量氯於水中, 使餘氯達到 1~5mg/L 消毒後的水, 需用 SO 2 亞硫酸鈉或活性炭脫氯 操作參數本研究預計採用普通氯化消毒法進行加氯消毒, 以氯錠或添加次氯酸方式添加產水中, 使水中殘留餘氯濃度為 0.1~1 ppm 左右, 此外為避免加藥過量造成水中餘氯濃度過高 直接影響人體健康之問題, 本研究將使用自動加藥設備, 可根據 RO 或 UF 出水流量變化按比例地控制加氯量, 使水中餘氯維持在設定的範圍內, 以防範貯水桶中細菌滋生之問題 結構自動加氯設備以一控制器接受出水流量計之訊號, 判斷自動加氯機之次氯酸添加量, 使 RO 或 UF 薄膜出水含有一定之餘氯濃度 自動加藥系統如圖 ma 控制器 自動加氯機 4-20 ma RO 或 UF 出水 出水流量計 加氯消毒 圖 21 自動加氯系統架構示意圖 5.2 電開水機 台灣人飲用水習慣為將水體進行煮沸, 以達到殺菌除氯目的, 且部分人喜飲溫 187

201 熱水, 於災時, 若能使災民喝到熱水, 除了確保無菌外, 更能溫暖災民的心, 此外, 並能應用熱水進行泡麵 飯等, 也同時解決食的問題, 於冬天, 也可提供熱水洗澡, 避免受寒 因將水煮沸, 需要大量的能量與較長的時間, 而本計畫緊急淨水設備的產水量為 5 m 3 /day, 對災難發生時的空間 時間 用電量或燃料量而言, 不可能建置一大型鍋爐提供大量熱水, 故熱水供應量必有所限制 以台灣地區偏遠村落結構而言, 通常約為 150 人的部落, 常見的緊急收容中心規模也大約為 150 人 一般而言, 泡慈濟香積飯需水量為 120 毫升, 泡麵需水量為 500 毫升, 故以 150 人份的泡麵量來計, 約需 75 公升的熱水量, 有鑑於此, 本計畫緊急淨水設備, 增設了以 75 公升電開水機, 提高設備服務的應用價值 相關規格說明如下, 設備如圖 22: i. 水量 :75 公升 (20 加侖 ), 一批次可供 150 人熱食 ii. 設備加熱時間, 約 76~113 分鐘 iii. 功率 :4~6 kw iv. 平均供熱水量效能 : 0.66~1 公升 / 分鐘 v. 設備尺寸 :41 cml 41 cmw 135 cmh 5.3 生質燃料汽化爐 圖 22 直立式電開水機 基本功能介紹 188

202 電開水機使用上雖然相當便利, 且相較於以燃燒燃料煮水的方式, 具無煙 更快速等優點, 但災時可能發生電力中斷或發電機的油品供應中斷, 因此, 應用燃料煮水的方式, 則較不受環境條件限制, 有鑑於此, 本計畫除了電開水機外, 尚應用生質燃料汽化爐進行服務, 且更求環保, 燃燒的燃料原料為由農業廢棄物 ( 如 : 秸桿 ) 再製的生質燃料, 而此部分的應用, 係由川佳機械集團提供與合作, 川佳機械集團所開發的氣化爐說名與規格如下, 設備如圖 23, 生質燃料棒如圖 24: 說明 : 汽化爐採用壓差與熱差法提供爐體自然進氣之風壓, 配有可調氣門 ( 附刻度 ) 方便火力調整維持在最佳燃燒狀態, 並設有隔溫防護網, 於燃燒時能組隔絕大部分溫度, 減少使用者接觸燙傷的可能性, 大部分面積都可以手觸碰不致燙傷 i. 水量 :15~20 公升 ii. 設備加熱時間 : 約 35~50 分鐘 iii. 可投燃料重量 :2~10 公斤 iv. 平均供熱水量效能 :0.25~0.5 公升 / 分鐘 v. 重量 :3.25 公斤 圖 23 生質燃料汽化爐 圖 24 生質燃料棒 189

203 汽化爐功能說明 i. 原理 : 先使爐內上方的木 ( 碳 ) 質燃料進行加熱燃燒, 上方燃料燃燒後産生高溫碳層, 並對下方燃料進行加熱, 進行碳化 焦化過程, 下方木質燃料受熱之後, 產生木煤氣, 因溫度高的木煤氣與熱空氣會往上移動, 經過上方高溫碳層時, 則發生燃燒火焰反應, 而木質燃料將由上往下慢慢消耗, 最後爐內燃燒後將剩下木炭與灰燼 ii. 木質燃料堆疊方法建議 : 燃燒的燃料原料可為農業廢棄物 ( 如 : 秸桿 ) 再製的生質燃料 木材 木削 木塊 樹枝 樹葉, 上方燃料建議填充體積小 易燃的材料, 方便高溫碳層能快速形成, 下方燃料則填充較大體積的材料, 所有材料建議為處在乾燥情況, 避免材料受潮影響效能 川佳汽化爐初步測試結果圖 25 為初步以木材 樹皮作為燃料進行試驗, 木材 樹皮燃料數約為 7 公斤, 以 15 公升的水體進行煮沸,25 分鐘後, 水達到煮沸沸騰狀態, 此氣化爐效能符合於救災應用情慶, 試驗測試後, 再利用爐內餘溫烤地瓜, 可提供災民食用 木材 樹皮燃料 氣化爐構造 190

204 初期燃燒情況 中期燃燒情況 水沸騰 圖 25 汽化爐煮水初步試驗 利用爐內餘熱烤地瓜 191

205 附件三論文發表 - 村落型緊急供水技術之研究 陳建宏任維傑謝明昌 工業技術研究院 工業技術研究院 水利署 材料與化工研究所 材料與化工研究所 水利防災中心 資深研究員 副研究員 主任 摘要 世界上有超過一半以上的人口因為飲用水受到污染而罹病, 尤其台灣颱風發生頻率極高 區域降雨不均 坡陡流急, 為一常發生缺水之國家, 而水為維持生物生命之必需, 尤以在災難發生時更顯重要, 基於人道救援考量, 研發高科技技術來解決急難時的用水問題, 確有其必要性與急迫性 有鑑於此, 本研究已成功開發 Qwater 模組淨水技術與設備, 並獲得模組化淨水設備專利, 於綠能型緊急供水技術研發方面, 完成的綠能技術項目包含綠能 Qwater 淨水系統 曝氣加壓薄膜過濾技術 外掛式及雙鏈條式人力驅動淨水腳踏車研發等, 並完成綠能管理系統設計與建置及綠能型系統操作手冊 於淨水實驗模場方面, 完成兩套 15 CMD 的綠能 Qwater 設備, 於 2012 年 7 月時於法鼓山完成模場建置 經高濁度原水 Qwater 淨水實驗與效能驗證, 於平時操作時 ( 原水濁度小於 100 NTU) 及高濁度原水 (1000~3000 NTU 及大於 3000 NTU) 等操作條件下, 整體系統濁度去除率達 99.9%, 產水濁度小於 2 NTU, 總菌數與大腸桿菌數皆符合該水質標準規範 於成果及教育推廣方面, 包含與慈濟合作開發慈濟淨水法船, 並與慈濟救難隊共同進行救災訓練 Qwater 設備配合新竹縣政府進行救災演習 與彰化愛鄰協會合作, 開發 Qwater 淨水書車, 並針對偏鄉孩童, 進行水科技環保教育 參加慈濟國際人援會, 展出與介紹 Qwater 淨水技術與淨水腳踏車 於大愛覺醒年代電視節目, 以專輯播出慈悲科技 -Qwater 參加臺北國際綠色產業展- 水利產業館 Qwater 技術展示 於 2012 年 4 月 13 日完成水利署記者會, 廣受多家媒體記者報導 於臺灣水資源館展示 Qwater 模組, 設有介紹影片及解說看板等, 及完成解說志工的教育訓練等, 以上多項應用與推廣案例, 證實本計畫研究成果, 對台灣產業新創 經濟發展 創新技術研究 促進社會福祉等層面均有助益 192

206 一 研究背景 近年來隨著全球氣候的極端變化, 世界各地颱風 地震 海嘯等災難頻傳, 從聯合國國際減災策略組織 (ISDR) 統計資料來看, 自 1900 年迄今, 天然與工業災難的發生頻率與規模, 持續呈現增加的趨勢 特別是自 1963 年以來, 各種災難發生的頻率可謂爆增 在 50 年代各類主要天災 ( 包括洪水 海嘯 地震 傳染病等 ) 有 341 件, 到 60 年代則幾乎倍增為 645 件,70 年代則繼續增加到 988 件, 在 80 和 90 年代分別暴增到 1976 件及 2773 件, 而 2000 年至 2003 年就已經達到 1893 件, 之後隨著每年約 400 件災難次數持續增加 因此,2011 年時代雜誌已將複合式災難列為全球十大國際新聞事件, 尤以水資源問題更須重視 在災難發生之後, 除了造成無法估計價值的民生損失之外, 後續的民生安置更是嚴重問題, 各國政府除了在第一時間伸出援手 啟動災難應變措施之外, 民眾也須有防災應變的準備, 受難災民要面臨的不僅是重建破碎的家園, 更重要的是撐過災後可能發生無電無水無食物的日子 而台灣身處地震與颱風侵襲頻繁之地區, 颱風後的高濁度水 淹水等問題, 常導致缺水問題發生, 因此, 如何在災後提供給民眾潔淨安全之用水, 避免民眾因水環境問題, 導致生病 ( 大規模病媒傳染 ) 或死亡, 解決民生用水問題, 所以, 研發緊急型淨水裝置可說是迫在眉梢, 有鑑於此, 水利署水利防災中心, 特成立此計畫專案, 研發方便運輸 快速組裝 可處理高濁水 高淨水效能的套裝式淨水系統 二 主要研究項目 傳統處理高濁度原水之淨水技術, 包含化學混凝沉澱 置重混凝沉澱技術 砂濾技術 離心水漩技術 漩流結團絮凝等, 但此等技術通常有設備較重甚或不可搬運, 不利於運輸 系統組裝及試車時間長, 且試車期間長 不適用於高濁度水處理 需大量用電等缺點, 故較不適用於救災 有鑑於此, 本研究為突破上述所說之技術瓶頸, 發展出一種快組式之高濁度原水淨水系統, 同時具備低能耗 高效率 高機動性 可去除高濁度之功能, 並搭配綠能系統, 使其在無市電供應下仍可運作產水, 以符合急難救助功能需求, 村落型緊急供水技術之研究重點說明如下 : 1. 開發高效率模組化淨水設備針對可滿足處理高濁度原水之系統進行設計, 開發小尺寸套裝設備及系統, 並提高組裝速度與處理效能, 並能有效量產化, 因而淨水設備並須進行模組化設計, 舉例而言, 本研究應用一種輕質軟質的泡棉擔體, 替代較重的砂濾或石英砂, 大大的減少設備重量, 且前面在增加傾斜板沉澱池, 有效減輕後面擔體及薄膜的負擔, 也降低了堵塞之風險, 可使溢流率提高增加了淨水效能 2. 研發快組式緊急淨水系統開發一種快組式的套裝設備, 開發快速組裝模組套件, 使前處理 主處理等淨 193

207 水模組相互間得以快速串聯, 以便於搬運 組裝 拆卸維護等工作, 使系統能由兩個民眾於 20 分鐘內組裝完成 ( 不包括周邊硬體或水電等設施工程 ), 並能搭載運輸設備 ( 載重小於 3.5 噸的車或船 ), 整體重量小於 300 公斤, 單一元件重量小於 40 公斤, 形成為一種高機動性且快速組裝的套裝模組設備 3. 綠能 / 節能系統整合研發綠能供電配套系統, 系統本身並具節能之設計, 例如將槽體水位線拉高, 如此薄膜在無電力驅動的情況下亦能產水, 經過先期研究發現, 若能克服氣封問題, 則水體可以虹吸方式通過薄膜過濾 並可增設如柴油發電機 太陽能板 風力發電機 人體加壓驅動等裝置, 形成一種多元化供電系統, 此外, 馬達亦選用直流電馬達, 使其能跟綠能裝置串接 三 執行成果 3.1 Qwater 淨水設備研發 Qwater 的 Q, 代表著 Quick( 快組 ) Quality( 優質 ) 及 Quantity( 豐沛, 出水能力強 ), Qwater 可由兩個民眾於 20 分鐘內組裝完成, 是謂快組 ;Qwater 可處理高濁度原水, 出水並符合飲用水標準, 是謂優質 ;Qwater 小體積大產量, 於 2.5 立方米左右的空間下可產水為 15 CMD, 並可進行並聯增加出水量, 是謂豐沛 ( 出水能力強 ) 1. 淨水技術與程序為有效處理高濁度水體, 村落型緊急供水雛型之淨水單元設計, 係整合高效率沉澱系統 BioNET 薄膜 UV 殺菌等淨水技術, 且為求組裝時效性, 淨水單元係建構成簡易型套裝模組型態, 而多數元件材質, 則考量較輕質的材料進行應用 另一方面, 積木式村落型緊急供水系統原本之設計係以多元的套裝淨水模組進行組合, 現階段係以高濁度為標的污染物, 故目前之淨水模組為傾斜板沉澱池 BioNET 薄膜等單元, 倘若應用處水源具有高有機污染 高重金屬污染等不同情況發生, 則可將增設或抽換部分去濁度的淨水模組, 改成如 EDR AOP 等淨水套裝模組 2. 技術創新性整體系統架構, 如圖 3.1 (1) 傾斜版沉澱單元主要係針對粒徑大於 10 μm 的砂土進行固液分離, 為能有效增加沉澱面積以提升沉澱效果, 增設一傾斜板或傾斜管, 其中, 傾斜板或傾斜管或一可拆卸式套件, 可於槽體內進行抽換, 傾斜板或傾斜管上方並設有溢流堰, 作為整流之用 (2) 軟質多孔性擔體過濾單元為一種以採用多孔性泡棉或不織布擔體作為反應槽介質之處理單元, 主要係針對粒徑大於 1 μm 的懸浮固體物及進行處理, 由於其具有可壓縮的多孔性 PU 泡棉 194

208 或不織布擔體, 可藉由堆疊多顆擔體形成一種濾床型態, 藉以去除懸浮固體物 其中, 擔體濾床下方設有一可拆卸式底板及一曝氣系統, 且擔體濾床上方設有一可卸除式上蓋, 以避免擔體上浮而流出, 上蓋上方並設有溢流堰, 作為整流之用 此外, 軟質多孔性擔體, 為一種輕質材料, 故方便運輸及攜帶 (3) 超濾膜過濾單元主要用以去除粒徑大於 0.1 μm 的微細顆粒 細菌 腐植質 固體物有機物等污染物, 其過濾方式是以濾膜兩側的壓力差為驅動力, 濾膜為過濾介質的篩分過程, 型態為中空纖維膜 超濾膜單元操作必須施加一操作壓力, 該操作壓力一般在 0.1 ~0.6 MPa 之間, 此外, 超濾膜與槽體本身可進行拆卸, 薄膜下方並設有曝氣系統, 而於加壓驅動力上, 除以抽水泵進行抽水外, 另一個主要功能特徵係得利用水體自體重力進行過濾出水, 且其薄膜出水口及液面至少須有 15 公分之差 以上之機構則形成一種超濾膜套裝淨水單元, 具有方便進行維護 操作 組裝 運輸及量產之特性 (4)UV 殺菌單元主要用以去除水體中細菌, 係利用短波長 254 nm 的 UV 燈進行殺菌, 或利用氯錠 次氯酸鈉等加藥手法進行水體殺菌 3. 硬體設計與開發以上四種套裝式淨水單元, 各淨水單元均設有一入水口 出水口及排泥口, 水路管口及水管連接上的設置為可快速拆卸或組裝的架構, 非為固定式, 而連接四個單元的水管管路, 彼此間則以一或數個橫桿, 將多個水管管路整合固定成一個管架模組套件 此外, 此管架模組套件上, 並設有一個電路開關系統, 與系統上之泵浦電線 UV 燈電線可進行快速簡易插線連接, 並設有控制系統運作開關 此外, 傾斜板沉澱單元 軟質多孔性擔體單元 超濾膜單元及殺菌單元等四個套裝淨水模組之槽體, 為強化槽體整體的結構強度, 避免槽壁變型, 並能減少組裝程序, 故於兩兩相鄰的淨水模組槽壁上, 設置有數個支撐橫柱或縱柱, 當兩個槽壁相靠時, 兩個槽體間的支撐橫柱或縱柱則可抑制淨水模組槽壁變形, 此為一種支架與槽體整合為一體之新型態設計 此快組系統並設有可移動平台, 係由數個支撐框架 支撐桿材 支撐板 輪胎所建構, 此平台得以各個零件進行快速進行組裝與建構, 茲以方便攜帶各零件至現地進行快數組裝 195

209 圖 3.1 Qwater 外觀示意圖 4. 系統組裝與操作手冊本研究以針對 Qwater 淨水系統在組裝及使用方面編寫說明書手冊, 讓非專業人士可依照說明書上文字及圖片敘述, 了解如何快速組裝此淨水系統及在使用時相關之注意事項 如圖 3.2 圖 3.2 Qwater 說明書 3.2 淨水模場建置與效能驗證 1. 桃園縣復興鄉羅浮國小 Qwater 淨水系統桃園縣復興鄉羅浮台地部落, 位於桃園縣復興鄉偏遠山區, 桃園縣環保局曾多次對羅浮簡易自來水之水質進行檢測, 偶有不符合現行飲用水水質標準, 其中以大 196

210 腸桿菌群密度偏高次數較多 因此, 本研究於桃園縣復興鄉羅浮村之羅浮國小內 ( 如圖 3.3), 建立兩套 15 CMD 之 Qwater 示範模場, 共計 30 CMD 水處理量, 於平時, 可替代既有簡易處理系統, 使出水濁度及菌數符合標準, 使該地師生及居民有更潔淨的水可使用 ; 於災難時, 可作為緊急供水之用, 有效處理高濁水進行處理, 提供給所需要的災民使用, 若災期時間長, 並可移動及組裝系統於臨近溪流旁, 進行淨水處理 另一方面, 因設於羅浮國小內, 並兼具教育意涵 每部機具高度相當於一個成人 (1.6 m), 長寬在 1.2 m 之內, 空機重約 280 公斤, 兩機並聯 30 CMD, 能滿足全校師生用水需求 在 Qwater 淨水效能驗證部分, 原水為高濁度 (1000~3000 NTU) 原水之測試, 所有原水濁度範圍均大於 1000 NTU 但小於 3000 NTU, 原水整體平均為 1630 NTU, 經過沉澱池處理後之平均值為 716 NTU, 軟質擔體過濾槽出水為 281 mg/l 原水為高濁度 (>3000 NTU) 原水之測試, 所有原水濁度範圍均大於 3000 NTU, 原水整體平均為 3754 NTU, 經過沉澱池處理後之平均值為 1849 NTU, 軟質擔體過濾槽出水為 770 mg/l, 而兩次實驗薄膜出水水質皆符合該水質標準規範 (<2 NTU) 水質資料分析如圖 3.4 圖 3.3 羅浮國小 Qwater 模場 197

211 1000~3000 NTU >3000 NTU 濁度 (NTU) 原水沉澱池軟質擔體薄膜 圖 3.4 高濁度原水淨水效能測試 2. 法鼓山綠能 Qwater 淨水系統法鼓山綠能 Qwater 淨水實驗模場位於新北市金山區, 淨水模場設置於聖嚴法師宿舍 ( 開山寮 ) 旁的空地, 系統照片如圖 3.5, 為一貯水 淨水寶地, 該處原設有兩水塔及一個已未使用的砂濾塔, 水源為地下水 而綠能 Qwater 淨水模場建置於法鼓山教育園區之最高處, 海拔高度約為 210 公尺, 以利淨化後的水體能以重力流方式輸送至各處, 因該處為制高點, 所以風力較強, 且日照較大不被建築物遮蔽, 為綠能系統建置於該區的不二選擇 下圖為綠能 Qwater 系統的外觀, 目前建置的水平式永磁風力發電機最大發電量為 400 W, 太陽能板為 2880W( 單片為 240 W, 共 12 片 ), 總計最大發電量 3280 W 風力發電機設置於本研究搭建的遮雨棚頂上, 太陽能板搭建於 Qwater 淨水系統前的斜坡及水塔塔頂 於綠能 Qwater 省電效益部分, 既有 15 CMD Qwater 設備平均每小時所需耗電量為 633 W, 藉由設備優化改良 應用晶片中控系統的綠能 Qwater 裝置, 每小時只需要 154 W 即可達到相同的淨水功效, 並輔以綠能配套系統, 經過實驗測試, 平均每小時綠能 Qwater 消耗的市電約為 126 W, 從 633 W 變成 126 W, 節能目標達到節省原始 Qwater 系統用電量之 80.1% 另外, 完成可攜式組裝的風力機與太陽能發電系統設計, 並完成綠能管理系統設計與建置及綠能型系統操作手冊 198

212 圖 3.5 法鼓山綠能 Qwater 模場 3.3 免電力緊急淨水技術研究 1. 曝氣加壓薄膜過濾技術以薄膜淨水技術而言, 曝氣為一項關鍵, 藉由薄膜曝氣掃流, 降低薄膜堵塞現象而延長薄膜使用壽命, 並能作為薄膜反清洗之工具, 使薄膜表面的堵塞物離開膜面 另一方面, 於薄膜能耗考量上, 抽水泵的運轉為系統能耗大宗, 因傳統薄膜淨水工藝即會進行持續或定期的曝氣運轉, 因此, 若能以曝氣加壓或虹吸方式使水進行薄膜過濾, 將可少掉薄膜抽水泵的運轉, 節能環保又經濟 圖 3.6 為曝氣加壓薄膜過濾系統的設計圖與試驗系統 曝氣加壓薄膜過濾技術之操作, 係利用一可密閉及開啟上蓋的槽體, 將薄膜置於其內 進行批次淨水過濾時, 上蓋密封且系統進行曝氣, 並停止入水, 使得氣體能持續增加於槽內的體積, 而曝氣的氣體, 因逆止閥關係, 並無法經由入水管離開槽體, 完整保留於槽內 當槽內氣體體積增加, 因槽體總容積不變, 因而氣體將會把水壓出薄膜而達到過濾之目的 當壓力計或液位計感測到當氣體壓力 氣量或液位達到一定程度時, 則打開洩壓閥, 此時槽體為非密閉狀態, 此時則可補水 入氣量壓力必須大於薄膜產水壓力, 以本研究測試的 UF 薄膜而言, 產水壓力為 1 kg, 故進氣壓力需大於 1 kg 才可產水, 且進氣量約等於產水量 應用曝氣加壓薄膜過濾系統, 針對不同濁度之原水進行曝氣加壓薄膜淨水實驗, 探討在不同原水濁度下出水薄膜流量之變化 實驗結果顯示, 在原水為自來水及濁水 NTU 的狀況下, 薄膜出水流量皆為 1800 ml/min 左右 ; 當原水濁度增加至 100 NTU 左右, 薄膜出水流量下降至 1330 ml/min; 當原水濁度增加至 250 NTU 左右, 薄膜出水流量下降至 538 ml/min 以上可知, 原水濁度之高低會影響薄膜出水流量, 因此, 此系統建議整合前處理系統, 將原水濁度降低至 200~500 NTU 後, 最終在以此系統去除微小顆粒及細菌等污染物, 方能發揮曝氣加壓薄膜淨水系統最大 199

213 效用 上蓋可密封及開啟 進水方向逆止 洩壓閥 壓力計或液位計 氣壓產水 虹吸產水 排水 曝氣 2. 人力腳踏車淨水技術 圖 3.6 曝氣加壓薄膜過濾系統的設計圖與試驗系統 分成兩種型態進行研究, 一種為鏈條帶動式加壓抽水系統, 另一種為轉輪帶動 式 ( 外掛式 ) 加壓抽水系統, 說明如下 (1) 鏈條帶動式加壓抽水系統, 係利用雙鏈條方式進行加壓抽水, 應用原本腳踏車的前齒輪帶動後齒輪, 再於後齒輪上增加一條鏈條, 此鏈條則與抽水泵輪軸連接, 當抽水泵轉動承軸轉動時, 將可使其內的軟管進行擠 壓循環動作, 抽水管一端則連接淨水設備 ( 本研究連接一不織布 MF 薄膜 ), 來達到汲水與淨水目的, 當腳踏一圈時, 利用後齒輪盤周長不同, 使的抽水泵輪軸轉圈數增加, 達到加速抽水功效 經實驗測試, 每分鐘轉動承軸轉 50 圈, 約可抽水 30 ml, 系統以低轉速運行時, 單位時間抽水量為 1.70 ml/sec 中速運行之單位時間抽水量為 3.81 ml/sec 高速運轉時之單位時間抽水量為 5.71 ml/sec, 因此, 轉速愈高, 則抽水量將相對較大 於淨水效能測試上, 以濁度 1000 NTU 之濁水測試, 其產水濁度為 0.1, 其產水量並不明顯受到裝設薄膜而有所影響 鏈條帶動式人力腳踏車如圖 3.7 圖 3.7 鏈條帶動式人力腳踏車 (2) 轉輪帶動式 ( 外掛式 ) 加壓抽水系統, 係將腳踏車後輪架高, 使輪胎架高而能原地轉動, 並將後輪胎摩擦驅動一滾輪轉動器, 於滾輪轉動器的兩旁, 連接蠕動抽水泵頭, 當抽水泵轉動承軸轉動時, 將可使其內的軟管進行擠 壓循環動作, 抽水管一端則連接淨水設備 ( 本研究連接一不織布 MF 薄膜 ), 來達到汲水與淨水目的 如圖

214 當後輪傳動一圈時, 則滾輪轉動器轉動 21 圈, 因後輪輪胎周長為 630 mm, 而轉動器周長為 30 mm, 故滾輪轉動器之轉動圈數為輪動轉動圈數的 21 倍 且滾輪轉動器之兩旁均可設置抽水裝置, 故產水量又可增加為單邊的兩倍 此抽水泵輪軸, 係利用蠕動抽水泵頭進行改裝, 達到人力機械驅動抽水之目的 實驗結果顯示, 每分鐘約採 30 圈的速度下, 產水量為 340 ml, 其產水量相較於採更多圈的情況為低, 探其原因, 係因抽水泵的轉數過高, 蠕動泵內軟管的壓 擠作動循環頻率過高, 導致抽水效率反而降低 由試驗測試得知, 當每分鐘腳踏 圈的腳踏速度下, 可獲得較多的產水量, 太快或太慢其產水量均會降低, 產水量與腳踏圈數的關係並非為線性關係 圖 3.8 轉輪帶動式人力腳踏車 3.4 專利與論文發表 1. 專利本計畫之獲得中華民國模組化淨水設備專利, 獲證日為 2012 年 5 月 21 日, 專利所有權人為經濟部水利署 專利證書如圖

215 圖 3.9 模組化淨水設備專利 2. 論文發表 (1) 模組化緊急淨水設備開發與應用, 第二十二屆下水道與水環境再生研討會, 臺灣水環境再生協會 臺北科技大學主辦,101 年 8 月 31 日 (2) 村落型緊急淨水設備研發與應用介紹, 水利產業 2012 研討會, 臺灣水利產業發展促進協會 國立成功大學水工試驗所 成功大學水利產業知識化育成中心,101 年 10 月 25 日 (3) Qwater 淨水技術, 綠色產業國際博覽會, 山東省高峰論壇,2012 年 8 月 31 日到 9 月 2 日 (4) 葉子豪撰, 慈悲結合科技 - 急難救助淨水艇啟航, 慈濟月刊,545,2012 年 4 月 25 日 四 成果應用與推廣 4.1 慈濟淨水法船與慈濟救難隊救災訓練本研究與水利署 慈濟合作開發 Qwater 淨水船, 如圖 4.1, 將 Qwater 淨水設備搭載於可乘載 800 公斤的小船上, 於未來災難發生時, 使慈濟國際救難隊能應用此工具, 進行緊急供水之救災應用, 此外, 並開發另一條煮水船, 將淨化後的水煮沸後, 可泡出熱騰騰的香積飯供民眾使用 本研究團隊並配合慈濟救難隊, 已於基隆河上進行多次救災與淨水船操作演練, 並於一次慈濟集會活動時進行淨水船展示, 於慈濟關渡園區向上人報告後, 即利用大愛台造景水池內的水, 淨化後泡製香積午齋, 供應百人食用 202

216 圖 4.1 慈濟淨水法船相關活動照片 4.2 新竹縣救災演習新竹縣為提早備戰防颱 防汛工作配合萬安 35 號演習, 於 2012 年 3 月 2 日上午於新豐鄉員山活動中心 池和宮等地舉辦 101 年度全民防衛動員 ( 萬安 35 號 ) 暨災害防救演習, 進行災民疏散撤離與收容 毒化物洩漏搶救 橋樑封閉 土石坍塌 大量傷患等項目進行演練, 並邀請工研院及慈濟基金會一同參與演習, 模擬在災難發生時如何於收容所內安置災區居民之生活起居, 應用工研院與水利署水利防災中心共同研發出可於現場淨化水質之高科技淨水技術 -Qwater, 可快速組裝成淨水系統, 結合可烹煮食物之餐車, 以提供熱食給現場災民食用 相關活動照片如圖

217 圖 4.2 參與新竹縣救災演習活動 4.3 淨水書車本研究團隊與彰化愛鄰協會合作, 經費由工研院 中國信託補助, 建置一套行動圖書館結合 Qwater 設備的行動淨水書車, 平時到彰化各國小進行科技環保教育, 讓小朋友多看書且了解水處理科技, 於災時也可作為小水量的救災緊急供水應用 圖 4.3 愛在偏鄉及淨水系統宣導活動 4.4 慈濟國際人援會參加慈濟國際人援會, 此會的目的在於進行慈濟國際救難成員的培訓, 會中, 展示與介紹 Qwater 淨水設備 Qwater 淨水法船 淨水腳踏車等計畫成果產出, 受到許多企業家及慈濟師兄姐讚許與肯定, 圖 4.4 為相關新聞報導 204

218 圖 4.4 慈濟國際人援會相關活動媒體報導 4.5 大愛覺醒年代 - 慈悲科技於 2012 年 10 月 5 日的大愛 覺醒年代 電視節目, 以專輯方式, 介紹水利署 工研院及慈濟合作開發的 Qwater 淨水法船 虹吸淨水薄膜及淨水腳踏車 如圖 4.5 圖 4.5 大愛覺醒年代 - 介紹水利署與工研院合作開發的技術 4.6 台灣水資源館台灣水資源館位於集集攔河堰旁, 本團隊依第一年 Qwater 緊急淨水系統之研究成果, 將原系統以 5 比 1 比例縮小建置一 Qwater 系統展示模組, 其中每一單元皆具有實際淨水效果, 於 2012 年 5 月於臺灣水資源館展示, 此外另設計水滴造型之文字說明背板與 LCD 螢幕, 以文字搭配影片之講解說明, 使民眾能輕鬆了解先進水處理技術之淨水程序及應用時機, 極具教育意義 此外, 於 2012 年 05 月 04 日進行志工教育訓練, 使展區內的解說志工充分了解設備, 並能完整清楚的介紹給民眾了解 另外, 經濟部水利署於 5 月 26 日上午辦理水資源館開幕活動, 本計畫研發之 Qwater 緊急供水系統於水利暨能源館展示, 成果倍受經濟部長肯定 相關活動照片如圖

219 圖 4.6 台灣水資源館 Qwater 展式模組與相關活動照片 4.7 臺北國際綠色產業展 - 水利產業館 臺灣國際綠色產業展 及 臺灣國際智慧綠色城市展 自 10 月 9 日至 12 日於南港展覽館盛大舉行, 水利產業館係為水利署規劃, 並由工研院執行展出, 展出內容包含 Qwater 淨水技術 淨水腳踏車等項目, 展出情況如圖 4.7 圖 4.7 水利產業館展展示內容 4.8 水利署記者會水利署與工研院於 2012 年 4 月 13 日舉行記者會, 由水利署楊偉甫署長主持, 並展示針對救災時處理高濁度原水所特製的 Qwater 緊急淨水系統 因颱風與水災過後, 很多災區會缺乏乾淨的飲用水或是出現水庫原水濁度過高等問題 在經濟部水利署與工研院等單位合作下, 研發推出一個可以快速組裝 處理高濁度原水問題的 Qwater 緊急淨水系統, 這套系統不僅可搭配貨車等交通工具, 快速移動到災區 206

220 使用, 每天還可供應 5 千人的飲用水 記者會相關照片及媒體報導如圖 4.8 所示 圖 4.8 記者會實況 4.9 協助紅十字會執行菲律賓救災協助中華民國紅十字總會, 於菲律賓寶發颱風災區建置 Qwater 緊急淨水供水系統, 進行災後供水救援, 已完成現勘與規劃設計, 目前等待菲律賓紅十字會確認地點與方式後, 執行任務 相關照片如圖 4.9 圖 4.9 菲律賓寶發颱風災區現勘照片 4.10 藍天家園 Qwater 環保科技教育藍天專門收容輔導來自破碎家庭並有偏差行為的男性少年, 其為天主教之兒童少年安置輔導機構, 藍天家園的目標, 在讓不幸邊緣的兒童少年能在一個溫暖 安全的環境中獲得潛能的啟發, 人格的重建, 並找到生命的意義與方向 有鑒於此, 為讓這些小朋友, 能增廣知識, 並向上學習, 本研究團隊於 102 年 8 月 3 日, 對他們進行 Qwater 及淨水腳踏車的說明與教育, 讓小朋友實際體驗, 引導他們學習水環 207

221 境知識, 活動過程如圖 4.10 圖 4.10 藍天家園 Qwater 環保科技教育活動 4.11 Qwater 教育訓練本次教育訓練研習會之主要目的, 係以 Qwater 淨水設備為教材, 進行教育訓練與實體操演, 使國內主要救災團體能充分瞭解 Qwater 設備的組裝 功能 操作及維護, 促使未來於救災應用執行上,Qwater 更具救災效益並廣被應用 參與的救災團體單位, 包含有水利署水利防災中心 陸軍司令部 中華民國紅十字總會 慈濟慈善基金會 法鼓山慈善基金會 新竹縣消防局 台南市消防局 以利國際服務組織 台中市水利局 淶達科技公司 新竹縣寶山鄉發展協會等 圖 4.11 Qwater 教育訓練活動照片 4.12 技術移轉與新創產業本計畫執行成果 Qwater 淨水技術, 協助工研院新創公司, 進行專利授權 以上多項應用與推廣案例, 證實本計畫研究成果, 對台灣產業新創 經濟發展 創 208

222 新技術研究 促進社會福祉等層面均有助益 五 結論 1. 成功開發 Qwater 模組淨水技術與設備, 並獲得模組化淨水設備專利, 並有 4 篇論文發表 2. 於綠能型緊急供水技術研發方面, 完成的綠能技術項目包含綠能 Qwater 淨水系統 曝氣加壓薄膜過濾技術 外掛式及雙鏈條式人力驅動淨水腳踏車研發等, 並經實驗驗證其可行性, 於綠能 Qwater 省電效益部分, 既有 15 CMD Qwater 設備平均每小時所需耗電量為 633 W, 藉由設備優化改良 應用晶片中控系統的綠能 Qwater 裝置, 每小時只需要 154 W 即可達到相同的淨水功效, 並輔以綠能配套系統, 經過實驗測試, 平均每小時綠能 Qwater 消耗的市電約為 126 W, 從 633 W 變成 126 W, 節能目標達到節省原始 Qwater 系統用電量之 80.1% 另外, 完成可攜式組裝的風力機與太陽能發電系統設計, 並完成綠能管理系統設計與建置及綠能型系統操作手冊 3. 於淨水實驗模場方面, 完成兩套 15 CMD 的綠能 Qwater 設備, 於 2012 年 7 月時於法鼓山完成模場建置 經高濁度原水 Qwater 淨水實驗與效能驗證, 於平時操作時 ( 原水濁度小於 100 NTU) 及高濁度原水 (1000~3000 NTU 及大於 3000 NTU) 等操作條件下, 整體系統濁度去除率達 99.9%, 產水濁度小於 2 NTU, 總菌數與大腸桿菌數皆符合該水質標準規範 4. 於成果及教育推廣方面, 成果如下 : (1) 與慈濟合作開發慈濟淨水法船, 並與慈濟救難隊共同進行救災訓練 (2) Qwater 設備配合新竹縣政府進行救災演習 (3) 與彰化愛鄰協會合作, 開發 Qwater 淨水書車, 並針對偏鄉孩童, 進行水科技環保教育 (4) 參加慈濟國際人援會, 展出與介紹 Qwater 淨水技術與淨水腳踏車 (5) 大愛覺醒年代電視節目, 以專輯播出慈悲科技 -Qwater (6) 參加臺北國際綠色產業展 - 水利產業館 Qwater 技術展示 (7) 於 2012 年 4 月 13 日完成水利署記者會, 廣受多家媒體記者報導 (8) 於臺灣水資源館展示 Qwater 模組, 設有介紹影片及解說看板等, 及完成解說志工的教育訓練 (9) 協助中華民國紅十字總會, 執行菲律賓寶發颱風災後支援 (10) 針對藍天家園孩童進行 Qwater 科技介紹, 啟發學童科技學習欲望 (11) 舉辦 Qwater 教育訓練說明會, 使國內主要救災團體能充分瞭解 Qwater 設備的組裝 功能 操作及維護, 促使未來於救災應用執行上,Qwater 更具救災效益並廣被應用 參與的救災團體單位, 包含有水利署水利防災中心 陸軍司令部 中華民國紅十字總會 慈濟慈善基金會 法鼓山慈善基金會 新竹縣消防局 台南市消防局 以利國際服務組織 台中市水利局 淶達科技公司 新竹縣寶山鄉發展協會等 209

223 (12) 以 Qwater 專利技術授權方式, 協助工研院新創公司 以上多項應用與推廣案例, 證實本計畫研究成果, 對台灣產業新創 經濟 發展 創新技術研究 促進社會福祉等層面均有助益 參考文獻 1. 洪仁陽 夏工傑 陳建宏 蕭碧蓮 周珊珊, BioMF 薄膜技術在緊急救災用水之應用, 中華民國自來水協會會刊, 第 29 卷, 第二期, 第 頁 (2010) 2. 夏工傑 洪仁陽 陳建宏 周珊珊, 八八水災公用設施防救災措施及重建工程計畫 - 瑞峰國小緊急淨水系統之建置, 工程, 第 頁 (2009) 3. 張添晉, 羅浮簡易自來水水源取水工程改善方案, 桃園縣政府環境保護局 (2006) 4. 鄒文源 張王冠 洪仁陽 吳漢松 莊順興, BioNET 生物程序處理自來水原水之研究, 自來水會刊, 第 18 卷第 4 期,22-33(1999) 5. Chung, L. C., Shao, H., Horng, R.,Y., Liang, T. M., Hu, Y. J., Huang, M. S., Liu, P. I., Chang, M. C., A Submerged Non-woven Sheet/Photocatalytic Reactor System for Removal of NP-9 in Water, IWA Specialist Conference on Oxidation Technologies for Water & Wastewater Treatment, Berlin, Germany. (2009) 210

224 附件四論文發表 - 村落型緊急用水技術之開發與應用 1 陳建宏 2 任維傑 3 謝明昌 1. 工業技術研究院材化所資深研究員 2. 工業技術研究院材化所副研究員 3. 水利署水利防災中心主任 摘 要 近年來, 全球因極端天氣變化所造成重大災害之範圍及強度皆遠超過以往程度, 在災難發生時, 不僅直接造成國家之經濟損失, 後續災民收容所之建置更是一重大考驗, 因此如何妥善安置災民並提供乾淨之水源使用, 避免後續環境污染和疫病的產生則為當務之急, 故基於人道救援考量, 研發高科技技術來解決災難時的緊急用水問題, 的確有其必要性與急迫性 有鑑於此, 本研究已成功開發 Qwater 模組淨水技術與設備 多元化水源機動式緊急淨水系統原型機, 並獲得模組化淨水設備專利, 於綠能型緊急供水技術研發方面, 完成兩套 15 CMD 的綠能 Qwater 設備, 於 2012 年 7 月時於法鼓山完成模場建置 經高濁度原水 Qwater 淨水實驗與效能驗證, 於平時操作時 ( 原水濁度小於 1000 NTU) 及高濁度原水 (1000~3000 NTU 及大於 3000 NTU) 等操作條件下, 整體系統濁度去除率達 99.9%, 產水濁度小於 2 NTU, 總菌數與大腸桿菌數皆符合該水質標準規範 於成果及教育推廣方面, 包含與慈濟合作開發慈濟淨水法船, 並與慈濟救難隊共同進行救災訓練 Qwater 設備配合新竹縣政府進行救災演習 與彰化愛鄰協會合作, 開發 Qwater 淨水書車, 並針對偏鄉孩童, 進行水科技環保教育 廣受多家媒體記者報導 於臺灣水資源館展示 Qwater 模組, 設有介紹影片及解說看板等, 及完成解說志工的教育訓練等, 以上多項應用與推廣案例, 證實本計畫研究成果, 對台灣產業新創 經濟發展 創新技術研究 促進社會福祉等層面均有助益 關鍵詞 : 緊急淨水 災難 綠能 The Study of Emergency Water Treatment System 211

225 Chien-Hung Chen 1 Wei-Chieh Jen 2 Ming-Chang Hsieh 3 1. Senior Researcher, MCL, Industrial Technology Research Institute 2. Associate Researcher, MCL, Industrial Technology Research Institute 3. Manager, Hydraulic Precaution Center, Water Resources Agency Abstract In recent years, the world due to extreme weather changes caused by the intensity of major disasters are far more than the previous disaster, not only the countries directly caused economic losses of up to build refugee camp is a major challenge, so how proper take care of the victims and to provide a clean water source, to avoid environmental pollution and disease follow-up compared is the priority. So based on humanitarian aid, it is necessary and urgency to develop the high technology to solve the water problems of disaster. Therefore, this study has successfully developed Qwater module water treatment technology and equipment, diverse water source emergency water treatment mobile system and obtain Qwater patents, emergency water supply in the green energy-technology research and development, this study already established an emergent water treatment system in the DDM world center for Buddhist education. In the high turbidity raw water purification experiments and performance verification, the feasibly test show that the removal rate of turbidity could achieved 99.9%. Besides, water qualities of the system permeate can conform to drinking water quality standard. Turbidity was smaller than 2 NTU. In achievement and educational promotion, including Tzu Chi Qwater boat, Qwater system for disaster exercise with the Hsin-chu County, develop Qwater book car and environmental science and technology education, widely reported by many media reporters, Qwater module offers introductory videos and commentary billboards and completion of volunteer interpreters education and training. The above application and promotion confirming this project is helpful of a new record for Taiwan's industry, economic development, innovation and research, and promote social well-being. Keywords:Disaster, Emergency water treatment, Green energy 212

226 一 前言 近年來, 全球因極端天氣變化所造成重大災害之範圍及強度皆遠超過以往程度, 而台灣位於易受地震與颱風威脅之地區, 隨著全球氣候暖化,97 年卡玫基 98 年莫拉克 99 年凡那比 梅姬以及 101 年天秤等颱風侵襲均帶來破紀錄雨量, 造成土石流及淹水等災害發生 在災難發生時, 不僅直接造成國家之經濟損失, 後續災民收容所之建置更是一重大考驗, 因此如何妥善安置災民並提供乾淨之水源使用, 避免後續環境污染和疫病的產生則為當務之急, 故基於人道救援考量, 研發高科技技術來解決災難時的緊急用水問題, 的確有其必要性與急迫性 在災難發生之後, 除了造成無法估計價值的民生損失之外, 後續的民生安置更是嚴重問題, 各國政府除了在第一時間伸出援手 啟動災難應變措施之外, 民眾也須有防災應變的準備, 受難災民要面臨的不僅是重建破碎的家園, 更重要的是撐過災後可能發生無電無水無食物的日子 而台灣身處地震與颱風侵襲頻繁之地區, 颱風後的高濁度水 淹水等問題, 常導致缺水問題發生, 因此, 如何在災後提供給民眾潔淨安全之用水, 避免民眾因水環境問題, 導致生病 ( 大規模病媒傳染 ) 或死亡, 解決民生用水問題, 所以, 研發緊急型淨水裝置可說是迫在眉梢, 有鑑於此, 水利署水利防災中心, 特成立此計畫專案, 研發方便運輸 快速組裝 可處理高濁水 高淨水效能的套裝式淨水系統 二 研究項目 傳統處理高濁度原水之淨水技術, 包含化學混凝沉澱 混凝沉澱技術 砂濾技術 離心水漩技術 漩流結團絮凝等, 但此等技術通常有設備較重甚或不可搬運, 不利於運輸 系統組裝及試車時間長, 且試車期間長 不適用於高濁度水處理 需大量用電等缺點, 故較不適用於救災 有鑑於此, 本研究為突破上述所說之技術瓶頸, 發展出一種快組式之高濁度原水淨水系統, 同時具備低能耗 高效率 高機動性 可去除高濁度之功能, 並搭配綠能系統, 使其在無市電供應下仍可運作產水, 以符合急難救助功能需求, 村落型緊急供水技術之研究重點說明如下 : 1. 開發高效率模組化淨水設備針對可滿足處理高濁度原水之系統進行設計, 開發小尺寸套裝設備及系統, 並提高組裝速度與處理效能, 並能有效量產化, 因而淨水設備並須進行模組化設計, 舉例而言, 本研究應用一種輕質軟質的泡棉擔體, 替代較重的砂濾或石英砂, 大大的減少設備重量, 且前面在增加傾斜板沉澱池, 有效減輕後面擔體及薄膜的負擔, 也降低了堵塞之風險, 可使溢流率提高增加了淨水效能 2. 研發快組式緊急淨水系統開發一種快組式的套裝設備, 開發快速組裝模組套件, 使前處理 主處理等淨水模組相互間得以快速串聯, 以便於搬運 組裝 拆卸維護等工作, 使系統能由兩個民眾於 20 分鐘內組裝完成 ( 不包括周邊硬體或水電等設施工程 ), 並能搭載運輸設備 ( 載重小於 3.5 噸的車或船 ), 整體重量小於 300 公斤, 單一元件重量小於 40 公斤, 形成為一種高機動性且快速組裝的套裝模組設備 3. 綠能 / 節能系統整合研發綠能供電配套系統, 系統本身並具節能之設計, 例如將槽體水位線拉高, 如此薄膜在無電力驅動的情況下亦能產水, 經過先期研究發現, 若能克服氣封問題, 則水體可以虹吸方式通過薄膜過濾 並可增設如柴油發電機 太陽能板 風力發電機 人體加壓驅動等裝置, 形成一種多元化供電系統, 此外, 馬達亦選用直流電馬達, 使其能跟綠能裝置串接 213

227 4. 開發多元化緊急淨水系統多元化水源機動式緊急淨水模組可與車輛或其他運輸載具結合, 能在災難發生時立即將淨水設備輸送至有用水需求之地區或直接於載具上進行淨水應用, 並針對當地水源特性不同, 可快速抽換其淨水單元, 具有處理河川水 湖泊水 泥水 海水之能力 搭配多元化水質分析儀器 綠能系統, 可簡易快速分析原水水質, 對應相關淨水單元進行設備組裝, 並在無市電供應下仍可運作產水, 以符合急難救助功能需求, 快速解決災民及災區無法正常用水的問題 因此, 未來當國內外發生災難, 導致災民面臨到無乾淨用水之問題時, 則可應用本計畫研發之技術與系統, 進行人道救援 三 村落型緊急用水技術之開發 3.1 Qwater 淨水設備研發 Qwater 的 Q, 代表著 Quick( 快組 ) Quality( 優質 ) 及 Quantity( 豐沛, 出水能力強 ), Qwater 可由兩個民眾於 20 分鐘內組裝完成, 是謂快組 ;Qwater 可處理高濁度原水, 出水並符合飲用水標準, 是謂優質 ;Qwater 小體積大產量, 於 2.5 立方米左右的空間下可產水為 15 CMD, 並可進行並聯增加出水量, 是謂豐沛 ( 出水能力強 ) 1. 淨水技術與程序為有效處理高濁度水體, 村落型緊急供水雛型之淨水單元設計, 係整合高效率沉澱系統 BioNET 薄膜 UV 殺菌等淨水技術, 且為求組裝時效性, 淨水單元係建構成簡易型套裝模組型態, 而多數元件材質, 則考量較輕質的材料進行應用 另一方面, 積木式村落型緊急供水系統原本之設計係以多元的套裝淨水模組進行組合, 現階段係以高濁度為標的污染物, 故目前之淨水模組為傾斜板沉澱池 BioNET 薄膜等單元, 倘若應用處水源具有高有機污染 高重金屬污染等不同情況發生, 則可將增設或抽換部分去濁度的淨水模組, 改成如 EDR AOP 等淨水套裝模組 2. 技術創新性整體系統架構, 如圖 1 (1) 傾斜版沉澱單元主要係針對粒徑大於 10 μm 的砂土進行固液分離, 為能有效增加沉澱面積以提升沉澱效果, 增設一傾斜板或傾斜管, 其中, 傾斜板或傾斜管或一可拆卸式套件, 可於槽體內進行抽換, 傾斜板或傾斜管上方並設有溢流堰, 作為整流之用 (2) 軟質多孔性擔體過濾單元為一種以採用多孔性泡棉或不織布擔體作為反應槽介質之處理單元, 主要係針對粒徑大於 1 μm 的懸浮固體物及進行處理, 由於其具有可壓縮的多孔性 PU 泡棉或不織布擔體, 可藉由堆疊多顆擔體形成一種濾床型態, 藉以去除懸浮固體物 其中, 擔體濾床下方設有一可拆卸式底板及一曝氣系統, 且擔體濾床上方設有一可卸除式上蓋, 以避免擔體上浮而流出, 上蓋上方並設有溢流堰, 作為整流之用 此外, 軟質多孔性擔體, 為一種輕質材料, 故方便運輸及攜帶 (3) 超濾膜過濾單元主要用以去除粒徑大於 0.1 μm 的微細顆粒 細菌 腐植質 固體物有機物等污染物, 其過濾方式是以濾膜兩側的壓力差為驅動力, 濾膜為過濾介質的篩分過程, 型態為中空纖維膜 超濾膜單元操作必須施加一操作壓力, 該操作壓力一般在 0.1 ~0.6 MPa 之間, 此外, 超濾膜與槽體本身可進行拆卸, 薄膜下方並設有曝氣系統, 而於加壓驅動力上, 除以抽水泵進行抽水外, 另一個主要功能特徵係得利用水體自體重力進行過濾出水, 且其薄膜出水口及液面至少須有 15 公分之差 以上之機構則形成一種超濾膜套裝淨水單元, 具有方便進行維護 操作 組裝 運輸及量產之特 214

228 性 (4)UV 殺菌單元主要用以去除水體中細菌, 係利用短波長 254 nm 的 UV 燈進行殺菌, 或利用氯錠 次氯酸鈉等加藥手法進行水體殺菌 3. 硬體設計與開發以上四種套裝式淨水單元, 各淨水單元均設有一入水口 出水口及排泥口, 水路管口及水管連接上的設置為可快速拆卸或組裝的架構, 非為固定式, 而連接四個單元的水管管路, 彼此間則以一或數個橫桿, 將多個水管管路整合固定成一個管架模組套件 此外, 此管架模組套件上, 並設有一個電路開關系統, 與系統上之泵浦電線 UV 燈電線可進行快速簡易插線連接, 並設有控制系統運作開關 此外, 傾斜板沉澱單元 軟質多孔性擔體單元 超濾膜單元及殺菌單元等四個套裝淨水模組之槽體, 為強化槽體整體的結構強度, 避免槽壁變型, 並能減少組裝程序, 故於兩兩相鄰的淨水模組槽壁上, 設置有數個支撐橫柱或縱柱, 當兩個槽壁相靠時, 兩個槽體間的支撐橫柱或縱柱則可抑制淨水模組槽壁變形, 此為一種支架與槽體整合為一體之新型態設計 此快組系統並設有可移動平台, 係由數個支撐框架 支撐桿材 支撐板 輪胎所建構, 此平台得以各個零件進行快速進行組裝與建構, 茲以方便攜帶各零件至現地進行快數組裝 圖 1 Qwater 外觀示意圖 4. 系統組裝與操作手冊本研究以針對 Qwater 淨水系統在組裝及使用方面編寫說明書手冊, 讓非專業人士可依照說明書上文字及圖片敘述, 了解如何快速組裝此淨水系統及在使用時相關之注意事項 如圖 2 215

229 圖 2 Qwater 說明書 3.2 多元化水源機動式淨水設備本研究的多元化水源種類, 係包括高濁度原水 地表水 ( 湖泊 河川 山泉水 ) 地下水 海水等, 本研究將針對此水質特性, 開發出具快組功能的小尺寸套裝設備, 使系統能依據水源不同進行淨水單元快組搭配 目前國際上許多緊急淨水設備, 係多直接以 MF 或 UF 或 RO 進行過濾, 沒有完整的前處理與配套措施, 導致主處理裝置嚴重堵塞, 產生造水量快速降低 薄膜壽命降低 能耗增加等現象, 常使救災緊急供水之應用效果降低 為避免此現象發生, 期望能提高維護便利性及設備使用壽命, 本研究採多段式淨水程序, 分段針對不同的污染物進行處理, 而達到有效處理多元化水源之效能 淨水系統主要處理程序分成四大部分, 如圖 3, 第一階段單元為前處理, 本研究設計單元為沉澱 TubeNET, 去除大顆粒固體污染物 ; 第二階段單元為主處理, 處理單元為超濾 (ultra-filtration, UF), 去除微細顆粒 ; 第三階段為精密處理, 逆滲透 (reverse osmosis, RO); 第四階段為殺菌, 處理單元為紫外線殺菌 (ultra violet, UV) 及煮沸消毒, 硬體設備配置如圖 4, 圖 5 為設備立體示意圖 大顆粒固體污染物去除 傾斜板沉澱池 1. 前處理 2. 主處理 3. 精密處理 4. 殺菌 微細污染物去除 鹽類 ( 導電度 )/ 有機物去除 細菌去除 TubeNET UF RO UV 煮沸 圖 3 多元化水源處理程序分段原則 電開水機或燃燒爐 UV RO UF 傾斜板沉澱池 潔淨水槽 UF 暫存槽 發電機 拖拉連接器 水質分析區 混凝加藥系統 沉澱暫存槽 TubeNET 砂濾 ( 備用 ) 輪胎 砂濾暫存槽 控制面板 移動平台 圖 4 機動式緊急淨水設備硬體配置圖 圖 5 機動式緊急淨水設備立體示意圖 四 淨水模場建置與效能驗證 216

230 4.1 桃園縣復興鄉羅浮國小 Qwater 淨水系統桃園縣復興鄉羅浮台地部落, 位於桃園縣復興鄉偏遠山區, 桃園縣環保局曾多次對羅浮簡易自來水之水質進行檢測, 偶有不符合現行飲用水水質標準, 其中以大桿菌群密度偏高次數較多 因此, 本研究於桃園縣復興鄉羅浮村之羅浮國小內 ( 如圖 6), 建立兩套 15 CMD 之 Qwater 示範模場, 共計 30 CMD 水處理量, 於平時, 可替代既有簡易處理系統, 使出水濁度及菌數符合標準, 使該地師生及居民有更潔淨的水可使用 ; 於災難時, 可作為緊急供水之用, 有效處理高濁水進行處理, 提供給所需要的災民使用, 若災期時間長, 並可移動及組裝系統於臨近溪流旁, 進行淨水處理 另一方面, 因設於羅浮國小內, 並兼具教育意涵 每部機具高度相當於一個成人 (1.6 m), 長寬在 1.2 m 之內, 空機重約 280 公斤, 兩機並聯 30 CMD, 能滿足全校師生用水需求 在 Qwater 淨水效能驗證部分, 原水為高濁度 (1000~3000 NTU) 原水之測試, 所有原水濁度範圍均大於 1000 NTU 但小於 3000 NTU, 原水整體平均為 1630 NTU, 經過沉澱池處理後之平均值為 716 NTU, 軟質擔體過濾槽出水為 281 mg/l 原水為高濁度 (>3000 NTU) 原水之測試, 所有原水濁度範圍均大於 3000 NTU, 原水整體平均為 3754 NTU, 經過沉澱池處理後之平均值為 1849 NTU, 軟質擔體過濾槽出水為 770 mg/l, 而兩次實驗薄膜出水水質皆符合該水質標準規範 (<2 NTU) 水質資料分析如圖 7 圖 6 羅浮國小 Qwater 模場 1000~3000 NTU >3000 NTU 濁度 (NTU) 原水沉澱池軟質擔體薄膜 圖 7 高濁度原水淨水效能測試 4.2 法鼓山綠能 Qwater 淨水系統法鼓山綠能 Qwater 淨水實驗模場位於新北市金山區, 淨水模場設置於聖嚴法師宿舍 ( 開山寮 ) 旁的空地, 系統照片如圖 8, 為一貯水 淨水寶地, 該處原設有兩水塔 217

231 及一個已未使用的砂濾塔, 水源為地下水 而綠能 Qwater 淨水模場建置於法鼓山教育園區之最高處, 海拔高度約為 210 公尺, 以利淨化後的水體能以重力流方式輸送至各處, 因該處為制高點, 所以風力較強, 且日照較大不被建築物遮蔽, 為綠能系統建置於該區的不二選擇 下圖為綠能 Qwater 系統的外觀, 目前建置的水平式永磁風力發電機最大發電量為 400 W, 太陽能板為 2880W( 單片為 240 W, 共 12 片 ), 總計最大發電量 3280 W 風力發電機設置於本研究搭建的遮雨棚頂上, 太陽能板搭建於 Qwater 淨水系統前的斜坡及水塔塔頂 於綠能 Qwater 省電效益部分, 既有 15 CMD Qwater 設備平均每小時所需耗電量為 633 W, 藉由設備優化改良 應用晶片中控系統的綠能 Qwater 裝置, 每小時只需要 154 W 即可達到相同的淨水功效, 並輔以綠能配套系統, 經過實驗測試, 平均每小時綠能 Qwater 消耗的市電約為 126 W, 從 633 W 變成 126 W, 節能目標達到節省原始 Qwater 系統用電量之 80.1% 另外, 完成可攜式組裝的風力機與太陽能發電系統設計, 並完成綠能管理系統設計與建置及綠能型系統操作手冊 圖 8 法鼓山綠能 Qwater 模場 五 應用與推廣案例 5.1 慈濟淨水法船與慈濟救難隊救災訓練 本研究與水利署 慈濟合作開發 Qwater 淨水船, 如圖 9 將 Qwater 淨水設備搭載於可乘載 800 公斤的小船上, 於未來災難發生時, 使慈濟國際救難隊能應用此工具, 進行緊急供水之救災應用, 此外, 並開發另一條煮水船, 將淨化後的水煮沸後, 可泡出熱騰騰的香積飯供民眾使用 本研究另配合慈濟救難隊, 已於基隆河上進行多次救災與淨水船操作演練, 並於一次慈濟集會活動時進行淨水船展示, 於慈濟關渡園區向上人報告後, 即利用大愛台造景水池內的水, 淨化後泡製香積午齋, 供應百人食用 218

232 5.2 新竹縣 102 年災害防救演習 圖 9 慈濟淨水法船相關活動照片 有鑑於近年來溫室效應加速全球暖化, 導致全球氣候異常 各地天然災害頻傳, 新竹縣為提早備戰防颱 防汛工作, 已於 4 月 26 日上午 9 時起假橫山九讚頭車站 大肚村老人文康中心及竹東鎮河濱公園等地舉辦 102 年度災害防救演習, 模擬因泰利颱風侵襲致災民進行疏散及收容作業, 期能透過新竹縣潛勢災區居民實際參與, 以社區基層為主體進行整備工作提昇社區抗災 避災 減災之預防措施, 讓社區民眾熟知防救災資訊, 以利於災害發生時能夠 自救及互救, 順利進行自主防災疏散避難及收容作業, 以降低災害損失 本次演習邀請工研院與紅十字總會共同參與, 應用工研院與水利署水利防災中心共同研發出之 Qwater 淨水技術, 模擬在災難發生時如何於收容所內安置災民之生活起居及飲用水需求, 相關照片如圖 淨水書車 圖 10 新竹縣 102 年災害防救演習活動照片 本研究團隊與彰化愛鄰協會合作, 經費由工研院 中國信託補助, 建置一套行動圖書館結合 Qwater 設備的行動淨水書車, 平時到彰化各國小進行科技環保教育, 讓小朋友多看書且了解水處理科技, 於災時也可作為小水量的救災緊急供水應用 ( 圖 11) 219

233 5.4 台灣水資源館 圖 11 愛在偏鄉及淨水系統宣導活動 台灣水資源館位於集集攔河堰旁, 本團隊依第一年 Qwater 緊急淨水系統之研究成果, 將原系統以 5 比 1 比例縮小建置一 Qwater 系統展示模組, 其中每一單元皆具有實際淨水效果, 於 2012 年 5 月於臺灣水資源館展示, 此外另設計水滴造型之文字說明背板與 LCD 螢幕, 以文字搭配影片之講解說明, 使民眾能輕鬆了解先進水處理技術之淨水程序及應用時機, 極具教育意義 此外, 於 2012 年 05 月 04 日進行志工教育訓練, 使展區內的解說志工充分了解設備, 並能完整清楚的介紹給民眾了解 經濟部水利署於 2012 年 5 月 26 日上午辦理水資源館開幕活動, 本計畫研發之 Qwater 緊急供水系統於水利暨能源館展示, 成果倍受經濟部長肯定 相關活動照片如圖 12 圖 12 台灣水資源館 Qwater 展式模組與相關活動照片 5.5 Qwater 教育訓練 本次教育訓練研習會之主要目的, 係以 Qwater 淨水設備為教材, 進行教育訓練與實體操演, 使國內主要救災團體能充分瞭解 Qwater 設備的組裝 功能 操作及維護, 促使未來於救災應用執行上,Qwater 更具救災效益並廣被應用, 如圖 13 參與的救災團體單位, 包含有水利署水利防災中心 陸軍司令部 中華民國紅十字總會 慈濟慈善基金會 法鼓山慈善基金會 新竹縣消防局 台南市消防局 以利國際服務組織 台中市水利局 淶達科技公司 新竹縣寶山鄉發展協會等 220

234 圖 13 Qwater 教育訓練活動照片 5.6 北埔救災 今年 7 月 12 日蘇力颱風來襲, 本團隊立即進行救災規劃與人力動員, 完成緊急供水系統整備 而後水利署告知, 新竹縣北埔鄉有緊急供水需求, 故本團隊馬上與北埔鄉公所與該區水公司聯絡, 並出動兩套淨水設備, 於北埔冷泉處抽取當地高濁度原水進行緊急造水任務, 之後將造好的水送至鄉公所保存以發放給需要的民眾 ( 圖 14) 六 結論 圖 14 Qwater 系統於新竹縣北埔鄉進行緊急淨水任務 1. 本研究已成功開發 Qwater 模組淨水技術與設備與多元化水源機動式淨水設備原型機, 能在災難發生時立即將淨水設備輸送至有用水需求之地區或直接於載具上進行淨水應用, 並針對當地水源特性不同, 可快速抽換其淨水單元, 具有處理河川水 湖泊水 泥水 海水之能力, 後續將持續進行效能驗證 2. 於綠能 Qwater 省電效益部分, 既有 15 CMD Qwater 設備平均每小時所需耗電量為 633 W, 藉由設備優化改良 應用晶片中控系統的綠能 Qwater 裝置, 每小時只需要 154 W 即可達到相同的淨水功效, 並輔以綠能配套系統, 經過實驗測試, 平均每小時綠能 Qwater 消耗的市電約為 126 W, 從 633 W 變成 126 W, 節能目標達到節省原始 Qwater 系統用電量之 80.1% 另外, 完成可攜式組裝的風力機與太陽能發電系統設計, 並完成綠能管理系統設計與建置及綠能型系統操作手冊 3. 於淨水實驗模場方面, 完成兩套 15 CMD 的綠能 Qwater 設備, 於 2012 年 7 月時於法鼓山完成模場建置 經高濁度原水 Qwater 淨水實驗與效能驗證, 於平時操作時 ( 原水濁度小於 100 NTU) 及高濁度原水 (1000~3000 NTU 及大於 3000 NTU) 等操 221

235 作條件下, 整體系統濁度去除率達 99.9%, 產水濁度小於 2 NTU, 總菌數與大腸桿菌數皆符合該水質標準規範 4. 於成果及教育推廣方面, 成果如下 : (1) 與慈濟合作開發慈濟淨水法船, 並與慈濟救難隊共同進行救災訓練 (2)Qwater 設備配合新竹縣政府進行救災演習 (3) 與彰化愛鄰協會合作, 開發 Qwater 淨水書車, 並針對偏鄉孩童, 進行水科技環保教育 (4) 於臺灣水資源館展示 Qwater 模組, 設有介紹影片及解說看板等, 及完成解說志工的教育訓練 (5) 舉辦 Qwater 教育訓練說明會, 使國內主要救災團體能充分瞭解 Qwater 設備的組裝 功能 操作及維護, 促使未來於救災應用執行上,Qwater 更具救災效益並廣被應用 參與的救災團體單位, 包含有水利署水利防災中心 陸軍司令部 中華民國紅十字總會 慈濟慈善基金會 法鼓山慈善基金會 新竹縣消防局 台南市消防局 以利國際服務組織 台中市水利局 淶達科技公司 新竹縣寶山鄉發展協會等 (6) 於 2013 年 7 月蘇力颱風來襲, 造成新竹縣北埔鄉有嚴重缺水問題,Qwater 系統緊急出動並發放乾淨水源給民眾使用 以上多項應用與推廣案例, 證實本計畫研究成果, 對台灣產業新創 經濟發展 創新技術研究 促進社會福祉等層面均有助益 六 參考文獻 1. 洪仁陽 夏工傑 陳建宏 蕭碧蓮 周珊珊, BioMF 薄膜技術在緊急救災用水之應用, 中華民國自來水協會會刊, 第 29 卷, 第二期, 第 頁 (2010) 2. 夏工傑 洪仁陽 陳建宏 周珊珊, 八八水災公用設施防救災措施及重建工程計畫 - 瑞峰國小緊急淨水系統之建置, 工程, 第 頁 (2009) 3. 張添晉, 羅浮簡易自來水水源取水工程改善方案, 桃園縣政府環境保護局 (2006) 4. 鄒文源 張王冠 洪仁陽 吳漢松 莊順興, BioNET 生物程序處理自來水原水之研究, 自來水會刊, 第 18 卷第 4 期,22-33(1999) 5.Chung, L. C., Shao, H., Horng, R.,Y., Liang, T. M., Hu, Y. J., Huang, M. S., Liu, P. I., Chang, M. C., A Submerged Non-woven Sheet/Photocatalytic Reactor System for Removal of NP-9 in Water, IWA Specialist Conference on Oxidation Technologies for Water & Wastewater Treatment, Berlin, Germany. (2009) 222

236 附件五使用說明書 一 Qwater M 功能簡介由水利署及工研院研發的 Qwater M, 為多元化水源機動式緊急淨水設備, 可解 決災害期間缺水或自來水停止供水的用水問題, 可應用於高濁水 海水 地下水 地表水等不同水源, 並可依據水質特性調整將處理程序優化, 達到優質供水的目的 Qwater 具備快組 (Quick) 豐沛 ( 出水能力強 )(Quantity) 優質 (Quality) 多元化 (Multi-) 機動性 (Mobile) 等特色, 說明如下 : 1. 快組 (Quick): 以整體機台為主要應用模式, 可直接將機台運送到需求處進行供 水服務, 若遇到路斷或交通不便情況時, 則可拆解設備, 搬運到現地時, 再行組 裝, 於現地可由兩名一般民眾徒手於 90 分鐘內可將元件組裝完成 機台定位或 組裝完成後, 於 20 分鐘內即可開始供水 2. 豐沛 ( 出水能力強 )(Quantity): 產水量為 420 L/h, 每天可供給 5000 人飲用 ( 每小時 可生產 700 瓶的礦泉水量 ), 僅需要 1 m 2 的面積, 設備精巧質輕 設備可視當地 需水量將 Q water 進行並聯快組來擴充產水量 3. 優質 (Quality): 可處理高達 3000 NTU 的高濁度原水, 除了 TubeNET 砂濾 活 性碳及離子交換樹脂程序可應用外, 並含有超濾膜 UF 逆滲透 RO 膜及 UV 殺 菌程序去除水中微污染及細菌, 多層保護確保飲水安全, 經試驗證實, 產水符合 飲用水水質標準, 達到優質供水的目的 4. 多元化 (Multi-): 套管式淨水單元, 使淨水處理流程程序有彈性, 可處理不同特 性的水源, 依據水質特性進行調整, 並達到快速維護 組裝之目的 5. 機動性 (Mobile): 設備機動性高而方便應用, 設備就定位後於 20 分鐘內即可供 水, 操作程序簡單, 非專業人士也可操作 223

237 二 使用時機 Qwater M 可應用於災期或災後, 當自來水或簡易自來水系統供水中斷時, 於山 區或平地即可設置 Qwater M 系統, 可滿足村落或社區使用 ( 約滿足 5000 人飲用 ), 如 救難中心或道路中斷之偏遠村落 使用時機說明如下 : 1. 颱風災期, 或颱風過後, 因原水高濁度問題, 導致自來水或簡易自來水系統停止 供水 2. 地震災後, 使自來水或簡易自來水系統損壞 或供水管路中斷 或其他不可抗拒 因素導致停止供水 3. 戰爭期間導致自來水或簡易自來水系統損壞 或供水管路中斷, 或其他不可抗拒 因素導致停止供水 4. 其他不可預期原因而導致區域內水資源不足 以上各種狀況, 均可即時輸送 Qwater M 系統至當地進行組裝,20 分鐘左右即 可完成系統建置與進行運轉 此外, 於災期或災後, 有時會設置永久屋或組合屋 給災民使用, 此時 Qwater M 可隨著組合屋進駐, 為當地災民服務, 供給乾淨的自 來水 另外, 也可於平時作為簡易自來水系統, 並依當地需求進行系統之並聯來 擴展供水量, 若於災期使原本水路中斷, 則該地平時作為簡易自來水系統之 Qwater M 設備, 則可移動至附近可取得的新水源進行取水淨水工作, 又如附近若 設有救難中心需要供水資源, 則可於該中心設置 Qwater M 系統進行供水服務 224

238 三 可應用水源 1. 地表水 : 如河川 湖泊 水庫 泉水等地表水, 若水源水位高程較高, 則可以管 路自動引流至 Qwater M 入口處, 以重力流方式進水, 減少電力能耗, 若相對高程 較低或高程相近, 則需應用泵浦進行汲水, 但建議採水水深位於水位下中間位 置, 若應用沉水泵, 則可搭載浮球 簡易竹船等設備, 使沉水泵位置能處在水位 下中中間位置, 儘量避免抽到表面水 ( 浮渣 雜質多 ) 或底部污泥 2. 雨水 : 雨水貯桶需置於高於 Qwater M 系統原水入口處, 若地理位置不許可, 則可 應用泵浦進行汲水 3. 地下水 : 將地下水抽取至地面桶槽後, 以重力流方式或應用離心泵及沉水泵進行 汲水, 或直接應用泵浦於地下水井直接汲水至 Qwater M 系統中 4. 海水 : 於靠海地區如碼頭, 於海水較平靜處應用離心泵及沉水泵進行汲水, 直接 將海水打入 Qwater M 系統即可 四 運輸及設備放置位置說明設備進行運輸之說明如下 : 1. Qwater M 可以小於 3.5 噸的小貨車進行運載, 以整套運輸方式送至當地進行應用 2. Qwater M 可以掛載於加掛車體上, 再以整套運輸方式送至當地進行應用 3. 若遇車不可通行情況, 則可以人力搬運方式, 或以小推車 小型運載機具等運輸 方式進行, 於當地進行現地組裝 設備放置位置說明如下 : Qwater M 請儘量擺放臨近至水源處或供水處, 避免泵浦取水或供水壓力不足而無 法輸水, 並特別注意該區域之安全性 ( 避免擺放於土石流高風險地區 低漥淹水處 鄰近地震裂縫等較為危險之處 ) 並請置放於低基水平處, 避免過度傾斜影響重力 水流流動狀態 此外, 設備請避免放置會淋雨 淹水或潮溼等處, 避免相關機電設 備 ( 如抽水泵 中控系統 ) 損壞 225

239 五 系統架構 TubeNET 砂濾 / 活性碳 / 離子交換樹脂 / 除鐵錳砂 UF 超濾膜 RO 逆滲透 潔淨水供水 自動化控制系統 紫外線消毒系統 可移動平台 226

240 六 主要元件列表 No. Tank No. 1 T-01 2 T-02 3 T-03 4 M-01 5 M-02 6 M-03 7 M-04 No Tag No P-00 P-01 P-02 P-03 Tank Name 原水槽 初濾槽 UF 產水槽 BioNET GAC UF RO Specification(mm) 300x 300x H x 300x H x 450x H x L x L x L x L1075 Title Type Q't Capacity 原水泵 系統進流泵 UF 加壓泵 RO 加壓泵 1-220V 60Hz 1-220V 60Hz 1-220V 60Hz 3-220V 60Hz UV 220V 60/50Hz 1 12 L/Min L/Min L/Min L/Min GPM (3/4") Volume (L) Head Motor (M) HP 130 psi 370 W 130 psi 370 W 1200 psi 2 HP - 45 七 空間需求 QwaterM 淨水套裝模組需要 1.1 公尺長 0.95 公尺寬及 1.7 公尺高的空間 佔地 面積為 1 平方公尺 整套設備體積約為 1.6 立方公尺 八 電力需求 QwaterM 淨水設備總用電量約為 2.6 KWh 需電量說明如下: 1. 原水抽水泵 若以重力流方式 將原水水體導入 QwaterM 設備中 則不需耗 電 若系統移動而改變水源成溪流或湖泊 則需使用系統內標準抽水泵配 備 為半馬沉水泵 需電量為 0.37 kw 2. 系統進流泵及薄膜加壓泵 共計兩台供水泵 每台所需電量為 0.37 kw 共 計為 0.74 kw 3. RO 加壓泵 所需電量為 1.5 kw 4. 紫外線殺菌燈 kw 5. 中央控制系統 用電需求量極小 可忽略不計 227 W

241 九 供水量 Qwater M 套裝淨水設備之標準產水量為 10 CMD( 非海淡 ), 若水源為海水, 則供 水量為 5 CMD 以 10 CMD 而言, 即表示每小時可產生 420 公升之潔淨水 ; 以 5 CMD 而言, 即表示每小時可產生 210 公升之潔淨水 若需水量更大時, 則以適當的 Qwater M 組數進行並聯淨水作業 十 淨水技術及操作參數 技術名稱原水槽混凝沉澱第一及第二過濾模組 (TubeNET 砂濾 活性碳 軟水樹脂 ) 超濾薄膜過濾模組 功能說明於原水槽 ( 建議為 150 L 以上的桶槽 ), 倒入 PAC 混凝劑, 以 150 L 桶槽而言, 加藥量建議為 1.2 g, 故混合後 PAC 濃度為 8 mg/l 接著再以適當長度的棍子攪拌液體 1 分鐘, 靜置 5~10 分鐘後, 即可將原水打入設備中開始進行淨水 槽體填充率 > 90% 濾速操作範圍為 L/min 超濾膜模組平均孔徑為 0.05 μm, 能去除大於 0.05 μm 的微細顆粒 細菌 腐植質 固體物有機物等污染物, 以確保良好的淨水水質 產水水量為 L/hr RO 逆滲透模組非海水 : 回收率操作條件為 80% ( 建議進流為 4.8 LPM 濃排 1.2 LPM), 進水壓力約為 15 kgf/cm 2 海水 : 回收率操作條件為 40~60% ( 建議進流為 3.5 LPM 濃排 2.5 LPM), 進水壓力約為 45 kgf/cm 2 殺菌槽 以 254 nm 之紫外線光 (UV) 進行殺菌 228

242 十一 操作說明 1. 接上電源並開啟控制電盤 2. 啟動斷電器電源 ( 開關向上 扳 ), 開啟後關閉電盤並鎖上 3. 開啟 T1 T2 T3 進水閥, 關 閉 S1 S2 S3 S4 排泥閥 229

243 4. 開啟 M1~M7 處理單元進出水 閥, 開啟 RO 供水閥, 關閉 B1 B2 B3 旁流閥 5. 開啟控制盤上 5 個控制旋鈕 ( 原 水 前過濾 UF RO 及 UV) 到 Auto 230

244 6.Tank1 小於於高液位時, 確認原 水是否進入第一槽 (Tank1), 大於 高液位時原水泵停止 7. 控制 R1 調節閥, 使 F1 流量計 在 3.5 LPM 8.Tank2 小於高液位時,Pump 1 啟動, 將第一槽的水打入模組 1(BioNET) 及模組 2, 大於高液位時 Pump 1 停止 9.Tank3 小於高液位時,UF 薄膜抽水 Pump 2 啟動, 將第二槽的水打入模組 3, 大於高液位時 Pump 2 停止 231

245 10. 控制 R2 調節閥, 使 F2 流量計 在 5 LPM, 控制 R3 調節閥, 使 F3 流量計在 3.5 LPM 11.Tank3 大於低液位時, 確認 Tank3 是否進水 ( 槽上方閥件為 開 ), 則 RO pump 啟動 12. 確認 RO 抽水泵壓力 <60 kg ( 地表水 10~20 kg/cm, 海水約 45~55 kg/cm) 232

246 13. 調整 R4 調節閥, 使 F4 流量計 在 3.5 LPM,F5 流量計在 0.5 LPM 14. 確認 UV 為啟動狀態, 電源燈 為亮 15. 取水使用 233

247 十二 設備維護 2. 槽體排泥 (1) 時機 : 若為短期使用, 則於救災使用後, 進行槽體排泥, 其中各槽體排泥可同時 或單獨執行, 在進行設備運輸與庫存 (2) 方法 : 開啟 S1 S2 S3 閥, 直到水體排空為止 3. 第一及第二淨水模組排泥開啟 S4 閥, 直到水體排空為止, 接著, 再啟動系統進水泵 (Pump01), 抽取乾淨水體持續清洗淨水模組 10 分鐘後, 停止作業 4. UF 超濾薄膜線上清洗作業關閉 M5 閥, 全開 R3 閥, 啟動 UF 進水泵 (Pump02), 抽取乾淨水體持續清洗淨水模組 15 分鐘後, 停止作業 234

248 R3 M5 5. 模組濾心拆裝與維護 ( 不須工具, 雙手即可作業 ) (1) 鬆開欲拆除模組的上下軟管接頭 235

249 (2) 拆除模組固定螺絲 ( 蝴蝶帽 ) (3) 打開模組固定環 ( 蝴蝶帽 ) 及上蓋 (4) 進行濾心更換, 若為第一第二模組, 則須將內套管取出, 並打開由令, 進行 濾料更換與填充 236

250 若為 UF 或 RO 薄膜, 則直接更換新薄膜即可 6. UF RO 離線清洗建議每年至少進行一次 將薄膜模組拿出, 浸泡於配製一定藥洗槽內 (500~1000 ppm 有效氯的次氯酸鈉稀釋液 ), 使薄膜完整浸泡於水中 浸泡時間為 分鐘 清洗後, 裝回薄膜槽內, 並將初始 15 分鐘的產水排地, 建議不使用 至於在待機時的維護管理步驟如下 : 1. 將 UF 及 RO 膜管注滿水體 2. 關閉 UF 及 RO 的進水閥 產水閥及濃縮排水閥 3. 排空槽內水體 4. 將槽體上蓋蓋妥 5. 整體設備妥善保存於保存區內 7. 元件使用年限 237

251 模組本體 項目數量估計使用壽命 ( 月 ) 機動平台 槽體 特製模組套管製作 動力設備 原水泵 1 24 系統進流泵 & UF 加壓泵 2 24 RO 加壓泵 1 60 儀控及配電系統 操作電盤及人機 可程式控制器及圖控軟體 變相器 發電機 1 72 耗材 酸洗活性碳 (GAC) 1 6 UF 膜 1 60 RO 膜 1 36 UV Lamp 1 12 面積式流量計 5 60 壓力錶 5 60 液位控制浮球 6 36 管件與閥件 * 以每日 24 小時持續運作估算, 若為救災短期應用, 則使用期應延長 耗材可使用 任何品牌產品, 只要是功能相同 品質佳即可 例如 TubeNET 只要是軟質泡棉擔體, 或其他類似功能的硬質擔體亦可 活性碳只要是粒狀活性碳, 而非粉狀活性碳即可 離子交換樹脂只要是含有陽離子交換樹脂的種類即可 而 UF 及 RO 薄膜, 因各家 廠牌的尺寸大都已標準化, 只要可以裝入設備內的膜管 (4040 型號標準套管 ) 均可採 用 十三 不同水源水質特性, 建議的處理程序 主要可能發生的水源 中 高濁度原水 河川 湖泊 水庫 低濁度原水 河川 湖泊 水庫 地下水 微量有機物污染高硬度高鹽度 河川 湖泊 水庫 地下水 ( 靠近農作區 ) 地下水 海水 半鹹水 238

252 水質初步判斷 濁度 >500 NTU 濁度 <500 NTU 色度如總鐵 >0.3 ( 肉眼看有顏色, 非濁 mg/l, 或靜置 / 度造成的 ) 水煮沸後, 裝水容器發生結垢現象 高導電度高 TDS 高鹽度 前處理化學混凝 (8 mg/l PAC) 及不織布攔砂 不織布攔砂 不織布攔砂 不織布攔砂 不織布攔砂 第一單元 TubeNET TubeNET TubeNET TubeNET TubeNET 第二單元 砂濾 砂濾 或活性碳 活性碳 離子交換樹脂或除鐵錳砂 砂濾或活性碳 第三單元 UF UF UF UF UF 第四單元 - - RO RO RO 第五單元 UV 或加氯 UV 或加氯 UV 或加氯 UV 或加氯 UV 或加氯 備註有其他污染物疑慮, 建議可啟動 RO 239

253 國家圖書館出版品預行編目資料 CIP 多元化水源機動式緊急淨水設備研發 (1/2)/ 財團法人工業技術研究院編. -- 初版.-- 臺北市 : 經濟部水利署, 面 ; 公分 ISBN ( 平裝 ) 1. 給水工程 2. 水淨化 3. 資訊管理系統 出版機關 : 經濟部水利署 多元化水源機動式緊急淨水設備研發 (1/2) 地址 : 台北市大安區信義路三段 41-3 號 9-12 樓 電話 : (02) 傳真 : (02) 網址 : 編著者 : 財團法人工業技術研究院 出版年月 : 2013 年 12 月 版次 ; 初版 定價 : 新台幣 1600 元 展售門市 : 五南文化廣場台中市中山路 6 號 (04) 國家書店松江門市台北市松江路 209 號 1 樓 (02) GPN: ISBN: 著作權利管理資訊 : 經濟部水利署保有所有權利 欲利用本書全部或部分內容 者, 須徵求經濟部水利署同意或書面授權 聯絡資訊 : 經濟部水利署水利防災中心 電話 (02)

254 廉潔 效能 便民 經濟部水利署 台北辦公區 ( 出版 ) 地址 : 台北市信義路三段 41 之 3 號 9-12 樓總機 :(02) 傳真 :(02) 免費 服務專線 : 台中辦公區地址 : 台中市黎明路二段 501 號總機 :(04) 傳真 :(04) 免費 服務專線 : ISBN GPN: 定價 : 新台幣 1600 元 241