中水处理方法

作者:台湾李东峰

一、前言

台湾地区水资源贫乏，虽然每年台风及东北季风会带来丰沛雨量，但因降雨时间分布不均、河流短急，再加上水库增设不易，故台湾地区地面水使用量提升困难。而需水量又因人口增加及工业发展而年年爬升，每当旱季来临供水更是捉襟见肘，造成民生不便及产业界的重大损失。

为提高水资源的利用效率，协助厂商提高用水回收率，可有效降低因产业发展而形成的用水需求。在民生方面，可以由省水器材的使用及中水系统的设立来着手。在现阶段，一般民众已有使用省水器材的观念，许多学校机关也多有采用；但是对中水系统却认知较浅且常有使用错误的状况发生，因而常对中水造成误解。

有鉴于此，本文主要针对一般民生用水回收再利用系统的设计与规划要点进行说明，帮助厘清中水使用观念，并在规划设计上提出建议，以供参考。

二、中水系统处理技术介绍

水的再生利用，从处理的机能加以分类则可分成前处理、主要处理及后续处理。依据文献，所采用之处理流程汇整如表2-1，处理流程上各单元之功能说明如下。

前处理中包括栏筛、混凝沉淀、过滤等单元，主要是将原水中的不溶性固体物加以分离；而流量调整槽的作用是将进流的水量及水质加以调匀，一般称为初级处理。

污水中溶解性有机物主要由生物处理去除，而混凝沉淀则以去除悬浮固体物(SS)及分子量较大的有机物为主，以上可说是二级处理。接下来的是三级处理，采用砂滤处理或膜处理，用以去除生物处理后水中的SS；活性碳则以去除色度、臭气、有机物等。臭氧处理则为去除色度、臭气、有机物、细菌。氯消毒则为抑制产生软泥等目的。

前述各处理目的之代表流程组合如表2-1，但在流程选择上，必须同时考虑下列4项条件：

1. 可承受水质、水量之负荷变动。

2. 操作管理容易。

3. 设备容量适当。

4. 符合经济效益。

台湾由于厨房排水与厕所排水混流，若能预先规划将污水予以分流排放，则再生水之原水水质应可获得改善，因而降低处理成本，建议之处理流程与用途如下：

二级处理→砂滤or膜处理→氯消毒→冲厕用水、洒水用水。

二级处理→砂滤or膜处理→UV消毒（氯消毒）→浇灌用水。

由于一般二级处理技术已相当成熟且熟为人知，故在此针对三级处理的单元进行讨论，说明其功能并探讨出水是否可达回用标准。

2-1 快砂滤系统介绍

2-1-1原理

快砂滤法的去除机构主要分为传送(Transport Mechanism)及吸着(Attachment Mechanism)，将悬浮物质加以补捉，使自水中分离之。传送机构包括截留作用、重力沉降及布朗扩散运动等物理性的去除机制为主；而吸着机构则指因电双层、化学架桥等物理-化学作用造成的吸附而去除。

快滤中，当杂质粒径大于1μm，其截留或重力沉降之作用强，当杂质粒径小于1μm时，布朗扩散运动作用提高；所以粒径在1μm左右的悬浮性物质去除率最差。而一般二级污水处理流程处理后放流水中所含之悬浮性物质(SS)，其大多为微生物胶羽，大小约在数㎜至数百μm之间。故经快滤后，残留于放流水中之悬浮性物质大多可去除。

2-1-2形式

一般而言，快滤池主要有重力式与压力式两大类；重力式采自然流下过滤，大多无盖;而压力式多采密闭桶槽的设计。如以过滤方向区分有向上、向下、水平及上下流等形式；而滤层的设计上又有固定床及移动床的区别。如原水浊度过高，可以在快滤槽前搭配化学混凝沉淀处理之；否则会造成滤层堵塞、降低过滤效率等问题。

2-1-3效果

快滤除了可去除二级处理后放流中残留之SS，并可同时去除其中所含之有机物、氮、磷等。除了水质上的实质效果外，SS去除后可以提高水的清澈度，减少消毒药剂量并提升消毒效果，除了增加使用接受度外，亦可提升中水安全性。

在薄膜分离技术的持续发展下，薄膜系统的造水率、分离效率、初设成本、操作成本、保养与维护费用等使用门槛一直在下降。针对不同的水质条件与不同的处理目的，也发展出适用于各种用途的膜管，包括了MF(Microfiltration)、UF(Ultrafiltration)、NF(Nanofiltration)、RO(Reverse Osmosis)、ED(Electrodialysis)等等。而膜式处理的去除机制，主要是以压力让水强行通过膜，利用膜的微小孔径去处污染物而达到净化的目的。如下图2-2-1，随着不同孔径的差异，膜的去除效果也不同。MF膜的孔径约在10~0.1μm之间，可以去除细菌、悬浮物等。而UF约在1~10nm左右，除细菌、悬浮物外亦可分离高分子酵素蛋白。RO则在0.1~1nm，除细菌、悬浮物及高分子酵素蛋白外，对于低分子离子同样具去除效果。ED膜则是以阴、阳电极通电后，驱动离子透过膜而造成去盐作用，但是有机物会被截留于膜管间。

▲▲图2-2-1 膜式处理去除机制

2-2-2效果

由上可知，以孔径0.4μm以下的MF膜来处理二级处理系统的出流水，对其中大多为微生物胶羽，大小约在数㎜至数百μm之间的SS可以达到相当好的去除效果，故残留于二级出流水中之悬浮性物质大多可被去除。如果以RO膜来处理，可以得到非常高品质的中水，但是相对的成本也会提高许多。现阶段的应用实例以MF膜及UF膜为主。

2-3 消毒系统介绍

再生水的使用，安全为一最大考量，一般采用氯、紫外线(UV)或臭氧消毒，后者由于成本较高，在此不予讨论。

2-3-1氯消毒

再生水于台湾气温下贮存，其余氯量在最终使用前尚能保有0.4mg/l as Cl以上，才能确保没有大肠菌类及其它病原菌产生。在贮存日数(0、1、3、5、7、10天)对水质之影响，显示当贮存水中余氯量降低至0.1mg/l以下时，大肠菌数即开始快速增加。起始第0天余氯量1.0mg/l约可保存3天；而初始余氯量2.0mg/l约为保存5天以上，之后余氯浓度降低，大肠菌便开始繁殖生长。

2-3-2UV消毒

氯消毒与UV消毒程序之比较，在第0天时两者的消毒效果大致相当，唯UV消毒由于没有持续性,再生水于贮存隔日起大肠菌即明显开始大量繁殖；而氯消毒则因能保有余氯，故较能延缓大肠菌的繁殖。