「放流水回收再利用可行性探討」相關計畫

新竹科學工業園區 「放流水回收再利用可行性探討」相關計畫
計劃摘要及結論與建議
 
(一)91年12月「新竹科學園區水回收再利用技術評估計畫」
摘要

本計畫針對新竹科學園區污水處理廠放流水之回收再利用進行初期之技術探討,對放流水水質特性加以分析,並設置回收再利用評估模廠,做為後續相關研究之參考與應用。初步獲得如下之結論:(1)新竹科學園區污水處理廠放流水質目前均能符合放流水管制標準,並操作良好,水質穩定性佳,且每日放流水量達85,000 m3/day,不失為一良好之潛在水源。透過水再生技術之應用,應可提昇放流水水質達清淨程度;(2)污水處理廠放流水做為回收再利用時,目前之水質所需特別考慮之重點為有機物濃度仍高,BOD值宜進一步降低至10 mg/L或5 mg/L以下,再則放流水SS濃度亦應進一步控制於更低之範圍,減少其變動,以減低水再生處理單元之操作複雜性並提昇效能;(3)針對污水處理廠放流水水質特性,考慮廣泛用途之回收再利用,模型程序技術評估之重點包括懸浮性物質之去除、有機成份之去除及離子成份之去除,因此,模型程序單元包括有砂濾單元、微過濾單元、活性碳單元、離子交換單元及逆滲透單元等,以試驗二級處理水回收處理之水質特性及性能特性,供進一步檢討作為再利用之參考。

結論
  本計畫針對新竹科學園區污水處理廠放流水之回收再利用進行初期之技術探討,對放流水質特性加以分析,並設立回收再利用評估模型,做為後續相關研究之參考與應用。初步獲得如下之結論:

1. 新竹科學園區污水處理廠放流水質目前均能符合放流水管制標準,並操作良好,水質穩定性佳,且每日放流水量可達85,000 m3/day,不失為一良好之潛在水源。透過水再生技術之應用,應可提昇清水放流至水資源永續利用之目標。

2. 就污水處理廠放流水回收再利用之目標而言,選用適當之處理技術以達再利用之標的為一重要之關鍵點;新竹科學園區污水處理廠放流水再利用之主要潛力包括工業利用、廠內利用、澆灌利用、人工湖泊、非飲用之生活用水、道路清洗用水、及消防用水等;至於回收做為灌溉使用及補充飲用水源,其影響層面較大,且尚不易被大眾接受。
3. 污水處理廠放流水做為回收再利用時,目前之水質所需特別考慮之重點包括(1)有機物濃度仍高,BOD值宜進一步降低至10 mg/L或5 mg/L以下,(2)放流水SS濃度亦應進一步控制於更低之範圍,減少其變動,以減低水再生處理單元之操作複雜性並提昇效能。
4. 針對污水處理廠放流水水質特性,考慮廣泛用途之回收再利用,模型程序技術評估之重點包括懸浮性物質之去除、有機成份之去除及離子成份之去除,因此,模型程序單元包括砂濾單元、微過濾單元、活性碳單元、離子交換單元及逆滲透單元等,以試驗二級處理水回收處理之水質特性及性能特性,再進一步作為再利用之參考。
建議

新竹科學園區污水處理廠放流水水質特性宜進行長期之整理分析,以掌握水質特性,做為進一步進行回收再利用時參考依據。

模型程序之操作彈性大,建議就各處理單元對污染物之處理特性進行較長期之操作分析,並進行不同流程功能之比較分析。
 
(二)92年11月「科學工業園區污水處理廠放流水回收再利用技術評估計畫」
摘要
本研究針對新竹科學園區污水處理廠二級處理放流水進行水回收高級處理技術之評估,依處理流程之調整共完成三組不同流程之處理水質評估,並依操作較佳之處理流程進行長期之驗證操作與回收再利用之成本分析,獲致以下之結論:(1) 新竹科學園區污水處理廠放流水均能穩定的達到法規之放流水標準,水質良好且水量穩定,適合作為回收再利用之進流水源;放流水中之電導度約為 2000~3000μs/cm,總溶解固體物濃度為1500~1800 mg/L,此項目為考慮水回收再利用所必須加強去除之物質。(2) 綜合三組不同流程之處理水質評估結果與長期之驗證操作,考慮水回收再利用作為工業上之使用,建議適用之處理流程為砂濾→微過濾→活性碳→微過濾→逆滲透→消毒。(3)考慮上述處理流程,配合新竹科學園區內可行之水回收工程區位與再利用潛在用戶,進行一座20,000 CMD水回收系統成本估算,其建造成本約為22,500元/CMD,操作營運成本約為25~28元/m3。
結論
1.新竹科學園區污水處理廠放流水均能穩定的達到法規之放流水標準,平均COD濃度為19.7~20.9 mg/L,TOC為5-5.5 mg/L,水質穩定,適合作為回收再利用之進流水源。
2.污水處理廠放流水中之電導度的2000~3000μs/cm,總溶解固體物為1500~1800 mg/L,此項目為考慮水回收再利用所必須加強去除之物質。
3.污水處理廠放流水中之金屬成份濃度均不高,大部份項目,包括Cu,Pb,Zn,Cr,Fe,Mn等更低於美國EPA飲用水標準及台灣省自來水標準,而部份項目,如Cd,Ni等則略高於標準值。綜合而言,放流水中之重金屬濃度幾可達生活使用之標準。
4. 模型設備之程序A(進流水→砂濾→微過濾→活性碳→消毒)穩定操作情況下,處理水質能符合非工業用水之水質標準,BOD均能達到10 mg/L以下,濁度亦遠低於5 NTU,僅Pb項目略高於標準值,顯示活性碳對於有機物及懸浮物質具有良好之處理效果,唯程序A之處理水質並無法達到電導度750 μs/cm冷卻用水標準。
5.模型設備之程序B(進流水→砂濾→微過濾→活性碳→離子交換→微過濾→逆滲透→消毒),穩定操作情況下,處理水質能符合各項冷卻用水之標準,本程序中,離子交換樹脂之去除效能並不明顯,逆滲透單元為對電導度、TDS及大部份陰離子之主要去除單元。
6. 模型設備之程序C(進流水→砂濾→微過濾→活性碳→微過濾→逆滲透→離子交換→消毒),穩定操作情況下,處理水質項目SS,電導度,COD,BOD及大部份重對屬成份均優於寶山水庫水質及各種飲用水標準,而處理水之NO3-濃度為3.4 mg/L高於寶山水庫水值(0.21 mg/L),但低於飲用水標準(10 mg/L),顯示此流程處理水質應可適用於提供作製程原水,但於處理程序上,應加強注意對於NO3-及部份陰離子成份之去除。
7.模型設備程序D(進流水→混凝→加壓浮除→砂濾→微過濾→活性碳→微過濾→逆滲透→消毒),在穩定操作下,亦能得到良好的水質,且混凝及加壓浮除程序對SS及濁度處理效果良好,而對於TDS及硬度則有約20~25%之去除效果。
8.綜合程序A、B、C及D處理技術評估實驗之結果,考慮竹科水回收再利用作為工業上之使用,適用之處理流程為砂濾→微過濾→活性碳→微過濾→逆滲透→消毒。
9.考慮上述處理流程,配合配合新竹科學園區可行之水回收工程區位與再利用潛在用戶,進行一座20,000 CMD水回收系統成本估算,其建造成本約為22,500元/CMD,操作營運成本為25~28元/m3。
建議
建議依本研究成果,進行一經濟操作規模之水回收再利用模型,並進行長期連續之研究,以確定操作及維護特性,作為後續推動水回收再利用之參考依據。
 
(三) 93年12月「科學工業園區生活污水再利用規劃計畫」
結論:用途及流程規劃之結論
1. 新竹科學園區生活污水回收再利用以澆灌及清洗(包括公有綠地、廠房綠地、廠內清洗及道路清洗)、環境景觀用水(靜心湖補注親水設施用水)、與建築物中水道廁所沖洗用水(包括公有建築物、住宅社區、實驗中學及廠房等)為最可行之用途。
2. 考慮將竹科生活污水回收再利用於施灌花木、抑制揚塵之用途,需注意土壤處理標準中大腸菌類之管制標準,亦需注意放流水之鈉吸著率並避免工業廢水之混入,以符合各項無機金屬之管制標準。
3. 考慮將竹科生活污水回收再利用於環境景觀用水(靜心湖補注)時,除加強有機物之去除外,必須特別考慮加強營養鹽物質(氮、磷)之去除,並注意致病菌之去除。
4. 考慮將竹科生活污水回收再利用於中水道系統沖廁用水時,除加強有機物之去除外,亦需考慮色度、濁度及大腸菌類等項目,且其施行需配合相關住宅與行政區辦公室供水管線二元化之修改。
5. 將部分污水採經薄膜高級水回收程序處理,除可展現親水科技之應用,提供作為親水空間使用,更可提升整體水回收效益。
6. 竹科生活污水回收再利用處理流程規劃時建議採去氮除磷程序,以能達到供澆灌、清洗中水道利用及靜心湖回收水補注利用,發揮最大功能。
結論:用途及流程規劃之結論
1.第二期安遷戶住宅區位於中山高西側,且相距中山高東側之第一期與第三期安遷戶住宅區頗遠,另行設置污水收集專管難度較高,故園區生活污水回收再利用工程之污水來源,以與園區一期發展區污水處理廠同樣位於中山高東側之第一期與第三期安遷戶住宅區為集污範圍。
2.為達到生活污水回收再利用目的,符合回收利用等相關法規要求,社區生活污水需獨立於園區專用污水下水道系統外,另行收集處理。
3. 社區污水(A集污區)不再納入既有園區專用污水下水道系統,同時考量後續需納入安遷戶住宅區之污水量,建議沿竹村七路與竹村二路增設管徑約300mm之生活污水收集幹管至污水處理廠。
4. 園區生活污水回收再利用工程之規劃處理量為2000CMD,集污區分三期納管,惟工程配置上,基於處理規模、操作管理與初期處理裕度等考量,建議仍採兩系統處理設施配置。
5. 生活污水處理設施規劃上,污泥可併入園區一期發展區污水處理廠之既有污泥處理體系處理,而生活污水揚水站則應考量能將污水導入既有處理廠支援處理之配管彈 性;另為留供推動處理水回收再利用用途更寬廣之彈性與示範之可能性,建議預留處理規模約200CMD高級水回收處理設施空間。
6. 園區生活污水回收再利用之供水對象,於污水處理廠區外,在澆灌用水方面,可包括公有綠地、廠房綠地;在環境景觀用水方面,可包括靜心湖、景觀設施;在廁所沖洗用水方面,可包括公有建築物、住宅社區(暫不納入一期安遷戶住宅區)、實驗中學、廠房。
7. 園區生活污水回收再利用工程之處理設施分二期建設,民國95年底生活污水回收再利用系統即可開始營運,第二期工程預計民國98年後方能投入運轉,包括中水配水管線工程,合計生活污水回收水再利用工程總工程經費約需7600萬元。
8. 園區生活污水回收再利用工程之財務分析結果顯示,民國96年第一期工程系統開始營運後,用水成本每立方公尺約12.6元,高於目前自來水水價,民國99年第二期加入營運後,每立方公尺用水成本跳升為17.2元;前10年中水水價採約自來水之9成試算,各年盈餘均呈負值,民國110年起,中水水價調幅將有較大彈性空間,水價採自來水之8成試算,每度約20.5元,當年盈餘即為正值,此後累計盈餘將可逐年改善。
建議
安遷戶住宅區原即不涵蓋於園區專用污水下水道系統範圍內,污水欲納入園區處理,除應協調地方政府達成共識外,工程費是否與地方政府攤提或尋求中央政府依既定政策補助,均為後續行政層面須加以研析之議題。
 
(四)97年12月「科學工業園區污水處理廠放流水回收再利用效益評估」
結論:用途及流程規劃之結論
本研析所評估之道路及環境清洗用途, 由於回收再利用之前
必須將水體中的臭味去除,為了避免將臭味從水相轉移至氣相,
引發污水處理廠與周遭鄰居之困擾,於設置回收水處理設施的同時,必須同時設置空污防制設施,因而所需之初設成本相當高,造成回收年限相當長(78.8年),雖然此回收用途具有技術可行性,然而卻不具經濟可行性,故不建議回收含有異味之放流水用於環境清洗用途。
本研析所評估之景觀澆灌用途,雖然評估結果其初設成本之
回收年限較環境清洗用途低,然而站在風險管理的立場,既使將符合放流標準的放流水經過再處理,回收水中可能仍存在溶解性微量濃度之重金屬諸如W、As、Ti等,當回收用於景觀澆灌,將造成重金屬濃度於環境中累積的風險,故不建議回收工業污水處理廠之放流水從事景觀澆灌。
園區污水處理廠之放流水,已採用BOD5及COD做為鑑別其水質所含有機物之總量指標,然而水體中若殘留TMAH(顯影劑)及DMSO(去光阻劑),將對COD檢測試劑中的重鉻酸鉀造成干擾,以致檢測數據無法實際反應水體中有機物的總量。國外先進國家諸如美國,對於再生水殘留有機物的總量,普遍以總有機碳(TOC)的分析結果為依據,建議園區污水處理廠今後能增加分析TOC濃度,以較能客觀了解放流水有機物之總量。
此外,國外諸如美國、日本及中國等,對於各種用途之回收水的水質要求,皆有訂定明確之水質標準以作為回收之依據,其中對於衛生風險指標諸如大腸桿菌數及餘氯的管制,以及對於觀感指標諸如濁度的管制,這些都是我國目前回收水相關規範中尚忽略之部分,非常值得我國相關單位(環保署、水利署)作為擬定回收水水質標準之參考。
 
建議
目前園區污水處理廠之放流水回收再利用屬於技術可情但經濟不可行,然而並不代表園區污水處理廠之放流水未來毫無再利
用之價值,歐美不少環境學者對於放流水的回收再利用途徑,有其更廣泛之見解,其中就將高度淨化之放流水排放至遭受污染河川的行為,視為提供自然界再利用的一種資源,主要目的為稀釋河川中的污染濃度以提升其涵容能力。此派學者的思維,值得管理局接納。

我國除了台北市,根據2007年間內政部營建署所公布之資料,整體而言,各縣市污水下水道的普及率平均僅有11%,生活
污水一直是國內河川的主要點污染源。根據行政院主計處公布之2007年11月國內遷徙調查統計結果,新竹市居住人口達50萬人,再根據經濟部水利署2007年間所公布國人平均每日生活用水量為291公升,因而可估算出新竹市每日產生的總生活污水量約11.6萬公噸,主要排放至客雅溪。客雅溪也是園區污水處理廠之放流水(每日約11萬公噸)的承受水體,園區污水處理廠為因應環保署即將對放流水氨氮濃度等項目的嚴格管制,以及對工業區重金屬濃度的總量管制,勢必無悔的投資增設必要的處理設施,以及對園區內廠家的放流水進行更密切的輔導,進而使園區污水處理廠放流水之水質符合最嚴格的國家標準。此外,若能將放流水中的臭度進行相當程度的改善,因而產生符合觀感指標的高度淨化之放流水,此高度淨化之放流水將成為一種資源,一種提供承受水體稀釋新竹市生活污水之污染濃度的資源,善用此資源,亦符合回收再利用放流水之精神,且回收再利用率100%。
 
(五)98年12月「科學工業園區污水處理廠放流水回收再利用評估計畫」
結論

如考慮將園區污水回收再利用於環境景觀用水(靜心湖補注)時,除加強有機物之去除外,必須特別考慮加強營養鹽物質(氮、磷)之去除,並注意致病菌之去除,因為民眾有可能藉由親水設施直接接觸到湖水,湖水的水質衛生風險成為主要重要考量指標。目前園區污水處理廠放流水之BOD5濃度尚無法達到≦3 mg/L及總大腸菌數≦ 50個/100 mL,因此不宜直接回收以供給親水休憩設施用水。若要提供符合親水用水水質標準之水體,除了採用自來水,也就只有採用經過高級處理之再生水。

若做為園區週遭的農業灌溉用水,亦面臨長距離運送之成本、公眾之接受性、公眾健康風險等的考量,實際執行面存在複雜性,且每當休耕期間亦無使用再生水之需求,若將回收水應用於消防用途,也並非每日都有消防用水的需求,因此應用於此用途並不符經濟效益。

其餘回收水再利用可用於農業灌溉、冷卻水塔補注、冷卻循環用水、鍋爐用水、消防用途等,管道雖相當多元,但回收水雖經過高級處理,但園區廠商對於其製程用水的水質要求甚高,普遍對於使用再生水做為製程用水存有疑慮,目前園區廠商大多已將回收水利用於冷卻用水進行自廠回收再利用,廠商自行回收使用於冷卻用水量初估為26,894 CMD。
本計畫評估回收水可利用於道路及廠內清洗用水與景觀及綠地澆灌用水,其實際需求量預估,廠內清洗用水需求量約626 CMD,使用氣提/SBR處理程序之回收年限約78.8年,而綠地澆灌用水需求量約200 CMD,使用電聚浮除處理程序回收年限約21.9年,回收過程具有技術可行性,但不具經濟性。

由放流水回收再利用系統位址適宜性分析結果得知,雖然第三期發展區相較於第一期發展區,具有較高的適宜性,但由於廠區用地已達建蔽率規定上限,雖所供提升處理等級設施使用之用地較完整,惟須檢討變更土地使用強度,故不論選擇何者做為回收水再利用位址,皆有一定的難度。

園區現階段於放流水回收,主要以園區污水廠廠內各處理單元回收措施,藉由於使用系統循環水再利用於衛生清洗用水、污泥脫水機濾布清洗、化混池溢流堰清洗、池體清洗及消泡用水等回收再利用措施,以減少自來水之浪費並更有效的使用系統循環水,每月回收再利用水量約14,630 m3。

園區經過多年之廠商用水回收輔導作業與用水回收經驗交流,從用水管理、用水減量和回收利用等方向思考,已經獲得良好之成效,戴至97年為止,管理局已完成91家次工廠之用水回收技術輔導,用水回收潛量總計高達52,287 CMD。

建議

本計畫評估放流水回收水可利用於道路及廠內清洗用水與景觀及綠地澆灌用水,但回收利用之前必須將水體中的臭味去除,為避免臭味從水相轉移至氣相,引發民眾的困擾,於設置回收水處理設施的同時,必須同時安裝空污防制設施,因而所需之初設成本相當高,造成回收年限相當長,概算道路及廠內清洗用水回收成本約65.2元/公噸,回收年限78.8年,以及景觀及綠地澆灌用水回收成本約19.8元/公噸,回收年限21.9年,相較於自來水水費,雖此回收過程具有技術可行性,但不具經濟性。

再者中水道系統設置規劃因園區地下管線複雜包含中油油管、天然氣管、高壓電線及高壓氣體管線等,對於管線用地取得實屬困難及高工程風險,再者考量地下管線遷移或無相關替代管線,影響園區廠商生產或製程穩定度損失等評估因子,因此中水道系統評估屬經濟與工程之低可行性方案。

由調查結果發現大多數廠商仍舊認為從「製程用水」及「用水源頭減量」執行用水回收措施較為經濟,而廠商未能執行用水回收措施之原因最大問題點在於「廠內無多餘空問增加回收設備」、「舊有廠區機台管線分流不易」、「怕影響產品量率」以及「回收設備成本費用高,不符經濟效益」等,因此對於放流水回收再利用後續評估及應用需克服上述因素。

目前園區多數事業已自行進行廠內回收水再利用,且著重於製程用水回收及用水減量,回收比率與效益已達飽和,故若要推動放流水回收再利用,依據目前事業用水回收情形而言,恐有執行上的困難,因此建議放流水回收再利用現階段應著重於園區污水廠廠內再利用。