第七届水再生及再利用研讨会论文相关注意事项.doc

第七屆水再生及再利用研討會論文相關注意事項：1. 論文全文頁數以不超過十二頁為準2. 論文全文格式請參照水再生及再利用網站：.tw/reuse7/3. 請於民國91年8月15日前以E-mail 或郵寄論文全文至台北縣淡水鎮英專路151號 淡江大學 水資源及環境工程系 康世芳 教授4.論文全文範例如下頁所示10 染整工業21世紀水處理技術需求 (題目16號字) 康世芳 (作者14號字) 淡江大學水資源及環境工程系教授 (12號字) 摘要 (14號字) 本文12號字,間距1.5倍 企業永續發展為國際趨，。經濟部技術處為協助傳統產業永續發展，於89年8月開始規劃染整業永續業產環保科技研究發展，本文乃參考此規劃、國內外研究與應用發展趨勢，針對今後染整業於達成87年放流水標準及水回收再利用處理技術需求，提供染整業界參考。染整工業同業公會於88年6月調查，仍有約40%染整業者未能達87年放流水標準，染整業可採用低污泥發生量或高效率生物處理技術如為BIO-NET(生物網)、生物活性碳與生物薄膜(Bio-membrane)技術，以降低去除COD處理成本。為因應國內今後徵收水權費與廢(污)水排放費、工業用水水資源不足與調整合理水價等措施，應早日檢討並規劃水回收再利用，染整業放流水導電度高達4000s/cm，須使用RO薄膜去除導電度，且以地下水與放流水混合再處理之成本約9-14元/M3。一、前言 染整工業為紡織工業上中下游產業體系中，提高加工織物的關鍵產業，為大量用水型產業，充足的水量與良好的水質，對染整業產品良窳影響甚鉅。染整製程因使用高溫水、多種染料與化學助劑，廢水特性含高溫、高色度及生物難分解COD，廢水處理必須併用生物與物化處理，以降低廢水中的BOD、COD與色度。現行染整業放流水標準BOD、COD、SS及色度限值分別為30 mg/L、100 mg/L、30 mg/L及ADMI值550單位(3波長法)，依染整工業同業公會於88年6月調查，仍有約40%染整業者未能達87年放流水標準(康, 1999)。 此外，近年來國內水庫興建受阻，產業用水可能面臨水資源不足問題，經濟部水資源局積極推動工業用水回收再利用技術，期於民國100年工業用水回收率達65%。同時為因應國際經貿及環保條件之議題，企業永續發展為國際趨勢。經濟部技術處為協助傳統產業永續發展，於89年8月開始規劃染整業永續業產環保科技研究發展，除環境化設計與清潔生產技術外，染整業於妥善處理技術及資源回收分別提出 (1)低污泥發生量之生物處理技術研究/推廣、及(2)回收水應用於各染色整程之研究。本文乃參考此規劃需求、國內外研究與應用發展趨勢，針對今後染整業於達成87年放流水標準及水回收再利用處理技術需求，提供染整業界參考。二、染整業達成87年放流水標準之處理技術 染整業屬代工訂單生產，工廠產品依客戶訂單，季節變化及市場流行等需要，組合各種不同製程單元以配合客戶訂單，因此染整廢水特性依工廠生產時之使用製程單元而變。染整工業同業公會將染整廠依其生產製程概分為5大類，即1針織布浸染、2紗線染色含短筒紗染整及絲紗染整、3短織梭織布染整、4長織梭織布染整及5印花染整等，其中以前2項之污染度較低，其原水COD大都低於800 mg/L以下，放流水可達87年標準；相對地後三者之原水COD1000-2000 mg/L，目前放流水仍不易達到87年放流水標準。染整廢水特性具高溫、高pH、高色度及含生物難分解性COD，故一般染整廠採用化學混凝併生物處理，其中生物單元採用活性污泥或接觸曝氣法，染整廠有些將化學混凝與加壓浮除置於生物單元之前。依染整公會於民國88年6月調查51家染整廠廢水處理現，約65%染整廠採用化學混凝及生物處理(包括活性污泥或接觸曝氣法)，約35%染整廠則於化學混凝及生物處理再增設過濾或化學氧化法處理單元，化學氧化法是添加漂白水或脫色劑，但大多數廠商採用漂白水為主(康, 1999)。 為符合87年放流水標準，染整廠曾評估多種高級處理技術，其中以活性碳吸附技術佔多數(8家)，其次為Fenton及電凝法各佔5家，臭氧處理佔4家，亦有部份廠商決定投資活性碳吸附、高壓生物氧化法、純氧曝氣法、電凝等高級處理，以達87年放流水標準。此外，國內工研院化工所與能資所自行研發之高效率生物處理技術分別為BIO-NET(生物網)及生物活性碳，為降低COD之處理成本皆較物化處理便宜。染整業亦面臨廠房用地面積不足問題，生物薄膜(Bio-membrane)因可提高生物槽內生物汙泥濃度與省略生物終沉，值得染整業使用此項技術。三、染整業水回收再利用技術1 水回收再利用技術(12號字)染整業屬於大量用水型工業，為了因應水資源不足、水價調整、徵收水權費與廢(污)水排放費等相關政策實施，染整廠需考慮相關的放流水回收再利用技術。染整業放流水回收再利用處理技術必須組合不同的處理程序，以去除有機物與無機鹽類(導電度或溶解性固體物)(Vendervivere et al., 1998; Ciardelli and Ranieri, 1998)。放流水有機物去除技術須考慮是否有衍生廢棄物(如化學污泥或廢粒狀活性碳)及增加水中導電度等影響，而降低放流水中有機物之高級處理技術包括高級氧化程序(Fenton、H2O2/UV及臭氧氧化等)及粒狀活性碳吸附(GAC)等。染整業放流水回收再利用之程序組合包括: 化學混凝、過濾與RO薄膜之程序組合(林等，1999)、Fenton與離子交換樹脂 (Lin and Cheng, 1997) 、GAC吸附與逆滲透薄膜(RO)(Rozzi et al., 1999)、臭氧與GAC程序組合(Bergna et al., 1998)等方式。上述程序組合中，可知化學混凝、Fenton、粒狀活性碳吸附及臭氧氧化等程序皆以去除有機物及色度為主，對無機鹽類去除不易，必須使用離子交換樹脂及薄膜程序。2薄膜分離程序於染整業廢水之應用 Henrik等人以混凝沉澱、活性碳吸附及薄膜過濾(UF、NF及RO)等技術，對於染棉反應性染色廢水進行回收再利用之研究結果顯示，化學混凝及活性碳吸附在整個反應過程主要去除有機物，對鹽類去除效果以RO較NF膜佳，鹽類去除率為80%。 義大利Como省為紡織染整業重鎮，染整廠廢水與家庭都市污水混合，經二級生物活性污泥處理後予以放流。Rozzi等人以此生物出流水為對象，採用模型廠探討混凝沉澱、多層濾料過濾、活性碳吸附與薄膜程序(MF，NF與RO)等單元不同組合方式，對去除放流水中COD與導電度之效果，以檢討放流水回收再利用於染整廠。研究結果顯示活性碳吸附、混凝沉澱主要目的為去除COD，對導電度沒有去除效果。MF可為NF或RO薄膜之前處理單元，以降低NF或RO之膠體阻塞之負荷，且配合多元氯化鋁混凝前處理亦可避免MF膜積垢發生。RO對COD與導電度去除率可達94-95%及83-93%，相對地NF則為41%及69%，故放流水回收再利用目標水質對導電度要求較嚴格時，則薄膜程序需採用RO膜。此外，NF與RO膜要求水回收再利用率愈高時，則濃縮高濃度含鹽類廢液濃度愈高，回收再利用率高達40%時，則須考慮濃縮廢液處理問題(Rozzi et al.,1999)。 Vandevivere等人分別對於義大利Como省及比利時境內的兩家染整廢水處理及回收再利用技術進行研究，處理流程分別組合不同處理單元，其流程圖如圖1所示;另以模型廠規模(砂濾MFNF/RO)進行廢水回收再利用研究。各處理技術評估如表1所示，結果顯示染整業放流水回收再利用技術必須結合不同處理單元，以去除有機物及無機鹽類，並符合回收再利水質用標準(Vandevivere et al., 1998)。表1 染整放流水處理技術評估(Vandevivere et al., 1998)程序適用階段使用狀況性能限制FentonOxidation前處理(Pre-treatment)Several full-scale inS.Africa完全脫色、成本及操作費用低-Filtration主要/後續處理Extensive use inS.Africa性能高、水、鹽類及熱能回收再利用濃縮廢液處理與處置BiodegradationActivated sludge主要處理(Main-treatment)WidelyUsed去除部分的氮及CODCOD、N及色度殘餘高Coagulation/Flocculation前/主要/後續處理Extensive use完全脫色及水的回收再利用污泥處理與處置O3後續處理Full-scale完全脫色及水的回收再利用費用高、乙醛產生Sorption(carbon)後續處理(Post-treatment)Laboratory or Full-Scale水的回收再利用廢棄及再生費用高回收.活性碳薄膜RO RO/NF/UF/MFO3.砂濾.混凝土化混生物-Oxid.A放流水 回收收.O3砂濾生物混凝B放流水 A放流水: Alto Lura WWTP in Como (Italy)B 放流水: Levis Strauss WWTP in Werbik (Belgium)圖1 染整放流水回收再利用處理流程(Vandevivere et al., 1998)。 綜合上述學者探討染整業放流水回收再利用之研究結果，得知回收再利用程序須搭配組合多種處理單元，且必須考慮COD與導電度之去除，其中導電度的去除以RO薄膜最為適用，且去除多寡則會影響到RO膜操作成本。四、 國內染整業放流水導電度與硬度1 放流水導電度與TDS相關性 國內染整業放流水水質調查資料以COD、BOD、SS及色度為主，相對地，水回收再利用相關之導電度與硬度等無機鹽類之背景資料相關欠缺。筆者89年3-6月調查染整業放流水導電度89組資料與TDS 40組資料如圖2所示，40組TDS範圍為1240-2445 mg/l，平均值為2110 mg/l(康，2000)。導電度除一個水樣為2640s/cm低於3200s/cm，其餘水樣導電度變化範圍為3200-5000s/cm，顯示放流水中殘留許多陰陽離子性無機鹽類。其他學者調查染整業放流水導電度4500s/cm(Lin and Chen, 1997)，3600-3900s/cm (Ciardelli and Ranieri；1998)，這些結果與本研究就結果相似。前述染整製程用水無論以地下水、自來水或河川水為水源，經工廠製程用水離子交換降低導電度，國內染整業製程用水內控限值如表2所示，導電度限制300-700s/cm，但染整業放流水導電度卻增加至3200-5000s/cm，此乃因染整製程添加許多染料、助劑等化學藥劑含鹽類增加水中導電度，且廢水處理採用化學混凝與生物處理皆無法去除導電度。前述染整業放流水回收再利用處理技術，欲有效降低放流水導電度則必須依賴梨子交換薄膜或RO膜單元，為減低放流水中導電度濃度，染整業必須從製程著手檢討減少導電度之生產管理。水中TDS主要成分無機鹽類，因此TDS與導電度皆可作為水中無機鹽類總濃度之水質參數。TDS與導電度在分析上所需時間分別為3-4小時與3-5分鐘，TDS無法用於直接監測水質， TDS與導電度兩者關係(TDS = 0.63 導電度399)，相關係數R2=0.71，具良好相關性。表2 國內染整業地下水水質範圍與製程用水水質內控限值(康，2000)項目(單位)地下水製程用水硬度(mg/L as CaCO3)105-5003-50鐵(mg/L)0.07-50.05-0.3錳(mg/L)0.036-0.240.05-0.1導電度(s/cm)400-1600300-700色度(ADMI)100-2504-20COD(mg/L)10-50102 放流水硬度 水中硬度主要成分為鈣、鎂離子與水中鹼度成分形成碳酸鈣或碳酸鎂，水中硬度太高主要影響工廠鍋爐安全性及燃燒效率，因染整製程須使用熱水與熱蒸氣，經由鍋爐加熱軟水產生。圖3所示放流水61組水樣顯示硬度範圍25-64.6 mg/L as CaCO3(平均為47.4 mg/L as CaCO3)。自來水依水中硬度含量150-300以上，75-150及75以下mg/L as CaCO3，將水區分為硬水、中度硬水及軟水，可知染整業放流水所含硬度大都為軟水，意味著染整製程使用各種化學藥劑含鈣、鎂成分少，故染整業放流水硬度含量少屬軟水，但欲符合鍋爐用水仍須進一步軟化處理。軟化處理可使用離子交換樹脂與薄膜，薄膜程序UF與NF膜雖可有效去除硬度但對導電度去除率低於20%以下；相反地，RO膜則可以同時去除導電度與硬度(Henrik et al., 1996)。3、水回收再利用處理成本估算 染整業水回收再利用時，必須降低放流水中殘留之有機物(COD或色度)及無機鹽類(導電度、硬度)，回收再利用處理方式可(1)組合高級處理與RO薄膜程序處理放流水，及(2)以地下水與放流水混合再經RO薄膜程序處理，為確保製程用水水質穩定性，處理後之水則回到地下水儲槽，經製程用水處理。高級處理程序僅能去除COD無法去除導電度，且去除COD成本約10-25元/M3，RO薄膜程序去除導電度95%以上之成本約9-14元/M3。因此，以地下水與放流水混合再經RO膜處理至導電度300 s/cm，處理成本僅需考慮RO膜費用，若直接處理放流水則成本須20元/M3以上，且高級處理程序去除COD費用佔約50%。500 m3/日與1440 m3/日處理量之RO膜處理成本估算如表3所示，每m3處理成本分別為9.56元/ m3與8.40元/ m3，故染整業放流水回收再利用時，可考慮採地下水與放流水混合方式，以減輕回收再利用處理成本(康，2000)。表3 RO處理地下水與放流水混合液(1:1)之成本分析處理量500 m3/日1440 m3/日設置成本(元)2,800,0007,400,000藥品費用(元/ m3)1.031.03電力費用(元/ m3)1.921.33材料更換費(元/ m3)0.870.87維修折舊費(元/ m3)0.770.7總處理費用(元/ m3)7.656.7580%回收率總處理費用(元/ m3)9.568.4五、結論與建議 近二年來染整業經營環境陷入瓶頸，環保課題如嚴格的87年放流水標準、事業廢棄物處理/處置委託與費用高漲與徵收廢(污)水排放費，水資源政策相關之工業用水水資源不足、調整合理水價徵收水權費，使染整業必須努力達成87年放流水標準外，亦須依染整廠自身條件早日評估水回收再利用之經濟性。染整廠可檢討由製程線上水回收再利用，如此可避免處理成分複雜的放流水及高處理成本。此外，低污泥發生量或高效率生物處理技術如BIO-NET(生物網)、生物活性碳與生物薄膜(Bio-membrane)等值得染整業使用。放流水回收再利用可採與地下水混合後，再以RO膜程序去除導電度。六、參考文獻1.Bergna G., Bianchi R. and Malpei F. (1998) GAC Adsorption of Ozonated Secondary Textile Effluents for Water Industrial Reuse, in Proceedings of Advanced Wastewater Treatment, Recycl