建築物雜排水電膠羽浮除處理設備系統建置之研究－以學校宿舍為例

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(1)內政部建築研究所. 研究計畫成果報告. 電膠羽浮除法對建築物中水再利用技術之研究. 計畫主持人：蕭所長江碧共同主持人：駱尚廉博士、郭昭吟博士. 研究單位：內政部建築研究所計畫編號：MOIS 892025 執行期程：八十八年九月至八十九年八月. 中華民國八十九年八月三十一日.

(2) 內政部建築研究所研究計畫成果報告. 建築物雜排水電膠羽浮除處理設備系統建置之研究─以學生宿舍為例. 計畫主持人：蕭所長江碧共同主持人：駱尚廉博士、郭昭吟博士研究人員：林進榮. 研究單位：內政部建築研究所計畫編號：執行期程：九十年一月至九十年十二月.

(3) ARCHITECTURE & BUILDING RESEARCH INSTITUTE MINISTRY OF INTERIOR RESEARCH PROJECT REPORT. Applying Electro-coagulation System to Reuse of Greywater in Buildings -- Case study of a Pattern in University Dormitory. BY SHIAO JING PI LO SHANG LIEN KUO CHAO YIN LIN CHIN JUNG October 31, 2001.

(4) 中文摘要關鍵字：雜排水、中水、二元供水系統、電膠羽浮除法區域循環方式的生活污水回收再利用於日本、大陸等國家行之有年，對於解決都市缺水窘狀與強化都市防旱能力均有明顯成效，處理流程一般為傳統生物氧化與高級處理單元的組合，其佔地面積大且需專業技術人員的操作管理，適合於設有下水道系統的城市或社區，因此在應用上較難滿足個別循環方式的建築物中水系統需求，故本研究建立電膠羽浮除系統之模廠計劃，利用此技術低成本、佔地面積小與操作簡易之特性提高個別建築物雜排水回收再利用的可行性。本計劃執行分為兩階段，初期為電膠羽浮除系統的規模放大設計與初步測試，在此同時進行示範地點的水質、水量調查以及使用者意願與認知調查；後期為中水系統的裝設與配管工程以進行連續操作，試驗項目有中水水質監測、污泥特性與產量紀錄、系統操作管理問題，最後評估成本效益、空間需求與使用者接受度，以彙整本計劃之成果。研究成果顯示以歐陽(1995)再生水水質建議值為基準，電膠羽浮除系統約 84%的機率可達中水水質 BOD 標準，93%的機率達濁度標準，其餘如 pH、外觀、色度、臭味、餘氯、大腸菌數等均能符合。示範計劃之電膠羽反應槽在設計處理量之下，鋁板更換週期約 43-53 天(相當於處理 1200-1500 噸的原水)，其中浮除污泥成分以泥砂為主，可視為一般廢棄物或排入都市下水道系統。本系統中水總成本 9 元/噸(無下水道區域)，假設自來水水費 10 元/噸，回收期約 5.5 年。電膠羽浮除系統佔地面積約等同於薄膜回收技術僅需樓板面積的 0.2-0.3 之間(包括再生水貯存池)。於使用中水前支持辦理回收水示範計劃者有 97﹪，使用中水後願意將來支持建築物設立此中水系統者佔 87%，均有相當高的支持度，.

(5) 因此提供一些良好示範案例的資訊，有助於消除民眾疑慮與排斥，以提昇中水二元供水系統的推廣。.

(6) Abstract keyword：greywater, reclaimed water, water reuse, electrocoagulation. Developing a reclaimed water system can provide an economically and environmentally favorable option for disposal of wastewater. However, some critical conditions of the on-site reclaimed water system, for example, a limiting area of a building, often limit the conventional treatment methods. In this study, a compact and inexpensive electrocoagulation process was applied to greywater reuse for toilet flushing and could reached the quality of the general guidelines of water reuse for human non-contact usage. The research of electrocoagulation process for greywater reuse was conducted both in bench and pilot scale. Laboratory experiments in the last year demonstrated electric field truly caused particles in the influent to large size distribution. In addition, removal efficiency was highly dependent on the aluminum released dosage, the distance of inter-electrode, the number of the series horizontal-flow channels, and pH of the influent. According to the results of bench-scale experiments, the electrolysis cell was scale-up to treat a capacity of 28 m3/day in a university dormitory. Moreover, this study evaluated that the total unit cost for domestic greywater on-site reuse was US$0.27/m3 and the serving space for treatment facility was 8m2, those were less than data in the literature. The results would promote the feasibility of greywater on-site reuse in high-rise buildings..

(7) 目次第一章緒論第一節研究動機…………………………………………..…………….1-1 第二節研究方法…………………………………………..…………….1-3 第三節預期成果……………………………………….…..…………….1-4 第二章文獻回顧第一節國內水資源利用狀況…………………..….…..……………..2-1 第二節中水道二元供水系統………………..………………………..2-4 第三節生活用水特性……………………….……………...…………..2-13 第四節生活污水資源化技術簡介………………..….……………..2-17 第五節電膠羽浮除法之介紹……………….………………………..2-20 第六節國內外生活污水資源化之實例介紹………….….….…..2-36 第三章研究方法與設計第一節實驗設備與放大設計……………………..….………………..3-1 第二節實驗室試車階段…………………………..….………..………..3-4 第三節示範計劃實地操作………………………….………...………..3-5 第四章結果與討論第一節電膠羽浮除系統的放大規模設計………..………….……..4-1.

(8) 第二節示範地點之水質、水量調查…………………………..…….4-3 第三節操作參數對濁度的影響…………………………………….…4-6 第四節膠體粒徑成長……………………………………………………4-8 第五節民生污水廠二級放流水與廚餘廢水可行性試驗….….4-10 第六節示範地點的電膠羽浮除系統架設……………………...…4-11 第七節實場操作狀況 4-7-1 中水水質狀況………………………………….…….………4-16 4-7-2 污泥特性與處理…………………………….………………4-24 4-7-3 餘氯試驗……………………………………………...………4-25 第八節系統處理流量與設備空間關係………………...….………4-27 第九節成本效益分析…………………………..……………...……….4-29 第十節案例研究…………………………..…………………..…………4-33 第十一節問卷調查的彙整與討論……………..…………..……….4-38 第五章結論附錄一問卷內容附錄二委員意見回應表.

(9) 表目錄表 2-1 中水道供水系統建議水質標準……………………………2-11 表 2-2 建築物用途不同所影響的各類用水比重…………………..2-14 表 2-3 日本的生活雜排水水質調查資料…………………...………2-15 表 2-4 各類廢水的水質情況………………………………..………2-16 表 2-5 各種典型膜工程的條件…………………………………...…2-19 表 2-6 各種廢水經電膠羽浮除法處理後之結果…………………2-26 表 2-7 各地區開始回用生活廢水的時間…………………………..2-37 表 4-1 示範計劃地點水質水量調查………………………………..4-3 表 4-2 電膠羽浮除法對二級放流水與廚餘廢水的處理狀況………4-11 表 4-3 中水 COD 與 SS 值對應的機率關係……………………….4-20 表 4-4 電膠羽浮除系統除污能力表………………………………4-22 表 4-5 示範計劃之中水水質與各國中水標準比較………………..4-23 表 4-6 污泥產量與成分表………………………………………….4-25 表 4-7 添加氯量與餘氯關係……………………………………...4-26 表 4-8 無下水道區域電膠羽浮除系統中水成本結構表…………4-31 表 4-9 建築物之再利用水實例與電膠羽系統比較……………….4-33.

(10) 圖目錄圖 1-1 研究流程圖……………………………………………………1-5 圖 2-1 城市有下水道區域的中水回收系統上水…………………..2-6 圖 2-2 無城市下水道區域的中水回收系統…………………………2-6 圖 2-3 生活用水量中各類別所佔的百分比.…….………….……2-14 圖 2-4 鋁隔板析出鋁離子的現象………………………………...2-24 圖 2-5 氣固相複合物形成圖……………………………………….2-24 圖 2-6 案例之中水處理成本與當地自來水價比較……………….2-43 圖 2-7 案例之中水使用量佔總用水量之百分比………………….2-43 圖 3-1 電膠羽浮除系統流程圖…………………………………….3-2 圖 3-2 鋁隔版……………………………………………………….3-2 圖 3-3 不鏽鋼板………………………………………………………3-3 圖 3-4 壓克力隔板……………………………………………………3-3 圖 3-5 浮除槽………………………………………………………..3-4 圖 3-6 實驗流程圖…………………………………………………..3-6 圖 4-1 示範計劃地點水量調查……………………………………………….4-5 圖 4-2 示範計劃地點水質調查……………………………………………….4-5 圖 4-3 實驗室規模電壓與進流水電導度關係………………………4-6 圖 4-4 實驗室規模測試釋鋁量與濁度去除關係……………………4-7.

(11) 圖 4-5 實驗室規模測試 pH 與濁度去除關係……………………….4-7 圖 4-8 原水的雜質粒徑分佈重量累積百分比………………………4-9 圖 4-9 固定電流(0.65Amp)與流量(20mL/s)在不同端電壓下的下澄液雜質粒徑分佈重量累積百分比…………………………………4-9 圖 4-8 示範地點台大男生第八學生宿舍右側全景……………….4-12 圖 4-9 建築物右側化糞池上的空地………………………………..4-13 圖 4-10. 建築物二樓廁所內部……………………………………4-13. 圖 4-11 電膠羽浮除系統架設完成………………………………..4-14 圖 4-12 電膠羽控制箱………………………………………………4-14 圖 4-13 浮除槽………………………………………………………4-15 圖 4-14 浮除槽運作情況……………………………………………4-15 圖 4-15 浮除槽上視圖………………………………………………4-16 圖 4-16 原水、中水的 COD 與 SCOD 隨採樣時間的變化………4-18 圖 4-17 原水、中水的 SS 與濁度隨採樣時間的變化……………4-18 圖 4-18 中水 COD 與 SS 對應之機率……………………………..4-21 圖 4-19 處理流量與處理設備體積關係……………………………4-29 圖 4-20 自來水費與電膠羽浮除系統回收期之關係圖…..……….4-32 圖 4-21 中水設備相關位置圖………………………………………4-36 圖 4-22 設備配置圖…………………………………………………4-36.

(12) 圖 4-23 建議中水流程圖……………………………………………4-37.

(13) 第一章. 緒論. 第一節. 研究動機. 依據本所永續發展及綠建築理念，展開以環保為導向的綠建築計畫。其中推動「中水道系統」(包括雨水及生活污水) 可達到開源和節流效果，實為當前刻不容緩的研究工作。所謂中水道系統就是開發第二水源與節約用水的有效途徑之一，其將生活廢水經過處理達到規定的水質標準，可在一定的範圍內重複使用的非飲用水，中水主要是用於廁所沖洗、園林灌溉、汽車沖洗、噴水池及冷卻設備補充水等不與皮膚接觸之用水，以節省自來水用水量，是按質供水的觀念。生活用水中 94.3%是由自來水供給(經濟部水資局,1999)，由此可預見日後生活用水量的漸增，必定加重水庫的供水壓力。以目前國內興建中之蓄水設施(包含水庫及攔河堰)而言，每開發 1 立方公尺的新水源約需投資 81 元的建設經費，由此看來水源開發成本已不低廉(萬,1999) 。然而家庭用水依用途不同其水量及水質污染程度的差異性極大，若一律直接排放顯然是浪費，若是將污染程度較低的生活污水回收再利用，將是具有經濟競爭力的新水源開發方式，且對已用水處理後再回收的用水模式是節水的觀念，因此同時兼具開源與節流的功能。然而依國內下水道普及率偏低的情況而言，若冒然推動廣域的中水道建設，由於高昂的建設成本負擔極易造成民眾的反彈，徒增推動阻力 (李,1997)。因此推動建築物污水直接就地回收再利用是屬較可行的回收. 1-1.

(14) 水再利用模式，據以往的研究經驗顯示，學校生活雜排水及雨水收集較為便捷，且學校之廁所用水(非與人體接觸)佔相當比例之用水開支，若能使用中水，將可明顯降低自來水用量以達到開源和節流效果，故本計畫預計完成學校學生宿舍建築雜排水回收再利用之小型示範計畫。目前建築物污水回收再利用的處理方法以傳統生物方法串聯高級處理為主，且設施多置於建築物筏基或地下室，雖然處理效果不錯，但處理時間長、佔地大且設置與操作成本高，若能應用具備佔地小、處理時間短、處理效果佳、操作簡易的方法，如電膠羽浮除處理系統，將使建築物雜排水回收便於推動。綜合上述，為了緩和建築環境造成水源、水質、水量惡化問題、配合政府推動節約用水及資源回收再利用計畫，本研究提出「建築物雜排水電膠羽浮除處理設備系統建置之研究─以學生宿舍為例」(以下簡稱本研究或本計畫)，本計畫預計建置模組化之電膠羽浮除處理設備系統，進行建築物雜排水之處理研究，同時進行小型示範計畫，以達都市民生用水回收再利用之目標，降低環境污染及負荷，使建築物之水資源有效利用，提供綠建築技術。. 1-2.

(15) 第二節研究方法依據本研究之目的，分別簡述其研究項目、研究方法及步驟： (1) 研究方法項目 1. 文獻回顧法：藉由國內外之相關文獻回顧建築污水資源化之相關研究文獻，蒐集建築污水資源化新技術之相關文獻，以利後續應用技術之研究。 2. 中水系統架設與使用者接受度調查：電膠羽浮除系統的組成單元包括：污水馬達、污水貯存槽、加壓馬達、電膠羽反應槽、浮除槽、淨水槽、送水馬達、配水管網，這些必須佈置在學生宿舍建築物旁的空地，因此需進行管線施工，解決中水系統與建族物的介面問題，同時進行使用中水前的使用者意願調查與使用一段時日後的接受度調查。 (2). 研究步驟. 研究步驟以流程圖表示之，見圖 1-1。. 1-3.

(16) 研究目標確定. 文. 實. 實. 獻. 地. 驗. 回. 訪. 設. 顧. 查. 計. 綜合比較. 完成文獻. 處理效益、經濟效益比較. 建. 完. 進. 架. 成. 行. 設. 測. 實. 備. 試. 驗. 建立電聚浮除回收中水之最佳操作模式. 建立中水再利用處理技術應注意事項與學生接受度調查. 完成報告. 圖 1-1 研究流程圖. 1-4.

(17) 第三節預期成果. 本研究預期具體成果如下: 1.完成國內、外學校建築雜排水處理技術，包括電膠羽浮除技術之文獻資料整理。 2.完成電膠羽浮除處理設備系統之模組化設計與建置，朝向商品化之建築物雜排水處理系統研發。 3.完成建築物雜排水處理設備系統示範計畫之學校合作事宜。 4.完成示範計畫之水樣分析、建築物與設備介面改善工程、學生接受度調查等研究項目，藉此達最佳操作模式。 5.建立電膠羽浮除處理設備系統之操作管理流程、操作成本等資料，並與其它處理技術比較。. 1-5.

(18) 第二章文獻回顧. 第一節國內水資源利用狀況台灣本島之地形，地勢狹長，中央山脈縱貫南北，將全島劃分為東、西兩部。河流區分為主要河川二十一條，次要河川二十九條及普通河川七十九條。一般而言，各河川均流短而陡峻，降水後逕流量特大，枯水期與洪水量之比值可達 1：3000，相差懸殊。暴雨時水流湍急，河川流量隨降水而迅速漲落，洪水挾帶大量泥沙；大部份河川春季時流量甚少，幾乎全部引用。由於上游河谷陡峻狹窄，地勢脆弱，以及大量泥與洪水於下游出谷之後，河床寬淺，易於泛濫，治理頗為困難。台灣地區平均年降雨量，由等雨量線計算為 2,515 公厘(民國三十九年至七十九年統計)，約為世界各國平均值(約 973 公厘)的 2.6 倍(台灣文獻委員會，2000)。而在六月至十月間往往發生颱風，嚴重暴雨量常達 300 公厘以上，嚴重之暴雨量二日間可達 600 至 1,000 公厘，為年雨量之四分之一至二分之一。可是台灣地區平均每人每年可分配之水量，卻僅約 4,363 立方公尺，約為世界各國平均值(約 26,871 立方公尺)之六分之一弱，是故台灣應屬水資源貧乏地區。又台灣地區每人每年所能分配的湖泊及河川等可再生淡水量亦極貧乏，平均僅約 856 立方公尺左右，在世界上係屬「缺水國家」(依據國際人口行動組織 Population Action Internation 分析，每人每年所能分配的可再生淡水量，少於 1,000 立方公尺者，稱為缺水國家) (經濟部水資源統一規劃委員會，1995)。以歷年各月平均雨量而言，豐水期六個月(五月至十月)降雨量佔全年總降雨量之 78%，枯水期六個月(十一月至翌年四月)則僅 2-1.

(19) 佔 22%。北部地區各月降雨量較為平均，豐水期六個月降雨量為全年降雨量之 62%，中部為 78%，南部則為 90%(台灣文獻委員會，2000)。而南部枯水期降雨量僅佔全年降雨量之 10%，概見豐枯期降雨在季節與地區內分配之不均，甚不利於水資源之利用，且易導致洪災。台灣地區之年平均逕流量估計為 668 億立方公尺，豐水期六個月佔全年逕流量之 77%。北部地區豐水期六個月逕流量佔全年逕流量之 63%；中部為 78%；南部為 91%(台灣文獻委員會，2000)。豐水期降雨量與全年降雨量之比值比較於同期間逕流量之比值甚為接近，顯見降雨量到達地面後迅速轉變為地面逕流量，降雨之儲留效果並不顯著。近年來由於生活與工業用水增加快速，而河川流量豐枯分佈不均，地面水源可公利用之水量差別懸殊，加上水庫等水源設施興建費時，造成地下水之超量開發，並引起局部性之災害。鑑於地下水超抽所引起之災害，政府乃採行開發地面水資源，並實施地下水之管制，經多年來陸續完成興建或規劃水庫，藉增加地面水源之供應，而減少地下水之抽取量，以緩和地下水之超抽。台北盆地由於翡翠水庫之開發完成，以及持續不斷管制與監測地下水之抽用，目前地下水水位已回升，緩和地層下陷，成果最危顯著；至於中部與南部區域，亦將隨興建或規劃中水庫之陸續完成，而將可獲得改善。台灣地區民國八十二年各標的總用水量，計約為 171.06 億立方公尺，水資源利用在地面水方面，約為 99.67 億立方公尺，佔總用水量之 58.3%，期中包括河川引水量及水庫調節水量(含水庫直接取水量及水庫與攔河堰聯合運用水量約為 43.17 億立方公尺)；在地下水方面，約為 71.39 億立方公尺，約佔總用水量之 41.7%(經濟部水資源統一規劃委員會，1995)。地面可引水之天然河川流量，在西部地區已呈飽和，雖然在豐水期間仍有餘水，惟枯水期均呈缺水狀態，故如欲使水資源. 2-2.

(20) 穩定供應利用，則建造調蓄設施，是一可行方式，惟良好水庫壩址，多已開發，近年來因環保、社會問題，不但使興建水庫成本高昂，推動水庫計畫工作，亦舉步維艱，即使水庫完成後，亦因淤積及優氧化問題，使水資源之利用效率降低；另外此地下水使用量對地下水年補助量 40 億立方公尺而言，顯示局部地區已嚴重超抽，以北部台北盆地以及中南部沿海地區超抽情形最為嚴重，導致海水入侵及地層嚴重下陷，估計各地區地層下陷面積已達 1,184 平方公里，約佔台灣地區平原總面積之 11%(經濟部水資源統一規劃委員會，1995)，對水土資源造成嚴重破壞。是故面對此種種不利因素，如何有效開發與管理水資源，已成為目前刻不容緩之課題。. 第二節中水道二元供水系統中水一詞之由來，係在日本稱飲用水為「上水」，生活排水(生活廢水排入下水道者)為「下水」，所以將生活廢水處理後再利用的水稱為「中水」，其相關系統則稱為「中水道」，而日本行政機關則常稱之為「雜用水道」(蕭,1994)。中水係指建築污水(或生活廢水)經過處理後，達到規定的用水質標準，可在一定範圍內重複使用於非飲用水及非與身體接觸用水。中水主要用於廁所沖洗、園林灌溉、道路保濕、汽車沖洗、噴水池、親水設施用水及冷卻設備補充水等(鄭，1998)。就給水的意義上而言，中水道屬於一種分質供水方式，這種供水方式的特徵是以污水為水源進行就地收集、就地處理和就地回收再利. 2-3.

(21) 用。設立中水道可緩解城市生活供水的緊張局面，所以它是一項有效的節水措施。就排水的意義上而言，中水道屬於一種污水回收再利用方式或處理方式。建立中水道可以緩解城市污水幹管超負荷運轉狀況，減輕排水設施的負擔。所以推行中水道，既可以緩和自來水供應不足的狀況，又可改善市鎮污水設施的運轉狀況，是兼具節水效益和環境效益的綜合措施(沈,1993)。中水系統的建設是節約用水的有效途徑之一。在人們日常生活使用的總水量中，僅廁所沖洗就佔 35% 左右。因此，可在機關、學校、住宅、賓館、飯店等小區建立中水系統，將這些小區域或大樓的污水就近收集、就地處理、就近回用，作為城市雜用水（中水），用於沖洗廁所、清洗車輛、綠化、噴灑街道，作為景觀用水及河湖補充水等。關於高層建築物，依其城市是否有下水道區域而異如圖一，設有下水道區域者，僅收集浴室及盥洗室之污水至社區污水處理設施處理後，再將中水送至中水設備使用，經使用後之中水排入公共下水道。無下水道區域者，污水經社區污水處理設施處理後，再分送至各中水使用設備，而使用過後之中水，再經由管線送至污水處理廠再處理之，如此循環再利用。建築物(個別系統)中水道供水系統，除了與自來水供水系統同樣需備有儲水池、配水管、輸水馬達外，尚需設置污水處理設施，而且處理設施是整個中水道供水系統的重心(李,1993) 。關於學校中水回收系統的選擇也應該根據當地具體條件決定。對沒有完善城市下水道地區，根據水量平衡，只需處理部份生活污水，其餘部份以及處理過程中產生的剩餘污泥均可直接排入市鎮污水下水道。. 2-4.

(22) 上水. 中水. 浴. 盥. 廚. 空. 廁. 清. 洗. 室. 洗. 房. 調. 所. 掃. 車. 室. 污水處理. 排入下水道. 設施. 圖 2-1. 城市有下水道區域的中水回收系統上水. 中水. 浴. 盥. 廚. 空. 廁. 清. 洗. 室. 洗. 房. 調. 所. 掃. 車. 室. 污水處理設施. 放流. 圖 2-2 無城市下水道區域的中水回收系統. 中水道二元供水系統所包含之設施，由污水處理設施出來之中水至用戶中，用戶至少應包括下列幾個部份(經濟部，1998a; 鄭，1998)： a.配水幹管：輸送中水的主要管路，配水幹管設計時所需注意事項如下： 2-5.

(23) •在同一道路應埋設有配水幹管及配水支管時，用戶進水管應裝接在配水支管上。 •配水管線應儘可能佈置成為網狀，並避免死端，如無法避免時，應儘可能在死端處裝設救火栓或排泥管，排泥管不得直接與污水管線連接。 •供水區域由二個以上之不同系統供水時，供水分區交界處之配水管應互相連接，如屬可能，配水幹管亦應設聯絡管。 •與其它自來水事業之配合管線接近時，應由雙方協議裝設聯絡管，以應萬一。 b.配水支管：配水支管是指配水幹管輸往水槽及目的用水地方之管線。配水支管設計時所需注意事項如下： •連線自來水系統與中水道系統之管線應以閥隔絕，並設置一中繼水槽以防止中水回流，污染自來水系統。 •水塔頂部應設置溢流口，以防止中水過溢時回流至自來水塔。 c.制水閥：即控制水流大小的開關配水管線之制水閥，應符合下列各項： •制水閥之位置，應考慮日後配水管之修復、裝接用戶進水管、維護操作等時之方便，儘可能以最少數之制水閥，並使其停水區域侷限於合理的小範圍。 •分歧管應裝制水閥，分歧點下游之幹線以裝有制水閥為原則。 •裝設在水管過河底、鐵路或橋等較易發生事故而復舊難處所之前後，以利搶修。 •裝設在排泥管及不 500 同配水系統間之聯絡管，以利操作。 •前項以外之處所，應每隔至應附 1000 公尺裝設一個，以利排水 2-6.

(24) 及修復。 •水壓高時，口徑 400 公厘以上之制水閥設副閥，俾使主水幹閥易於開閉於配水管制水閥適用之。 d.流量計及水壓計：流量計及水壓計設計時所需注意事項如下： •配管之起點，應裝宜採設文氏水錶或其他流量計，以利配水系統之管理操作。 •流量計用具有流量指代表示、紀錄及累積量表示等各設備者。 •應視需要在供水區域內具有性之處所，裝事設具有自動紀錄設備之水壓計。根據經濟部(1998a)中水道二元供水系統之介紹，歸納應注意事項如下：（1）中水道系統用水不與人體接觸為原則。（2）中水道系統規劃以符合安全、利於辨識、方便維修為原則。（3）中水水質應符合中水道系統水質標準(見表 4-1)。（4）中水水管與自來水管應分開設置，並應以顏色(如中水道可為綠色，自來水系統可為藍色)作為區隔，以防止錯接。（5）不同類型的建築應依照下列各或暗項決定之： •未預留中水管路之建築物須視建築物的用途，以明管的方法加預留裝，管路設計的位置盡量以原有之管道為宜，以節省工程經費。 •已預留中水道管路之建築物須與建築物原設計圖詳細對照，以確認管線不會有錯誤之可能，施工完成後仍須以含色劑之水進行測試，以防止錯接的情形發生。. 2-7.

(25) •規劃建造之新建築物如已有水處污水處理設備，則應在規劃時將中水道系統納入設計中，如尚未有污水處理設備，則管須預留中水道管線，並漆上草綠色油漆以作為辨識。（6）配水管之種類，應依照下延列各項決定之： •因使用適合於當地土壤性質及中水水質之鑄鐵管、延性鑄鐵管、鋼管、預力混凝土管或硬質塑膠管。 •應考慮實際作用於水管之內壓及外壓，儘可能選用中國國家標準所規定之管種類，但中國國家標準尚無規定者，或中國國家標準之規定不合設計要求者或情況特殊者不在此限。 •鑄鐵管、延性鑄鐵管或鋼管，以採用施以水泥砂漿襯裡者為原則，俾保持水管之輸水能力。在中水道二元供水系統維護與管理方面，應注意事項如下：（1）中水輸送的金屬管線應每年定期檢視維修一次。（2）由於處理過後的中水其懸浮固體物﹙SS﹚較高，容易沈澱於貯存水塔底部，必須定期清理水塔底部。（3）儲存水塔須加以覆蓋，以防止灰塵、蟲等雜質進入，並且覆蓋需牢固。（4）中水不足時，必須自動打開制水閥及時補充自來水。（5）中水水質必須定期檢驗，以符合中水水質標準，並隨時注意污水廠操作狀況。. 2-8.

(26) 表 2-1 中水道供水系統建議水質標準（資料來源：歐陽嶠暉，1995）. 用途. 散水用水. 景觀用水. 廁所沖洗用水. 項目大腸菌數(個/ml). 不能檢出. 不能檢出. 10 以下. BOD(mg/l). 10 以下. 10 以下. 10 以下. pH. 6.8-8.5. 6.8-8.5. 6.8-8.5. 濁度. 10 以下. 5 以下. 臭氣. 無不舒適. 無不舒適. 無不舒適. 外觀. 無不舒適. 無不舒適. 無不舒適. 色度（度）. 40 以下. 10 以下. 40 以下. 餘氯. 0.4 以上. 臭氣消毒. 保有餘氯. 說明. 不與人體接觸為原不與人體接觸為原則. 則. 散水用水包括：灑水用水、澆灌用水. 另外依據日本的成功案例長崎縣的豪士登堡使用水質基準為(陳等， 2001) (1) 基本規定： ◎無衛生問題 ◎使用上不會產生不快感 ◎不會影響衛生器材設備 ◎不會造成衛生器材設備維修管理上的困擾 2-9.

(27) (2) 水質要求 ◎大腸菌：10 個/ml 以下 ◎pH 值：5.8－8.6 ◎臭氣：無不快感 ◎外觀：無不快感 (3) 衛生安全要求：消毒滅菌為不可缺的措施 (4) 水質檢驗：pH、臭氣、外觀、殘留氯 1 次/日，大腸菌群 1 次/月以上。 (5) 水樣採水地點：離使用點最近之儲水槽出水口。 (6) 誤飲誤用之防治：管路、儲水槽需有明顯標示。 (7) 其他：結垢與生物淤泥產生之防治中水各水質項目的標準須依中水用途加以區分，以滿足各用途的中水之基本條件要求( 蕭善惠,1994) ，其中須特別注意中水的使用與人體接觸之程度。. 第三節生活用水特性依據林秋裕等人(1997) ，所做的台灣地區家庭生活用水量之探討，針對台灣地區之自來水用戶，以問卷及實測方式調查其飲用、炊煮、衛生及休憩方面之家庭生活用水量，但本研究的調查對象僅有家庭生活用水，並不包括商業用水、消防用水、公共用水以及無費水量，所以研究結果顯示平均每人每日生活用水量僅達 270 公升，其中各類用水之分配比例為 (1)飲用水類，平均每人每日的直接飲用水量為 1.1. 2-10.

(28) 公升，佔總用水量 0.4%為最少。(2)炊煮用水類，用戶炊煮次數、洗米菜及碗方式等均與用水量有關，平均每人每日用水量為 62.5 公升，佔總用水量 20.1%。(3)休憩用水類，此類用水分為養狗、種植花卉、洗車及養魚四類，平均每人每日用水量為 7.7 公升，佔總用水量 2.7%。 (4)衛生用水量，此類用水包括洗衣、拖地、盥洗、廁所、沐浴，平均每人每日用水量為 212.6 公升，佔總用水量 77%，進一步分析各類衛生用水之百分比關係如圖 2-9。各類用水比重也依其建築物用途不同而產生差異，如依沈光范所調查資料如表 2-11，因此可發現依現行建築物之排水系統配管方式(分為:雜排水污水及雨水排水系統) ，提供住宅建築物雜排水回收系統處理的污水水源相當充沛。所以盡可能將污染輕的污水，如洗澡水作為中水水源。. 飲用水 0.4%. 拖地 2%. 炊煮用水 20.1%. 洗衣類 11%. 休憩用水 2.7%. 淋浴類 51%. 廁所 25%. 衛生用水 76.8%. 盥洗 11%. 圖 2-3 生活用水量中各類別所佔的百分比(林等，1997). 2-11.

(29) 表 2-2 建築物用途不同所影響的各類用水比重(沈，1993) 用途. 廁所廚房. 大型辦公. 洗手洗臉. 洗澡. 洗滌. 清掃飲用水冷卻. 灑水及其他. 合計. 33. 32. 5. -. -. -. 10. 12. 8. 100. 38. 23. -. -. -. -. 12. 14. 7. 100. 16. 20. 12. 20. 24. 4. -. -. 4. 100. 居民住宅 16. 19. 9. 17. 30. 4. -. -. 5. 100. 大樓中小型辦公大樓影劇院. 在水質方面: 從家庭所排出的生活污水之水量與水質，因生活樣式、家庭構成、職業、季節、天候等而有多樣化的改變如表 2-12，以不同地區、不同時期所調查的生活雜排水水質。. 表 2-3 日本的生活雜排水水質調查資料(須藤，1994). 地區. 期間. 水量. BOD. SS. T-N. T-P. MBAS. (l/人 d) g/人 d mg/L g/人 d mg/L g/人 d mg/L g/人 d mg/L. g/人 mg/ d. L. 7月. 140. 21. 150. 11. 79. 1.5. 11. 0.22. 1.6. 2.3 16. K 地區 10 月. 150. 27. 180. 13. 87. 1.3. 8.7. 0.28. 1.9. 2.6 17. 8月. 190. 35. 184. 24. 126. 2.3. 12. 0.4. 2.1. 4.2 22. 7月. 340. 13. 38. 11. 32. 1.9. 5.6. 0.21. 0.6. 3.0. 上田市. 土浦市 M 地區土浦市. 2-12. 9.

(30) 160. W 地區 11 月. 6.2. 39. 3.3. 21. 0.6. 3.8. 0.08. 0.5. 1.7 11. 註:MBAS:陰離子界面活性劑. 此外在一天當中，水中污染物濃度的變化趨勢與當地居民的生活作息相關，在三餐前後，因烹調與洗滌及晚間八時至十二時，由於民眾的盥洗導致污水之污染物增加及水量的增大，以上這些時段為尖峰用水時段，而離峰時段尤其是半夜至凌晨之間的水質狀況較佳污水量也明顯減少(徐,1994) ，但是大多數的調查資料顯示，家庭雜排水仍然有一定的水質、水量範圍，若以日本建設省所訂定的設計基準為例 (陳，1992)，將建築物生活廢水分類為: (1) A 類:雜排水(洗臉洗手洗澡等) (2). B 類:雜排水(A 類+廚房排水). (3) C 類:污水+雜排水(B 類+廁所排水) 則以生活雜排水水量每人每日 150 公升為例，BOD 每人每日 27 公克，浮游物質每人每日 13 公克，總氮每人每日 1.3 公克，總磷每人每日 0.3 公克，其水質如表 2-13 所示，而台灣地區生活廢水水質依郭瓊梅(1995)所統計為表中 C 類廢水，以及”建築物中水道系統-廢水再利用之可行性研究”報告中，統計洗手排水水質為表中 A 類廢水。表 2-4 各類廢水的水質情況(須藤，1994 陳，1992; 郭，1995; 徐，1995) 日本生活廢水. 水質項目 (mg/L). A類 B類. *. C類. 臺灣地區生活廢水 *. A類. **. BOD. -. 180. 200. 25~80. COD. -. 240. 285. 10~190. SS. -. 87. 175. 10~90. T-N. -. 9. 37. T-P. -. 2. 4. B類 33~180#. 85~137##. 64~345#. 218~280##. -. 41~205#. 64~99##. 0.001~0.032. -. 15.3~56.5#. 0.86~15. -. 2.6~5.0#. 2-13. -. C類. 7.7~22.4## (NH3-N) 2.1~3.1##.

(31) ABS. -. 17. 註:*資料來源須藤隆一，1993. 13. 0.051~0.36. (PO43--P). -. -. -. **資料來源陳志祥，1992. # 資料來源郭瓊梅，1995. (過濾). (用水行為僅有洗手). ##資料來源徐錠基，1995. 至於大樓及使用者密度高的建築方面由於所生產的廢水量極大，而且其中經常耗費大量的水用來沖洗廁所，應用中水替代自來水沖馬桶及其他非身體接觸用水將可省下大量的用水, 同時亦省下大量的水費。. 第四節生活污水資源化技術簡介中水技術是將生活廢水回收並經處理後再利用的技術，此技術係隨著廢水處理方法不同、規模大小而使得中水系統的成本差異懸殊 (陳,1999)，所以除了中水的使用安全與水質外，處理成本的高低是決定中水技術的主要考慮因素。目前建築物中水之處理技術多以傳統生物處理方式為主，且設施多置於建築物筏基或地下室，雖然處理效果不錯，惟處理所耗費的時間頗長、所佔建築空間大、處理設備及操作費用亦相當可觀，目前對於生物處理單元的放流水予以回收再利用的常見技術有:混凝沉澱、浮除、砂濾、薄膜過濾、電透析、活性碳吸附、離子交換、臭氧處理與消毒程序等單元(蘇,1997;郭,1996) ，若能應用較新技術或較高級之物化處理方法，如薄膜分離技術及電膠羽浮除技術，將可提升其處理效果且便於推廣。以下先針對常見之薄膜技術作一簡述(郭,1999): 薄膜分離技術一般包括微過濾(microfiltration，MF)、超過濾(ultrafiltration， UF)、逆滲透(reverse osmosis，RO)及電透析(electrodialysis，EO)等方式（表 2-5）。微過濾可將液體中以微米（µm）為單位之成分分離，如細菌等；超過濾是用來從液體中分離大小分子或濃縮大分子成分，如蛋白質等 2-14.

(32) (Cheryan, 1986)；以上三種膜分離技術是利用壓力差為驅動力。電透析則是利用帶正電荷或負電荷的膜，將液體上帶電荷的離子分離或濃縮。依據 Michaels (1968)對超過濾之定義：「使溶液在受壓力狀態下流經一合適的薄膜，而其中較大的溶質無法通透薄膜面達分離效果」。其主要分離原理係藉「篩濾作用」（siver action），但其他因素如溶質顆粒之大小、形狀與薄膜間產生之摩擦作用及掃流作用，亦影響分離效果。對分子質量相同但分子結構不同的溶質而言，一般分子成彎曲型分支結構者較分子為線性或可撓性結構者具有更好的分離效果。逆滲透法(reverse osmosis)為利用一半透膜能透水而排斥其它離子性來進行鹽操作。在半透膜兩側的清水中，一方加入可溶性鹽類後，因鹽水之化學勢較清水低，故清水一側會產生滲透流，通過膜面，進入鹽水溶液，直到膜兩側化學勢達到平衡為止。兩側體積改變而產生壓力差等於滲透壓時，則達到平衡狀態。倘若在鹽水一側施以一大於滲透壓的壓力時，則鹽水的化學勢高於清水，而促成滲透流流向清水側，這種現象稱為逆滲透。RO 薄膜與 UF 薄膜，其分進原理略有不同。 RO 的薄膜並沒有可界限的細孔，僅在聚合體纖維間有間距。逆滲透之去除機構有許多種，如蒸餾機構、篩除機構、表面張力機構及氫鍵機構等，但其理論都不適用。電透析主要應用於低分子量電解質之脫鹽，利用分子帶電特性及分子之大小差異進行分離。膜組（membrane stack）乃由陰離子交換膜 (僅讓陰離子通過) 及陽離子交換膜 (僅讓陽離子通過) 交互排列而成，施以電位梯度於膜之垂直方向，將欲脫鹽之溶液通入脫鹽室，將電解質溶液通入濃縮室，由電解質之電位梯度所產生之電冰及各隔膜之遮斷作用，使流出脫鹽室之溶液被脫監，另流出濃縮. 2-15.

(33) 之溶液則被濃縮。. 表 2-5 各種典型膜工程的條件膜的種類. 驅動力. 可透過物. 滯留物 a. 超過濾. 壓力. 水＋小分子. 大分子. 逆滲透. 壓力. 水. 溶質. 電透析. 電動勢. 水＋離子溶質. 非離子溶質. 微過濾. 壓力. 水＋可溶性溶質. 大懸浮粒子. a. 除了表列物質外也包括水. 薄膜分離技術較諸其他分離方法時，具有如下之優點(蔣，1996)： 1.能源效應高：濃縮時不必經由相的變化。 2.投資成本低：不需蒸發器或冷凍濃縮設備。 3.澄清能力強：可連續操作及容易去除極小粒子。 4.區分能力大：依分子大小將液體中成分行物理分離。. 從建築污水、雨水資源化之國外資料顯示，薄膜分離技術在污水處理及再利用上之應用已經漸漸由實驗階段進入實際應用之試驗。然而薄膜技術係屬淨水工程中昂貴單元之一，且須要求嚴格的前處理過程，對於僅供廁所沖洗用水的回收體系而言，相當不符合經濟效益，因此電膠羽浮除法運用於高層建築之中水回收體系相對具有競爭力與可行性，下一節將針對電膠羽浮除法作一詳細介紹。. 第五節電膠羽浮除法之介紹. 2-16.

(34) 電膠羽浮除法其理論基礎是結合電子學、流體力學、電化學等相關技術所結合而成的一種創新的水處理技術(蘇，1997; 張，1998)。此法主要機制是利用電場的誘導，使粒子產生偶極化，藉由流道的設計而自動凝集成膠羽，且同時在不外加空氣情況下，利用電解所產生的氣泡與膠羽充分結合自動浮除。 2-5-1 電膠羽浮除法之原理膠羽浮除法是一種連續的方法，係利用外加電場使得溶解性陽極釋出金屬氫氧化物的膠羽(Gardais,1991) ，與陰極產生的氫氣泡形成一氣固複合物以去除污染物質(Cenkin and Belevtser,1985)。流動於兩極之間的水，在電極附近電解使得陰極產生氫氣泡，陽極產生氧氣泡，其優點有二，其一為氣泡與電膠羽是同時產生且體積細小，其二為改變電流密度可以調整氣泡的流通量且氣泡的流佈相當均勻，因為整個極板均可產生氣泡(Koren and Syversen,1995)。在極板間，利用隔板的區隔及流道的設計（張等，1997），使流體中之粒子在依密閉電場內被誘導。隔板的材質亦會影響電場對流體之影響，其中金屬隔板有整流之作用，可使產生的電場勻作用在反應槽矩形範圍內。因金屬隔板會受電場的影響，而使金屬內部電荷重新排列，金屬隔板被極化成正負兩極，變成無數串聯的小電池 (microelectrolytic cell) (Ding et, al.,1987)。同時依據 Vik al et.(1984)針對飲用水利用電膠羽浮除與傳統處理方法的比較指出:(1)添入水中的化學物質(如 Al+3)僅約傳統方法的十分之一。(2)所產生的污泥含水率較低所以污泥量較少。(3)犧牲性鋁板的使用壽命為一年，所以更換與處理時間週期變長。(4)整個系統的維修與操作費用較低廉。電膠羽浮除法係強調粒子凝聚與浮除的特性，以下說明其除污的. 2-17.

(35) 處理程序: 1.電場之建立: 本方法是由外界提供直流電壓，在兩極包圍的矩形範圍內產生所需的電場，且經由隔板的區隔及流道的設計，使流體中之粒子在密閉電場內被誘導。其中金屬隔板會受電場的影響，使內部電荷重新排列，金屬隔板被極化成正負兩極，變成無數串聯的小電池。而電場的大小是決定於所供給的電壓強弱、極板之間距及正負電性排列方式。 2.粒子偶極化(Particles dipole reaction): 在適度電場強度下，任何粒子因受到電場影響，使本身內部電荷產生重新分配的現象。根據 Fukui and Yuu(1985)發現，除了懸浮顆粒會受電場影響外，連水分子和氣泡也會因電荷重新分配，使得包圍在顆粒表層之水合作用力減弱，降低顆粒與顆粒間的電斥力，使粒子會有較高的自由度。. 3.粒子聚合: 帶電荷的粒子若設法使其流動，就如同導線中電子的流動，依安培右手定則，電流的流動，會在其周圍產生磁場，磁場的方向及大小由電流的大小及電流方向決定。因此在顆粒的流動軌跡上，其正電荷、負電荷的外圍各環繞著一圈圈的磁場，藉流動的過程 A 粒子的正電荷與 B 粒子的負電荷可能互相接近，此時正、負向的磁場彼此相吸，使粒子 A、B 瞬間碰撞結合，成為一顆新的聚合顆粒(如圖 2-12)，而產生聚合顆粒又會再度在電場中重新被誘導結合成更大之聚合顆粒，此現象稱為自凝行為(蘇,1997)。換句話說，因為電場使得膠體與帶電離子移動，所以對於去除細微膠體或帶電離子，電膠羽浮除法比傳統化學混凝方法有更好的去除效率(Pouet et al.,1992)。. 2-18.

(36) 4. 膠羽的形成: 膠羽形成主要原因有兩項:粒子的自凝行為及犧牲金屬隔板溶出鐵、鋁離子(如圖 2-13)體粒子去穩定後才能形成膠羽，其去穩定的步驟有二:(1)降低粒子間電斥力(去穩定);(2)顆粒之遷移作用使去穩定的粒子凝聚(O'Melia,1972)。 5.膠羽浮除: 在膠羽形成過程中，因電解產生的氣泡會在碰撞當中與膠羽結合，形成氣固相複合物(Two-phase composite)。若再適量添加助凝劑，則可將氣泡包圍在膠羽內，形成海綿狀態的膠羽，此時膠羽因含大量氣泡，比重比水小，故可上浮固液分離，如圖 2-14 示。. (+). 鋁質隔板 Al3+. H+. H2. OH-. 水流方向不鏽鋼極板. (-) 圖 2-4 鋁隔板析出鋁離子的現象 2-19.

(37) 圖 2-5 氣固相複合物形成圖. 此與傳統電解浮除法的氣泡僅托在膠羽底部不同。而在平行流式電膠凝法中，氣泡形成的方式有兩種(劉 and 高,1997)(1)電解水在陰極產生氫氣;(2)電性中和放熱，使膠羽附近水溫局部升高，水分子受熱蒸發為水蒸汽形成氣泡。. 2-5-2 電膠羽浮除法之應用與實例有關電化學膠凝處理法的應用，在 1963 年首見 Foyn 利用鎂電極板處理河水，在處理過程中 pH 值隨著電解的進行而上昇，並形成膠體物質 Mg(OH)2，經由沉澱或浮除法對含有磷酸鹽氮化合物及有機物質之氫氧化鎂膠體去除效果不錯。1982 年挪威的 AQUA CARE 公司，將此電化學膠凝技術應用於飲用水的處理流程中(張,1997)。1986 年 2-20.

(38) Belov 等人利用鋁鎂合金當陽極，而陰極使用銀或鎳來處理啤酒釀造廠之廢水，其結果發現明顯比僅用鎂極板的處理效率佳。Kharchenko 與 Nasonova(1986)將電膠凝法與壓縮空氣浮除法結合，處理修車廠洗滌廢水效果良好。國內對於電化學膠凝的研究相當蓬勃，應用範圍也相當廣泛，如高濃度醬油廢水(江,1992)、粗紙製漿黑液(翁,1992)、肉品市場廢水 ( 許 ,1993) 、垃圾掩埋場滲出水 ( 許 ,1994) 、染整廢水 (柯,1998)、生活污水(高,1999)等，然而各研究之間的電化學反應槽設計不同，所強調的電化學反應作用也不同，所以需要的處理時間與處理效率均有所差異。電膠羽浮除法之應用於各種不同性質的廢水之初步實驗結果如表 6-2 所示。各種廢水使用電聚浮除法處理後，效果都不錯，COD 去除率幾乎都達 60％以上，唯垃圾滲出水之處理效果較差僅 26％；最佳的 COD 去除率在處理工業區廢水時可高達 89％。. 表 2-6 各種廢水經電膠羽浮除法處理後之結果. 廢水種類. 原水水質. 操作條件. 處理後水質. 處理效果. 工業. A. pH = 6.85. Q = 7.3 mL/s. pH = 9.16. E = 1,353 s/cm. V = 150 V. COD = 161 mg/L 71%. COD = 634 mg/L. I = 0.25 A. 2-21. COD% =.

(39) 廢水種類. 原水水質. 操作條件. 處理後水質. 處理效果. 區. pH = 6.97. Q = 5.0 mL/s. pH = 8.51. 廢. E= 2,040 s/cm. V = 250 V. COD = 11 mg/L. COD = 101 mg/L. I = 0.52 A. 透視度>30cm. 水. B. COD% = 89%. SS =129 mg/L 透視度 = 7.9cm 垃圾. pH = 8.09. Q = 5.0 mL/s. 滲出水. E = 11,380 s/cm. V = 250 V. COD = 2,652 mg/L. I = 3.4 A. pH = 8.10 COD =1,950 mg/L COD%= 27% 接 A.C.後 COD = 935 mg/L. 接 A.C. 後 COD% = 65%. 煉. A. pH=7.46. Q = 7.3 mL/s. pH = 8.57. COD%. E = 3,660 s/cm. V = 200 V. COD = 73 mg/L. =61%. COD = 361 mg/L. I = 0.85 A. 油. SS = 149 mg/L. 廢. pH = 7.35. Q = 5.0 mL/s. pH = 9.87. COD%. 水. E = 623 s/cm. V = 250 V. COD = 73 mg/L. =91%. COD = 820 mg/L. I= 0.53 A. 透視度>30cm. B. 透視度<5.0cm. 表 2-6. 各種廢水經電膠羽浮除法處理後之結果(續). 廢水種原水水質. 操作條件. 類. 處理後水質. 處理效果. 2-22.

(40) 廢水種原水水質. 操作條件. 處理後水質. 類. 果. 食 A. pH = 0.19. 用. E = 112,650 s/cm V = 50 V. COD=. 油. COD = 6,216 mg/L. mg/L. 廢水. 處理效. B. pH = 1.61. Q= 13.57 mL/s. Q = 9.43 mL/s. pH = 1.55. 4,724 =24%. pH = 9.02. E = 57,600 s/cm V = 50 V. COD=. COD = 5,679 mg/L I = 1.0 A. mg/L. COD%. COD%. 1,042 =80%. 透視度>30cm. 透視度<1.0cm. 接 A.C.後 COD = 798 mg/L 皮革廢 pH = 8.17 水. Q=13.57 mL/s. pH = 5. COD%. E = 19,580 s/cm V=150 V. COD = 2640 =64%. COD = 6000 mg/L. mg/L. 接 A.C. 後 COD% =80%. 2-23.

(41) 廢水種原水水質. 操作條件. 處理後水質. 類. 處理效果. 電. pH = 6.87. 子. E = 1,220 s/cm V = 150 V. SS <30 mg/L. SS>30 mg/L. 透視度 >30. 業 A. Q= 13.57 mL/s. I = 0.4 A. pH = 8.62. cm. 廢水. 表 2-6 各種廢水經電膠羽浮除法處理後之結果(續). 廢水種類. 原水水質. 操作條件. 處理後水處理效質. pH = 3.78. 電子. B. Q= 11.47 mL/s. E = 61,300 s/cm V = 100-200 V. 果. pH = 9.16 透視度. 業. 水樣混濁. I= 5.8∼10.5 A. >30cm. 廢. pH = 0.69. Q= 15.67 mL/s. pH =6.0 ~ COD%. 水 C. E = 30,400 s/cm V = 200 V. 6.8. COD = 1008 mg/L I = 4∼5 A. COD = 370 mg/L. 透視度< 1.0cm. 透視度 > 含重金屬. 30cm. 2-24. =64%.

(42) 廢水種類. D. 原水水質. 操作條件. 質. 果 COD%. pH = 6.97. Q = 5.0 mL/s. pH = 8.51. E = 2,040 s/cm. V = 250 V. COD = 11 =89%. COD = 101 mg/L. I = 0.52 A. mg/L 透視度 >. SS = 129 mg/L. 30cm. 透視度 = 7.9 cm pH = 10.59. Q= 11.47 mL/s pH = 6.512. E = 11,480 s/cm V = 200 V E. 處理後水處理效. COD= 12,036 mg/L I = 3.2 A. COD=. 2,815. mg/L. COD% =76% 接 A.C.後. 接 A.C.後 COD = 607. COD% =95%. mg/L. 表 2-6 各種廢水經電膠羽浮除法處理後之結果(續). 廢水種原水水質. 操作條件. 處理後水質. 處理效果. 類 pH = 7.77. Q = 11.5 mL/s pH = 12.16. 電. E = 250 s/cm. V=100 ~ 200 V COD=. 鍍. COD = 135 mg/L. I = 0.6∼2.6 A. 廢. SS =185 mg/L. 水. 油脂 = 50 mg/L. COD%= 1278. mg/L SS = 200 mg/L 油脂 = 10 mg/L 透視度> 15cm. 2-25. 77%.

(43) 廢水種原水水質. 操作條件. 處理後水質. 處理效果. pH = 10.85. COD%. 類 Q= 13.57 mL/s. 酸. PH<1. 洗. E= 27,100 s/cm V = 150 V. 廢. COD = 662 mg/L. 水. I = 1.5 A. COD. =. =77%. mg/L. 含重金屬 pH = 8.17. Q = 7.3 mL/s. pH = 10.85. 清潔劑. E = 28,400 s/cm. V = 200 V. COD. 廢水. COD = 6,855 mg/L. I = 2.5 A. pH =11.6. Q= 15.7 mL/s. pH = 12.03. E = 9,570 s/cm. V= 200 V. COD. COD = 1,068 mg/L. I= 3.5 A. 染. 230. =. COD%= 230. 60%. mg/L. =. COD% 597. =44%. mg/L. 接 A.C.後. 廢. 接 A.C.後. COD%. 水. COD. 整. mg/L. 2-26. =. 451. =58%.

(44) 表 2-6 各種廢水經電膠羽浮除法處理後之結果(續). 廢水種原水水質. 操作條件. 處理後水質. 類. 處理效果. Q = 5 mL/s. 染. pH = 8.88. 料. E = 21,110 s/cm V = 30∼50 V. 廢. COD = 2,464 mg/L. pH = 9.78 COD = 400 mg/L. COD% =80%. 水紙. pH = 6.68. Q = 5 mL/s. pH = 8.52. 漿. E = 1,162 s/cm. V = 250 V. COD = 274 mg/L. 廢. COD = 1950 mg/L. I = 0.5 A. 水. COD% =86%. 透視度 = 8.3 cm. 醫. pH = 7.68. Q = 5 mL/s. 療. E = 1,162 s/cm. V = 50V. 廢. COD = 1950 mg/L. 水. 2-27. COD = 191 mg/L. COD% =77%.

(45) 廢水種原水水質. 操作條件. 處理後水質. 類. 果. 生. pH = 4.8. Q= 2.94 mL/s. pH = 8.4. 活. E = 635 s/cm. V = 290 V. COD = 648 mg/L. 廢. COD = 1429 mg/L. I = 0.5 A. 水. 處理效. COD% =55%. 透視度< 1cm. 表 2-6 各種廢水經電膠羽浮除法處理後之結果(續). 廢水種原水水質. 操作條件. 處理後水質. 類河川水質. 處理效果. pH = 7.64. Q= 7.43 mL/s. pH = 8.01. COD%. E = 1404 s/cm. V = 250 V. COD = 24 mg/L. =61%. COD = 67 mg/L. I = 0.55 A. SS = 78 mg/L 透視度 = 11.4 cm. 實. pH = 7.28. Q= 2.94 mL/s. pH = 6.79. COD%. 驗. E = 385 s/cm. V = 50 V. COD = 115 mg/L. =69%. COD = 416 mg/L. I = 2.5 A. 接 A.C.後. 接 A.C.. 室水質. SS = 14 mg/L. COD = 42 mg/L. 後 COD% =. 透視度> 30cm. 89%. 註：E 表電導度；Q 表操作流量；V 表操作電壓；I 表操作電流；A.C.表接活性碳處理 2-28.

(46) 註：此表資料由「財團法人中華民國環保科技研究發展中心」所提供。. 第六節國內、外生活污水資源化之實例介紹雖然，中水道起名于日本，但這種污水再利用的方式早已存在美國大峽谷村，在 1926 年就有將再生水用於沖洗廁所的先例 (沈,1993) 。近年來，有些國家更因氣候變遷影響年降雨量、人口增加、工業發達、水資源開發受阻等等不一的因素，使得用水壓力日益急迫，因此回收再利用廢水的策略不約而同地在各國實施，表 2-1 為各地區開始回收生活廢水的時間。表 2-7 各地區開始回用生活廢水的時間(張,1999) 國家. 年代. 美國亞利美國科羅美國加州美國佛羅以色列桑那州. 拉多州. 1926. 1960. 香港. 日本. 1978. 1965. 里達州 1975. 1977. 1950. 各國依處理技術、用地的取得、用水習慣、需水量等等的不同，中水利用的發展過程也大相逕庭，如美國主要以廣域循環式為主，生活廢水回收再利用之途擴及工業、農業、商業及家庭住宅，其中以農業灌溉用水為主。此外日本的中水發展模式則由中型到大型，由單棟建築物發展成多棟建築物，中國大陸亦起而效尤，有朝美國大型水量處理之趨勢(陳,1999)。日本每年回收的污水處理水達 100 百萬噸，其中 41%被用於工業用水、32%被用於環境用水、而僅有 8%是用於農業灌溉，這是由於日本為工業大國，工業用水需求較殷切之故。反觀美國的加州為例，每年回收污水量達至 432 百萬噸，其中高達 60%的水用於農業灌溉，16% 用於都市綠地澆灌，這兩項比例高達 76%，工業用途用水卻僅有 2%， 2-29.

(47) 這時由於美國土地甚大，農業活動發達所致。以色列位處於乾燥地區，其平均年雨量由北部地區的 800 公厘到南部地區的 50 公厘不等，因此極度缺水，再加上以色列經濟活動已農業為主，所以大多數都市污水處理被再利用於農業用途上。國內早年解決水資源供需問題，以闢建水庫、攔河堰等開發新水源的方法為主，然而水源開發日益困難且適宜引用的水源逐漸減少的情況下，提高水資源的利用率與多重利用是必然的措施。基此經濟部水利司(現為經濟部水資局)會商有關機關研討「節省用水措施」，於民國 83 年 2 月 3 日奉行政院台 83 經 04764 號函核定並重入十二項建設之「加強開發管理水資源」計畫中，該措施訂定效率管理、獎勵優惠、修訂法令、合理水價及教育宣導等五項策略及十二項具體措施，依據此「節省水措施」經濟部復於 84 年 3 月擬定「推動節約用水措施實施計畫」，雨水貯留及中水道二元次供水系統的推動為其重要工作項目之一。國內對於中水使用仍僅停留在試辦階段，以下針對幾個案例作介紹： (1)民國 86 年國立雲林科技大學接受經濟部水資局委託，設置中水道二元供水示範系統，將該校污水處理廠之二級處理放流水加壓過濾後，提供兩棟學生宿舍 256 位學生的廁所沖用水，每年可節省 2300 m3 之自來水用水量，未來全校學生宿舍 12 棟皆安裝此系統，則每年可節省約 30,000m3 之自來水用水量與 35 萬的自來水費，如再加上校園五十八公頃景觀用水、花草樹木之澆灌及消防用水，每年約可節省 70,000 m3 相當於三至四個月全校用水量 (萬,1998)。. 2-30.

(48) (2) 行政院有鑑於澎湖縣水荒問題的嚴重性，乃於民國 87 年 8 月核定澎湖縣為全國節約用水示範區。民國 88 年澎湖縣政府接受經濟部水資源局經費補助，於澎湖內針對縣政府、學校宿舍、辦公大樓等篩選 2~3 各示範點，推行小型中水回收系統，其執行主要方式考量低污染、水質穩定之水源，如洗手水、浴室排水等以管線分離收集。經進行篩選及評估作業後，選定澎湖縣政府、馬公市公所及馬公第一示範托兒所為中水回收示範點，其回收設計水量分別為 10 噸、5 噸及 5 噸，處理流程祝要為三層砂濾、活性碳極佳濾消毒，經處理後之回收水則主要用於廁所沖洗水。中水回收若欲降低處理成本，應考慮以回收污染濃度較低及水質較穩定之洗手水、洗澡水為主要收集水源。 (3) 金門縣金湖鎮「再生水利用實施示範計劃」，係「金門地區再生水利用主要計畫」（草案）中列為第一期（自民國八十八年至九十三年）實施之工程計劃，金湖鎮「太湖污水廠」民國 100 年污水進流量達 3,570CMD，處理後再生水除約 10%提供作廠內消泡及清掃用水，餘可供作本計劃各項再生水利用目的使用。計劃規範內有三所學校，校地面積約 18.05 公頃，亦規範設置雨水收集貯存設施，提供初期補充水源。工程設施含再生處理設備、送配水設備等，總工程費約 3,100 萬元（不含雨水收集及室內配管），年總成本約 435.5 萬元，以再生水處理水量 2,860CMD 計算，單位成本約為 4.17 元。 1.. 計劃目的. 「金湖鎮再生水利用實施示範計劃」之實施，旨在建立一各節約用水社會及都市水循環利用體系。再生水利用包括雨水收集貯存. 2-31.

(49) 利用及下水處理水再利用，再生水利用二元供水系統之建設實施，可減輕自來水供水壓力，金門地區是各缺水嚴重離島，再生水應視為珍貴水資源而予以開發利用。 2.. 計劃範圍. 係以金湖鎮都市計劃區為實施範圍，總面積為 150.95 公頃，轄區內有國立金門高級農工職校、金湖國中及金湖國小三所學校，面積約 18.05 公頃，占都市計劃總面積 11.96%；榕園及太湖中正公園等公園綠地面積約 48.97 公頃，占都市計劃總面積 32.44%；另機關用地 9.22 公頃，占都市計劃總面積 6.11%，包括有衛生院、稅捐處、鎮公所等。再生水二元供水系統擬以轄區內學校、機關及公園綠地作為初期供水範圍，期面積約 76.24 公頃，占都市計劃總面積 50.51%。 3.. 再生水需水量. 本示範計劃範圍之再生水需水量約 2,500CMD，參見表 1，其中廁所沖洗用水 800CMD、噴灑用水 1,700CMD。 4.. 再生水可供水量. 「太湖污水處理廠」目標於民國 100 年處理污水進流量達 3,570CMD，為本計劃再生水供水水源，污水處理廠之下水處理水，估計約需提撥 10%約 360CMD 之水量工作廠內消泡、清掃等用水，餘下 3,120CMD 之再生水，可供給本計劃各項再生水利用目的使用。金門高級農工職校、金湖國中及金湖國小，擬設置屋頂雨水收集貯存設施，補充再生水水源，三所學校基地面積約 18 公頃，建築面積約 33,700 平方公尺，若選定年降雨量最低之民國 80 年總降雨量 650.3 公厘估計，雨水逕流量年達 65,700m3。李錦地(1998)接受經濟部水資局委託，擬定「金門地區再生水利. 2-32.

(50) 用實施計劃」，規劃金門地區中小學以及金城、金湖、金沙三鄉都市計畫區域機關，使用中水做為廁所沖洗水、校園噴灑用水與公園綠地，再加上轄區內六座污水處理廠廠內用水，估計總需水量為 7120CMD，其再生水水源量為六座污水廠處理放流水(預估民國 100 年處理水量為 13505CMD)及中小學校園之雨水收集貯存量，可足以供應再生水之需求。台灣地區對於中水道的建設，雖然仍停留在試辦的階段，但依據試辦案例的研究發現，從經濟效益、民眾接受度與水資源合理分配的觀點評估，中水道供水系統是具可行性的，依據萬騰州(1999)針對國內已設置中水道系統回收生活污水的三個案例包括:國立雲林科技大學、國立中山大學、高雄市立鳳林國小等，進行中水用水量與成本效益分析其結果如圖 2-4 與圖 2-5，其中國立雲林科技大學與國立中山大學的中水水源，來自學校污水處理廠的放流水，故中水成本為二級放流水之後的設備基建費、操作管理費用等，而高雄市立鳳林國小係將洗手臺之廢水利用管線收集於貯水池，以供學生拖地用水，拖地後的污水流入污穢盆再放流至花園澆花。故提高水的循環利用以紓解國內水資源短缺壓力是日後重要的研究方向。. 圖 2-6 案例之中水處理成本與當地自來水價比較(萬,1999). 2-33.

(51) 中水處理成本當地自來水價. 12. 水價 (元 /噸 ). 10 8 6 4 2 0. 鳳. 中. 雲. 國林. 大山. 科林. 小. 學. 技學大. (雲林科技大學與中山大學之中水水源為二級出流水) 60 中水用量. 50. 百分比(%). 40 30 20 10 0. 技學大. 小國林鳳. 科林. 學大山中. 雲. 圖 2-7 案例之中水使用量佔總用水量之百分比(萬，1999). 2-34.

(52) 第三章研究方法與設計. 本研究執行分為兩大階段，初期為電膠羽浮除系統的放大規模設計與初步測試，以及示範計畫地點的水質、水量和使用者意願與認知調查；第二階段為示範計畫地點之雜排水回收系統的裝設與中水配水管網的施工，並進行連續操作，以檢驗中水水質、污泥特性與產量、處理系統的機械操作問題，最後利用問卷調查方式了解使用者接受度與改進建議，以彙整本研究成果與建議。. 第一節實驗設備與放大設計電膠羽浮除系統的組成單元為：污水馬達、雜排水貯存槽、酸鹼與電解質自動添加機、輸水馬達、電膠羽反應槽、電源供給器、浮除槽、浮渣刮除機、污泥收集袋、中水貯存槽、自來水緊急補注系統，圖 3-1 示電膠羽浮除系統流程，其中電膠羽反應槽可細分為不鏽鋼極板、鋁質隔板、壓克力板，詳細設計規格如下圖 3-2、3-3、3-4 所示. 3-1.

(53) 迴流管膠羽刮除機. 加消毒劑. 控制箱陽極. 建築物雜排水水管. 污水槽 500L. 電源供給器馬達. 分流管陰極. 膠羽收集筒. 沉水馬達. 泥砂放流管. 排水溝. 圖 3-1 電膠羽浮除系統流程圖. 圖 3-2 鋁隔版. 3-2. 再生水貯存槽 500L. 學生宿舍二樓廁所沖洗用水管網.

(54) 圖 3-3 不鏽鋼板. 圖 3-4 壓克力隔板. 3-3.

(55) 圖 3-5 浮除槽. 本研究所採用的電源供給器的操作電流範圍 1-5 Amp，限制條件：60 秒<水力停留時間<90 秒、5 cm/s<流速<15 cm/s、20A/m2<電流密度且利用釋鋁量的濃度控制除污能力，詳細設計內容於第四章第一節說明。. 第二節實驗室試車階段完成實驗設備設計後，進行實地操作前必須先執行漏水檢驗、操作電流、電壓關係與初步的去除率測試，依據法拉第定律，操作電流提高同時也會增加操作電壓，基於供電器的可操作電壓範圍限制以及降低能源消耗的觀點，進行電流、電壓在不同進流水電導度下的對應值，將結果繪製成反應槽操作特性圖，同時建議污水槽的電解質添加量。第二步. 3-4.

(56) 驟為利用簡便的濁度去除率為除污指標，進行電流、pH、流量與濁度去除率的關係實驗，同時利用問卷調查方式(附錄一)針對學生對於水資源短缺現況的認識、水再生利用的支持度與架設中水系統的意願等作一背景資料了解，同時達到宣導與教育效果。. 第三節示範計劃實地操作本計劃執行地點係向國立台灣大學申請於男生第八學生宿舍，申請核准後僅需進行簡單中水配水管網施工與設備架設，進行連續操作，中水貯存槽設有自來水緊急補助系統以防設備維修或當機時的緊急供水。操作期間每天需採樣一次進行水質監測(COD、SS、Turbidity、pH)，同時進行污泥採樣分析含水率與產量紀錄，以及鋁板的消耗量與運作情況，以利推估操作成本與維修頻率。最後針對中水使用者的接受度與建議進行問卷調查以提供未來設計改進、. 3-5.

(57) 電膠羽浮除系統模廠計劃. 電膠羽反應槽放大規模設計. 設備裝設與初步測試學生意願與認知的問卷調查. 電壓、電流與進流水導電度關係. 電流與濁度去除率關係. pH與濁度去除率關係. 示範地點的系統裝設與操作. 中水水質監測. 污泥特性分析與產量紀錄. 鋁質隔板的消耗與更替狀況. 使用者接受度與意見調查. 成果與建議. 圖 3-6 實驗流程圖. 3-6.

(58) 第四章結果與討論第一節電膠羽浮除系統的放大規模設計本研究延續上一年度「電膠羽浮除法對建築物中水再利用技術之研究」的實驗結果進行示範計劃之放大設計，由實驗室實驗結果發現犧牲性鋁隔板的釋鋁量、電流、進流速度、pH、極距、流道數等為主要影響除污效率因素，而極板面積、電流密度、電壓、電導度則無明顯影響，且水力停留時間不可超過 2 分鐘，以免膠羽過於蓬鬆、氣泡糾結反而不利於浮除，為避免進流速度過快破壞氣泡與膠羽的結合和流速過慢導致反應槽因為氣泡的殘存而提高電阻，建議設計流量 5-15 cm/s。規劃設計的流道數提高時也可讓固定電流下提高流量，但過多的流道數易造成電流密度過低、短路發生、過多碰撞或維修不便，因此本研究建議流道數為 10-20。基於實驗結論，進行規模放大時第一步驟先固定極距與流道數，將極距定為 10 mm、流道數 10，第二步驟為決定流道面積，但需滿足電流密度高於 20 A/m2，本研究所採用的電源供給器的操作電流範圍 1-5 Amp，以電流 4A 為設計值因此面積要小於 2000 cm2，故採用鋁版尺寸為 L53×W28(cm)，電膠反應槽容量為 15 公升，第三步驟為決定設計進流流量範圍，需滿足流速範圍 5-15 cm/s 且決定除污能力的釋鋁量範圍 20-30 mg/L，因此控制電流與流量的比率如式所示即可得到實驗室規模的最佳處理條件，以上一年度「電膠羽浮除法對建築物中水再利用技術之研究」的實驗結果為例，在流道數為 10、流量 72L/hr、操作電流 0.6Amp、釋鋁量 28 mg/L、極距 0.5cm、水力停留時間 53 秒，可得到 CODt 去除率 75%，因此放大設計時同樣流道數為 10、操作電流提升到 3-5 Amp、釋鋁量範. 4-1.

(59) 圍 20-30 mg/L，則流量可增加至 335-840 L/hr 。 C. =. Al. I × m × N Q. × 10. 3. CAl：反應槽出口處的理論鋁濃度(mg/L) I：操作電流(Amp) m：鋁的電當量數，0.09319(mg/C) N：總流道數 Q：進流流量 (mL/s) 計算過程： C Al ,實驗室 C Al ,模廠. ( =. I 實驗室 × N 實驗室 Q 實驗室 I 模廠 × N 模廠. ). Q 模廠. 欲得到較佳除污能力需將釋鋁量定為 20-30 mg/L，而實驗室規模流道數為 10、流量 72L/hr、操作電流 0.6Amp、釋鋁量 28 mg/L，模廠規模流道數也為 10，因此當模廠電流為 3A、釋鋁量為 30mg/L 時流量為 335 L/hr，當模廠電流為 5A、釋鋁量為 20mg/L 時流量為 840 L/hr。. 第二節示範地點之水質、水量調查本示範計劃係經國立台灣大學核准於學生第八男生宿舍進行中水回收再利用計劃，樓高 8 層、居住人數約 700 人，一樓為閱報室、便利商店等公共空間。建築物污水水質和水量往往受到地理位置、季節、經濟狀況等影響極大(陳,1995) ，因此對於示範計劃地點必須進行水質水量調查，採樣地點為建築物右側雜排水出水口，調查結果如表 4-1，水量方面，晚上 9-11 有一尖峰用量與一般居家用水尖峰量在晚上 6-8 點不同，. 4-2.

(60) 每日雜排水水量總計 640 m3/d。水質方面，雜排水之 pH 值介於 6.8-7.5 屬於穩定，COD 值 32-89 mg/L 大部分時間落於 55 mg/L 附近，導電度 86-156 s/cm 變化不大，濁度 3-97NTU 變化劇烈，但是大部分時間低於 20NTU。. 表 4-1 示範計劃地點水質水量調查時間. 流量(m3/day). pH. 濁度(NTU) 電導度( s/cm). 0. 24.0. 7.1. 19. 116. 51. 2. 6.9. 7.0. 18. 114. 55. 4. 6.7. 7.1. 16. 113. 55. 6. 7.1. 7.0. 18. 114. 54. 8. 23.7. 6.8. 8. 94. 32. 10. 36.0. 6.9. 97. 91. 61. 12. 16.0. 7.0. 3. 86. 26. 14. 32.1. 7.0. 39. 103. 89. 16. 38.4. 7.5. 3. 95. 39. 18. 10.4. 7.5. 3. 113. 52. 20. 13.8. 7.4. 3. 156. 59. 22. 103.7. 7.1. 15. 120. 51. 24. 24.0. 7.3. 19. 116. 51. 4-3. COD(mg/L).

(61) 濁度(NTU) 電導度(ms/cm) COD(mg/L). 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0. 2. 4. 6. 8 10 12 14 16 18 20 22 24 時間 (hr). 圖 4-1 示範計劃地點水量調查. 120.0 103.7. 流量 (m /hr). 100.0 80.0. 3. 濁度(NTU),COD(mg/L),電導度(µs/cm). 180. 60.0 38.4. 36.0. 40.0 24.0. 32.1 24.0. 23.7 16.0. 20.0. 10.4. 6.9 6.7 7.1. 13.8. 0.0 0. 2. 4. 6. 8. 10. 12. 14. 16. 時間 (hr). 圖 4-2 示範計劃地點水質調查. 4-4. 18. 20. 22. 24.

(62) 第三節操作參數對濁度的影響依據法拉第定律，操作電流提高同時也會增加操作電壓，基於供電器的可操作電壓範圍限制(0-160 V)以及降低能源消耗(E=V×I)的觀點，進行電流、電壓在不同進流水電導度下的對應值，將結果繪製成反應槽操作特性圖。利用簡便的濁度去除率為除污指標，進行電流、pH 與濁度去除率的關係實驗。實驗結果顯示釋鋁量超過 20 mg/L 濁度即會大幅降低而進流水 pH 值以調至 5-6 為佳。. 160. 140. 電流: 0.5 Amp 電流: 1 Amp 電流: 2 Amp. 120. 電壓 (V). 100. 80. 60. 40. 20. 0 0. 500. 1000. 1500. 2000. 2500. 進流水電導度 (ms/cm). 4-5. 3000. 3500. 4000.

(63) 圖 4-3 實驗室規模電壓與進流水電導度關係. 50. 濁度(NTU). 40 30 20 10 0 10. 20. 30. 40. 釋鋁量 (mg/L) 圖 4-4 實驗室規模測試釋鋁量與濁度去除關係. 4-6. 50.