焚化底渣水洗廢水特性及氯鹽流佈之探討

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中華民國九十九年十一月十二、十三日屏東縣國立屏東科技大學環境工程與科學系 1

焚化底渣水洗廢水特性及氯鹽流佈之探討

許峻誠，國立屏東科技大學環境工程與科學系研究生葉桂君，國立屏東科技大學環境工程與科學系教授

摘要

近年政府推行垃圾焚化底渣「再利用為主，最終處置為輔」之政策，再利用量逐年提高，而底渣再利用產品因含高濃度之氯鹽使其用途限受限，但經水洗後可大幅降低氯離子含量及減少異味疑慮，有效提昇工程應用之廣泛性及使用者之接受性，足見底渣水洗處理已具環境友善及工程應用之雙重目標。本研究採南部某底渣再利用廠之廢水處理設施進行採樣分析，以瞭解底渣經水洗後所衍生之廢水特性、處理成效及氯鹽流佈。研究結果發現底渣水洗後之廢水具高鹼性、高濁度、高有機物及高氯鹽等特性，藉由物理沉澱及化學處理程序其 SS、COD 去除率均可達 99%以上、重金屬亦幾近完全沉澱於污泥中，水質可符合放流水標準，

同時水洗底渣亦可明顯有效減少再利用產品之異味。實廠經液固比（L/S）約為 0.6 之比例水洗後，水溶性氯離子洗出率約為 60.7％，其中約 36.9％尚存於再利用產品、2.4％存在於污泥、37.6％於放流水中排放，其中約有 23.1％無法納入質量平衡，此部份可能因底渣水溶性氯離子含量不均質、或篩選前處理逸散造成。

研究結果顯示底渣經水洗程序可有效降低氯離子及有機物含量，提昇再利用產品工程用途及環境安全應用之效益，而水洗衍生之廢水透過物理沉澱及化學混膠凝處理程序可得到良好處理效果，但使用大量之水資源須考慮商業化成本及環境之影響，故放流水如何有效去除氯鹽並有效回收再利用，是值得未來探討議題。

關鍵詞：焚化底渣、水洗、沉澱、混膠凝、水溶性氯離子

一、前言

台灣地區一般廢棄物焚化處理系統皆屬混燒式，經混燒後大量底渣以往幾乎完全採取「掩埋」方式作為最終處置，惟受限於各地既有掩埋場容積逐漸飽和及新掩埋場闢建不易之影響，已造成各掩埋空間之隱憂。行政院環境保護署為加強垃圾焚化廠焚化底渣再利用的管理，於 92 年 6 月 12 日即公告「一般廢棄物-垃圾焚化廠焚化底灰再利用規定」，並於 96 年 7 月 26 日及 99 年 7 月 5 日修正公告

「一般廢棄物-垃圾焚化廠焚化底渣再利用管理方式」，對焚化底渣再利用前須先經篩分、破碎或篩選等前處理，並視再利用產品分類用途需要，採穩定化、熟化或水洗等後續前處理，並分類型訂定品質標準，限定各類型再利用產品的用途。

底渣中含有高濃度氯鹽，其中大部分來源為 PVC 製品及廚餘，當垃圾焚化時氯鹽不會受高溫去除，反而會使其濃度提高而存在於底渣之中，也因如此底渣再利用之產品因含高濃度之氯鹽，因而限制其用途（巫慧瑜，2004）。底渣要能

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符合可再利用之產品品質標準，最普遍及便宜的方式為水洗，經水洗篩選後可大幅降低有機物含量，減少使用者對於底渣產品有異味之疑慮，更可有效降低氯離子含量且能提高底渣 CLSM 的耐久性，足見水洗底渣已具資源再利用及環境安全應用之發展潛力（林柏勁，2004；張永昌，2005；吳品漢 2008），而此部份國內亦有實廠進行底渣水洗程序。本研究主題在於瞭解底渣水洗所衍生之廢水特性，並以操作中之實廠廢水處理流程進行採樣，探討水洗底渣廢水之特性及處理成效，以及底渣原料、成品、污泥、廢水之氯鹽流佈及異味的差異。

二、研究方法

1、研究材料

圖 1 為南部某底渣再利用廠廢水處理流程。底渣來源為各縣市政府垃圾焚化底渣，研究期間該廠每日底渣處理量約為 800～1000 噸/日，水洗底渣之液固比（L/S）約為 0.6，污水處理場設計處理能力為 1200CMD。該實廠底渣水洗處理程序採類似砂石廠洗砂流程，以固定水量進行連續掏洗，其污水處理採標準之物理沉澱及化學混膠凝處理程序，處理完成之廢水於放流前再經過濾及活性碳單元加強處理確保放流水水質，處理後放流水約 60％回收於底渣水洗製程使用，

以珍惜寶貴之水資源。

圖 1 某底渣再利用廠污水處理設施操作流程

表 1 為該廠污水處理設施操作參數表。由於底渣水洗後之廢水具高鹼性、

高濁度、高有機物及高氯鹽等特性，故該廠廢水處理設施之沉澱、調勻、混膠凝單元等處理單元，均規劃較長之停留時間，以利底渣水洗廢水沉降及均質化。本研究設計取該實廠底渣水洗後之原廢水，以及經物理沉澱、混膠凝單元處理後之廢水，分析其懸浮固體物、化學需氧量、氯鹽及重金屬含量，以探討底渣經水洗後所衍生之原廢水特性，以及各處理單元對於底渣水洗廢水處理成效及污泥重金屬性質；此外亦採集原料、廢水、底泥、成品之氯鹽含量以探討底渣氯鹽流佈，

並驗證底渣水洗前、後異味的差異。

製程原廢水沉澱

單元過濾及活

性碳單元混膠凝

單元放流

回收水

污泥污泥板框式

壓濾機

濾液

污泥

（細集料）

調勻池

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表 1 某底渣再利用廠污水處理設施操作參數表

單元操作參數添加藥劑

沉澱單元停留時間 17 hr 調勻單元停留時間 27 hr

混膠凝單元 pH 調整池：停留時間 0.3 hr（7.0～8.5）

快混池：停留時間 5.0 min 慢混池：停留時間 20.0 min

終沉池：表面溢流率 33 m³/m² .day 停留時間 17.3 hr

H₂SO₄：25 ~30mg/L 混凝劑：160～200mg/L

（硫酸鋁 5～8％）

助凝劑：1.5～2.0mg/L

（聚丙烯胺 0.2～0.5％）

過濾及活性碳單元

過濾設備：過濾速度：294 m/d 停留時間 5.4 min 活性碳設備：接觸時間 4.5 min 2、分析方法

（1）、懸浮固體物試驗方法採環境檢驗所公告之水中總溶解固體及懸浮固體檢測方法（NIEA W210.57A）。

（ 2 ）、化學需氧量採水中化學需氧量檢測方法－密閉迴流滴定法（ NIEA W517.51B）。

（3）、重金屬砷採水中砷檢測方法－自動化連續流動式氫化物原子吸收光譜法

（NIEA W343.53B）；汞採水中汞檢測方法－冷蒸氣原子吸收光譜法（NIEA W330.52A）；硒採水中硒檢測方法－自動化連續流動式氫化物原子吸收光譜法（NIEA W341.50B）；六價鉻採水中六價鉻檢測方法－比色法（NIEA W320.51A）；其餘重金屬鎘、總鉻、銅、鎳、鉛、鋅採水中金屬及微量元素檢測方法（NIEA W311.51B）。

（4）、氯鹽採水中陰離子檢測方法－離子層析法（NIEA W415.52B）。

（5）、污泥試驗方法採重金屬毒性特性溶出程序（TCLP）檢測。

（6）、污泥氯離子含量測定參考 CNS 13407「細粒料中水溶性氯離子含量試驗法」

檢測。

（7）、底渣異味試驗方法採異味污染物官能測定法－三點比較式嗅袋法（NIEA A201.12A）。

3、分析方式

依南部某底渣再利用廠實際處理流程，採集 3 次水洗後之原廢水、物理沉澱及混膠凝等處理單元之水樣，以評估原廢水性質及處理單元對於底渣水洗廢水之處理效率，分析項目包括：懸浮固體物、化學需氧量、氯鹽及重金屬。另外針對經物理沉澱及混膠凝作用後沉降之污泥進行 3 次之取樣分析，以探討污泥（細集料）之重金屬含量及性質；此外以該廠實際操作情形分析底渣原料及水洗篩分後之成品、污泥、廢水之氯鹽含量，以探討底渣水洗程序氯離子之流佈情形，以及進行廠區周界 3 點 2 次之異味試驗，以比較焚化底渣水洗前、後異味改善之情形。設計取樣類型及地點，如表 2。

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表 2 設計取樣類型及地點

取樣類型研究項目設計取樣地點

原水性質 SS、COD、Cl^-、重金屬水洗程序後之原廢水物理沉澱 SS、COD、Cl^-、重金屬經物理沉澱後之廢水混膠凝作用 SS、COD、Cl^-、重金屬混膠凝作用後之廢水

污泥處理單元重金屬板框式壓濾機泥餅

底渣原料、成品、

原廢水、污泥

水溶性氯離子底渣原料、再利用成品、壓

濾機泥餅、放流水

底渣水洗前、後異味水洗前及水洗後廠區周界

三、結果與討論

（一）各處理單元水質狀況 1、水洗後原廢水性質

該廠以固定之液固比（L/S≒0.6）進行底渣水洗。經洗砂機掏洗後衍生之廢水 pH 平均達 12.0（±0.5），SS 平均達 60,133.3mg/L（±23701.8）、COD 平均達 7,063.3mg/L（±1179.8）、Cl^-平均達 3,146.7mg/L（±1410.0），重金屬洗出情形以總鉻、銅、鉛及鋅濃度較高。研究結果顯示底渣水洗廢水具高鹼性、高濁度、高有機物及高氯鹽等特性，且部份重金屬亦隨著水洗過程由細粒料帶出，底渣水洗後原廢水之性質如表 3。依文獻資料指出（吳興中，2006），一般洗砂廢水 SS 平均值為 13,915mg/L，而底渣經類似砂石場掏洗程序後其原廢水 SS 平均濃度較一般洗砂廢水之 SS 濃度高出約 4.3 倍，推斷其原因為底渣結構較一般天然砂石鬆散且含泥量較高，經掏洗震盪後團粒狀的底渣容易散開，導致 SS 濃度增加。

表 3 底渣水洗後原廢水性質批次

項目第一次第二次第三次平均濃度 (標準偏差) pH 值 12.3 12.3 11.4 12.0（±0.5）

SS（mg/L） 59,800 84000 36600 60133.3（±23701.8）

COD（mg/L） 5,950 6940 8300 7063.3（±1180）

Cl^-（mg/L） 2,060 2640 4740 3146.7（±1410.0）

砷（mg/L） 0.41 0.25 0.27 0.3（±0.1）

鎘（mg/L） 0.36 0.547 0.513 0.5（±0.1）

總鉻（mg/L） 13.2 12.5 9.7 11.8（±1.9）

銅（mg/L） 88.6 75.8 47.3 70.6（±21.1）

汞（mg/L） 0.0073 0.0098 0.0035 0.0（±0.0）

鎳（mg/L） 3.64 1.57 1.25 2.2（±1.3）

鉛（mg/L） 49.5 65.3 43.8 52.9（±11.1）

鋅（mg/L） 157 114 96 122.3（±31.3）

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2、物理沉澱後之廢水性質

底渣水洗後之廢水經物理沉澱單元停留時間 17 小時後，pH 平均仍達 12.2

（±0.4），SS 平均為 4,280.7mg/L（±916.7）、COD 平均為 1,514.3mg/L（±193.1）、

Cl^-平均為 2,153.3mg/L（±686.6），另重金屬則大多沉澱於污泥。在物理沉澱單元去除率部份，SS 去除率平均達 92.4%、COD 去除率平均達 78.4%，但 Cl^-去除率平均僅為 29.1％，重金屬平均去除率約 96.5％。

由研究結果顯示水洗底渣衍生之廢水 SS、COD 及重金屬大多均為懸浮性，

如停留時間足夠大多數污染物於物理沉澱單元即大致沉降，但單以物理沉澱方式其 SS、COD 及部份重金屬無法符合法規之放流水標準。底渣水洗廢水經物理沉澱後性質，如表 4；物理沉澱單元之去除率，如表 5。

表 4 底渣水洗廢水經物理沉澱後性質批次

項目第一次第二次第三次平均濃度 (標準偏差)

放流水標準 pH 值 12.4 12.5 11.8 12.2（±0.4） 6.0～9.0 SS（mg/L） 5,217 4,240 3,385 4280.7（±916.7） 30 COD（mg/L） 1,313 1,532 1,698 1514.3（±193.1） 100

Cl^-（mg/L） 1,570 1,980 2,910 2153.3（±686.6） -- 砷（mg/L） ND

＜0.0005 0.0036 0.018 -- 0.5 鎘（mg/L） ND

＜0.002 ND

＜0.002 0.004 -- 0.03 總鉻（mg/L） 0.017 0.086 0.174 -- 2.0

銅（mg/L） 0.488 3.19 2.1 -- 3.0 汞（mg/L） ND

＜0.0005 ND

＜0.0005 -- 0.005 鎳（mg/L） 0.012 0.075 0.152 -- 1.0 鉛（mg/L） 0.289 0.653 0.523 -- 1.0 鋅（mg/L） 0.22 1.14 2.39 -- 5.0

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表 5 物理沉澱單元之去除率批次

項目第一次第二次第三次平均

去除率 SS 91.3% 95.0% 90.8% 92.4%

COD 77.9% 77.9% 79.5% 78.4%

Cl^- 23.8% 25.0% 38.6% 29.1%

砷 94.1% 91.6% 93.3% 93.0%

96.5%

鎘 99.4% 99.6% 99.2% 99.4%

總鉻 99.9% 99.3% 98.2% 99.1%

銅 99.4% 95.8% 95.6% 96.9%

汞 93.2% 94.9% 85.7% 91.3%

鎳 99.7% 95.2% 87.8% 94.2%

鉛 99.4% 99.0% 98.8% 99.1%

鋅 99.9% 99.0% 97.5% 98.8%

3、混膠凝單元處理成效

底渣水洗廢水經物理沉澱，其水質尚無法符合公告之放流水標準，故該廠於物理沉澱單元再經混膠凝單元處理。混膠凝單元包括：pH 調整、快混、慢混及沉澱作用，底渣水洗廢水經物理沉澱及混膠凝單元處理後 pH 平均值降為 7.9

（±0.7）、SS 平均值降為 15.7mg/L（±3.0）、COD 平均值降為 20.6mg/L（±4.3）、

Cl^-平均降為 1,610.0mg/L（±87.2），重金屬部份除砷、銅及鋅等金屬仍可驗出外，

其餘測項均為 ND，水質可符合公告之放流水標準，經混膠凝單元處理後之性質，

如表 6 所示。

底渣水洗廢水經化學混膠凝單元處理後，SS 平均去除率達 99.4%、COD 平均去除率達 98.7%、Cl^-平均去除率達 21.0％，經混膠凝處理後去除率，如表 7。

表 6 底渣水洗廢水經混膠凝單元作用後之性質批次

項目第一次第二次第三次平均濃度放流水標準 pH 值 7.1 8.3 8.2 7.9（±0.7） 6~9 SS（mg/L） 15.3 13.0 18.9 15.7（±3.0） 30 COD（mg/L） 25.6 18.2 18.1 20.6（±4.3） 100

Cl^-（mg/L） 1,510 1,650 1,670 1,610.0（±87.2） -- 砷 ND<0.0007 ND<0.0007 0.0022 -- 0.5 鎘 ND<0.002 ND<0.002 ND<0.002 -- 0.03 總鉻 ND<0.004 ND<0.004 ND<0.004 -- 2.0

銅 0.004 <0.020 ND<0.004 -- 3.0 汞 ND<0.0005 ND<0.0005 ND<0.0005 -- 0.005 鎳 ND<0.005 ND<0.005 ND<0.005 -- 1.0 鉛 ND<0.007 ND<0.007 ND<0.007 -- 1.0 鋅 ND<0.004 0.02 <1.0 -- 5.0

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表 7 混膠凝單元處理之去除率批次

項目第一次第二次第三次平均去除率 SS（mg/L） 99.7% 99.7% 98.9% 99.4%

COD（mg/L） 98.1% 98.8% 99.4% 98.7%

Cl^-（mg/L） 3.8% 16.7% 42.6% 21.0%

4、物理沉澱及化學混膠凝處理成效

研究結果顯示底渣水洗廢水經物理沉澱搭配混膠凝處理後，SS 總去除率可達 99.9%、COD 總去除率約為 99.7%、Cl^-總去除率為 43.0%，此結果顯示水洗底渣衍生之廢水，其 SS、COD 利用物理沉澱及混膠凝處理程序可得到良好的處理效果，廢水中 SS、COD 及重金屬幾近完全沉澱於污泥中，物理沉澱及混膠凝處理之總去除率，如表 8。

表 8 物理沉澱及混膠凝處理之總去除率批次

項目第一次第二次第三次平均去除率 SS（mg/L） 99.9% 99.9% 99.9% 99.9%

COD（mg/L） 99.6% 99.7% 99.8% 99.7%

Cl^-（mg/L） 26.7% 37.5% 64.8% 43.0%

（二）底渣水洗後之污泥性質

針對物理沉澱及化學混膠凝處理後，沉降之污泥經污泥濃縮後，抽送至板框式壓濾機進行脫水。其脫水污泥 pH 值為 12.1~12.4、總砷為 0.002~0.009 mg/L、

總鎘為未檢測出（ND＜0.01 mg/L）、總鉻為 0.57~0.647 mg/L、六價鉻為 0.11~0.33 mg/L、總銅為 0.467~0.852 mg/L、總汞為未檢測出（ND＜0.0005 mg/L）、總鉛為 ND（＜0.020 mg/L）~0.034 mg/L、總硒為 ND（＜0.004 mg/L）～0.005 mg/L 、總鋇為 0.443~1.33mg/L、總鎳小於 0.1 mg/L、總鋅小於 0.1 mg/L，研究結果指出脫水污泥各項重金屬之檢測值均符合 TCLP 溶出試驗標準，分析結果如表 9。

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表 9 污泥（細集料）性質批次

項目第一次第二次第三次 TCLP 溶出試驗標準 pH 12.4 12.2 12.1

--

萃出液中總砷 0.009 0.002 0.003 5.0 萃出液中總鎘 ND<0.010 ND<0.010 ND<0.008 1.0 萃出液中總鉻 0.57 0.647 0.43 5.0 萃出液中六價鉻 0.33 0.11 0.26 2.5 萃出液中總銅 0.852 0.467 0.47 15 萃出液中總汞 ND<0.0005 ND<0.0005 ND<0.0005 0.2 萃出液中總鉛 0.034 ND<0.028 ND<0.020 5 萃出液中總硒 ND<0.004 ND<0.004 0.005 1 萃出液中總鋇 0.543 0.443 1.33 100.0 萃出液中總鎳 <0.100 <0.100 <0.100 - 萃出液中總鋅 <0.100 <0.100 <0.100 -

（三）氯鹽流佈探討

研究時底渣處理量為 971.0T/day，測得單位水溶性氯離子含量為 0.203％，

輸入之水溶性氯離子含量為 1971.0kg/day。輸出量部份包括：再利用產品水溶性氯離子含量 727.0kg/day（粗骨材 430.0kg/day、細骨材 297.0kg/day），佔輸入量之 36.9%；污泥（細集料）為 48.0kg/day，佔輸入量之 2.4％；放流水水量約 313.0 CMD，其水溶性氯離子含量為 742.0kg/day，佔輸入量之 37.6％。

輸入之水洗製程水溶性氯離子含量，扣除成品、污泥、放流水之水溶性氯離子含量約有 23.1%（約 454.5kg/day）無法納入質量平衡。目前並無相關研究文獻指出問題為何，評估此部份可能因底渣水溶性氯離子含量不均質、或篩選前處理逸散造成，此部份仍值得進行後續研究。本研究底渣氯鹽流佈評估試驗結果如表 10，氯鹽流佈質量平衡如圖 2。

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表 10 底渣氯鹽之流佈之試驗結果取樣地點實廠操作

條件

水溶性氯離子濃度

水溶性氯離子含量

（kg/day）

百分比

（％）

輸入量：1971.0kg/day

底渣 971.0 T/day 0.203% 1971.0 輸出量：1516.6kg/day

成品(粗骨材) 494.0 T /day 0.087% 430.0 21.8%

成品(細骨材) 424.0 T /day 0.070% 297.0 15.1%

污泥(細集料) 53.0T/day 0.091% 48.0 2.4%

放流水 313.0CMD 2,370 mg/ L 742.0 37.6%

圖 2 底渣水洗之氯鹽流佈質量平衡

（四）底渣水洗前、後異味之差異

本研究針對實廠進行底渣水洗處理程序前、後之周界，進行 3 點 2 次之異味試驗，以評估水洗去除異味之成效。在該實廠底渣處理程序尚無進行水洗處理前，周界檢測值介於 ND<10~48 之間，設置水洗程序後周界檢測值均為 ND<10，

此結果顯見底渣因含有機物，如採乾式篩選仍存有異味之疑慮，而水洗後周界檢測值空氣異味濃度大幅降低。研究結果顯示底渣利用水洗程序的確可有效減少底渣有異味之疑慮。底渣水洗前、後周界之異味試驗結果，如表 11。

底渣處理量 971.0 T/day 水溶性氯離子

1971.0 kg/day

粗骨材 430.0kg/day 比例：21.8%

Q:440CMD

污泥(細集料) 48.0kg/day 比例：2.4%

廢水處理

1066.57 kg/day 回收水水溶性氯離子含量:301kg/day

Q:127CMD

水洗製程

2272.0kg/day

放流水量:313.0 CMD 742.0kg/day 比例：37.6%

細骨材 297.0kg/day 比例：15.1%

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表 11 底渣水洗前、後周界之異味試驗結果批次

點位

水洗前水洗後

第一次第二次第一次第二次第一點 48 ND<10 ND<10 ND<10 第二點 40 21 ND<10 ND<10 第三點 15 ND<10 ND<10 ND<10

四、結論與建議

依實廠底渣經類似砂石廠洗砂程序水洗結果，底渣水洗廢水具備高鹼性、高濁度、高有機物及高氯鹽等特性，且部份重金屬亦隨著水洗過程由細粒料帶出，

其廢水 SS 平均濃度較一般洗砂廢水之 SS 濃度高出約 4.3 倍，推斷其原因為底渣結構經掏洗震盪後其結構較一般天然砂石鬆散且含泥量較高，團粒狀的底渣容易散開，導致 SS 濃度遠高於一般洗砂廢水。

研究結果指出底渣水洗廢水 SS、COD 及重金屬大多均為懸浮性，如停留時間足夠可於物理沉澱單元大致沉降，但 SS、COD 及部份重金屬無法符合放流水標準，如再經化學混膠凝處理程序後，SS 整體去除率可達 99.9%、COD 去除率約為 99.7%、Cl^-去除率約為 43.0%、重金屬部份除砷、銅及鋅等微量驗出外，其餘測項均為 ND，同時處理程序沉降之污泥，其重金屬含量均可符合 TCLP 溶出試驗標準，因此物理沉澱搭配化學混凝程序，是適用於底渣水洗後所衍生之廢水處理。底渣水溶性氯離子流佈方面，研究結果顯示水溶性氯離子洗出率約為 60.7

％，其中存在於再利用產品約 36.9％，污泥約佔 2.4％，放流水約佔 37.6％，約有 23.1％之水溶性氯離子無法納入質量平衡，評估此部份可能因底渣水溶性氯離子含量不均質、或篩選前處理造成逸散，此部份仍值得進行後續研究。在底渣水洗後其周界異味檢測值均為 ND<10，此結果顯見底渣水洗後可大幅降低有機物含量及提昇使用者對於再利用產品之信心。

底渣經水洗程序可有效降低氯離子含量及有機物含量，並可提昇再利用產品工程用途及環境安全應用之效益，但使用大量之水資源須考慮商業化成本及環境之影響，故如何有效去除氯鹽並回收再利用，是值得未來探討議題。

五、參考文獻

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