國立臺灣大學工學院環境工程學研究所 碩士論文
Graduate Institute of Environmental Engineering College of Engineering
National Taiwan University Master Thesis
都市污水處理廠之生命週期評估
Life Cycle Assessment of a Municipal Wastewater Treatment Plant
許桓瑜 Huan-Yu Shiu
指導教授：闕蓓德 博士 Advisor: Pei-Te Chiueh, Ph.D.
中華民國 103 年 6 月
June, 2013
I
摘要
污水處理廠是城市水管理的重要基礎，過去多著重於處理效率、操作維護便 利及周遭環境影響，相對於能源使用、藥品投入以及廢棄物的產生等其它亦可能 會造成環境衝擊之面向較少分析。本研究以金門地區金城污水處理廠作為研究案 例，利用生命週期評估方法，將污水廠分為水處理系統及污泥處理系統，量化污 水處理廠對環境之衝擊。亦針對金門地區污水與污泥再利用方案進行評估與分 析，污水處理系統包含再生水應用於農業、再生水應用於城市；污泥處理系統包 含污泥應用於農業、污泥焚化後能源回收以及污泥焚化後灰燼作為建材再利用。
本研究選用生命週期評估軟體 SimaPro 7.1，盤查金城污水處理廠營運數據 以及文獻報告，使用軟體內建 Ecoinvent 資料庫建立盤查清單，經由 CML 2 baseline 2000 衝擊評估方法量化污水廠之環境衝擊，最後針對研究結果進行敏感 度分析及蒙地卡羅計算不確定性。
結果顯示，能源選用對污水廠有最顯著的影響，金城地區使用重油發電，占 總衝擊之 79%。再生水應用於城市時，雖然需增加三級處理系統，進而增加了 55%之環境衝擊，但應用於城市時可減少原淨水處理所產生之環境衝擊，比起無 再利用具有 50%之環境效益。污泥處理系統方面，目前以掩埋方式處置，處理程 序中仍以電力消耗為最主要之衝擊；污泥應用於農業可減少甲烷、一氧化二氮及 硫氧化物生成，特別是全球暖化類別，可增加 54%之環境效益；污泥經焚化處理 所產生之衝擊最高，然而焚化後能源回收再利用，反而可減少 86%之環境衝擊；
污泥作為建材再利用，也考量焚化程序產生之能源再利用時，是環境衝擊最低的。
關鍵字：污水處理廠、生命週期評估、污水再利用、污泥再利用
II
Abstract
Waste water treatment plants are an important foundation for urban water management. While there has been greater emphasis on the efficiency, convenience in operation, maintenance, and overall environmental impacts, energy and chemical input, as well as waste emission also cause significant environmental effects.
Life cycle assessment is used to evaluate the environmental benefits and impacts associated with the treatment of a wastewater treatment plant in Kinmen, Taiwan. The objective of this study is to compare the current treatment process with several other proposed advanced treatment processes. The system boundary of the present LCA includes operation and maintenance phase, sludge treatment and disposal, and water reuse.
In this study, life cycle assessment software SimaPro 7.1 and CML 2 baseline 2000 methodology were applied to evaluate functional units of 1 m3 treated water. The results show that energy has the most significant impact on environment, with a total impact of 79%. Recycled water used in agriculture, on the other hand, has the most significant benefits. While tertiary treatment systems will increase environmental impact by 55%, using recycled water in the city also increases environmental benefits by 50%.
Similarly, in the sludge treatment system, power consumption is the most significant factor responsible for environmental impacts. Sludge used in agriculture can reduce methane, nitrous oxide and sulfur oxide formation, thereby increasing environmental benefits by 54%. Impact of sludge generated by incineration, as well as energy recycling, can reduce overall environmental impact by 86%. Sludge as a building material is the highest among impact scenarios. Finally, to further reduce the
III
environmental impact arising from sewage treatment plants, energy is chosen as the first priority.
Keywords：Waste water treatment, Life cycle assessment, Water reuse, Sludge reuse
IV
目錄
摘要... I Abstract ... II 目錄... IV 圖目錄... VI 表目錄... VIII
第一章 緒論... 1
1.1 研究動機... 1
1.2 研究目的... 2
1.3 研究流程與架構... 2
第二章 文獻回顧... 5
2.1 一般污水處理廠處理程序... 5
2.2 污水與污泥再利用... 6
2.2.1 污水再利用... 6
2.2.2 污泥再利用... 9
2.3 生命週期評估... 12
2.3.1 生命週期評估方法簡介... 12
2.3.2 污水處理之生命週期評估... 14
2.3.5 生命週期評估之敏感度分析與不確定性分析... 23
2.4 研究案例... 25
2.4.1 金門地區水資源概況... 25
2.4.2 金城污水處理廠簡介... 28
第三章 研究方法... 31
3.1 生命週期評估方法... 31
V
3.1.1 目標與範疇界定... 31
3.1.2 盤查分析... 35
3.1.3 衝擊評估方法... 49
3.1.4 敏感度分析... 52
3.1.5 不確定性分析... 52
第四章 結果與討論... 54
4.1 生命週期評估結果... 54
4.2 生命週期評估結果之綜合討論... 70
4.3 敏感度分析... 74
4.4 不確定性分析... 80
第五章 結論與建議... 85
參考文獻... 88
附錄... 95
附錄 A 中國大陸農田灌溉水質標準(旱作) ... 95
附錄 B 盤查清單之統計資料 ... 96
VI
圖目錄
圖 1-1 研究流程圖 ... 4
圖 2-1 二級生物處理程序 ... 5
圖 2-2 生命週期評估架構 ... 13
圖 2-3 研究範疇分類 ... 16
圖 2-4 生命週期評估之不確定性 ... 24
圖 2-52011 年水資源利用概況 ... 27
圖 2-6 金門地區生活及工業用水供需圖(不含自行取水) ... 27
圖 2-72011、2012 年各月份污水處理廠進流量統計值 ... 28
圖 2-8 金城污水處理廠處理程序 ... 29
圖 3-1 金城污水處理廠系統邊界圖 ... 32
圖 3-2 水再生利用規劃設計之三級水處理流程圖 ... 33
圖 3-3 污泥處理方案 ... 44
圖 4-1 金城污水處理廠之環境衝擊 ... 58
圖 4-2 金城污水處理廠環境衝擊之相對貢獻 ... 58
圖 4-3 再生水應用於農業之環境衝擊 ... 59
圖 4-4 再生水應用於農業環境衝擊之相對貢獻 ... 59
圖 4-5 再生水應用於城市之環境衝擊 ... 60
圖 4-6 再生水應用於城市環境衝擊之相對貢獻 ... 60
圖 4-7 再生水利用之環境衝擊比較 ... 61
圖 4-8 污泥無再利用之環境衝擊 ... 66
圖 4-9 污泥無再利用環境衝擊之相對貢獻 ... 66
圖 4-10 污泥應用於農業之環境衝擊 ... 67
圖 4-11 污泥應用於農業環境衝擊之相對貢獻 ... 67
VII
圖 4-12 污泥焚化後能源回收再利用之環境衝擊 ... 68
圖 4-13 污泥焚化後能源回收再利用環境衝擊之相對貢獻 ... 68
圖 4-14 污泥應用於建材之環境衝擊 ... 69
圖 4-15 污泥應用於建材環境衝擊之相對貢獻 ... 69
圖 4-16 污泥再利用之環境衝擊比較 ... 70
圖 4-17 金門塔山發電廠重油發電之環境衝擊 ... 73
圖 4-18 台灣電力系統、風力發電與重油發電比較 ... 73
圖 4-19 金城污水處理廠之敏感度分析 ... 75
圖 4-20 再生水應用於農業之敏感度分析 ... 76
圖 4-21 再生水應用於城市之敏感度分析 ... 77
圖 4-22 污泥無再利用之敏感度分析 ... 77
圖 4-23 污泥應用於農業之敏感度分析 ... 78
圖 4-24 污泥再焚化後能源回收之敏感度分析 ... 79
圖 4-25 污泥應用於建材之敏感度分析 ... 79
圖 4-26 金城污水處理廠之蒙地卡羅結果 ... 82
圖 4-27 再生水應用於農業之蒙地卡羅結果 ... 82
圖 4-28 再生水應用於城市之蒙地卡羅結果 ... 82
圖 4-29 污泥無再利用之蒙地卡羅結果 ... 83
圖 4-30 污泥應用於農業之蒙地卡羅結果 ... 83
圖 4-31 污泥焚化後能源回收再利用之蒙地卡羅結果 ... 83
圖 4-32 污泥應用於建材之蒙地卡羅結果 ... 84
VIII
表目錄
表 2-1 污泥處理方法 ... 6
表 2-2 國內外再利用系統類別 ... 9
表 2-3 歐洲法定重金屬濃度限制值 ... 10
表 2-4 國內污泥處理方案 ... 11
表 2-5 數據蒐集方式 ... 17
表 2-6 各衝擊評估方法之特性與優缺點 ... 19
表 2-7 環境影響類別說明 ... 20
表 2-82012 年金城污水處理廠進流及放流水質 ... 29
表 3-1 原油進口情形及海運距離 ... 36
表 3-2 金城污水處理廠放流水水質 ... 38
表 3-3 金城污水處理廠污泥檢驗數值 ... 39
表 3-4 金城污水處理廠之盤查清單 ... 40
表 3-5 再生水應用於農業再利用之盤查清單 ... 41
表 3-6 再生水應用於農業再利用之環境效益 ... 42
表 3-7 水再利用之環境效益 ... 42
表 3-8 金城污水處理廠經三級處理之盤查清單 ... 43
表 3-9 污泥無任何再利用之盤查清單 ... 45
表 3-10 污泥應用於農業再利用盤查清單 ... 46
表 3-11 污泥應用於農業再利用可產生之效益 ... 46
表 3-12 污泥焚化後再利用所需消耗之能源資源 ... 47
表 3-13 污泥焚化後再利用所產生之效益 ... 48
表 3-14 污泥應用於建材所需消耗之能源資源 ... 48
表 3-15 污泥應用於建材所產生之效益 ... 49
IX
表 3-16CML2000 衝擊評估方法 ... 50
表 4-1 金城污水處理廠之環境衝擊 ... 55
表 4-2 再生水利用於農業之環境衝擊 ... 56
表 4-3 再生水應用於城市之環境衝擊 ... 57
表 4-4 污泥掩埋處理之環境衝擊 ... 62
表 4-5 污泥應用於農業之環境衝擊 ... 63
表 4-6 污泥焚化後能源回收之環境衝擊 ... 64
表 4-7 污泥應用於建材之環境衝擊 ... 65
表 4-8 台灣電力系統、風力發電與重油發電比較 ... 74
表 4-9 金城污水處理廠之敏感度分析 ... 75
表 4-10 再生水應用於農業之敏感度分析 ... 76
表 4-11 再生水應用於城市之敏感度分析 ... 76
表 4-12 污泥無再利用之敏感度分析 ... 77
表 4-13 污泥應用於農業之敏感度分析 ... 78
表 4-14 污泥焚化後能源回收之敏感度分析 ... 78
表 4-15 污泥應用於建材之敏感度分析 ... 79
表 4-16 各情境之變異係數 ... 81
1
第一章 緒論
1.1 研究動機
污水處理廠是城市水資源管理的重要基礎，主要功能與目的是將污水處理達 到放流水標準，以降低放流水對環境的衝擊。過去污水處理廠僅著重於處理效率、
操作維護便利、周遭環境影響之設計與營運準則(內政部營建署，2011)，對於能 源使用、藥品投入以及廢棄物的產生等其它亦可能會造成環境衝擊之面向較少分 析。
污水處理可簡單分為資源提供與環境排放兩部分，城市污水再利用可以節省 大量的水，並且成為一個穩定的水資源(Sala and Serra, 2004)，也是污水處理廠最 主要的資源提供項目，然而水資源增加同時，也意味著材料和能源消耗、以及廢 棄物產出所帶來的環境副作用增加。污泥最終處置在污水處理系統中，對環境的 影響是一個關鍵，若能有效將廢棄污泥再利用，便可減少環境衝擊轉換成環境效 益。
生命週期評估(Life cycle assessment, LCA)近年來被廣泛應用在評估產品或 服務對環境造成的影響，量化從原料取得、製造、使用和棄置等階段造成的環境 衝擊；生命週期評估的結果不只提供最終產品的環境衝擊資訊，亦可揭露所有投 入的各種資源，以及所有污染物造成的環境衝擊。
目前生命週期評估應用於污水處理系統之研究，依目標設定研究範圍，有研 究討論處理程序的環境影響，亦有研究著重於城市污水再利用或污泥最終處置之 替代方案選定。由於生命週期評估研究案例在各城市上都有不同的假設，不管是 功能、地域、參數的差異，功能單位和影響評估方法的設定都因案例而有所變化，
2
進行分析時宜仔細評價(Lundin, 2003)。
本研究透過生命週期評估方法，探討金城污水處理廠整體生命週期對環境之 衝擊，搭配金門地區未來水處理之規劃及污泥廢棄處置進行評估，並設計污水再 利用以及廢棄污泥再利用方案，提出最具環境效益之處理方法。以敏感度分析及 不確定性分析，找出最敏感的影響因子亦改善生命週期評估結果之可信度，預估 其環境衝擊結果之不確定性範圍。
1.2 研究目的
本研究蒐集近年生命週期評估應用於都市污水處理廠之相關研究，探討各研 究於生命週期評估架構中之差異，以金城污水處理廠現況做為研究案例進行分 析，以了解污水處理廠之環境衝擊，評估污水處理廠所產生污水與污泥再利用方 案，針對研究結果進行敏感度分析找出敏感度因子，透過蒙地卡羅模擬，探討衝 擊評估結果的不確定性，最後提出最具環境效益之處理方法。
1.3 研究流程與架構
本研究運用生命週期評估方法探討城市污水處理廠之環境影響，以金門地區 金城污水處理廠作為研究案例，設計污水再利用及污泥再利用方案後，進行資料 蒐集與衝擊評估。金城污水處理廠有詳細紀錄水處理程序中能源投入、藥品投入 以及放流水水質與水量，同時經濟部水利署也有相關報告針對放流污水再利用進 行研究，目前已設計適合金城污水處理廠之三級處理程序。金城污水處理廠所產 生的污泥，目前以掩埋作為最終處置，而金門地區衛生掩埋已逐漸飽和，未來必 須提出其他的處理方式，將污泥再利用。
3
本研究根據金城污水處理廠污水處理所投入之資源，搭配相關報告及文獻資 料，設計污水與污泥再利用情境進行生命週期評估。研究流程圖如圖 1- 1，各章 節名稱及內容分別說明如下：
第一章、 緒論
本章節說明研究動機與研究目的以及研究架構。
第二章、 文獻回顧
首先回顧污水、污泥處理方法及污水、污泥再利用方法，接著回 顧生命週期評估方法應用於污水處理系統之進行方式，包含污水 處理系統範疇界定、盤查分析、衝擊評估方法、結果闡釋，以及 文獻的研究結果，最後是針對研究案例進行背景資料回顧，包括 金門地區水資源狀況、金城污水處理廠之水處理狀況，讓研究方 案設計能更貼近該處理系統。
第三章、 研究方法
本章節介紹污水處理廠之生命週期評估方法，盤查污水處理廠營 運及污水污泥再利用之相關數據，針對實際狀況適地性的修正與 調整。使用衝擊評估方法進行分析後，利用敏感度分析及不確定 性分析使研究結果更明確。
第四章、 結果與討論
本章節闡述污水處理廠及其污水污泥再利用之環境衝擊結果、敏 感度分析結果、不確定性分析結果，進行結果分析與研究討論。
第五章、 結論與建議
最後將評估結果做總結，並提出相關建議。
4
圖 1- 1 研究流程圖
5
第二章 文獻回顧
本研究將文獻回顧分為三階段，首先簡單介紹污水處理廠處理程序，對污水 再利用與污泥再利用進行回顧；第二部分回顧生命週期評估方法於污水處理系統 之應用，包含生命週期評估方法簡介、應用以及過去研究成果；第三部分回顧研 究案例，金門地區和金城污水處理廠的背景資料及現況。
2.1 一般污水處理廠處理程序
污水處理程序依不同污水來源需相對應之處理單元，一般城市污水處理廠的 污水來自於污水下水道所蒐集，包括排自家庭的生活污水、事業廢水及部分工業 廢水，其水質性質依各種比例有差異。污水中通常含有多量有機物質，並可能含 有各種病原菌。
污水處理廠最基本在於能將污水處理至放流水標準，典型二級都市污水處理 廠在一級處理中，藉由降低流速使污水中的沙土及可沉澱性的有機物分離，去除 大部分顆粒物質後，進一步在二級處理中以生物處理單元去除水中有機物，反應 分為好氧性生物處理、厭氧性生物處理以及特殊生物處理，圖 2- 1 為常見二級生 物處理程序。
圖 2- 1 二級生物處理程序
污水處理過程中所產生之污泥有初沉污泥、終沉污泥兩種，初沉污泥為污水 經由污水廠內一級處理，於初級沉澱池產生；終沉污泥為二級處理所產生，含水
6
率約在 96~99.5%。由於含有多量有機物，放置後容易腐敗散發惡臭，污泥處理 之目的就是為了減少污泥體積以及使污泥安定化，進而可以能源化及資源化。一 般污泥處理方法如表 2- 1，處理程序包含濃縮、消化、堆肥化、調理、脫水、加 熱乾燥、焚化、處置，污水處理廠依需求選擇適合之處理程序及最終處置方式。
表 2- 1 污泥處理方法
處理程序 濃縮 消化、
堆肥化
調理 脫水 加熱乾燥 焚化
及其他
最終處置
目的 減少體積 安定化 安定化 減少體積 - 減少體積 -
處理程序 之種類
重力式
浮除式
離心式
帶濾式
厭氧消化
好氧消化
堆肥化
添加藥劑
淘洗
熱處理
曬乾
離心脫水
帶壓脫水
螺旋壓濾
氣流乾燥
回轉乾燥
焚化爐
多段爐
流動層爐
農業利用
建材利用
衛生掩埋
資料來源：歐陽(2011)
2.2 污水與污泥再利用
污水再利用是指城市污水經過處理後，達到再生水水質標準和水量要求，並 重複使用的全過程，全球已有許多國家重視污水再生，並且實際舒緩水資源缺乏 之問題。汚泥之處理，目前以安定化脫水後進入衛生掩埋場為主要方法程序，掩 埋已趨於飽和，污泥減量及資源化是必要之趨勢。本研究於此小節回顧污水與污 泥再利用之相關研究。
2.2.1 污水再利用
城市污水再利用可以節省大量的水，並且成為一個穩定的水資源(Sala and Serra, 2004)。再生水經常是缺水國家主要解決水資源問題的方案之一，於地中海
7
地區一些國家有許多相關的研究，如：義大利、西班牙、希臘等。目前再利用水 多用於農業灌溉、工業、城市清潔、消防、地表水補給、地下水補給(Levine and Asano, 2004)，亦有少數地方將再生水作為直接或間接飲用水。
Mo and Zhang (2013)回顧了污水回收再利用之相關研究，整理出目前再生水 之利用方式：
1. 農業應用
在農業應用上使用再生水，不只減輕水資源不足的負擔，再生水中含有 營養素亦能減少肥料施用。經二級處理後的再生水，可用於非直接食用作物 (需剝皮的果樹)，例如：果園、葡萄園；經三級處理後的再利用水可用於農 作物灌溉。雖然再生水於農業再利用有許多好處，Leverenz et al. (2011 ) 認 為，廢水的來源以及水質有潛在的土壤污染、農作物污染風險，加上農業用 水有季節性變化，冬季用水需求少時需要再生水儲存設備。
2. 城市應用
再生水應用於城市的用途廣泛，二級處理後之再生水可用於受管理的景 觀用水，三級處理後之再生水用於住宅使用為最主要，其他應用包含園林灌 溉(公園、遊樂場、學校)、消防、建築、裝飾噴泉、休閒蓄水、建築物沖廁 等等。但是利用於城市的再生水對於人體暴露風險較高，應特別注意是否有 潛在的健康風險。若使用雙管運輸作為再生水管線，則成本較高。
3. 間接飲用水再利用
將處理後之再生水，補注到地下水、地表水、湖泊或水庫，作為市政用 水。以補注至地下水為例，此利用方式不需要儲存設施，也不會有蒸發損失、
優養化、氣味等問題，亦可以減緩地層下陷及海水入侵。但補注地下水增加 了地下水污染的風險，將外部污染物帶入地下水層，其監測和處理都相當不
8
容易。
4. 工業應用
工業使用再生水有兩種方式，廠內分流回收與工業區匯流回收。前者可 透過法令要求工廠推動節約用水，自行回收廠內廢污水，再生後作為工業製 程或次級用水，以提升廠內製程和整廠用水回收率。此一部分已落實在科學 園區設廠的電子廠商，其製程回收率基本要求至少 85%。大型廢污水廠放流 水再生亦可以做為工業應用，以管線輸送至工廠，好處是水量比較大，可回 收再生水水量比較多，投資費用比較低，缺點是水質比較差，另外必須就近 規劃供水管路(黃，2010)。
5. 直接飲用水再利用
污水處理後之再利用水直接進入分配系統，不像非飲用水再利用，直接 飲用水再利用可以避免雙供水系統輸送水。直接飲用水亦不需要地下水補注，
避免潛在污染風險。直接飲用水再利用有較高的水處理要求，營運成本勢必 增加，以及社會大眾是否能接受使用是必須要面對的問題。
然而，城市污水再利用並沒有廣泛的應用在各個國家，甚至是反對污水再利 用，擔心污染物對人類健康的影響，特別是新興污染物(醫藥、個人護理產品)的 潛在風險(Pasqualino et al., 2011)。
國內基於環保署水污染防治措施及檢測申報管理辦法第四十二條規定，我國 在運用回收廢污水廠放流水時，不考慮與人體有直接接觸之用途，包括再生水補 注至水庫或地下水層作為飲用水水源，因此並無再生水做為飲用水水源之類別，
如表 2- 2。水利署歷年來已針對高雄市、新北市、台南市、台中市和金門縣等多 座都市污水處理廠進行放流水再利用評估，多數污水廠因再生水成本及缺乏使用 對象，其相關規劃均暫緩推動(經濟部水利署，2009a)。
9
表 2- 2 國內外再利用系統類別 國外再利用
系統類別
國內再利用 系統類別
利用內容
1 工業用水 工業再利用 製程用水、冷卻用水、次級用水等
2 生活次級用水 生活次級利用 沖廁用水、消防用水、空調用水等
都市景觀利用 公園、校園、綠帶、住宅綠地等
3 農業用水 農業灌溉利用 農作物灌溉等
4 保育用水 環境休閒利用 湖泊、池塘等
含水層補注利用 地下水補注等
河川涵容維持利用 生態用水等
5 飲用水水源 -- 補注至水庫或地下水層作為飲用水水源
資料來源：經濟部水利署(2009a)
2.2.2 污泥再利用
新興發展國家對於污泥處理方式有嚴格的規定，並隨著經濟考量與環境評 估，適時的選擇和調整污泥處理方式。過去大多數的污泥以焚燒、衛生掩埋，甚 至是更早以前以海拋處理(國際社會皆已禁止)，只有一部分被重複利用於農業 (Hospido et al., 2005)。歐洲國家認為，污泥中含有重金屬及病原體，嚴格的規範 是必要的，訂定出重金屬濃度限值如表 2- 3，如果污泥符合標準並再利用，則是 一個最簡單也最便宜的回收方式。
國內具穩定污泥量並固定對外清運之污水廠，其污泥處置大都以掩埋為主，
其次則是焚化及熱處理等。污泥處理方法應依污泥最終處置方式決定，可將脫水 後污泥經由堆肥、焚化、乾燥等方法安定後，作為農業肥料使用，或是經由焚化、
熔融處理後，作為建設材料。污泥含豐富有機物，作為農業使用可以減少肥料施
10
用，但在使用上有法規的限制以及應注意的污染預防。污泥做為肥料時，依污泥 成分不得有砷、鎘、汞、鉛等重金屬超過肥料標準，肥料管理法(行政院農業委員 會農糧署，2008)中有詳細規定，各類別肥料之現值略有不同。污泥經適當處理後 做為建設材料利用，可以直接利用或經加工程序後利用。一種是經焚化為焚化灰 或融熔熔渣後直接利用，一般多做為柏油混和料、土壤改良材料、混凝土二次製 品原料、水泥料、垃圾掩埋場覆土、路基材料、次盤材料等利用；另一種利用形 態則是以焚化灰或融熔渣做為原料一部分或全部，加工處理程建設材料，加工方 法主要加工成形，做成壁材、磚塊、紅瓦、陶管、輕量骨材及裝飾品等利用。
污泥是污水處理程序中無法避免的產物，將廢棄污泥再利用，可減少廢 棄物產生成為可再利用資源。表 2- 4 為目前國內污泥處理方案。
表 2- 3 歐洲法定重金屬濃度限制值
重金屬 污泥使用於土地之重金
屬濃度限制值 (mg/kg)
每年可增加之重金屬 量，以十年為基礎
(kg/ha/year)
Cd 鎘 2 0.006
Cr 鉻 600 1.8
Cu 銅 600 1.8
Hg 汞 2 0.006
Ni 鎳 100 0.3
Pb 鉛 200 0.6
Zn 鋅 1500 4.5
資料來源：Hospido et al. (2005) 污泥含豐富有機物，作為農業使用可以減少肥料施用，但在使用上有法規的 限制以及應注意的污染預防。污泥做為肥料時，依污泥成分不得有砷、鎘、汞、
鉛等重金屬超過肥料標準，肥料管理法(行政院農業委員會農糧署，2008)中有詳
11
細規定，各類別肥料之現值略有不同。污泥經適當處理後做為建設材料利用，可 以直接利用或經加工程序後利用。一種是經焚化為焚化灰或融熔熔渣後直接利 用，一般多做為柏油混和料、土壤改良材料、混凝土二次製品原料、水泥料、垃 圾掩埋場覆土、路基材料、次盤材料等利用；另一種利用形態則是以焚化灰或融 熔渣做為原料一部分或全部，加工處理程建設材料，加工方法主要加工成形，做 成壁材、磚塊、紅瓦、陶管、輕量骨材及裝飾品等利用。
污泥是污水處理程序中無法避免的產物，將廢棄污泥再利用，可減少廢棄物 產生成為可再利用資源。
表 2- 4 國內污泥處理方案
生物處理技術 目前國內堆肥醱酵處理之流程大致為翻堆→醱酵熟成
(30~60 天)→風乾→篩分→有機質肥料，主要收受非有 害事業污泥，其產品需符合肥料品目取得肥料登記證，
販售予農會、合作社、農民。
物理處理(乾燥)技術 目前國內物理處理(乾燥)之處理方式包含堆置乾燥及旋 窯乾燥，堆置乾燥流程大致為堆置→翻堆→乾燥；旋窯 乾燥以平均溫度 550℃以下乾燥 20~40 分鐘，將含水率 降至 40%以下，其產品做為工程填地、CLSM 原料使用。
物理處理(固化)技術 目前國內物理處理(固化)之處理方式，大致為污泥混拌 水泥(15~20%)與化學藥劑→澆模→養護→固化，為混凝 土塊或破碎成人工粒料，其產品需符合相關規範(包括產 品規格及標準等)。
熱處理(燒結)技術 目前國內熱處理(燒結)之處理方式，大致為旋窯乾燥(130
℃)→造粒→旋窯燒結(900~1100℃)→人工粒料輕質骨 材，其產品做為 CLSM、級配料、園藝圍籬、輕隔間牆、
地磚與紅磚等原料。
熱處理(鍛燒)技術 目前國內熱處理(鍛燒)之處理方式，大致以含 SiO2 、CaO 等成分之污泥，作為水泥替代原料使用，其製成水泥產 品需符合 CNS 標準。
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熱處理(焙燒)技術 目前國內熱處理(焙燒)之處理方式，主要為處理含 銅 之 有 害 污 泥 ， 其 處 理 流 程 大 致 為 旋 窯 焙 燒(600~700℃)，停留 40~60 分鐘→氧化銅粉，其產 品氧化銅粉含銅量 20%以上，主要出口做為煉銅原料。
熱處理(焙燒)技術 目前國內熱處理(焙燒)之處理方式，主要為處理含銅之 有害污泥，其處理流程為將含銅污泥(或含銅廢液)經酸 鹼中和處理成氫氧化銅或氧化銅，其產品氫氧化銅、硫 酸銅或氧化銅，主要作為化工或冶煉原料。
焚化處理技術 目前國內焚化處理之處理方式，大致以有機污泥與生活
垃圾或事業廢棄物混燒，利用熱值產生蒸汽，節省燃料 使用。
資料來源：行政院環保署(2014)
2.3 生命週期評估
生命週期評估的觀念起源於 1960 年代末期至 1970 年代初期，當時主要應 用在能源利用、資源分析及污染排放估算等。研究首例為 1969 年可口可樂公司 委託 MRI 公司，對其飲料包裝是否以塑膠容器取代玻璃容器做一整體性評估。
近年來永續發展的觀念使國際環保議題備受關注，污染預防的觀念轉變為落實清 潔生產及綠色設計，生命週期評估方法由「由搖籃到墳墓」( Cradle-to-Grave )評 估一項產品或服務，比較生命週期各階段或整體生命週期造成環境衝擊的大小，
進而評估產品在環境影響考量上的優劣表現。
2.3.1 生命週期評估方法簡介
生命週期評估是一種系統化評估工具，將產品、服務或程序從原料取得、製 造、使用和棄置等階段造成的環境影響，量化成環境衝擊。根據國際標準組織 (International Organization for Standardization, ISO) ISO14040 規範標準化分析方 法，生命週期評估主要包含四項步驟如圖 2- 2：目標及範疇界定 (Goal and Scope
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Definition)、盤查分析(Life Cycle Inventory, LCI)、衝擊評估(Life Cycle Impact Assessment, LCIA)、結果闡釋(Life Cycle Interpretation) (ISO, 2006)。
目標與範疇界定上，任何一個生命週期評估研究都應該有一個目標，並且於 此描述方法的選擇、假設和限制，確立評估對象的系統邊界，以及決定後續盤查 範疇及衝擊評估的功能單位(functional unit)；盤查分析階段可將數據分為前景數 據(foreground data)和背景數據(background data)，前景數據用來描述特定產品系 統或生產體系之數據，背景數據包含材料、能源、運輸、廢棄物管理系統之數據，
背景數據可由文獻或數據庫中蒐集，依據範疇詳細盤查生命週期各階段物質及能 源的投入(input)與產出(output)資料；衝擊評估階段將盤查資料在相同的功能單位 下，量化成各種影響類別的環境衝擊；結果闡釋階段整理並分析盤查及衝擊評估 的結果，利用完整性查檢、敏感度分析、一致性分析等方法二度評估，最後為生 命週期結論及建議，提供環境建議給予決策者參考。
資料來源：ISO(2006) 圖 2- 2 生命週期評估架構
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2.3.2 污水處理之生命週期評估
一、污水處理之生命週期評估
1990 年代之後，生命週期評估已經被用於污水處理領域中，自此之後有許 多將生命週期評估工具應用於污水處理為主題的研究發表於國際期刊，顯示污水 處理系統在追求持續性發展上，生命週期評估是一個適宜的工具(Corominas et al., 2013)。
生命週期評估應用於污水處理系統之研究，由於針對相異之研究個案有不同 的研究目標，包含處理程序之環境影響、污水再利用或污泥最終處置替代方案選 擇，或是評估範疇同時包含水處理的所有階段，因此在生命週期評估中，功能單 位和影響評估方法上都有不同的設定，以下就生命週期評估之四項步驟整理與分 類。
1. 目標與範疇界定
生命週期評估應用於污水處理系統之研究，研究目標相異所設定之研究範圍 如圖 2- 3。僅以污水處理廠內單一階段之處理程序作為研究範圍：Murray et al.
(2008)考慮污泥處理程序，比較污泥處理方案及最終處置方法。 Muñoz et al.
(2009)、Meneses et al. (2010)討論三級處理程序之生命週期評估，找出最具環境 效益的處理方法，將城市污水再利用。Kalbar et al. (2013)比較污水處理廠使用人 工濕地、活性污泥法、批序式反應器等工法對環境之影響。
以污水處理廠完整處理程序為系統邊界之研究：Hospido et al. (2004)比較污 水處理廠乾季與濕季於環境影響上的差異，Gallego et al. (2008)比較了 13 個小型 污水處理廠的環保性能，Pasqualino et al. (2009)完整評估污水處理廠各階段之環 境影響，提出污泥最終處置方案最具環境影響力，Pasqualino et al. (2011)比較四
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個城市污水處理廠污水回收再利用之方案，評估相應的優點與缺點，Rodriguez- Garcia et al. (2011)比較 24 個污水處理廠在富營養化及全球暖化上的衝擊。
多數學者認為污水處理廠設計可使用年限長，相較於建設、除役階段，營運 階段之環境影響是比較顯著的。Renou et al. (2008)於研究指出，施工與除役階段 造成之環境影響，相較於總衝擊，於毒性及富營養化僅占 1%，於酸化占 6%、暖 化占 11%、資源枯竭占 13%。加上建設與除役階段之資料非常難以蒐集，因此多 數研究將建造與除役階段排除於研究範圍中。僅 Zhang et al. (2010)完整蒐集建造 相關數據加上估計除役階段數據，以及 Foley et al. (2010)考量建造階段，排除除 役階段進行完整包含建造除役階段之生命週期評估。
亦有學者認為城市污水處理之生命週期評估包含下水道運輸系統以及各處 理程序。Lundie et al. (2004)系統性分析整個城市污水處理各階段之環境影響，於 情境設計中討論人口管理、能源管理及需求管理，評估水處理對環境的影響。
Foley et al. (2010)設定之研究邊界包含污水運送階段，將污水處理程序的評估範 圍向前延伸。Amores et al. (2013)將城市水循環分為取水、淨水、供水網、污水排 放、污水處理等五大階段，以城市水循環為基礎，比較增加三級處理或是海水淡 化所造成之環境影響。
大部分污水處理生命週期評估研究，使用處理 1 m3/d 的污水作為功能單位，
探討每單位污水所帶來的環境影響(Amores et al., 2013, Meneses et al., 2010, Muñoz et al., 2009, Murray et al., 2008, Pasqualino et al., 2009, Pasqualino et al., 2011, Zhang et al., 2010)，此功能單位不一定總是具代表性，因為它不反映污水廠的進 水水質及去除效率，若比較不同系統，可能導致誤導性的結論(Corominas et al., 2013)。也因為研究目標需求 Hospido et al. (2004)、Hospido et al. (2008)、Gallego et al. (2008)、Kalbar et al. (2013)等研究以人口當量作為功能單位；Foley et al. (2010) 與 Rodriguez-Garcia et al. (2011)以每單位體積所去除之營養物質為功能單位。
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圖 2- 3 研究範疇分類
2. 盤查分析
盤 查 分 析 階 段 可 將 數 據 分 為 前 景 數 據 (foreground data) 和 背 景 數 據 (background data)如表 2- 5。
前景數據用來描述特定產品系統或生產體系之數據，包含污水處理廠之水 量、水質、能源消耗、耗材更換、藥品投注等等，可由污水處理廠之營運數據蒐 集，或是搭配內部報告、個人訪談集結，部分缺失資料可以使用廠商提供之數據、
文獻數據或是合理假設(Meneses et al., 2010, Remy et al., 2013)。完整描述污水處 理廠所需之數據亦可透過模式模擬的方式，Foley et al. (2010)使用加拿大 BioWin 仿真模擬器；Remy et al. (2013)使用 UMBERTO 5.5 整合數據資料，建立污水處 理系統。
城市水處理
包含建設、營運
、除役階段 污水處理廠 完整處理程序
處理程序
• Lundie et al.(2004)
• Foley et al. (2010)
• Amores et al.(2013)
• Zhang et al.(2010)
• Foley et al.(2010)
• Hospido et al.(2004)、Hospido et al.(2008)
• Gallego et al.(2008)、Pasqualino et al.(2009)
• Pasqualino et al.(2011)
• Rodriguez-Garcia et al.(2011)
• Murray et al.(2008)
• Muñoz et al.(2009)
• Meneses et al.(2010)
• Kalbar et al.(2013)
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表 2- 5 數據蒐集方式
數據 文獻
前景數據 Remy et al. (2013)：使用柏林大型污水處理廠 2009 年度的營運數 據，搭配合理的假設和其他廠商提供之數據。
Meneses et al. (2010)：數據為處理廠實際耗用、內部報告和個人訪 談集結而成。
Foley et al. (2010)：以瑞士污水處理廠數據做為基礎，由加拿大 BioWin 仿真模擬器模擬出不同情境的污水處理程序所消耗之能 源、材料，同時使用模擬器中的質量平衡和質傳模型計算水質及污 泥總氮總磷含量。
背景數據 Zhang et al. (2010)：使用中國統計年鑑數據庫蒐集建設資料，並以 建設工作消耗之 90%作為拆除階段消耗量。
Remy et al. (2013)：電力、熱能、化學藥品等，使用 Ecoinvent v2.2 資料庫。
Meneses et al. (2010)：選用 Ecoinvent v2.1 數據庫進行調整。
背景數據包含材料、能源、運輸、廢棄物管理系統之數據，這些並非污水處 理廠所生產出的產品，無法直接蒐集到製造這些產品時所投入的數據，故稱為背 景數據，背景數據可由文獻或數據庫中蒐集。
盤查數據最重要的在於其可用性及品質，即使是廠內測量數據，也要確認機 器及測量儀器是否完成校正，以得到更高品質的數據(Corominas et al., 2013)。
3. 衝擊評估
衝擊評估階段將盤查資料在相同的功能單位下，將環境衝擊量化成各影響類 別。生命週期衝擊評估模式可概分中間點導向(midpoint-oriented)及損害導向 (damage-oriented，亦稱終點導向(endpoint-oriented))，表 2- 6 整理常見各衝擊評 估方法之特性與優缺點。
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Renou et al. (2008) 比 較 CML 2 Baseline 2000 、 Eco Indicator 99 、 EDIP(Environmental Design of Industrial Product) 96 、EPS(Environment Priority Strategy)、和 Ecopoints 97 五種衝擊評估方法之衝擊類別以及應用結果上的差異，
其中 CML 2 Baseline 2000 與 EDIP96 在相同程序上的衝擊評估結果非常相近的；
Eco Indicator99 由於重視氨，使酸化的衝擊較高；EDIP96 方法在氧化物具有最大 的權重。
水處理的衝擊方法選擇上，有許多學者使用 CML 2 Baseline 2000 中間點導 向之衝擊評估方法；CML 2 Baseline 2000 來自於荷蘭蘭登大學環境科學中心 (Kalbar et al., 2013)，結合 Ecoinvent 數據庫之生命週期清單，透過特徵因子轉換 為衝擊類別，考慮的影響類別有酸化、全球暖化、水體富營養化、光化學氧化、
非生物資源枯竭、臭氧消化潛能、毒性，其中毒性包含淡水、海洋、人體、陸域 等(Bravo and Ferrer, 2011 , Gallego et al., 2008, Hospido et al., 2004)。
諸多影響類別中，Renou et al. (2008) 研究指出，酸化、水體營養化、溫室效 應、資源枯竭、毒性這五個影響類別，對污水處理廠來說是最具顯著性(表 2- 7)。
亦有學者選用其他衝擊評估軟體，Barrios et al. (2008)以荷蘭淨水廠做為研究 案例，使用 Eco Indicator99 衝擊評估方法，使用該方法的概念是，每個單元和材 料都可以獲得單一的分數，反映出各種衝擊。Muñoz et al. (2009)應用生命週期評 估選擇與臭氧相關之三級處理單元，並討論其毒性的影響，使用 EDIP97 評估方 法，此評估方法於人類毒性這項影響類別中，對應三個暴露途徑分別為水、空氣、
土，毒性化學物質建立在獨立的關鍵屬性物質上，模擬毒性物質命運和效應，
EDIP97 是一個簡單的方式而非綜合的定量模型。Foley et al. (2010)於研究中使用 Impact 2002+，除了中間點評估之外更進一步討論終點評估，將環境衝擊量化成 環境損害。
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表 2- 6 各衝擊評估方法之特性與優缺點
衝擊評估方法 特性 優點/缺點
CML 2000 中點(衝擊)評估方法
包含定性、標準化和評估、不包含 權重
側重於兩大類的環境影響，分別為 材料能源(生物和非生物資源)和污 染(全球暖化潛值、臭氧層枯竭、煙 霧、影氧化)
不同物質在特徵化過程會 有相當大的變化，所計算 出 的 分 數 可 能 不 完 全可 靠。
Eco-points 97 以瑞士政策的關鍵指標為基礎發
展出的計算方式
允許權重的比較和各種環境干擾 (生態因素)，並評估排放至空氣、
水、土壤之環境衝擊
依目標值或實際排放量的差異，可 使用不同歸一化因子
由於發展自瑞士政策的關 鍵指標，針對特定物質，
較詳細；同時也只有少數 影響能進行評估。
該系統基於政策面而非永 續發展，通常是政治和環 境因素間的考量。
Eco-indicator 99
這是一個終點評估方法
氮氧化物為此方法的主要貢獻者
權重的設定有關鍵性的影 響。
EDIP 97 這是一個全面性的中點評估方法
以金錢或等價物品進行標準化，以 政策上之減排目標作為權重考量
生態毒性和人體毒性皆有簡單的 模組
涵 蓋 了 大 部 分 的 環 境影 響，包含排放、資源利用 以及工作環境。
EDIP 97 為 EDIP 93 之更 新版本，涵蓋了更大範圍 的環境影響，且更接近損 害導向評估。
USES-LCA 這是一個結合暴露和效益之模型
已發展非極性物質、有機物質、化 學藥品、金屬使用之風險評估
包含化學物質數據庫
是一個簡易使用的模型，
有中點和終點的計算，亦 可改變場景的設計進行計 算。
資料來源：Chen et al. (2012)
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表 2- 7 環境影響類別說明 環境影響類別 說明
酸化 酸性氣體排放，造成酸雨破壞森林以及湖泊酸化。
水體富營養化 由於氮磷濃度過高，藻類過度發展使水流或土壤缺乏氧氣。
溫室效應 二氧化碳、甲烷等氣體過度排放，造成氣候變遷與溫室效應
問題。
資源枯竭 礦物和化石燃料的消耗，使不可再生資源枯竭。
毒性 有毒物質對人類健康以及生態的影響。
資料來源：Renou et al. (2008) 4. 結果闡釋
在闡釋階段應包含：確認生命週期盤查清單、生命週期衝擊評估結果是否有 重大問題，評價此研究的完整性以及再一次確認敏感度和一致性，提出結論、限 制與建議(Corominas et al., 2013)。
生命週期評估應用於污水處理廠上有一些限制，Remy et al. (2013)在研究中 提到生命週期評估無法反映污水處理廠之動態變化，例如全天各時段的進水變 化、降雨或是季節對當地水的影響，生命週期評估適合分析現有的平均數據，並 比較不同技術方案在資源上的需求以及相關排放。
未來於污水處理對環境影響之研究，除了生命週期評估之外，仍須其他工具 輔助，以解決重要的影響因子，包括土地使用、市民的接受程度以及法規的限制 (Lundin, 2003)。
二、污水處理之生命週期評估結果
Lundie et al. (2004)探討都市供水的生命週期評估，評估範圍包刮供水端到最 終污水處理端，研究結果表示，透過有效的管理方式，可以減少 6%的用水需求 以及節約 13%的能源。
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Hospido et al. (2004)考量乾季與濕季進行污水處理廠之生命週期評估，研究 結果表示乾季與濕季造成的環境影響近乎相等，水排放及廢棄污泥才是環境影響 主要貢獻者。
Hospido et al. (2008)比較四座不同容量之污水處理廠，分析有無二級處理系 統、有無厭氧消化系統對環境造成之影響，結果表示二級處理系統可去除有機物，
但無法去除 N、P，需搭配其他處理方法方可減少水體富營養化衝擊；厭氧消化 系統可減少污泥量、降低毒性以及全球暖化潛勢之衝擊。
Gallego et al. (2008)研究 13 座小於 2000 人口當量之污水處理廠，由於各污 水廠處理單元之差異，研究結果表示好氧-厭氧處理系統為環境友善之處理單元，
去除效率比延時曝氣高且用電量低；而不同的污泥脫水單元(帶濾機、離心機)造 成之環境影響差異不大。
Kalbar et al. (2013)比較四個城市之污水處理系統，廢水處理之主要方法分別 為：活性污泥法(activated sludge process (ASP))、序批式反應法(sequencing batch reactor (SBR))、升流式厭氧污泥床搭配兼性好氧潟湖(up-flow anaerobic sludge blanket reactors followed by facultative aerobic lagoon (UASB–FAL))和人工濕地 (constructed wetlands (CWs))。研究結果表示序批式反應法為水質處理效果最佳，
由於高耗能，造成溫室效應潛勢造成之環境影響最大；而人工溼地因為水生植物 可以產生固定碳，對於溫室效應潛勢可產生效益。
三、污水、污泥再利用之生命週期評估結果
諸多影響類別中，再生水應特別注意毒性造成之影響，廢水中污染物包含重 金屬、藥品、個人護理品等新興污染物，Muñoz et al. (2009)應用臭氧、臭氧與過 氧化氫進行實驗，比較三級處理有無以及海水淡化之環境影響，研究結果在毒性 類別上，不同情境的差異較小，若以暖化潛勢類別，三級處理可減少 85%溫室氣 體排放量。
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Zhang et al. (2010)於研究中完整盤查污水處理廠建造、營運、除役階段之數 據，並評估污水回收之環境影響。研究結果指出，三級處理雖然造成環境衝擊，
但同時也產生水再利用之環境效益，此環境效益不只與三級處理相抵消，更幾乎 可以彌補二級處理對環境之衝擊。
Meneses et al. (2010)比較三種三級處理程序，包含加氯及紫外光、臭氧、臭 氧及過氧化氫，評估結果表示加氯及紫外光為最佳方案；同時也設計了兩種水再 利用方案與海水淡化相比較，研究表示再生水應用於農業再利用供水是最環保選 擇，主要是避免了肥料的生產；而再生水應用於城市所造成之環境影響，與原本 城市供水系統之淨水處理環境影響差異不大；相較之下，海水淡化是最耗能之供 水方式。
Pasqualino et al. (2011)在研究結果中提到，二級處理在大部分指標中具有最 高的環境衝擊，改善上要注意的是初級處理與二級處理後的排放水仍必須遵守法 規標準，相較之下三級處理占總影響約 1.1%至 3.2%，意味著增加三級處理對整 個污水處理系統的總影響是不顯著的，再生水的產出可替代非飲用水使用。
Houillon and Jolliet (2005)設計六種污泥處理方案，分別為：農業應用、焚化、
濕式氧化、熱解、水泥窯焚燒與石灰膏狀掩埋，進行能源和緩化分析，在能源平 衡上，農業應用為消耗能源最低的替代方案，對於暖化潛勢之影響，水泥窯焚燒 為最佳選擇，垃圾掩埋和農業應用由於產生沼氣，因此為最差的選擇。
Hospido et al. (2005)考慮污泥前處理(機械脫水、熱乾燥)及污泥後處理(焚燒、
熱解、掩埋、農業應用)階段，研究指出沒有一種處理方式在各影響類別中都能是 環境效益，因此沒有通用的對策和解答，研界認為消化後之污泥有應用置土地之 價值，污泥餅的產出也應以最低重金屬含量為目標。
Pasqualino et al. (2009)指出污泥最終處置與厭氧消化程序有決定性的影響，
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做為農業與肥料使用，污泥帶來的衝擊也因此轉變為環境效益，厭氧消化程序所 產出之沼氣，用以發電或汽電共生，減少能源消耗是很大的改善。
Remy et al. (2013)分析現有污泥處理與污泥最終處置，在能量需求及溫室效 應上的影響，研究結果表示，污泥最終處置不同有相當大的環境影響，其中污泥 在水泥窯焚燒可以減低碳足跡。
2.3.5 生命週期評估之敏感度分析與不確定性分析
一、敏感度分析
敏感度分析可以分析出生命週期評估之重要參數對環境衝擊的影響程度，主 要目的是確立關鍵的數據和假設，可用來簡化數據收集與分析，且不影響結果的 穩定性。進行敏感度分析有以下方法：
1. 龍捲風圖(Tronado diagram)：是最常見的表示方式之一，有助於比較具有高 不確定性的變數與相對穩定的變數之間相對重要程度。
2. 單因子敏感度分析(One-way sensitivity analysis)：指分析時每次只變動一項 敏感參數，而其他參數都保持不變，以求評估結果百分比差的改變。
3. 多因子敏感度分析(Multi-factor sensitivity analysis)：指假設其它不確定性因 子都保持不變的條件下，計算兩種或兩種以上不確定性因素同時發生變動，
對評估結果的影響程度。
二、不確定性分析
不確定性會影響評估結果之可靠性如圖 2- 4，使用生命週期評估時，決 策者必須了解不確定性對評估結果的影響程度(羅時麒，2005)。將生命週期評估 之不確定性及變異性的來源分為六類，分別敘述如下：
24
資料來源：Huijbregts (1998) 圖 2- 4 生命週期評估之不確定性
1. 參數不確定性(Parameter uncertainty)：生命週期評估結果來自於大量資料供 應，參數不確定性對於生命週期評估結果影響很大，包括因資料不完整或資 料缺乏而使用替代數據，以及數據量測、取樣上的誤差等皆會使參數的代表 性降低。
2. 模式不確定性(Model uncertainty)：許多環境現象存在非線性特性，生命週期 評估線性化假設，無法完整呈現相關環境衝擊資訊(楊，2008)。
3. 選擇產生之不確定性(Uncertainty due to choices)：包括選擇盤查資料及分配，
盤查分析簡化流程所應用的截斷規則，功能單位或權重因子的選擇等，皆會 增加結果的不確定。
4. 空間變異(Spatial variability)：因各地區環保法規標準、產業技術水平及經濟 發展等條件不同，導致不同區域排放量估計之差異。
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5. 時間變異(Temporal variability)：隨著時間變動，技術的提升與製程改善或變 革等，將導致排放量估計的差異。生命週期評估結果對於未來決策仍存在時 間落差結果，對於綠色設計之開發，不確定結果增加了生命週期評估決策的 難度(楊，2008)。
6. 投入產出製程的變異(Variability between sources and objects)：定性化相同功 能產品之生命週期評估比較，由於製程、供應鏈及生產技術的不同，結果也 因而有所差異。
綜合上述，歸納分析生命週期評估參數與計算過程不確定來源，可概分為三 類：
一、盤查資料不確定性分析：利用不確定性方法估算盤查資料之變異性、時間相 關性，或盤查清單間差異性比較。
二、評價系統係數及環境衝擊因子不確定：包含特徵化因子、標準化因子及權重 等不確定性分析。
三、模擬評估過程的不確定性：總和盤查資料、程序參數、評價系統環境衝擊因 子及系統範疇與分配等。
2.4 研究案例
金門地區自然資源缺乏，水資源不足一直是金門地區需解決的問題，本研究 選用金門地區的金城污水處理廠作為研究案例。
2.4.1 金門地區水資源概況
金門地區四面環海，屬於亞熱帶海洋性氣候，根據歷年統計資料，金門地區
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全年平均年雨量 1,047 毫米，僅為台灣地區平均年降雨量之 40%左右，且降雨時 間與降雨分布極不平均，其中 75%集中於 4 月至 9 月左右，為雨量少且蒸發量大 之乾燥氣候。現有水庫之水源多賴梅雨及颱風暴雨，雖已開闢多座水庫蓄水，惟 其降雨時間短暫，加上集水面積狹小且坡度陡，以致大部分地區地表逕流不易聚 集，為水資源缺乏之地區(金門縣自來水廠，2011)。
金門地區水源主要以湖庫及地下水為主，海水淡化為輔，地面水利用方式有 大型湖庫，如太湖、金沙水庫等，以及散佈金門各地小型農塘；用水需求大概可 分為生活用水、觀光用水、工業用水、國防用水、農業用水與保育用水等用途如 圖 2- 5。由於地面續水設施不足，枯水季節農業灌溉與環境澆灌用水往往需抽取 地面湖庫水與地下水，增加飲用水源短缺之風險。
經濟部水利署(2009a)指出，2009 年金門地區供水能力為每日 3.17 萬立方 公尺，供需尚能平衡，未來若「海淡二期」、「小金門海淡」及「大陸福建省引 水工程」等計畫若皆如期完工，則供水能力將提升至每日 4.16 萬立方公尺，尚 可滿足需求，若未能如期完成，至 2031 年約有每日 0.92 萬立方公尺之缺口。
因此經濟部有「金門地區湖庫水質改善及清淤規劃」、「金門地區供水改善規 劃」、「金門地區水再生利用規劃及試辦計畫」、「金門地區整體供水改善綱要計 畫」等許多相關研究計畫，改善金門地區水資源問題。
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資料來源：經濟部水利署(2013) 圖 2- 5 2011 年水資源利用概況
資料來源：經濟部水利署(2009a) 圖 2- 6 金門地區生活及工業用水供需圖(不含自行取水)
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2.4.2 金城污水處理廠簡介
金城污水處理廠(掛牌名：金城區水資源回收中心)位於金門縣金城鎮，處理 範圍包括安和社區、鳳翔社區、中正國小、金城國中、金門高中等金城都市計劃 地區。
金城污水處理廠之設計容量為每日 3,000 立方公尺，而目前處理量為污水處 理廠設計最大處理量，每日 4,500 立方公尺，為金門地區處理水量最多之污水處 理廠(圖 2- 7) 。污水處理廠設計水處理方法為氧化深渠法，其處理流程經欄污 柵、沉沙池、氧化渠、沉澱池及消毒槽等二級處理後排放；污泥處理經預先處理、
重力濃縮、帶濾脫水後掩埋，如圖 2- 8。
資料來源：金門縣自來水廠統計年報(2011、2012)，本研究整理 圖 2- 7 2011、2012 年各月份污水處理廠進流量統計值
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圖 2- 8 金城污水處理廠處理程序 污水處理部分：
金門城污水處理廠固定按月對進流水及放流水進行檢測，檢驗項目有生化需 氧量(BOD)、化學需氧量(COD)、懸浮固體物濃度(SS)等項目，其 2012 年平均數 值如表 2- 8 所示，以 COD 之去除率較低。
表 2- 8 2012 年金城污水處理廠進流及放流水質
污水處理廠 金城污水處理廠
水質 進流水 放流水 去除率
污水水質 BOD(mg/L) 84.43 5.33 95%
COD(mg/L) 257.13 26.17 89%
SS(mg/L) 93.89 3.85 96%
污泥量(噸/月) 46.17
資料來源：金門縣自來水廠統計年報(2012) 金城污水處理廠目前已進行部分放流水再利用，除了廠內澆灌之外，有少量 放流水作為附近濱海公園、莒光公園及石雕公園花木澆灌利用(經濟部水利署，
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2009b)。
根據水利署金門地區水再生利用規劃及試辦計畫，未來金城污水處理廠將增 加三級處理程序，放流水作為城市污水再利用，提供鄰近農業灌溉、花木澆灌、
景觀等用水，待學校機關建置中水供應系統後，可提供金城國中、省政府、金門 高中等機關學校沖廁用水，亦可利用管線將再生水注入鄰近之莒光湖與金山池，
以及提供石雕公園，且未來莒光湖不需要再引入海水(經濟部水利署，2009b)。
依現行法令規定，埤塘(莒光湖、金山池)同等濕地，進入之水質必須符合放 流水標準，然而，由於埤塘(莒光湖、金山池)為開放水體，有民眾親水之可能，
且再生水注入後將提供民眾抽取灌溉或花木澆灌使用，因此放流水放流至埤塘前 仍需經再生處理程序以提升水質(經濟部水利署，2009b)。
污泥處理部分：
金城污水處理廠污泥處置方式為重力濃縮、帶濾脫水、掩埋。金城衛生掩埋 場已使用多年，掩埋容量有限，且目前金門本島各鄉鎮現有之掩埋場皆為租賃之 土地，無法作長期性之規劃使用，雖然金城鎮赤山掩埋廠已經啟用，但是減少污 泥掩埋仍相當重要。
於金門縣綜合發展計畫暨離島綜合實施方案中(金門縣政府，2006)亦提到，
能源政策必須運用金門現有的資源，並於金門二期離島綜合建設實施方案中(金 門縣政府，2007)，經專家評估後建議興建垃圾焚化爐，其興建地點以金寧鄉賈村 為第一優先興建地點。如果污泥可以經焚化可將能源回收再利用或可成為其他可 再利用資源，可減少金門地區資源缺乏的負擔。
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第三章 研究方法
3.1 生命週期評估方法
生命週期評估軟體 SimaPro 7.1 為近年國際上普遍使用的生命週期評估軟體 之一，係由荷蘭 Leiden 大學於 1990 年依 LCA 架構建置。除了包含 Ecoinvent 生 命週期盤查資料庫外，也具有多種衝擊評估方法可供選擇，並且內建蒙地卡羅分 析可用來計算環境衝擊的不確定性。本研究於 SimaPro 軟體中建立污水處理系統 之盤查清單，選用 CML 2 Baseline 2000(簡稱 CML 2000)衝擊評估方法，量化產 品對環境的影響。
3.1.1 目標與範疇界定
目標與範疇界定為生命週期評估之首要步驟，內容包含研究目標、功能單位、
範疇界定與研究假設，分別如下所述：
一、研究目標
本研究使用生命週期評估軟體 SimaPro7.1 及 CML 2000 衝擊評估方法，將 污水處理廠現階段盤查資料以及未來再生水、污泥再利用之盤查資料，藉由生命 週期評估量化其環境衝擊，研究目標為量化污水處理廠之環境衝擊，並選出最適 合該污水處理廠的再生水利用方式及污泥再利用方式。
二、功能單位
污水處理廠主要目的在於去除水中污染物，減少排放廢水中的固體、有機物 和營養物的排放量。於功能單位的定義中，有幾個選項可以參考：以一定時間周
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期內處理後之污水或污泥生產量，或污水處理廠進流水量作為功能單位(Hospido et al., 2004)。本研究選用前者，污水處理廠處理後之污水量，經計算換算為一立 方公尺(1 m3)之污水為功能單位，作為生命週期評估中用以分析與比較的基礎單 位。
三、範疇界定
雖然下水道已被證實與環境衝擊有關，但污水處理廠仍是最主要之衝擊來源 (Doka, G., 2009.)。本研究考量污水處理營運階段，將污水處理系統之生命週期評 估區分為污水處理階段、再生水再利用階段及污泥處理與再利用階段，考量污水 處理廠自進流水之各處理單元，各操作單元營運所需投入之能源、藥品，包含放 流水、再生水、污泥再利用等對整體對環境之影響，圖 3- 1 為金城污水處理廠系 統邊界。
圖 3- 1 金城污水處理廠系統邊界圖
污水處理階段，以金城污水處理廠現況為基礎，可分為污水處理程序及污泥 處理程序，污水經下水道收集後進入污水廠，經一級處理程序包含欄污柵、沉砂
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池及混合池去除漂浮物、懸浮固體、調勻流量或濃度，進入二級處理程序氧化深 渠，以旋轉滾輪曝氣使污水表面接觸氧氣，使污泥不沉降，最後進入消毒池加氯 錠消毒後放流海洋。污泥處理程序包含沉砂池所產生之雜質廢沙及終沉池所產生 之廢棄污泥，經污泥儲池收集後脫水，脫水階段添加絮凝劑減少污泥含水率後運 送至掩埋場掩埋處置。
再生水再利用階段以經濟部水利署(2009b)於金門地區水再生利用規劃及試 辦計畫中，設計規劃金城污水處理廠增加三級處理程序為本研究基礎，處理程 序如圖 3- 2，包含砂濾、臭氧、微膜過濾。並於情境分析中假設污水再利用經 二級處理後應用於農業澆灌以及經三級處理後應用於城市。
資料來源：經濟部水利署(2009b) 圖 3- 2 水再生利用規劃設計之三級水處理流程圖
污泥再利用階段以污泥再利用為目標，一般污泥處理經濃縮脫水後僅掩埋處 理，若經濃縮、脫水、堆肥化應用於農業再利用，若濃縮與脫水後經焚化為灰燼，
其中焚化階段可提供熱值，而灰燼可成為建材再利用。於情境分析中假設污泥處 理方式及污泥再利用方案，由文獻收集相關盤查數據後進行生命週期評估。
四、研究假設與限制
本研究假設施工與除役階段造成之環境影響相較於營運階段、廠內設備(包 含三級處理階段之薄膜系統)，所造成之環境影響不顯著，故於範疇界定將施工
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與除役階段排除。
Hospido et al. (2004)考量乾季與濕季進行污水處理廠之生命週期評估，研究 結果表示乾季與濕季造成的環境影響近乎相等，水排放及廢棄污泥才是環境影響 主要貢獻者，故本研究假設金城污水處理廠流量穩定，乾季與濕季流量變化不大。
生命週期評估無法反映污水處理廠之動態變化，例如全天各時段的進水變 化、降雨或是季節對當地水的影響，僅適合分析現有流程基礎上的平均數據，比 較不同方案在資源上的需求及相關排放。
五、情境假設
以金城污水處理廠目前處理程序為基礎，設計兩個再生水利用方案及三個污 泥再利用方案如下：
污水處理：
方案 0 無再生水且無污泥再利用：為研究案例金城污水廠現況，污水經二級處 理程序後放流至海洋，污泥經濃縮、脫水後掩埋處理。
方案 1 再生水應用於農業：污水處理廠二級處理後，再生水應符合灌溉水水質 標準，應用於農作物澆灌、花木澆灌。
方案 2 再生水應用於城市：經濟部水利(2009b)以金城污水處理廠設計之污水三 級處理程序，選定以「砂濾、臭氧、MF 微膜過濾」程序進行規劃，將再生水應 用於建築物沖廁、消防、裝飾噴泉、休閒蓄水、雜用水等等。
污泥處理：
方案 0 污泥無再利用：為研究案例金城污水廠現況，污泥經濃縮、脫水後掩埋處 理。
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方案 3 污泥應用於農業：污泥經濃縮、脫水、堆肥後應用於農業再利用。
方案 4 污泥焚化後能源回收再利用：污泥經濃縮、脫水、焚化後灰燼掩埋，焚化 過程中產生之熱能再利用。
方案 5 污泥應用於建材：污泥經濃縮、脫水、焚化後灰燼作為黏土磚。
3.1.2 盤查分析
一、能源使用
金門地區由塔山、夏興、麒麟等 3 座電廠供應全島軍民用電，台灣使用 重油發電為協和、大林、尖山、塔山及珠山發電廠，重油發電之裝置容量合 計分別為協和 200 萬瓩、大林 75 萬瓩、尖山 12.98 萬瓩、塔山 5.6 萬瓩、珠 山 1.54 萬瓩共 295.12 萬瓩。金城地區使用之能源為塔山發電廠，燃油種類 為重油，裝置容量合計約 5.6 萬瓩，塔山發電廠用油量占全台灣 1.8%。
(1) 原油開採及運輸階段
國內所消費的原油幾乎都是從國外進口，原油開採的投入產出皆是發生 於其原產地，但各地的原油開採盤查資料取得不易，因此各產地原油開採的 盤查均使用 Ecoinvent 資料庫內建盤查項目來代表。原油進口資料根據經濟 部能源局(2011)的統計數據，其中最主要來源為沙烏地阿拉伯占 33.76%，其 次 是 科 威 特 占 23.06% ， 而 海 上 運 輸 距 離 則 依 據 Sea-Rates.com 網 站 (http://www.searates.com/cn/reference/portdistance/)所估算之海運里程，估算 基準為原油出口國的代表港口至高雄港，原油進口資料及海運距離如表 3- 1。
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表 3- 1 原油進口情形及海運距離
國家 代表港 進口量(千桶) 進口比例(%) 海 運 距 離 (km)
安哥拉 Cabinda 52,168.00 17.99 16440.25 剛果 Djeno 4,544.56 1.57 16512.51 伊朗 Bandar
Mahshahr
11,040.08 3.81 10260.38
伊拉克 Fao 8,224.00 2.84 10245.08 科威特 Mina Al
Ahmadi
66,893.96 23.06 10206.88
奈及利亞 Port Harcourt 4,836.28 1.67 17622.05 阿曼 Mina Al Fahal 4,001.56 1.38 8952.31 沙烏地阿拉伯 Ras Tanura 97,930.92 33.76 9967.76 阿拉伯聯合大
公國
Das Island 17,259.81 5.95 9736.05
其他 - 23,162.35 7.99 -
總計 - 290,061.52 100.00 -
資料來源：經濟部能源局(2011)、Sea-Rates.com、謝(2013) (2) 重油提煉階段
重油是原油提取汽油、柴油後的剩餘重質油，其特點是分子量大、黏度 高。原油進口至港口後，通常會以油罐火車，油罐汽車和油管等方式將原油 運送至煉油廠，本研究假設利用油管輸送原油，而港口至煉油廠的管線距離 為 20 公里。煉油廠提煉程序盤查，由於缺少國內的實廠數據，因此以 Ecoinvent 資料庫內建的歐洲煉油廠資料，調整原油來源、台灣電力系統之 能源供應及運輸距離後做為代表(Heavy fuel oil, at refinery/TW U)。經煉油廠 生產出之重油，由高雄港海運至金門料羅港距離為 277.5 公里，陸運 19.9 公
