摘 要

隨國民所得的提高﹐人們在物質享受之餘，同時提升了對環境品質的要求﹐然又因在利用環境資源創造經濟奇蹟同時，亦面臨了環境破壞致水資源枯竭兩難的現象。為避免逐漸增多的環境災害與降低水源涵養力，水資源開發規定愈趨嚴格與困難；在經濟與環保雙贏策略下，廢水處理技術朝向廢水回收再利用之新技術研發已逐受各界所重視。

電聚浮除法為國人自行研發技術，其利用電場的誘導，使水中雜質產生偶極化，藉流道的設計而自動聚集成為膠羽，並在不外加空氣情況下，利用專利技術使膠羽充滿氣泡，在添加助凝劑後自動浮除，可有效迅速去除廢水中雜質以符合排放標準。也因此法可去除水中小於1μm之雜質，將此法配合過濾設備或活性碳吸附或逆滲透裝置，可將經處理後之廢水以不同回收使用要求提升至符合飲用水標準，為一相當具有潛力之水資源開發利器。文中除介紹此技術之原理外，並整理此技術去除不同污染物之廢水效率及其與不同處理方法配合之優勢，此技術值得業界推廣至水處理系統。

 【關鍵詞】

1.電聚浮除  2.偶極化  3.水再利用 4.電場

一、 前言

科技進步﹐生活品質提高﹐伴隨著環境污染之增加﹐廢水的質及量愈趨複雜。廢水處理技術﹐由早期一般馴化之生物處理技術配合化學混凝沉澱處理至目前較熱門之處理技術PACT法、電解膠凝、電解氧化、化學氧化、臭氧氧化、O3/UV、 電透析、逆滲透等﹐不外乎欲將生物及化學難處理之水中雜質去除﹐除能達放流水標準外﹐更期能將處理後之廢水提升至水資源回收再用之目標。

近幾年來﹐地球村的概念逐漸形成﹐為了替後代子孫保留乾淨的環境﹐環保已經成為國際上共同語言﹐在此同時電子科技日新月異﹐模組化、自動化﹐多功能處理的理念已逐漸成為時代的趨勢。

電聚浮除法(簡稱EPN法)為一新開發之技術﹐為一具備模組化與電腦化之系統﹔其利用外加電場之作用﹐促使污染物之帶電荷產生重新分配﹐使污染物自行碰撞而凝集﹐其過程會使粒徑增長10³~10⁴倍﹐易於凝聚以除去水中污染物。經研究此法對許多種廢水均有顯著處理效果﹐故值得深入瞭解此法處理特性﹐評估其操作因子在不同控制條件下之穩定度及其應用於工業廢水處理之適用性。

二、 原理探討

EPN法結合了電子學、流體力學、電化學等相關技術﹐此法由電場的角度切入﹐以強化電荷凝聚之特性﹐形成污染物自凝作用及膠羽成長﹐使污染物結合並予以去除。其反應作用受下列因子影響:

1.  操作電壓

由於此系統乃利用外加直流電於兩極板間﹐迫使水中雜質受電場之影響，本身產生電荷重新分配﹐惟其電荷重新分配強度與介質、雜質、電場強度密切相關。因此在固定極板間距時﹐操作電壓的大小便決定了電場之大小﹐進一步影響處理之效率。從圖一顯示﹐隨著操作電壓增大﹐COD去除效率提升﹐其原因為電場作用及電解反應﹐隨電壓強度增加而增強﹐促使污染物質之表面電荷重新分配情形愈激烈。此時帶+、-電荷之雜質外面各環繞著一圈圈磁場﹐藉流動過程﹐彼此接近吸引。此種結合屬於自凝行為﹐且由於偶極化的作用繼續產生﹐形成大的帶+、-電荷的新雜質﹐又再有機會與其它雜質碰撞結合形成具更強電荷與粗大之膠羽團﹐易於後續浮除去除﹐故其處理效率隨電壓增加而提高。

2.  處理時間      

由於顆粒中之電荷在受電場作用後﹐必需要有時間予以重新排列﹐同時顆粒物質在S型流道中的攪拌碰撞作用﹐也需有相當時間來完成﹐是以處理時間過短膠羽形成不良易降低效率。反之處理時間過長無助於已形成之膠羽量﹐造成處理量減少﹐增加操作成本。此可由圖二明顯看出﹐足夠處理時間﹐可大幅提高COD去除效率。

圖一 EPN法不同電壓下與COD去除率之關係     圖二 EPN法停留時間對COD去除率之影響

   (工業區綜合廢水COD=213mg/L)      (工業區綜合廢水COD=213mg/L)

3.  極板間距

極板間距大小會影響電能消耗，當電壓相同時，極板間距愈小，電能消耗將增加；極板間距愈大，能量消耗越小，但所需設備組數將增多，初設費用投資大，因此極板間距應適當。

4.  pH

此法pH控制點有兩處，一處為進流水pH控制，其為使雜質在水中溶解度降至最低，要求調整在等電點附近。如工業區廢水進流水pH調整為 5 ，其COD去除率最高，詳見圖三。另一處為經電化系統處理後之水質pH值調整，要求控制在膠羽最明顯生成的位置，促使膠羽快速上浮。

5.  水中雜質種類

6.  電導度

廢水的電導度，基本上從0~100ms/cm均可適用，例如半導體廠之研磨廢水電導度337 μs/cm，COD由 86.1mg/L降至14.8mg/L，白色混濁廢水經處理後透光度由50%提升至97%，透視度30cm以上。又如電導度高達57,600μs/cm之食用油廢水，COD去除仍可達80%。惟電導度不宜過高，避免離子在兩極間傳送電流增加能量消耗。

7.  凝聚濃度

廢水中的懸浮顆粒、有機物、油脂，經EPN法處理後形成膠羽凝聚成團塊，由於反應在管路中完成，團塊太多將影響流動的暢通，為保持水體的良好流動性，一般進料濃度控制在1%~2%以下，維持在廢水狀態而非廢液。

8.  溫度

廢水的溫度越低，雜質在水中溶解度越小，越有利於EPN的操作；溫度太高除了溶解度提高的不利因素外，另外在電化學機內允許的溫昇度減少，操作彈性較窄，一般溫度在20~40℃較適當。

9.  助凝劑

EPN系統後續處理系統如同化學混凝作用需藉由高分子凝集劑將形成之膠羽迅速結合成團塊上浮去除，一般添加量約2-5mg/L。

整體而言，此法操作中水中雜質之變化如下:

    偶極化     碰撞     偶極化    碰撞     凝集   能量釋放

小雜質──→帶電核─→中雜質──→帶電核─→大雜質─→膠羽─→氣泡膠

          小雜質              中雜質                   羽上浮

  10 A      100A    0.1μm     10μm   100μm   1mm 

   雜質抓取              雜質成長           雜質移除

三、此技術應用之前瞻性

1.  水資源回收與再利用對環境保護落實之迫切性

以台灣為例，參考水資會83年資料，台灣一年雨水量有762億立方米，用水量為175億立方米，其中40.6%取自地下水，30.9%由水庫供給，28.5%引自河川水。其中主要供給用途為農業用水佔77.1%(135億立方米/年)，生活用水佔14.3%(25億立方米/年)，剩餘8.6%為工業用水(15億立方米/年)。假設生活用水與工業用水中80%成為廢污水， 則合計每年廢污水產生量為32億立方米，經換算為每天8.76百萬噸。

水是產業的命脈，台灣是全球第十八位缺水地區，產業若要升級，水資源開發刻不容緩。廢污水再生為水資源開發最有效的利器，如果從廢（污）水中再生80%水資源(25.6億立方米/年)，則等於開拓了1.7倍的工業用水，相當於187倍新竹科學園區全年自來水用水量。

是以若為因應逐年增加之供水需求，於水資源開發上僅能朝向水庫開發，惟興建水庫所費不貲(約計每天每噸供水之水庫興建成本約3.3萬元)，加上從規劃到完工需達數十年曠廢時日，且破壞水土保持與自然環境，故若能將此費用轉注在廢水回收再用上應屬相當可行之替代方案。

又若以為能降低河川污染之公共污水下水道接管來看，預計民國98年接管率可提升至36%，每噸污水建設費用約計5.5萬元。惟以河川污染問題上來看，依據經濟部水資局86年水資源白皮書之資料，台灣河川污染來源比重工業廢水佔55%、畜牧25%、民生20%。換言之，至民國98年只能去除7.2%河川污染。若是能轉換考量面，配合工業廢水回收再用，其對河川污染改善上效益應更大。

整體而言，節水於工廠本身有助於其用水成本之降低，更能減輕污染費用之支付，加上其間投資環保設備尚有投資抵減辦法以節省成本，且可降低缺水風險，另亦能提升放流水水質優於八十七年標準，提升工廠環保形象與符合ISO持續改善之精神，可謂一舉數得。而於環境上不但能減輕河川污染負荷，減少水資源開發之環境破壞，若將水庫開發費用及污水下水道建設費用，合計約每噸水8.8萬元，撥出部份投資在廢水回收上，其創造出之水資源更加可觀。

是以EPN技術於推展上即期望能以廢水處理回收再利用之水資源替代觀點作為此技術推廣之訴求。

2.EPN技術與其他處理技術配合應用於水資源或廢水回收再用之優點

  A.各種廢水處理技術之比較

表一 一般常用之廢水處理技術之特點

配合表一資料，整理常用處理系統其受影響或較難處理之物質如下：

(1).生物系統:SS大粒徑雜質、毒性物質

(2).臭氧系統:SS大粒徑雜質

(3).活性碳:高濃度SS

(4).離子交換:SS

(5).電透析:SS、SiO2

(6).逆滲透:SS、SiO2

 B.EPN法與其他處理方法不同處

(1).可移除水中雜質粒徑範圍較一般處理系統大

a.可與過濾系統或逆滲透系統搭配組合提高效率

一般處理系統不易去除1μm附近之雜質，而此類物質對薄膜法如U.F.、R.O.系統相當不利，會造成濾心、薄膜阻塞，增加濾材更換頻率。此部份EPN法去除效果不錯。如半導體廠研磨廢水其水外觀清透略帶白色混濁，其電導度337μs/cm，SS 3.5 mg/L，COD 86.14mg/L，水中殘留雜質為溶解性物質，此可由TDS 1336.5mg/L  TVSS 138mg/L確定。此種水質以PAC加上polymer凝聚處理無法得到良好沉降，分離性差，造成水外觀仍呈淡淡白色混濁水液。經以EPN法處理後，水質清澈如水，SS 測不出，COD降至14.8mg/L，TDS 465mg/L，TVSS 102.5mg/L，83%溶解性有機物被去除。

b.可與生物處理搭配提升廢水回收機會

生物處理系統為廢水處理體系中最重要也是費用最低處理方法，其可有效去除水中小分子溶解性有機物，惟其受制於水中毒性及大分子物質，且其所需處理時間長、產生大量污泥是其缺點；於水資源再利用上，面臨小於1μm之溶解性雜質無法除去。此部份難處理處恰可藉由EPN法配合處理之。

另也可視需要，先以EPN去除水中具生物毒性之物質，將水中雜質單純化後，再輔以生物處理，發揮各司所長之處理效率。

(2).可接受廢水電導度範圍大

表二顯示各類廢水之處理條件與效果，歸納其結果可知pH在6.5~9.0範圍間，電導度250~28,400μs/cm，經EPN處理後，COD去除率60~90%間，有機物去除效果相當不錯。表三為屬強酸鹼廢水，電導度極高下，EPN法仍有相當去除率。另外此法也可去除電導度極低之SiO2廢水，可將SiO2濃度由80mg/L降至5mg/L，若將其與R.O.系統組合，兩系統可各自發揮所長，R.O.去除<100A之物質(此部份EPN較難去除)，而會對R.O.產生阻塞之0.01~0.1μm之大顆粒如SiO₂則可藉由EPN處理之，延長R.O.使用壽命。此組合系統應用在廢水回收再利用上具有相當潛力。

(3).反應時間短

此法藉由形成偶極化之帶電核荷雜質不斷快速碰撞結合，電化學機所需的處理時間約1分鐘，加上前處理、後處理、浮除機，全程系統的反應時間不超過十分鐘，即可有效將雜質自水中分離完成。

  (4).藥劑添加少污泥產生量低

此法可不經藥劑添加而藉雜質自身的聚合去除，因此污泥乾基量，實際就是進料被去除雜質的總量，故其污泥量較一般化學混凝或電解膠凝法減少許多。

 (5).具有滅菌效果

在足夠電場強度下，任何生物體都無法生存，含有細菌、大腸菌的水經過電化學機後都被滅菌，如原先大腸菌數1*10⁵個/ml經處理可降至<10個/ml。此種滅菌方法無需添加藥劑，亦無藥劑殘存困擾，惟若欲將其取代目前消毒設施，需進一步研究當電場消失後細菌再繁殖所需時間。

綜合上述，由於EPN可去除<1μm水中雜質之特色，可與生物、過濾設備、逆滲透系統結合，發展出極具效率廢水處理回收再用系統。以科園污水處理廠廢水為例，進流水質COD=101mg/L、SS=127mg/L、電導度2,000μs/cm，經EPN處理後，COD降至20mg/L，SS=4 mg/L、電導度2,050μs/cm、透視度大於30cm；出流水再經R.O.處理後水質為COD測不出、電導度25μs/cm、大腸菌18 MPN/100ml、濁度 0.1 NTU、總硬度 1mg/L、pH =7.5、亞硝酸鹽0.082mg/L、硝酸鹽0.13mg/L，符合飲用水標準。

四、結論

電聚浮除法為國人新開發廢水處理技術，其具備模組化、電腦化等設計功能，擁有處理時間短、pH、電導度可接受範圍大，能去除<1μm微小顆粒等優點。其除單獨應用於廢水處理外，更可與生物、過濾系統或逆滲透設備搭配，提升各系統功能，並將廢水回收再利用，成為創造水資源利器，值得各界深入瞭解與推廣。

致  謝

本文能順利撰寫完成，感謝財團法人中華民國環保科技研究發展中心之資料提供及李明星、蘇拾生先生之指正，在此獻上由衷謝意。

參考文獻

1.呂冠霖, 利用電聚浮除法處理染整工業區廢水之研究 ,淡江大學水資源及環境工程研究所碩士論文，1997。

2.  王冬信, 電子業超純水循環系統 ,化工技術第二卷第七期,p.52,1994.

3.  蘇拾生, EPN電聚浮除處理技術介紹 ,工業污染防治第62期,p.169,1997.

表二 各種不同電導度廢水經EPN法處理之結果

註:E表電導度;V表操作電壓;A表操作電流

表三 各種強酸強鹼廢水經EPN法處理之結果

註:E表電導度;V表操作電壓;A表操作電流