污水處理概論


污水要經過哪些流程才會淨化呢?

處理原理


污水淨化的原理主要有:去除懸浮物、去除離子及消毒。
點選下面分頁,一同探索可以使污水淨化的原理吧!

過濾

將污水通過用多孔材料所作之介質,攔截內含之固體顆粒
常見之介質如:活性炭、離子交換樹脂。

沉澱

利用懸浮物與水在密度上的差異,使雜質下沉。

混凝

利用當混凝劑與水混合時會與水中細小的物質聚在一起成為較大較重的物質之特性,使懸浮微粒快速地沉澱下來。


化學沉澱法

通過向廢水中投加捕捉劑,發生化學反應使離子變成不溶性物質而沉澱分離。
通常用於重金屬。

電解法

利用金屬的電化學性質,使金屬離子在電解時能夠從相對高濃度的溶液中分離出來,然後加以利用。

離子交換法

通過向重金屬廢水中投加重金屬捕捉劑,發生化學反應使重金屬離子變成不溶性物質而沉澱分離。

膜分離技術

利用半透膜僅允許特定物質單向通過之特性,在外界壓力的作用下,將溶劑和溶質進行分離或濃縮的方法。

生物吸附法

藉助生物體本身之化學作用,吸附金屬離子。

生物絮凝法

利用微生物或微生物產生的代謝物,進行絮凝沉澱的一種除污方法。

曝氣

藉由在水中加入空氣,提高水中溶氧量,使使水中的微生物得以生長,進而分解污染物。

氯化

將氯元素加入水中,透過氯本身極強的還原力將水中無機的毒物氧化,使污染性下降,大致又能分為:

    氯消毒
    使用液氯、一元型(二元型)氯粉,透過投加器攪拌,產生氯氣進而殺菌
投加器

    二氧化氯消毒
    使用鹽酸和氯酸鈉,透過專門產生器產生二氧化氯後直接導入水中,透過其本身的強還原力進行殺菌
二氧化氯產生器

臭氧殺菌

利用臭氧本身極高之不穩定性,將其直接導入水中,透過其強還原力殺菌。

紫外線

利用特殊設計的高強度紫外線,使水中的各種病原體細胞中DNA結構受到破壞而失去活性。

處理方法


想知道污水如何才能淨化甚至成為飲用水嗎?快來學習污水處理的流程吧~

在人類的歷史中,因為人類和自己的排泄物住得很近,經常因此染病。直到英國麻醉師斯諾(John Snow)博士,確認一口被汙染的水井,是一八五四年倫敦霍亂大流行的源頭時,才有汙水與飲用水要分開的觀念。基於斯諾的發現,倫敦開始把汙水送到泰晤士河的下游區段,而且距離還要夠遠,臭味才不會干擾到日常生活,同時還能保護位在上游更乾淨的水,得以用來飲用、洗滌與提供種種家庭用途。

接下來數十年,一些沒把淡水與汙水分開的歐洲城市,爆發了更多會傳染的霍亂,驗證了斯諾的假設是正確的。人們得知,光是避開廢水,就能防止很多人生病致死,並提供更高的生活品質。各國的城市也開始把未經處理的汙水,引到距離都市飲水水源很遠的水道,例如溪流與海洋等。但在這件事之後,將近一百年的時間,一直維持一樣的汙水處理方式。

二次世界大戰之後,從美國與英國方開始發展污水處理的程序。一開始,汙水處理有兩個程序:第一個程序是初期處理,水在流進汙水處理中心入口一連串的攔汙柵時,就會先濾掉像垃圾與碎片等較大的東西,之後才會進行主要的處理程序。之後這些水淋淋、咖啡色、聞起來很臭的汙水,會被導入大型沉澱池,在那裡,水中較重的固體與半固體有機物質,會因為重力而沉到池底。這些有機物質或汙泥,通常會被放在密封包裝裡,並丟到垃圾掩埋場。剩下來的、還有汙染性的水,就會經由專門管線排放到溪流或海洋。

人們很快就發現,在主要處理程序中還沒溶解的有機物質,會導致水道中的氧氣耗竭,因此又增加了另一道程序。在主要程序後,在混合物中加進很多益菌與氧氣。這些飢餓但友善的蟲子會吃掉仍然存在於汙水中的有機物質,例如人類排泄物、食物殘渣、淋浴時洗掉的皮膚等。吃了這頓定溫的含氧大餐之後,細菌變得又胖又重,就會沉到池底,並隨著主要處理程序的池底物質,一起被移除。在這個個處理階段中,大部分的有機物質都被移除了,但還是有病毒與其他有毒物質,此外還有一種久久不散的氣味。經過第二道程序處理過後的汙水,坦白說還不安全,也不潔淨,不過,水質已經比以前好了,並且和第一道處理程序後的汙水一樣,被排放到溪流與海洋。

一九七○年代,全世界開始出現環保顧慮,有能力負擔的國家和城市就增加了第三道處理程序。這道程序會用氯、紫外線,或其他化學方法消毒廢水,之後才予以排放。至此,經過處理的污水總算和乾淨的水長的差不多。可惜由於其污水的標籤,許多人總還是不把它們當一回事。
不過,那是另一段故事了。

接下來就讓我們隨著影片,一同瞭解污水淨化的處理流程吧!

應用實例


瞭解污水處理的標準流程後,讓我們看看一些國家的實例吧!

自從新加坡政府於1972年成立環境及水資源部後,一直致力於發展綜合排汙系統工程:污水通過完全分流制排水系統,採用活性污泥工藝進行二級處理,然後就近排入附近水體,最終流入近海,或輸送至附近再生水廠作為「再生水」(當地人稱之「新水」),進行循環利用。近年來,新加坡又引進了膜生化反應器技術,使污水處理廠省去了預處理、曝氣、沉澱等工藝,效果甚佳。此法既省時省力,又減少了污水處理廠的佔地面積,在一定程度上起到了節能的作用。

新加坡法律規定,建於地上的污水處理廠周圍的隔離帶需至少有2公里寬,建於地下的污水處理廠周圍的隔離帶需要200公尺寬,但近年來,隨著經濟的不斷發展,市區不斷向外擴展,新加坡原有的污水處理廠越來越靠近市區,廠區所處的地價也急遽暴漲。為節省土地並擴大污水處理規模,新加坡政府提出了未來的污水收集和處理體系採用深層隧道系統。其總體設想是:支線排水管道從現有排水系統收集污水,由重力輸送至深水管道。 深水管道的污水再由重力輸送到最終的兩個大型新建污水處理廠進行深度處理。 污水處理達到標準後,由排海口向深海排放,或進行迴圈利用。

為此,新加坡計劃在本島比較偏遠的東西兩端位置修建《樟宜》和《大氏》兩座新污水處理廠,將現有的6座污水處理廠採用深層隧洞系統連接起來,以重力流的方式將污水送至東、西2座大型污水處理廠。由於用兩個大型污水處理廠取代眾多小型污水廠,運行、維護更為高效和經濟,規模效應更為明顯,污水廠出水也便於引到更遠的深海排放。原有的6座污水處理廠逐步淡化其作用甚至最終取消,從而提升周圍物業的發展價值,污水處理廠本身的地塊也可以另尋新的用途。

接下來就讓我們隨著影片,一同瞭解新加坡的再生水計畫吧!

有鑑於香港人口十分密集,污水的收集和處理工作從來都是一個複雜的問題。我們每日的生活,無論是個人的起居飲食,抑或是各種經濟活動,都會產生大量污水。由於這些污水很快便消失於我們的眼底,令人忽略了它的影響。迄今為止:香港每日平均的污水排放量高達280萬立方公尺。這大量的污水經由總長度達1700公里的地下污水收集系統網絡,輸送到約70座污水處理廠進行處理,再經由深海排放管道排出大海。

隨著人口持續增加及生活素質提升,污水的產量只會有增無減,加上當初建置的污水收集設施逐漸老化,城市化的發展亦有礙大規模的改善工程,令處理污水所衍生的問題更為困難。其中,維多利亞港的水質一直為人詬病。有鑑於此,香港政府於1994年起分兩期推行「淨化海港計畫」,透過改善環繞維多利亞港兩岸之區域(香港島及九龍半島)污水收集及處理之設備,希望能改善維多利亞港的水質。第一期工程於1994年動工,於2001年12月竣工;第二期工程分成甲乙兩部份:甲工程於2009年動工,於2015年12月全面啟用;乙工程預計會建造地下生物處理設施。不過香港政府認為第二期甲工程後處理量足夠,外加政府財政困難,相關計畫因此暫緩。

接下來就讓我們隨著影片,一同瞭解這個計畫吧!

水沒有不夠,全世界到處都有水,只是大部分的水是汙水,淨化汙水是其中的挑戰。

以色列水資源主管官員夏皮拉(Sandra Shapira)

以色列一開始也和世界其他地方一樣,汙水未經處理就丟了。1956年,大台拉維夫的七個城市,合在一起稱為「丹區」(Dan Region),占有以色列全國人口的三分之一,汙水比例則超過全國的三分之一。以色列決定,把丹區的所有廢水集中起來,用大型管線送到台拉維夫南邊大約八英里遠,那邊有個無人居住的地帶,它們在那裡蓋了一座叫做「夏夫丹」(Shafdan)的汙水處理廠,用以處理這些汙水。這個名稱是希伯來文「丹區汙水」(Dan Region Sewage)的縮頭字。由於預算與工程問題,這個計畫比想像中更花時間,直到1973年,這座汙水處理廠終於能處理所有城市的汙水。
在汙水處理廠興建過程中,人們出現一種還不太確定的期望,希望這座設施興建完成後,某些處理過的廢水也許可以作為農業用水。不過沒有人預期到的是:夏夫丹完全改變了以色列的水資源面貌、農業,與內蓋夫沙漠地區的經濟發展。

夏夫丹南邊五英里、距離地中海不遠的內陸地區,那裡有很多沙丘,沙丘下面將近三百英尺的位置就是一個蓄水層。一九五○年代末期,以色列政府的地質學家與水文學家,開始思考蓄水層上方的細沙能不能當成另一個過濾器,淨化仍然很髒、但已經過第二道處理程序的廢水。就像當時的一般汙水處理廠,夏夫丹處理廢水只有兩道程序,沒有能力提供第三道處理程序所能做到的安全與潔淨程度。
要找出砂濾法是否奏效,有其風險。萬一只是部分處理過就滲到蓄水層的水,經過六個月到一年的竄流,仍帶著病毒與完整的危險微粒,就會汙染地下的蓄水池,這些水就不能用來飲用或洗澡了。但如果砂濾法真的行得通,這些沙丘就能成為一個大規模且不含化學物質的解決方案,能處理夏夫丹每天處理過的大量汙水。如果砂子能作為處理媒介,將具有很多的好處。第一,不需要再蓋一座大型的新廢水處理廠。第二,被沙子淨化後的大量的水,可以直接放在蓄水層,需要時再抽出來用,也不必再蓋一座蓄水庫。但最重要的是,這些回收水就能用來灌溉。

嘗試利用沙子達到第三次處理程序的水質,挑戰了傳統科學與工程的既有思維。這個程序後來被稱為土壤含水層處理(Sand Aquifer Treatment)或SAT。更驚人的是,把一個淡水蓄水層變成處理過的廢水專門存放點,這是政府與公用設施很少會考慮面對的風險。對於一個沒有太多空間失去現有水源的國家來說,這個風險令人膽戰心驚。
此外,夏夫丹的工程師還肩負另一個頗為重要的挑戰:這個處理過的汙水蓄水層中的水,一滴都不能流入附近的淡水蓄水層。畢竟,這個座落在乾旱區的中東國家可承擔不起失去一連串的蓄水層。

幸好,SAT後來被證明是完美的第三道處理程序,終於讓大家鬆了一口氣。六個月到一年期間,廢水經過沙子一層一層往下流到蓄水層,已經攔掉所有雜質,水質也達到精湛的品質。農業部為農業找到新的水源,而且沒有發現其他部會擔心的汙染問題。此外,在進行試驗的同時,一位水利工程師布拉斯(Simcha Blass)由一棵不用澆水(其實是地下管線滲漏)的樹得到靈感進而發展出滴灌技術。在以色列,只要有植物的地方,通常都會鋪上一條黑色的管子,這條管子上有構造精細的出水孔,藉著水壓的變化,控制灌溉的規律﹐直接把水和肥料送到植物根部附近,而非大片的土壤,用水效率可達95%,既省水也不會浪費肥料。以色列人堪稱是「最會用水的人民」實在當之無愧!

最後,讓我們跟著影片,一同來瞭解以色列的滴灌技術吧!