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紡織品的環保新趨勢(一)~「膜」在廢水處理之應用 產出單位：紡織綜合所
作者：簡靜梅
前言
在21世紀中，水資源的有效利用，是人類重要的課題之一，關係著全人類的生存與健康，也與工業發展和環保問題有著相當大的關聯性。水資源的再利用，可以分為廢水回收再利用、雨水回收、海水淡化等三大方向，其中以廢水再回收利用的範圍最為廣大，包含醫療廢水回收、城市汙水回用、工業汙染廢水等等。 廢水回收再利用的系統，主要可以分為四大類，即物理處理法、化學處理法、物理化學法和生物處理法。紡織品在物理化學法當中，扮演相當重要角色，利用紡織品的物理特性來處理廢水，不僅可以減少化學用品使用量，也可以降低水資源耗量。在紡織品應用領域中，目前最熱門的廢水處理模組，即為「膜分離法」。
薄膜之簡介
膜分離法中，可以膜的主要型態、材質、分離程序作為分類依據，詳細內容參見表1。
表1：「膜」產品分類表
依型態分類
依材質分類
依分離程序分類
1. 平板式薄膜
(Flat Plate Membrane)
1. 纖維素類：
醋酸纖維素(CA)
硝酸纖維素(CN)
1.固液分離( Solid-Liquid Separation, SLS)
(1)微過濾(Microfiltration, MF)
(2)超過濾(Ultrafiltration, UF)
(3)奈米過濾(Nanofiltration, NF)
2. 管式薄膜
(Tubular Membrane)
2. 聚醯胺類：
聚醯胺(PA，Nylon-66)
芳香聚醯胺(Aramid)
3.液液分離(Liquid-Liquid Separation, LLS)
(1)逆滲透(Reverse Osmosis, RO)
(2)透析(Dialysis, DA)
(3)電透析(Electro-dialysis, ED)
(4)離子選擇(Ion-selection, IS)
3. 螺旋捲式薄膜
(Spiral Wound Membrane)
3. 聚酯類：
聚碳酸酯(PC)
3.氣液分離(Vapor-Liquid Separation, VLS)
(1)膜蒸餾(Membrane Distillation, MD)
(2)滲透蒸發(Pervaporation,PV)
4. 中空纖維膜
(Hollow Fiber Membrane)
4. 聚砜類：
聚砜(PS)
聚醚砜(PES)

5. 聚烯烴類：
聚乙烯(PE)
聚丙烯(PP)
聚丙烯月青(PAN)

6. 矽橡膠類：
聚二甲基矽氧烷(PDMS)
聚三甲基矽烷丙炔PTMSP)

7. 含氟化合物：
聚偏氟乙烯(PDVDF)
聚四氟乙烯(PTFE)

資料來源：參考文獻1、2；本研究整理
薄膜生產技術與研究趨勢
基本上各項薄膜都為薄膜生物反應槽(縮寫MBR，Membrane Bioreactor)的其中一項技術，MBR處理程序相較於一般活性污泥處理程序，其優點是佔地面積小，且處理之水質品質佳，水量及水質穩定，且可以同時除去多種污染物。依照MBR過濾機制可分為下列三項，請參考圖1:
(1)固液分離薄膜(Solid-liquid Separation MBR)-可阻截懸浮物質、除菌、去除膠體和大分子雜質
(2)氧傳輸薄膜(Oxygen Mass Transfer MBR)-去除小分子雜質和有機物質
(3)萃取式薄膜(Extractive MBR)-可處理具毒性之工廠廢水和廢水中之致病菌
圖1：薄膜過濾機制示意圖

資料來源:游勝傑(2008)， <薄膜生物反應槽的簡介與應用>。
所有MBR中薄膜的存在價值，主要是提供過濾機制，利用透膜壓力為驅動力，將固體顆粒攔截於薄膜表面，使水分子通過薄膜，達到水質淨化的作用。故MBR的過濾效果是和薄膜機制有關，和沉澱作用無關，且薄膜本身具有選擇性，可以分離特定物質，具半滲透性(參見圖2)。

圖2：薄膜攔截雜質示意圖
資料來源:游勝傑(2008)， <薄膜生物反應槽的簡介與應用>。
一般而言，薄膜的孔隙大小與離表層的距離成正比，換句話說，也就是愈往內層孔隙愈大，所以大部份的薄膜只有表層才具有過濾的功能，內部的材質則做為支撐薄膜結構所用。(參見圖3)

圖3：不同薄膜過濾效能示意圖
資料來源:游勝傑(2008)， <薄膜生物反應槽的簡介與應用>。
薄膜廢水處理商機
台灣近幾年來，雖然許多重度污染之製造業外移，但仍有相當為數可觀之產業，每日排放相當多的廢水，不僅危害環境也造成水資源的浪費。如：台灣各工業園區的工業廢水、紡織工業的印染廢水、溫泉業者之溫泉廢水、城市居民的生活廢水、醫療機關的醫療廢水。加上台灣是個島國，雨水蒐集不易，雨水回收再利用也是相當重要的議題。
政府即將開徵能源稅，包括水污稅，首年徵稅將高達新台幣100億元，並逐年提高，工業廢水的回收再利用，除可以減少買水及排水費用之外，尚可節稅，並降低工業缺水的困擾。除了鼓勵回收工業用廢水之外，政府也加強提倡所有水資源的再次利用，推廣「水資源永續發展政策規劃」，希望在2021年達成65%的平均回收率(現階段為51%)，也就是全台每天水回收水量達到4,600萬噸，預估至2021年約可創造一年新台幣500億元之產值(目前約300億元，年成長率約為5%)。各項廢水處理之商機與應用方向說明如後。
(1) 都市污水處理：台灣污水下水道之普及率，將在2020年增加至55%，政府與民間將投入3,300億元以上，其中880億元將用於興建污水處理廠。
(2) 雨水回收處理：台灣平均雨量是全球平均值的2.6倍，但只有一半的雨水由水庫蒐集利用，因此對於沒有流向水庫的雨水，建議另以其他回收處理方式，盡最大可能再度利用，而非只是回流到大海裡，如此一來除了可以解決台灣每年民生、農業、工業缺水之苦，也可以減少雨水的資源浪費。
(3) 污泥廢水處理：現階段台灣每年因各種廢水處理方式所產生之污泥，高達7.3萬噸，且根據目前污水下水道的處理規劃，預估在2020年，污泥量將成長至23噸，但是污泥裡仍含有約95%的水分，所以污泥也需進一步的污水處理。
(4) 飲用水的再過濾：利用膜的微孔性，可以攔截到奈米級以上的浮游顆粒，可以大大提高飲用水的品質，可以不經煮沸即可飲用，亦可減少能源的耗用。
(5) 化糞池污水處理：利用MBR技術回收廢水之後，可供應草坪灑水或沖洗廁所之用，除有效利用化糞池汙水外，也可減少細菌孳生，造成環境與健康的汙染。
結語
台灣MBR的技術尚未非常成功，只有少數廠家在做，如德鎮盛、康那香、新世膜、菁泉、全棠等公司，從環境保護來看，全球日益重視水資源的回收，台灣當然責無旁貸。德鎮盛在澎湖設立成功海水淡化廠，處理的水量高達5,000 M3/D，可供民生用水使用；2007年康那香即在台北市內湖建立一個模廠進行測試，每天可處理100噸的廢水；新世膜在新竹縣湖口鄉協助某電子封裝公司的切割廢水回收，每日3,000噸，也協助某溫泉飯店進行溫泉水過濾，每日300噸。
根據經濟部水利署研究，台灣每年的平均供水量為180億噸，2021年時將上升至200億噸，若再不注重水資源的再利用，台灣屆時將面臨嚴重的缺水問題；反觀另一方面，水資源的再利用，商機可期。政府「水資源永續發展政策規劃」目標為，在2021年達成65%的平均回收率，亦即是水回收節約用水量達4,600萬噸/天，約可創造新台幣500億元的年產值，商機無窮。2009年至2020年，汙水下水道普及率預估要從20%增加到55%，政府與民間單位將投入3,300億元左右的資金，其中約有880億元用於興建汙水處理廠，可以預見廢水處理市場的前景。
水處理產業可以創造出可觀的產值，台灣平均每天用水量為1,000萬噸，有大量的廢水排放，若能回收200萬噸，就相當於4個美濃水庫的供水量，政府除了可節省數千億興建水庫之費用，也不必為旱季缺水而苦，建議相關業者積極開發廢水處理技術，以期在台灣市場取得先機，創造廢水處理事業的藍海市場。
參考資料：
1. 游勝傑(2008)，<薄膜生物反應槽的簡介與應用>，<<桃園縣大學校院產業環保技術服務團隊簡訊電子報>>，創刊號。
2. 李雨霖(2010)，<水處理用薄膜模組及其應用>，桃園縣大學校院產業環保技術服務團隊環保講習會。
3.魏婉汝(2010)，<套裝化薄膜生物反應器(MBR)在工業廢水處理系統的應用>，財團法人中技社，官網: http://www.ctci.org.tw
4. 劉靜君(2009)，<全方位淨水服務/德鎮盛-水資源領航者>，經濟日報，F4版。
5.劉靜君(2009)，<水能薄膜淨化廢水有一套>，經濟日報，F4版。
6.許玉君(2009)，<汙水處理-勞斯萊斯級>，聯合報，AA3版。
7.水資源專輯(2009)，<新世膜圓形平板膜組-獲多國發明專利>，經濟日報，A16版。
8.水資源專輯(2009)，<新世膜圓形平板超濾模組技術，獲國際大廠青睞-全球唯一可反洗不會破裂平板膜組 大幅降低廢汙水處理成本>，經濟日報，F3版。
9.劉靜君(2009)，<工研院生活汙水處理技術超優-積極拓展國內外水資源回收商機>，經濟日報，F3版。
10.水資源專輯(2009)，<水資源利用研發聯盟 商機水噹噹-新世膜等20餘個單位，集合業界創新技術強化市場，立足台灣放眼國際>，經濟日報，A16版。