全球首座工業廢水回用至半導體製程──南科再生水廠案例分享

— 工程事業群  中鼎  方法設計部  助理總工程師  秦銘助

隨著全球永續意識興起，新興水源的開發已成為永續發展重要的一環。中鼎投資、設計、興建及 20 年操作營運（Design, Build, Own and Operation, DBOO）的「南科再生水廠」，是全球第一座利用工業廢水回收導入半導體製程的再生水廠，水源來自南部科學工業園區綜合污水處理廠，每日可產製2萬CMD（公噸/每天）的再生水，為南科廠區工業用水的新水源之一。本案所採用獨特的處理程序，不但讓工業廢水回收再利用，更達成節能減碳等環境保護的多重效益。

製程/設備單元介紹

南科再生水廠（以下簡稱本廠）的水源取自南科一期污水廠放流水，處理後之再生水提供給業主廠區使用。針對進流水之低有機污染物、硬度、氨氮…等水質特性，特別設計具綠能單元及產出污泥量較少之流程，以符合再生水水質需求。

本廠各重要處理單元包含：軟化、生物處理、超濾膜（Ultrafiltration, UF）、逆滲透（Reverse Osmosis, RO）等，再搭配濃水之化學混凝單元以及脫硝單元，使最終處理單元之水質符合再生水用水標準，且廢水排放亦符合南科納管水標準。各單元特性如下：

一、軟化單元 
本單元的目的是降低水中的硬度，以保護後續薄膜單元。混凝之後需透過沉澱方式進行固液分離，傳統的重力沉澱池，往往需要靠著停留時間及較大表面積才能提高負荷。本案所採用的斜板式沉澱槽，則是利用層層堆疊的傾斜板，大幅增加沉降面積，讓沉降所需的停留時間呈倍數的降低，可有效減少設備占地面積，同時也能滿足處理大水量的需求。

二、砂濾單元
本單元的設置，是通過濾料的截留、沉降和吸附作用，達到淨水的目的，並可將前項處理單元產生的懸浮固體（Suspended Solids,  SS）攔除，以利後續UF單元的操作。

三、生物處理單元
本單元係針對水中污染物負荷設計的生物處理程序，依據污水水質特性、污染物組成，採用合適的生物處理單元，可有效降低氨氮等生物可分解污染物。

四、超濾膜（UF）單元
UF系統主要分為 UF單元與化學清洗單元。利用中空纖維膜將水中的懸浮固體去除，並可以攔阻部分大分子有機物，避免影響後續的系統。經過此程序，回收水純淨至淤塞密度指數（Silt Density Index, SDI）小於5，以作為RO逆滲透裝置之前處理單元。
超過濾分離大分子的粒徑範圍為介於 20 至 1,000 埃（Ångström），最大 0.1μm之間。所有溶解的鹽和較小的分子都可能穿過超濾膜。被超濾膜阻擋的固體包括膠體、蛋白質、微生物污染物和較大的有機分子。而超濾膜可以截留的分子量大多數介於在 1,000 到 100,000 之間；通過薄膜介質所需的壓力通常為 15 到 100 psig，相當於 1 到 7 barg。

五、逆滲透單元(RO)
逆滲透是薄膜過濾技術中最細小的薄膜介質，可以屏障所有的溶解鹽類和無機分子，以及分子量大於 100 左右的有機分子。另一方面，水分子可以自由通過薄膜介質，形成乾淨的產水。而溶解鹽類的去除率通常介於 95％ 到  99％ 之間。通過薄膜介質所需的壓力，從鹹水膜的 75 psig 相當於 5 barg，到海水膜的 1,200 psig 相當於 84 barg 都有。
本單元的作用是對原水進行脫鹽，能去除水中大部分無機鹽、總有機碳（Total Organic Carbon, TOC）、微生物…等，以多段式的設計確保氨氮的去除率，降低導電度及總有機碳。

六、廢水混凝沉澱單元
全廠污水在納管排放之前，會先經過pH酸鹼值調整以及混凝沉澱處理，去除SS濃度。

七、脫硝單元
高濃度廢水需要先經過硝酸氮去除單元處理，該單元選用生物處理方式，主要是透過載體上的微生物進行脫氮反應。

八、污泥脫水單元
處理系統產生的含水污泥，會先泵送到污泥儲存池，之後再利用板框式脫水機脫水後產生污泥餅。其原理是利用高壓擠壓脫水，在擠壓後，含泥廢水產生固液分離，降低濾餅的含水量以減少污泥體積，節省乾燥、載運成本。可採自動控制，節省人力。

結　語

本案是全球第一座將工業廢水再生回用到半導體製程的水廠，也是結合「水資源循環使用、綠建築、節能減碳」三大特點的再生水廠，在水資源開發再利用或減廢技術方面，都極具創新意義。中鼎在本案結合創新技術及「綠色工程」專業，以滿足半導體產業對於水質潔淨度的高標準要求，同時兼顧友善環境，使處理後的再生水水質優於傳統生物處理方式，同時大幅降低能源耗損、減少污泥的產生，並達成節能減碳及減少二次污染等環境保護多重效益，為全球水資源的循環使用立下重大里程碑，實踐經濟與環境雙贏。