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環保科技 淨水功臣:沸石理財周刊

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水中大部分的污染物如氨都帶有正電,利用沸石,透過離子交換或吸附的方式,使水中離子濃度趨近平衡,可以解決水庫、河川優養化問題,達到水質淨化的效果。

魚兒優游在水草與珊瑚礁間,生氣蓬勃的水族箱自成一個生態系。你曾注意到那些沉在魚缸底部,充滿孔洞、灰白融合的小石子嗎?

在台灣,許多水族玩家會使用陶瓷環做為水族箱的濾材,部分群眾則選擇使用沸石,兩者的功能類似,它們都是建構一個健康的水族生態系統不可或缺的重要功臣。不過,相較陶瓷環,沸石還被應用於大規模的養殖,這次,就來談談比較鮮為人知的沸石。


會冒泡的小石頭
沸石是來自火山石的純天然材料,由於無毒,同時表面積大、孔隙多,且具備高度的陽離子交換能力,讓它能吸收水中的污染元素,因此經常被運用於水質淨化。台灣當前常見的應用如大規模養殖業,少數人會把它放在魚缸中,吸收氨化合物,不過綜觀國際如日本、中國都已經把這種神奇的小石頭應用在水庫、自來水廠與污水處理廠。

在河川或水庫等大型生態系統中,有BOD、氨氮、磷等無機物積累的問題,而這些污染物部分來自於生活污水(生活雜排水、浴廁污水)、農業灌溉或工廠廢水,這些污染物將消耗水中溶氧,造成水質惡化、水體優養化,危害水中生物等情形。

要如何去除氨氮?台灣科技大學營建工程學系副教授何嘉浚解釋,水中大部分的污染物,如氨(NH4+-N)都帶有正電,利用沸石,透過離子交換或吸附的方式,使水中離子濃度趨近平衡,於此,就可以解決水庫、河川優養化問題,進一步達到水質淨化的效果。

不過,台灣當前水庫集水區農業灌溉餘水多未收集處理,若截流採用礫間曝氣工法,對於氮磷去除機制並不顯著;而散居之聚落污水,目前套裝式之化糞池或小型淨化槽同樣缺乏除氮磷之機制。

綜觀而論,取自水庫、截流自河川的自來水,都有氮、磷含量超標,造成河川優養化的可能,如此一來,民生用水還能讓人放心嗎?

天然工法 物理淨水
走進台科大營建工程系的試驗基地,只見兩座透明槽箱擺放在中間,乍看之下裝滿土壤,近看才發現裡頭還有石子做為夾層,「這是一種加強型的土壤處理方法,透過混合土壤層和中間這些小石頭組成的透水層進行過濾、吸附和生物分解……」何嘉浚仔細解釋。

最初,他從日本引進水質淨化工法─多層複合濾料水質淨化系統(Multi-Soil-Layering,以下簡稱MSL),是希望能解決集水區用地取得不易,淨水設施所需土地不宜過大,以及集水區地處偏遠,維管不易等問題,盼藉此改善台灣水庫優養化現象。

而在MSL工法中,沸石扮演關鍵角色。

何嘉浚表示,MSL工法主要分為混合濾層和滲透濾層,混合濾層主要由砂質土壤、活性碳、鐵粒和有機質組成混合濾料包,負責吸附水中的微生物菌、氮鹽以及除臭脫色的效果;滲透濾層則由多孔隙材料組成,包含沸石、礫石、浮石等天然材,透水係數高,可以增加處理效率。

「沸石就是負責氨氮、磷的去除機制,」何嘉浚說,相較一般碎石、浮石與礫石,沸石除了具備高孔隙率,還擁有高度的陽離子交換力和銨離子吸附能力,當污染物經過,它就會主動捕抓、吸附,可以去除更多的無機污染物。

不過由於台灣非產地,若要從國外引進,成本得再往上加乘,因此在國內尚未被廣泛應用。何嘉浚目前主要透過與環保科技廠商─豐禾淨ㄙ漲X作取得沸石進行試驗研究,在價格與材質上都具有相對優勢。

山區源頭淨水 沸石可以是大功臣
對此,式新工程顧問股份有限公司副總經理林宜宏認為,MSL工法在台灣若能有更廣泛的應用,或可壓低沸石的成本價。

林宜宏說,為避免集水區含氮、磷的污水排入水庫,造成優養化現象,環保署於相關法規中規定,水庫集水區住戶必須安裝淨水設施,且對於氮、磷的排放皆有總量管制。然而,淨水設施有操作門檻,同時清潔不易,要落實恐怕有難度。他推測,並非所有住戶都有安裝設備,即便有安裝,多數應該沒有除氮、磷的功能。

為了解決這個問題,環保署與式新合作,以石門水庫集水區做為示範案場,協助家戶安裝具有除磷和氮的小型淨化槽。

「但問題來了,」林宜宏話鋒一轉提到,「目前我們主要使用鐵板或藥劑去將污水中的磷混凝下來,操作一年後發現,使用鐵板不但得由人力調控電流與電壓,而且一兩年就得更換鐵板,對一般的住戶來說,既麻煩又花錢, 同理,如果改用藥劑,一樣有操作成本,最終都可能導致住戶中斷設備的使用。」

「一般大眾最在意的就是長期的成本消耗,動不動就要自費找人來清淤、換材料,那麼麻煩,誰會乖乖遵守?」林宜宏說。

是否有「不找麻煩」的長久之計?

「有的。」鑑於此,式新參考日本的解方,將MSL工法應用在家用淨化槽這類的小系統,透過淨化槽中由濾料包組成的複合土塊層(SML),與沸石組成的透水層進行去氮除磷。

「根據國外的經驗數據,這個濾料包和沸石可以用二十年都不用換,可以省去維管成本,也為住戶免去很多不必要的麻煩。」

廣信工程股份有限公司董事長邱敏錦也認同MSL工法於偏遠地區的應用優勢,他表示,偏遠鄉鎮距離污水廠或公共下水道遙遠,接管不易,便可透過MSL工法來解決污水處理的問題。

他進一步補充,相較建置污水處理廠,MSL處理系統的環評流程比較快,建造過程也相對容易,整體而言效率是比較高的。

林宜宏看好沸石未來的應用前景,他補充,除了集水區本身用地取得不易而有需求,在都會區,當土地開發逐漸飽和,取得大片用地變得更為困難時,MSL工法或許就能成為處理城市污水的解方。

水資源技術精益求精 沸石前景可期
「沸石在台灣的應用還沒普及,還需要慢慢地去推廣,慢慢凝聚出一個共識,有了需求才會有市場,」豐禾淨環保科技執行長陳威宇表示。

他分享,在歐美日韓等國,沸石應用於建材上已有數十年之久,例如日本國會大廳、韓國國會振興院等都使用沸石做為壁材。

在水資源處理方面,中國因為本身就是產區,早有廣泛的運用。例如河北省雄安區,白洋淀的生態恢復工程,即採用沸石做為其中的材料。此外,韓國也利用沸石,開發出專治池塘、湖泊、河川優養化問題的水治理技術。

臺北市衛生下水道工程處主任秘書吳延杰提到,隨著環境永續概念興起,如何有效利用水資源成為各界探討的議題,他認為,未來再生水源的處理將精益求精, 諸如MSL工法這類更為高階的水處理技術將被廣泛運用,尤其在下水道建設與污水處理等面向,衛工處抱持開放的心態,希冀透過更多新工法的導入,優化工程品質。

例如在河川整治上,透過MSL工法可以達到節能減碳的成效。何嘉浚補充,「MSL工法水源的流入採滴濾式流法,也就是說,當水從外頭垂直流入系統中時,重力加速度,自然就能接觸到裡頭的過濾層,加上淨化槽中本充滿空氣,相較礫間淨化設施,水是水平流入,需要額外打氣讓水在槽中滾動,增加與礫石接觸的機會,整體來說是比較節能的。」

除此之外,農業污水處理以及人工濕地的整治都可以透過沸石的導入,優化治理成果。

沸石是天然礦石,被國際科研機構認定為一種可以覆蓋全產業鏈的環保新材料。面對全球氣候變遷引發的危機,豐禾淨環保科技執行長陳威宇相信沸石除了可以利用在水質淨化,在節能減碳、再生水循環、土壤修復等領域,都能在其中扮演重要的角色。


▲豐禾淨環保科技執行長陳威宇。

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