2023/06/07 17:54:29
另開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─豐禾淨啓的合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，」豐禾淨啓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，豐禾淨啓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。
▲豐禾淨啓環保科技執行長陳威宇。
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