生活污水再生利用
經濟部水利署劉尚儒正工程司

隨著環境保護意識的抬頭，友善環境、與自然環境共生共榮已成為國家發展時重要的考量因子。由於傳統水資源開發的方式如興建水庫、攔河堰、越域引水等，因開發極為不易，近年來多以發展新興水資源的方式輔助傳統的水資源。

廢污水回收再利用為現階段新興水資源發展的一環，而其中生活污水的再生利用方式，是將生活污水經過污水處理設施處理後，其放流水透過水再生設施，或生活污水直接進入水再生設施處理後，藉由配水系統提供給具有限制性的生活、工業、農業、環境景觀等用水或地下水補注。

再生水的形式

生活污水再利用的第一類模式，是以區域污水處理廠的放流水為水源，經處理後由再生水配水系統供給區域內用戶使用或供其它用途。一般都市的生活污水大都已納入污水下水道系統，設置水再生設施可將污水處理廠的放流水或污水下水道系統的污水，收集並處理至符合再生水的水質標準，再經由配水系統供給家庭用戶，或工業、農業、環境景觀用水及地下水補注等其它用途使用。由此再生水配水系統統一分配再生水的水量，於特殊或緊急用途時作為配水控制，可調配較大的給水量，以避免自來水的浪費（如圖一）。

第二類模式是在公共污水下水道未到達的地區，建築物用戶的生活污水是經過自設的污水處理設施處理後，再由水再生設施處理，並透過再生水配水系統返送至用戶，作為生活次級用水使用，例如澆灌及沖廁等（如圖二）。此外，由再生水供水設施與自來水供水設施組成的二元供水系統，當再生水水質不符合使用標準或水量不足時，自來水可取代或補充至再生水供水系統中使用。

圖一 生活污水再生利用統一分配使用形式

再生水的用途

1. 生活次級用水

再生水於家戶用途中主要使用於沖廁、地板清洗、洗車及其他不與人體直接接觸用途等生活次級用水，為避免與自來水混淆，需設置獨立的再生水配水系統，包含配水管線及配水池，且應有防制錯接措施，使用上需考慮衛生及水質安全問題，同時需教育使用民眾適當維護，並防止不當的接觸與用途。 Continue reading →

工業廢水再生利用
經濟部水利署劉尚儒正工程司

隨著環境保護意識的抬頭，友善環境、與自然環境共生共榮已成為國家發展時重要的考量因子。由於傳統水資源開發的方式如興建水庫、攔河堰、越域引水等，因開發極為不易，近年來多以發展新興水資源的方式輔助傳統的水資源。

廢污水回收再利用為現階段新興水資源發展的一環，而其中工業廢水的再生利用方式，是以工業廢水為水源，處理後的再生水用途以非食品及藥品為限。取水途徑可分二類，第一類為工業廢水直接由專用下水道截流引入水再生設施處理，另一類是取自工業廢污水處理設施處理後的放流水，經水再生設施處理至符合供水水質要求後，藉由配水系統供給工業用水中的冷卻、洗滌，鍋爐及製程等用途。一般來說，工業廢水的成分較為複雜，以工業廢水處理設施的處理水做為再生水源時，使用再生水應更加慎重以免造成環境危害。

再生水的形式

工業廢水再生利用典型的模式，是以區域工業廢水處理設施的放流水為水源，經處理後由再生水配水系統供給區域內用戶使用或供其它用途（如圖一）。單一工業區因廢水量較少，可以考慮將鄰近數個工業區污水處理廠的放流水集中，經聯合的水再生設施處理後，再由再生水配水系統供給有意願使用再生水的事業使用（如圖二）。由此再生水配水系統統一分配再生水的水量，於特殊或緊急用途時作為配水控制，可調配較大的給水量。

工業廢水變異性大，工廠自行回收廠內廢 (污) 水並再生，為各工業化國家政府節約用水的重要措施，藉以提升廠內製程和整廠用水回收率。由再生水供水設施與自來水供水設施組成的二元供水系統，當再生水水質不符合使用標準或水量不足時，自來水可取代或補充至再生水供水系統中使用。

圖一 工業廢水再生利用統一分配使用形式

圖二 工業廢水再生利用分別處理並使用形式

再生水的用途

考量工業廢水的特性後，建議工業廢水再生利用應僅用於工業用水使用，或工業區內的生活次級用水使用，如沖廁、地板清洗、洗車等非與人體接觸的用途。 Continue reading →

與自然共存之非工程防災方法
國立臺灣大學氣候天氣災害研究中心博士後研究員蔡孟涵

由於全球氣候變遷的影響，拉大了氣候極端的變化，暴雨及乾旱同時在世界上不同區域發生。臺灣是個易淹水又易缺水的國家，因為河川短且地形無法有效蓄水的問題，因此也名列世界上最容易受到天災影響的國家之一。因此如何應用有效的方法進行災害之預防、應變及復原，以達到永續及維護生態的目的，是防災時必須深思的。

在臺灣面臨水旱問題時，常見的防災手段大多為工程方法，以水庫蓄洪、疏洪道分洪、堤防束洪、地下道排水等常見的工程方法來保護及維護民眾用水及淹水的問題。不論是哪種工程方法，都是基於工程設計標準所建立，它僅有一定程度的保護標準而非萬能的防護設施。以目前常遇到的短期間內降大豪雨情況而言，在氣候變遷及都市化發展（土地開發利用等）的改變下，瞬間豪大雨造成地區逕流量加大，集流時間縮短，地下道已容納不及遽增的雨水，因此若要倚靠工程方法來解決水旱問題，也無法有效防止水旱發生。

近十年來，世界各國都思考著如何以適當的非工程方法配合工程方法，來有效地減少及降低水旱災發生時的損失。以荷蘭為例，他們以還地於河[1]的方式來取代部份堤防等工程方法，將原本就屬於自然的河道還給大地，復原在工程前就存在的蓄水、淨化功能及生態環境，並減少水患所造成的問題。

在臺灣，非工程方法除了預警預報、教育宣導外，近年來更不斷倡導及實施綠屋頂、綠街道及自然滯洪公園等方法。這些方法都是以降低都市表面逕流，延長逕流匯集時間，以減少水患形成為目的。降低都市表面逕流，另一個講法就是讓水可以被土壤吸收，這樣除了可以保護植生及提升河川基本流量外，也可以藉由土壤中的水份蒸發降低都市的氣溫。 Continue reading →

火環帶中的臺灣
臺灣大學土木工程系碩士生陳明毅

地震帶

地震是臺灣的重大天然災害之一，根據統計結果，全世界大多數地震發生在三條主要地震帶，分別為環太平洋地震帶、歐亞地震帶以及中洋脊地震帶，其中又以環太平洋地震帶所發生的地震最多，全世界有80%的地震跟60%的活火山就在環太平洋地震帶上。環太平洋地震帶(又稱火環帶，如圖1所示)是一個圍繞太平洋，全長約4萬公里，地震與火山爆發頻繁的地區，火環帶上有一連串海溝、列島與火山，板塊運動非常劇烈，而我們所居住的臺灣就位於火環帶上。

圖1：火環帶 (圖片來源：《維基百科》http://en.wikipedia.org/wiki/File:Pacific_Ring_of_Fire.png)

地震的傳說與成因

人類自古以來對於地震這種大自然界強大的力量有不同的想像，各地皆有千奇百怪的傳說。中國人認為地震是地牛翻身，日本人覺得是大鯰魚翻身，紐西蘭傳說地下住著一位女神，當女神發怒的時候，會揮動手腳，造成大地振動，於是便發生地震，美國人則認為地球支撐在一隻大烏龜上，當烏龜移動時就會產生地震。 Continue reading →

小兵立大功～生物燃料電池的原理及應用
國立臺灣大學環境工程學研究所 楊政憲、林彥妗

前言

相較於許多傳統的環保能源，如風力發電、太陽能發電及地熱發電，生物燃料電池 (biological fuel cell) 是一種日益增長的替代能源技術。其中微生物燃料電池 (microbial fuel cell, MFC) 是一種微生物藉由三磷酸腺苷 (adenosine triphosphate, ATP)將有機或無機化合物氧化產生化學能，使電子 (electron)轉移至最終的電子受體產生電流的系統[1]。

不同於限制氧化電子受體的化學燃料電池與酵素燃料電池，微生物燃料電池有更強大的適應性[2]。到目前為止，不同的菌種如：genus Geobacter、Enterobacter、Shewanella和Bacillus經測試在微生物燃料電池中之產能具有最佳的功率。近期相關研究著重於微生物燃料電池內填充混合的微生物菌種，特別是關於它們對營養源的適應性：菌種彼此的競爭力及總體趨勢，使系統更穩定且效果更佳，且研究發現其相較於培養純菌種的系統可以得到更高密度的電流[3]。

原理

生物燃料電池之原理主要藉由微生物做為催化劑，將化學能轉化為電能。其系統組成包含陽極 (anode)、陰極 (cathode)及半滲透膜 (semi-permeable membrane)。如下圖所示，生物燃料電池之陽極灌入含有有機物之燃料供微生物反應，即提供微生物之基質 (fuel)；陰極則灌入氧氣作為氧化劑；半滲透膜只容許帶正電的離子通過，即陽極中產生之質子 (proton, H⁺)，該薄膜介於陽極槽與陰極槽間將其分隔。為避免反應機制於陽極發生，故此系統為封閉式系統，使陽極成無氧狀態，陽極不會發生反應，且陰極灌入氧氣後產生反應使質子濃度減少，誘發陽極經半滲透膜產生滲透作用。

在陽極中，基質藉由微生物行氧化反應 (oxidation)，生成二氧化碳 (carbon dioxide, CO₂)、電子及質子。以葡萄糖 (glucose, C₆H₁₂O₆) 為例，當微生物於陽極反應時，會將葡萄糖分解產生二氧化碳、質子並釋出電子產生能量，其反應機制如下(式一)：

陽極： (式一)

陰極中的氧氣則接受電子，與氫離子結合還原成水分子，如式二所示。其電子通過外部電路轉移至陰極；同時質子通過薄膜轉移至陰極。質子與電子於陰極再與氧氣行還原反應 (reduction-oxidation)產生水，反應機制如下：

陰極： (式二)

生物燃料電池產電機制

(1)   如下圖所示，於陽極加入基質供微生物反應 (Fuel in)，基質於微生物氧化作用下，生成質子、電子、及代謝產物 (CO₂)，並將基質反應後之廢液排出 (Outlet)。

(2)   產生的電子於陽極表面經外部電路傳輸至陰極，且產生的質子經半透膜由陽極傳遞至陰極。

(3)    於陰極中，導入電子受體 (O₂ in)，使氧氣和遷移來之質子與陰極表面之電子發生還原反應，並將反應後所產生之產物 (H₂O)排出 (Outlet)。 Continue reading →

臺灣河川特色與治理
經濟部水利署陳展裕副工程司

臺灣河川的特色

臺灣本島所有河川都由中央山脈或其鄰近的山區發源，分別向東、西注入太平洋或臺灣海峽。由於地形上標高超過1,000公尺的山區占本島總面積約31.5%，與歐美及亞洲鄰近國家的河川相比，臺灣的河川流路相對短而急促，且坡降大(如圖1所示)，上游山區之坡降常超過1/100，為下游平原地區之5~10倍。

由於臺灣地質質地脆弱且多崩塌，洪水時常狹帶大量泥沙，造成集水區或河道周遭地區的土砂災害。加上臺灣位於北太平洋西側的颱風路徑上，每年侵襲的颱風平均約3.5次，豪大雨數十次，這些颱風豪雨和不良的天然環境，造成臺灣地區的單位時間降雨量、河川的最大洪水量到達時間，以及洪水的土砂含量常接近世界紀錄，此為臺灣河川的特色，也是造成治理困難的主因。

圖1 臺灣河川與歐、美及亞洲鄰近河川坡降比較示意圖 （圖片來源：經濟部水利署簡介）

臺灣河川的治理

臺灣地區主要的河川防洪治理工程，大多數在日據時代即已開始規劃並且局部實施，只是早年的防洪設施簡陋，一遇洪水就會潰決，徒耗人力財力。 Continue reading →

多元化水資源開發
經濟部水利署盧瑞興正工程司

水資源建設的重要性

水是人類及動植物生存發展的必需品之一，水資源建設更是提升國民生活品質及促進社會經濟持續發展的關鍵基礎建設；其不僅是產業發展與環境保護中不可或缺的有限資源，同時也直接影響產業經濟結構、社會人文與環境變遷。長期來政府極為重視水利建設，以提供穩定且量足質優的生活與產業用水，作為臺灣經濟蓬勃發展的基礎。

臺灣水資源條件特殊、缺水風險高

臺灣地區雖降雨豐沛，惟在時間及空間上分佈極不均勻，11~4月枯水期與5~10月豐水期的雨量比，北部區域為4：6，中部區域為2：8，南部區域為1：9 (如圖1)。豐、枯水期雨量差異懸殊，導致枯水期水量無法供應用水需求，須透過水庫蓄豐濟枯維持供水穩定。台灣水庫總有效容量約僅19億立方公尺，但每年卻必須供應約43億立方公尺水量，平均每座水庫年運用次數超過2次才能滿足用水需求（石門水庫甚至超過4次）。又近年全球降雨異常加劇，已造成旱澇災害交替頻繁，水文極端現象明顯且強度增高，受災範圍與程度均較過去嚴重，導致缺水風險已逐漸影響經濟發展，並對國家永續發展造成威脅。 Continue reading →

臺灣地區各標的用水情形
經濟部水利署李椋蒼副工程司

臺灣地區用水情形概述

臺灣地區水資源的使用標的主要為農業用水、民生用水及工業用水等，依據內政部人口統計資料民國99年底臺灣地區總人口數為2,316萬2,123人，而該（99）年度全臺民生、農業及工業等各標的年用水總量為170.64億立方公尺，其中民生用水總量為32.56億噸，農業用水為122.05億噸，工業用水為16.03億噸，如圖1。

圖1 臺灣地區民國99年度各標的用水概況

99年度民生用水情形

一、用水量概述

民國99年臺灣地區平均每人每日民生用水量（含自來水供水及自行取水）為386公升，北部地區民生用水量為431公升/人/日，中部地區為371公升/人/日，南部地區為329公升/人/日，東部地區為396公升/人/日，離島地區為191公升/人/日，如圖2。

圖2 民國99年度民生用水量（公升/人/日）

臺灣地區民生用水量32億5,624萬立方公尺，其中自來水供水量為30億8,437萬立方公尺，自行取水量為1億7,187萬立方公尺，自來水供水占民生用水量之94.72%，如圖3。

圖3 民國99年生活用水量水源比

二、自來水民生供配水量

99年臺灣地區由自來水供配民生水量為30億8,437萬立方公尺，占總民生用水量（含自來水供水及自行取水）之94.72%，較98年31億8,648萬立方公尺減少1億211萬立方公尺；其中北部地區15億7,203萬立方公尺，中部地區7億1,865萬立方公尺，南部地區為7億1,586萬立方公尺，東部地區7,074萬立方公尺、離島地區708萬立方公尺 Continue reading →