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Take Home Message
• 汙水處理分為前處理、初級處理、二級處理和三級處理這四個階段，透過物理、化學和生物等多重手段去除汙染物質。
• 完全氨氧化菌的發現顛覆傳統認知，單一菌群就能完成氨氮轉化為硝酸鹽的過程，大幅降低汙水處理的能源消耗與運作成本。
• PN-A技術結合完全氨氧化菌和厭氧銨氧化菌的優勢，不僅減少氧氣需求和汙泥產量，更為未來節能環保的汙水處理開創新方向。

水是生命之源。人口增長與城市化使得汙水處理成為全球性挑戰，維持乾淨的飲用水與衛生環境更是聯合國永續發展目標（sustainable development goals, SDGs）的一部分。汙水處理的技術在科技進步與社會對水資源需求的增加下不斷精進，然而除了技術挑戰，我們還需要提升大家對水資源的珍惜意識，確保未來能擁有乾淨、充足的水資源。現在，就讓我們一起探討臺灣的汙水處理現況。

如何處理日常生活中產生的汙水？淺談臺灣汙水處理發展

我們日常生活中使用的水，從廚房、浴室到廁所，最終產生的汙水會經過層層處理才得以環保地排放，但並非一開始就如此。臺灣早期的汙水和雨水是採合流收集處理，由於晴雨時的水量與水質變化大，因此颱風期間的大水量常使末端處理廠無法負荷，導致水災發生。隨著社會的發展與環境保護意識的提升，我們逐漸將這兩者分開，讓家庭與其他源頭的廢水都有專門處理管道。

自2021 年起，臺灣進入汙水下水道建設第六期，不僅致力提升汙水處理普及率，還推動將汙水轉化為可再利用水源的「再生水系統」，這些水源可作清洗街道、澆花甚至工業用途，有助於應對因極端氣候而帶來的水資源短缺問題。如今，汙水處理廠已朝向升級為水資源再生中心，並成為城市基礎建設的一環，在社會、經濟、環境的永續發展扮演更重要的角色。

汙水處理過程大揭密

汙水處理廠的主要工作是去除汙水中的汙染物，讓處理過後的水質達到環境排放標準。環境工程師設計出利用不同物理性、化學性及生物性的處理單元，將汙染物由大到小、從非溶解物質到溶解性物質循序去除。汙水處理其實是一場分步進行的大型科學實驗，主要分為前處理（pretreatment）、初級處理（primary treatment）、二級處理（secondary treatment）和三級處理（tertiary treatment）四個階段（圖一）。

圖一｜汙水處理的四大階段（資料來源：作者提供）

1.前處理：
透過磨碎機（comminutor）、沉砂池（grit chamber）、攔汙柵（screen）等方式，逐步移除汙水中的垃圾、頭髮、砂礫等大顆粒物質。
2. 初級處理：
以物理沉澱技術， 經由調勻池（equalization basin）和初沉池（primary settling）處理，去除50 ～ 60％的懸浮物與30％的有機汙染物。
3. 二級處理：
利用微生物的代謝作用，於生物反應槽（biological reactor）分解水中的溶解性有機物，最終在終沉池（secondary settling）進行沉澱。
4. 三級處理：
針對氮和磷等營養鹽進行進階汙水處理（advanced wastewater treatment），處理過的水再經過濾與消毒程序就可以排放，如此可避免水體優養化，或接續再生水系統，經薄膜過濾後提供更高品質的水源。

在二級處理中，微生物的利用可以說是汙水處理的核心。微生物處理技術又根據是否需要氧氣，分為以下兩種：
・好氧處理：
最常用的技術是「活性汙泥法」，依賴好氧微生物分解有機物。由於這個方法需要大量氧氣，因此能源消耗高且會產生許多廢汙泥。
・ 厭氧處理：
在無氧環境下分解有機物，會產生氮氣（N2）或可再利用的能源氣體――甲烷（CH4）。此種處理方式雖然能源消耗低，但處理速度較慢，因此常與好氧處理技術組合使用。

臺灣汙水處理的當前困境

在汙水處理領域上臺灣可謂進步神速，也積極結合人工智慧技術，提升汙水處理廠的操作與管理效能之餘，降低汙水處理的碳排放、供給更多水資源。然而，收集汙水的下水道普及率不均衡、汙水廠處理能力有限，都讓汙水處理之路充滿挑戰。再者，汙水即使經過處理，仍可能含有氮、磷等營養鹽以及新興汙染物，甚至還有抗藥基因傳播的問題，這些都對水體和環境生態有著相當程度的影響。不僅如此，汙水處理過程還會消耗大量能源，且排放溫室氣體。

另外，說到水體優養化的元兇，汙水中所含的大量氨氮榜上有名。傳統的氨氮處理方法為「硝化－脫硝」（nitrification-denitrification），需經過兩步驟來將氨氮氧化為硝酸氮，再還原為氮氣，……【更多內容請閱讀科學月刊第663期】