◎加州如何率先將再生水引入公共飲用水系統，實現可持續未來

　　美國加州是世界上眾所皆知的水資源短缺的地區之一。為了解決這個問題以及因應氣候變化的不確定性，加州在去年十月公布突破性的新法規「直接飲用水再利用」（direct potable reuse, DPR），允許廢水，意即排入下水道或沖入廁所的水，按照可飲用標準進行處理後，直接分配給家庭和商業場所成為飲用水。這個曾被反對者稱為「廁所到水龍頭」的方式，可能在未來15年內成為缺水地區的水資源。

DPR發展簡史

　　加州水資源控制委員會（CSWRCB）飲用水部門副主任Darrin Polhemus表示，隨著氣候變化，水資源供應發生高度變化，為了更好地生存並維持社區的經濟，我們需要強大的水資源供應，廢水的回收是可以貢獻的水源之一。原本加州想要制訂另一種水回收版本–源水增強（source water augmentation），但由於很難劃清源水增強和DPR之間的界限，因此在制定DPR法規中定義了DPR使用案例的詳細範圍。雖然美國其他州如科羅拉多州和德州等也鼓勵飲用再利用，但新的加州法規在範圍和細節更勝以往，詳細說明了整個處理流程，以及所需的所有組件。

回收水飲用 超過15年

　　數十年來，南加州水資源供應商一直引領加州使用回收水灌溉公園與哥爾夫球場等，至於回收水的飲用，橙郡水區（Orange County Water District, OCWD）已進行超過15年，甚至引領全球推動安全回收水飲用方法。在過去，加州法律僅允許「間接可飲用水再利用」（indirect potable reuse），也就是將經過嚴格處理的廢水注入地下蓄水層，經過進一步自然過濾後，再進入家庭和商用水管道。新法進行「直接水再利用」，跳過把水注入地下蓄水層的步驟，讓經過嚴格處理的汙水直接進入飲用水處理廠，再分配給大眾。

橙郡水區（OCWD）位於安那罕地下水盆地，主要用於注入淨化的廢水

氣候危機 水源不穩定

　　氣候危機導致更長、更極端乾旱，加劇加州本已捉襟見肘的供水，至2040年，加州預計將失去10%的傳統供水，大於加州最大的沙斯塔湖（Lake Shasta）水庫滿載容量。增加回收水飲用是南加州城市減少仰賴來自科羅拉多河（Colorado River）和內華達山脈積雪提供水源的方式之一，這些供水源已不再穩定。但並非每個城市都有空間將回收水儲存於地下水庫，或他們的水庫離廢水處理設施太遠，回收更多的水在成本上並不划算。新法規將允許把回收的水直接進入當地水處理系統，讓更多城市即使沒有地下蓄水層，也可回收飲用水。聖塔蒙尼卡（Santa Monica）水務經理Sunny Wang表示，該市目前正興建世上最先進、最獨特的水回收設施，該設施可回收雨水與廢水（且都位於市府停車場下），他們有望最早於2027年實施直接回收廢水。

間接飲用水再利用與直接飲用水再利用

　　新的加州法規涉及直接飲用水再利用（DPR），而不是間接飲用水再利用（IPR）。DPR為「將淨化水輸送到飲用水廠或飲用水分配系統，而不需要環境緩衝」。相比之下，IPR需要一個「環境緩衝」。這個緩衝通常是一個地下含水層或地下水盆地，經過處理的廢水被泵入其中。在含水層中，隨著時間的演進會發生自然過濾過程，這意味著水需要的過濾強度比DPR少，因為在DPR中，廢水作為高度處理的汙水到達飲用水處理廠。IPR最著名的例子之一是在加州的橙郡水區（OCWD），於2008年啟用的地下水補充系統是世界上最大的IPR水淨化系統，將以前排放到太平洋的高度處理廢水，通過三步處理過程淨化，將廢水注入地下含水層，透過這種方法，每天生產約1.3億加侖的飲用水，為乾旱地區的約一百萬居民提供服務。

大規模的基礎設施需求

　　除了地下發生的自然過濾過程外，橙郡IPR的回收飲用水的廢水還經過多個過濾和分離過程。在預淨化期間，收集的廢水通過攔汙柵、沉砂池、滴濾器、活性汙泥、澄清池和消毒過程處理，然後送往地下水儲存。之後，使用聚丙烯中空纖維過濾掉纖維、懸浮固體、原生動物、細菌和一些病毒，還使用逆滲透（RO）處理，最後使用紫外線（UV）破壞任何可能逃脫RO膜的微量有機化合物。建立這個IPR系統所需的基礎設施非常龐大，耗資約9億美元，類似規模的DPR系統可能會花費更多，因為需要額外的程序來確保飲用水對人類是安全的，例如水必須通過RO膜過濾，然後用紫外線處理。此外，水還經過活性碳的流體化床來過濾廢水。

　　儘管直接飲用水再利用是一筆巨大的開支，但它可能比海水淡化便宜，海水淡化通常是像加州這樣乾旱地區唯一可行的飲用水替代來源之一。DPR所需的電力應該比海水淡化少，因為以目前的技術要去除海洋中約35,000 ppm鹽分所需的能量很高。

怎麼運作的

　　在進入淨化廠之前，廢水首先要經過更典型的處理過程，稱為二次處理，該過程包括攔汙柵、沉砂池、滴濾池、活性汙泥、澄清池和消毒池。此過程完成後，將其發送到地下水補充系統（GWRS）工廠。由CDM Smith工程公司設計，該工廠採用三步純化技術。

　　1. 微濾：依賴於細小的聚丙烯中空纖維，類似於吸管，其側面有直徑為
　　　0.2 μm的小孔。透過將水從孔中抽到纖維的中心，可以將懸浮的固體和　　
　　　病原體從水中過濾掉。

橙郡水區（OCWD）的微濾設備

　　2. 逆滲透：水經歷逆滲透，其中加壓水被迫通過細膜，以去除病原體和化
　　　學物質，包括藥品。

橙郡水區（OCWD）的逆滲透設備

　　3. 紫外線消毒：用紫外線進行的最後處理，使任何殘留病原體的DNA變性
　　　來對水進行消毒。過氧化氫還用於通過高級氧化過程去除鐵、單寧和低
　　　分子量有機物，破壞剩餘汙染物的分子鍵。在進入分配系統之前，將礦
　　　物質重新添加到水中以緩衝水並穩定pH值。

橙郡水區（OCWD）的紫外線消毒設備

　　該系統仍會產生廢物流，淨化過程產生了85%的淨水，而15%的廢水被送回橙郡衛生區（OCSD）進行進一步處理，此廢水看起來像黑冰茶，其中的固體被分離並被填埋，剩下的東西仍通過排汙管排入海洋，排汙管將水從水面以下兩百英呎的深度帶入海洋五英哩。

　　在進入分配系統之前，將礦物質加回到純淨水中以緩衝它並穩定pH值

需要改變心態

　　儘管飲用水再利用提供了許多優勢，但它必須克服形象問題。說服懷疑的大眾相信回收的廢水是安全飲用的可能很困難。因此，橙郡投入了大量時間和精力在面向大眾的宣傳活動上，希望教育居民了解其水回收項目，確保公用事業公司解決社區關注的問題，這是非常重要的。

資料來源：

1、Paul Willis, Testing the waters, Filtration+Separation, 62(1), 6-10, 2025.
2、https://reefresilience.org/zh-TW/case-studies/california-wastewater-pollution/
3、https://www.waterboards.ca.gov/drinking_water/certlic/drinkingwater/direct_potable_reuse.html

 

台灣過濾與分離學會 Taiwan Filtration and Separations Society