〈工業技術與資訊〉實現水資源永續循環

撰文／陳怡如

維持生命的淡水、方便的自來水、農作物的灌溉水…… 水是地球上一切生機的來源，深深影響人類的文明和經濟發展，甚至是整個地球上生物與環境生態系統的運作。但極端氣候影響水資源供應，在水資源有限的情況下，水處理技術和水資源循環再利用，成了未來全球永續發展的重要方向之一。

地球上高達 70% 的面積都是水，水與人類的生活環境時刻相互聯繫著，「人們往往是透過水而感受氣候變化的影響，當乾旱更為強烈和頻繁、洪水更為極端、季節性降雨更不規律，以及冰川加速融化，這對經濟、生態系統和我們日常生活的每一面向，產生了連鎖反應，」世界氣象組織（WMO）秘書長佩特里 ‧ 塔拉斯說。

隨著氣候變遷、人口增加、貧富差距，以及工業所造成的汙染，全球淡水供應正面臨著不平衡的極端狀況。根據 WMO 指出，目前全球有 36 億人，每年至少有一個月面臨著供水不足的情況，預計到 2050 年，這一個數字將增加至 50 億人以上。

在 2001 年至 2018 年，74% 的自然災害都與水有關，最近一次召開的聯合國氣候變遷大會 COP27，便呼籲各國政府進一步將水資源納入適應工作中，這是 COP 大會召開以來，首次提及水資源議題，彰顯了水資源的重要性。

首份全球水資源調查 揭露水資源短缺危機

世界氣象組織（WMO）在 2022 年 11 月發佈了首份《全球水資源狀況報告》，對全球淡水資源進行監測，內容概述了全球河道流量及主要的洪水和乾旱情況，在用水需求日增而供應有限的時代背景下，有助於適應未來的氣候狀況，並獲取災害預警。

報告從河道流量、陸地水儲量和冰凍圈三大區域的水資源切入。首先在河道流量，2021 年全球許多地區都出現了與水相關、造成重大破壞的極端災害，但不少地方的河流水位卻都降至歷史新低。報告顯示 2021 年全球降水受到了氣候變化影響，全球大片地區比正常情況更加乾燥，這一年與 30 年來的水文平均水準相比，河道流量低於平均水準的面積，幾乎是高於平均水準面積的 2 倍。

在陸地水儲量部分，包含所有地表和地下的水資源，整體來說，減少的地區遠比增加的多，一些下降的熱點地區，因過度開採地下水用於灌溉，導致情況更顯惡化；此外冰雪融化也對阿拉斯加、巴塔哥尼亞和喜馬拉雅等地區產生了重大影響。

最後在冰凍圈，被視為世界上最大的自然淡水庫，包含冰川、積雪、冰蓋以及多年凍土，高山地區將其稱為天然「水塔」，因為它們是河水之源，為 19 億人供應淡水，也因此冰凍圈的水資源變化，將影響糧食安全、人類健康、生態系統和經濟社會發展，冰川消融甚至還會引發洪水災害，依報告結果來看，冰川消融的速度也越來越快。

水資源不僅在全球日漸減少，臺灣的缺水危機也再度浮現。近日南臺灣雨量創下近 30 年新低，南部各水庫蓄水率逐日下滑，水情逐漸吃緊。為了促使產業節水，經濟部也宣布自 2 月 1 日起，對枯水期（每年 11 月至隔 4 月）單月用水量超過 9,000 度的用水大戶開徵耗水費，每度徵收 3 元，主要影響電子業、鋼鐵業、紡織業及水泥業等約 1,700 戶至 2,200 戶企業。若回收率達標者，費率可優惠調降至 2 元或 1 元；使用再生水、海淡水、開發水資源或投資節水設備者，最高也享有 60％的耗水費減徵優惠。

善用資通訊科技 水資源管理成顯學

在水資源短缺和開徵耗水費等影響下，未來永續的水處理技術布局和水資源循環再利用將成顯學。根據知名市場研究公司 Frost & Sullivan 調查，全球水處理市場投資逐年成長，2021 年全球水處理市場約為 7,653 億美元，其中民生用水投資金額為 5,831 億美元，占全球水處理市場 76.2%；工業用水投資金額為 1,822 億美元，占全球水處理市場 23.8%。預計 2022 年水處理市場將成長至 8,061 億美元，市場成長率為 5.3%。

在氣候變遷影響下，熱浪、久旱不雨、颱風、暴雨等極端氣候事件頻傳，為了穩定民生與工業用水需求，水資源不僅要開源，更要節流，「未來『整合水資源管理』（Integrated Water Resource Management；IWRM）的概念將越來越受到重視。」工研院產業科技國際策略發展所分析師邱純慧說。

保障水資源的品質與供應，是聯合國公認的永續發展目標之一，因此 IWRM 為聯合國推動「生命之水」（Water for Life）10 年行動計畫的重點項目。水資源管理需要綜合考量各種面向，包括社經發展、環境、生態及安全等因素，同時藉由導入智慧科技，掌握水源端、管線端到用戶端等各環節的水資源利用狀態，提升用水效率並應變水患，是未來技術發展關鍵。

水資源智慧管理技術運用 4G、5G 與區塊鏈資通訊技術、物聯網平台及雲端運算分析工具等，建構智慧管理系統；同時透過各類水利數據的匯流及整合分析，擴大資料應用範圍及服務對象，提供水資源供需調度與水處理程序規劃，優化水資源管理與應用效益。

根據 Frost & Sullivan 的資料顯示，全球水資源智慧管理技術市場約為 271 億美元，其中以硬體投資計量、管道、閥門和泵等投資花費最高，占總投資市場 33.4%；其次為控制和自動化占 31.2%；ICT、軟體和分析占 26.0%；設計工程服務占 9.4%。

再生水循環利用 有效發揮水資源價值

「水資源的來源不僅是傳統的地表水與地下水，近年海水淡化與再生水循環利用議題更是受到高度關注，」邱純慧說。海水淡化利用海水脫鹽技術生產淡水，可有效增加淡水總量，並且不受時空和氣候影響，保障民生與工業用水等穩定供應，是實現水資源開源的增量技術。

但目前海水淡化技術與傳統處理民生用水自來水的技術相比，需要耗費較高的能源與處理成本，為了降低能耗對環境的負擔，目前在中東和非洲正積極開發應用太陽能驅動的海水淡化處理系統。

在產業端的水循環利用，農業用水占全球用水 70% 以上，因此在農業方面也必須更有效率且永續的使用水資源。目前不少農業用水澆灌系統也開始運用 IoT、區塊鏈以及雲端運算等新興技術，建置智慧化澆水和施肥的田間管理系統。

在工業端，「零液體排放」（Zero Liquid Discharge；ZLD）成了未來趨勢。所謂 ZLD 是指工廠運作時，無任何廢水排放到自然環境中，讓每一滴水資源發揮全部的利用價值，是廢水處理程序的最高目標，也是企業實施節水的最佳方法。

水處理程序根據各產業水資源來源的差異性、放流水法規要求，與廠商願意投入的水處理成本規模進行設計，最後採用適當的水處理技術，達到去除水中汙染物的目標。

邱純慧指出，為了配合節能減碳，水處理技術也開始朝向永續的概念發展。低耗能與低化學品的使用，是未來水處理技術的布局重點。水處理技術的能耗議題影響水處理成本；而降低水處理化學品用量，以及使用非化學或生態友好的水處理化學替代品，都是未來水資源產業的重要趨勢。

導入水資源正效益概念

氣候變遷是人類 21 世紀面臨最嚴峻的挑戰之一，除了淨零碳排外，「『水資源正效益』（Water Positive）也是未來全球水資源循環發展的重要關鍵，」邱純慧說。水資源正效益是指回補到環境的水，比企業本身用掉的水還多，可從「提升用水效率，降低用水需求」與「水資源復育」兩大方向執行，包括 Meta（Facebook 母公司）、Google、Microsoft、Pepsi、P&G 等國際知名公司都已訂定相關計畫。

臺灣企業推動水資源循環往往強調水回收率，但水資源正效益不僅強調節水的重要性，更以開源、保護水源等更正面的影響力，持續增加水資源，預期未來「水資源正效益」可能成為「淨零排放」之後，下一個企業推動 ESG 的重要目標。

水是萬物生命依存的源頭，更是地表上的重要資源。面對極端氣候帶來的水資源考驗，沒有人是局外人，不僅民眾與企業都要積極節水，善用水處理技術達成永續循環，更透過導入「用水正效益」的概念，加強水資源的開發與復育，讓珍貴的水資源能持續源源不絕，灌溉美好未來。

轉載自《工業技術與資訊》月刊第 371 期 2023 年 3 月號，未經授權不得轉載。