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。
淨零永續,循環再生,水

實現水資源永續循環

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行事曆icon 2023/04/17
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因為氣候變遷、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。

因為氣候變遷、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。


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。

全球水處理市場投資逐年成長。全球水處理市場投資逐年成長。


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