蔡旻霏/工研院材化所
關於2017 AMTA/AWWA Membrane Technology Conference & Exposition
由美國薄膜學會整合相關水處理上下游廠商聯合舉辦的2017 AMTA/AWWA Membrane Technology Conference & Exposition於 2月間在美國南加州Long Beach舉行(圖一~二)。展會匯集了最新水處理技術，包含海水淡化、廢水處理、水過濾、生物反應槽等等。參與廠商眾多，有Avista Technologies、Pall Cororation、Toray Membrane USA、Water Desalination、Nitto等等代表性廠商。展會上除了有廠商的最新技術展示之外，同時有技術討論會以及相關專題討論會，內容相當豐富游端至下游系統端全面的瞭解水處理系統的運作與供給面；而藉由參加技術研討會則更能了解全球水處理薄膜之最新發展與技術。此行並有幸參觀了當地實際終端用水處理場的運行狀況，了解目前國際水處理相關材料、系統、設備之實務面的發展。本文將分享此行心得，供對水資源議題有興趣的讀者朋友們參考。
圖一、Long Beach Convention Center
展會的主要舉辦者為AMTA(American Membrane Technology Association)，係針對過濾、分離膜材在工業領域之運用所組織起來的協會。內容涵蓋Reverse Osmosis、Nanofiltration、Microfiltration、Ultrafiltration、Electrodialysis Desalination、Membrane Bioreactor、Forward Osmosis等。Section內容豐富而充實，會中並邀請到多位領域專家專題演講，主題包含學術研究及實務上的處理經驗分享。本文將主要針對海水淡化、Forward Osmosis系統等參展廠商的產品和抗垢等作一整理介紹。
在海水淡化方面，南加州因為氣候的關係一直有乾旱的問題，由圖三顏色深淺可以看出其乾旱的情形，最深的部分即為最乾旱缺水的區域。為了因應乾旱狀況，南加州政府加速海水淡化廠的建置。當工廠進入全面運行時，每日將生產5千萬加侖（近19萬公升）的純淨飲用水，占本土生產飲用水的三分之一。加州各地的飲用水一大部份來自科羅拉多河的進口水，少部份來自本州的水利工程和水庫存水。而海水淡化廠開始運作後，能提供全州10%的用水需求。
反觀台灣針對海水淡化的需求與因應措施，由經濟部水利署的資料顯示，目前台灣的海水淡化廠主要是以因應離島地區無法儲水的狀況以及火力發電廠大量水源的需求為主。目前興起的聲浪還有沿海的大型工廠區，如六輕，希望能夠興建海水淡化廠以提供廠內運作的需求。
圖三、2016年南加州乾旱狀況
何謂海水淡化？目前有哪些處理方法？
海水淡化到底是甚麼？為甚麼可以供給淡水？海水淡化也稱為海水脫鹽，是指將海水中的多餘鹽分和礦物質去除而得到淡水的方式。目前的海水淡化廠，主要是以逆滲透(Reverse Osmosis, RO)膜組為主，再搭配雜質去除等相關設備所組成。主要是取得海水後，經過前處理，進行不同尺度雜質的去除後，最後以Reverse Osmosis 膜組去鹽後取得海水中的純淨水源。
在逆滲透海水淡化廠中，可依處理流程先後分為：海水取水工程、海水前處理系統、逆滲透淡化膜組與相關節能設備、濃縮後海水排放設施、淡化水水質調節與監控、自動控制及中央監控系統、電力系統、廢水處理設施、淡化水暫存槽及泵送站、RO膜清洗及貯藏設施、分析實驗室等等。
根據國際淡化協會（International Desalination Association, IDA）2013年以前的統計，全世界共建成一萬七千座鹹水淡化廠，日產淡水八千多萬公噸，主要是提供作為飲用水和農業用水使用。海水淡化目前多應用於極度缺乏降水的中東地區、蓄水力不足的島嶼，另外船隻上也被使用，部份靠海的火力發電廠及核電廠也以海水淡化水用於冷卻爐心。
商業化的海水淡化製程可分為加熱法與薄膜法兩大類。
1. 加熱法：
是把海水先蒸發再冷凝以除去鹽分，此法需耗費大量的熱能，因此設計上多和火力發電廠一起建構。
2. 薄膜淡化技術：
以RO逆滲透薄膜為主，目前約有6成的淡化廠採用，是目前海水淡化技術的主流。逆滲透法由於建廠快速、消耗能源較少、操作容易而逐漸盛行。
研討會重點技術分享
1. Seawater Desalination
目前的海水淡化廠，實際應用模組以RO膜(Reverse Osmosis)為主，主要是取得海水，經過不同尺度雜質的去除後，最後以Reverse Osmosis Film去鹽後取得海水中的純淨水源。Reverse Osmosis的操作示意圖如圖六所示。
圖六、Reverse Osmosis操作示意圖
在半滲透膜兩側，以自然的擴散原理來說，水應該要由低濃度溶質區擴散至高濃度溶質區，為了讓水以違反自然的擴散原理方向作動，在高濃度溶質區(海水)加上一壓力，使脫鹽的水產出，此即為海水淡化的主要原理。這也是目前需要改進最大的問題，因為目前產出每單位純淨水所消耗的能量都相當大，以統計上來說，SWRO(Seawater Reverse Osmosisi)目前每立方公尺需消耗約3-4kW，其成本不容小覷---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
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