工業廢水回收酸鹼案例與探討：材料世界網

工業廢水的有價資材回收議題方興未艾，其中酸鹼回收因其用途廣泛、用量龐大，為產業界所矚目與優先發展的重點。將電透析作為酸鹼回收的有力工具，除了能在回收效率以及操作成本上具有競爭優勢外，亦可在設定範圍內得到回收品質的酸與鹼。作為電透析關鍵零組件的離子交換膜，在酸鹼回收應用上有多種選擇，本文針對其在技術應用上做一比較探討，以期為產業廢水資源化能有所裨益。

本文將從以下大綱，針對電透析在酸鹼回收應用做一介紹。

‧前言

‧電透析於酸鹼回收上的應用

　1. 雙極膜電透析應用的研究進展

　2. 單極膜電透析於酸鹼回收上的應用

‧工業廢水回收酸鹼案例探討

‧結論

【內文精選】

前言

從循環經濟角度出發，生產原物料的綠色製程與循環使用，將能有效減少製程與環境成本。將生產程序所產生的廢水、廢氣甚至廢棄物，予以有效再利用而非單單減低濃度後排放，近年也逐漸成為環境技術的新興走向。其中廢水中有價物質的回收日益受到重視。從含有高濃度離子的廢水中提取具有商業價值之鹽、酸及鹼化合物，一般使用之回收技術大都為蒸餾、離子交換、溶劑萃取、吸附、膜分離、共晶冷凍及電透析(Electrodialysis)等方法。

在諸多酸鹼回收(Acid-Alkali Recovery)技術中，電透析法(Electrodialysis; ED)利用電場驅動下可有效分離而非完全篩除水中無機離子之特性，優於使用壓力來分離的薄膜系統。電透析技術依其系統構型與操作方式，又可分為電解去離子技術(Electrodeionization; EDI)、倒極式電透析(Electrodialysis Reversal; EDR)及雙極膜電透析(Bipolar Membrane Electrodialysis; BMED)，皆廣泛應用於脫鹽之水處理及回收技術，亦能有效應用於有價資材的回收。

電透析於酸鹼回收上的應用

2. 單極膜電透析於酸鹼回收上的應用

傳統單極膜(Monopolar Membrane; MPM)廣泛應用於電透析產業，由氯鹼工業伊始，應用技術有其特定優勢。單極膜於化工製程的製酸、產鹼應用上，大多結合由電極電解產生之H⁺、OH^-，結合受電場感應穿膜透析之離子而得到酸、鹼甚至鹽類，即隔膜電解系統。此類系統較需注意的主要為易造成硬度積垢之鈣及鎂離子、易形成有機物堵塞的COD及TOC，以及矽酸鹽等。

近年典型隔膜電解案例如2010年Keramati等人的研究，從模擬配置之硫醇氧化洗滌塔廢水中，以電透析法回收鹼，探討兩室與三室槽體之電透析系統回收鹼之效能，如圖三所示。結果顯示三室槽體之回收率、電流效率與能耗皆優於兩室槽體，因H⁺會由系統中陽極反應生成，故於兩室槽體系統中，H⁺易與Na⁺競爭透膜至陰極與OH^-反應。

圖三、批次式電透析系統，(a)兩槽式單元；(b)三槽式單元

工業廢水回收酸鹼案例探討

有某股鹼性工業廢水，背景水質主要資料如表一所示，擬以單極膜與雙極膜構型兩種電透析構型系統，探討至少削減70%電導度背景要求下的酸鹼回收效益。

探討單極膜與雙極膜於定電壓下針對目標廢水之脫鹽效率影響如圖四所示，當達70%脫鹽率時，單極膜僅需7小時，而雙極膜需要13小時，說明單極膜系統有較快的脫鹽速率。且達不同脫鹽率60%、70%、90%時分別所需的總耗電量（圖五）亦優於雙極膜系統。其轉換生成酸與鹼所需之能耗如圖六所示，其中生成酸之能耗皆相近，而生成鹼之能耗可發現單極膜系統優於雙極膜系統，即以脫鹽率70%時來看，生成1 kg H₂SO₄約需消耗8.5 kWh…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。