新穎脫鹽技術發展趨勢與應用潛力

 

刊登日期:2015/2/5
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前言
全球目前的水量與遠古時期相同,亦即水是一個有限的資源。為確保水的永續性(Sustainability),對氣候變遷要有因應之道,且水資源總體規劃應考量未來50年的用水需求。事實上,產生淡水是一個高能耗程序,產生電力亦需大量的水。能源生產消耗大量的水,而水的供應亦需消耗能量,更極端的說法甚至是,沒水就沒能源;沒能源就沒水,可見水和能源的關聯性是密不可分的,如圖一所示。


圖一、水和能源的關聯性

全球脫鹽的應用現況
1. 脫鹽的水源
脫鹽水源( Feedwater )的鹽度( Salinity )愈高和產水( Product Water )的純度愈高,則脫鹽程序所需的能量和成本亦愈高。純度可分為飲用水( Drinkable Water )和超純水( Ultrapure Wate r),而鹽度根據總溶解固體( Total Dissolved Solids; TDS )濃度的定義:1.海水:15,000~50,000 mg/L;2.半鹹水:1,500~15,000mg/L;3.河水:500~3,000 mg/L;4.純水:低於500 mg/L。全球脫鹽市場之總合約容量依水源區分(圖三),以海水約佔 60%最多,水量超過 43,000,000 m3/d,半鹹水次之約佔 20%,水量接近 14,000,000m3/d,其餘水源包括河水、廢水、純水(此處指自來水)等。就脫鹽成本而言,水源是「愈鹹愈貴」(More Salty, More Expensive),但市場大小還是取決於所能獲得的水源量,尤其是中東地區以海水脫鹽為主。


圖三、全球脫鹽市場依水源區分之合約容量

2. 脫鹽的應用現況
全球目前人口增長的速度對淡水的供應構成巨大壓力,即使全球用水量已經高達每年 90,000億m3,根據模式預估,用水量增加速度每年約 600億m3,人類必須以永續方式使用目前的水或是尋找另外的水源。脫鹽技術的應用使人類有機會獲得以前不可飲用的水,亦即成為新興的水源。在大多數情況下,這意味著離島或沿海城市可以利用海水而內陸城市可以使用含鹽地下水作為市政供水。脫鹽與水回收( Water Recycling )的結合,更成為我們面對「水危機」的重要解決方案。全球氣候變遷所造成的缺水問題以及脫鹽技術成本的降低均為促使脫鹽應用快速成長的主因,圖四為全球的脫鹽應用版圖,以中東地區國家最多美國、歐洲和亞洲的應用亦具相當規模。依據英國水資源及市場研究機構—全球水資源情報( Global Water Intelligence; GWI )對於脫鹽市場之演進和長期預估,2014至 2024年間全球脫鹽市場預估平均每年新增合約容量接近 1,000萬m3/d (圖五)。

新穎脫鹽技術發展趨勢與應用
本文將現行成熟的脫鹽技術和在研發中的新穎脫鹽技術,以及其對應之產能技術彙集並分類於表一,分為加熱技術、薄膜技術和電化學/混合/其他技術等三類。其中,現行成熟的脫鹽技術主要有屬薄膜技術的逆滲透,屬加熱技術的多級閃化蒸餾和多效蒸餾,屬電化學和薄膜混合( Hybrid )技術的電透析,以及離子交換( Ion Exchange;IE )等。在薄膜和電化學/混合技術分類中,多項研發中的新穎脫鹽技術及其對應之產能技術,包括電容脫鹽( Capacitive Deionization;CDI )-電容混合( Capacitive Mixing;CAPMIX )產能、薄膜蒸餾( Membrane Distillation ;MD )、正向滲透( Forward Osmosis;FO )脫鹽-壓力遲滯滲透( Pressure RetardedOsmosis; PRO )產能以及電透析脫鹽-逆電透析( Reverse Electrodialysis; RED )產能等,均屬深具發展潛力的技術,目前已是全球學者競相研發的焦點。

2. 薄膜蒸餾脫鹽
薄膜蒸餾技術係以控制疏水性多孔薄膜( Hydrophobic Porous Membrane )兩側流體的溫度梯度所產生之
……以上內容為重點摘錄,如欲詳全文請見原文。

作者:邵信、劉柏逸、鐘琍菁、張敏超、洪仁陽/工研院材化所
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