電透析技術在脫鹽及濃縮/純化之研發與應用

 

刊登日期:2016/2/5
  • 字級

電透析(Electrodialysis;ED)技術是利用電場驅動的薄膜分離技術,可用來做為脫鹽、濃縮與純化等不同用途。電透析系統是讓水流經交替排列之陰、陽離子交換膜間,在直流電場作用下驅動離子通過滲透選擇性離子交換膜,如此離子可被去除或濃縮在另一水道。

由於不是藉由壓力讓水通過薄膜,因此電透析系統相較於其他薄膜技術之操作壓力較低,對有機結垢之容忍度也較高。此外,也藉由電透析技術在濃縮及純化方面應用,以衣康酸純化為例,闡述電透析在產品回收及純化應用的可能。由新構想的實施提高產品純度,有效削減後端分離純化成本。近來由於缺水及能耗的問題受到各界重視,本文將介紹電透析在脫鹽、濃縮與純化之研發與應用狀況。

電透析技術在脫鹽的應用
台灣地區由於地理環境特殊,一旦面臨氣候異常,各地水庫常會發生缺水現象,如何確保用水無虞,藉由將廠內廢水回收再利用提高工廠的水回收率,以節省自來水需求量為較易達到的解決方案之一。在脫鹽過程,為了減少薄膜阻塞與藥洗頻率,電透析系統可設計成可倒極式,即稱為倒極式電透析(Electrodialysis Reversal;EDR)。將電透析裝置定時切換兩端電極極性和內部淡濃室,如此反覆操作,能自動清洗離子交換膜表面上的結垢,可增加電透析系統的操作穩定性及壽命。一般 ED 膜較 RO 膜有較好的物理性及抗化性(含抗SiO2),EDR更對雜質、膠質及細菌的容忍度較 RO 為高。



圖一、電透析脫鹽示意圖

 
電透析技術在濃縮的應用
電透析濃縮系統採用批式處理設計,每批式廢水處理量為300L,當處理至淡水槽導電度 300 μS/cm 時,此股淡水排放至廢水場調勻池處理,而濃縮液則排至委外廢液收集槽,再定期委外處置。廢液減量可達約 80%。電透析模組與批次操作之導電度與電流變化如圖三所示。批次處理總耗電量為 8 kWh,以 2.5元/kWh計,電費為 20元,而 60L濃縮液委外處理費為 3,000元。此濃縮處理方式之每批次廢液操作成本共為 3,020元(此計算不含人力、維護、折舊等費用)。此300L廢液若直接委外處理,其費用需要 15,000元。因此本例中以電透析濃縮廢液,每批次處理 300L 廢液可節省經費 11,980元。若以 70 m3/年計,每年可節省經費約 280萬元。

電透析技術在純化的應用
重要化工原料之一的衣康酸(Itaconic Acid;IA),全球年平均需求量成長率為 7.8%,國際市場價格約 3.5美元/kg。現行衣康酸後段產品濃縮方式歸納如表三所示,其中蒸發結晶之回收率最高達 92.5%,為最主要產品濃縮方法,運用普遍但存有耗能且雜質高等缺點。因此,構想藉由電透析技術應用,在經濟效益與處理能量雙重提升下,解決衣康酸產品純化的需求。

電透析濃縮衣康酸系統初步規劃為將經發酵與離心(去除微生物細胞)後之衣康酸原液,經微過濾器(Microfilter)過濾後進入電透析槽,經由單元中施加電場,使離子遷移通過離子交換膜,分別達成脫鹽與衣康酸濃縮的目的。本規劃除藉由電透析反應,與溶解度差異所導致之酸析反應以提升衣康酸初階產品濃度外,更可以有效回收與減少使用添加緩衝藥劑,迴流補注甘油基質,降低前端發酵與後端分離純化成本,實驗模組如圖四所示。實驗結果說明……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

 

圖四、電透析反應槽設備
 
作者:廖啟鐘 、胡伯瑜、洪仁陽 、梁德明 /工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」350期,更多資料請見下方附檔。

分享
為此篇文章評分

相關廠商