廢水全回收與所產生固體廢棄物資源化之技術進展：材料世界網

徐樹剛／工研院材料與化工研究所；簡文宏／宇沛永續科技股份有限公司

近年來工業廢水全回收之需求日益增高，其程序歷經演進，目前處理流程主要為前處理、薄膜濃縮與熱蒸發乾燥等單元串接。一般先將廢水經前處理去除造成薄膜表面積垢物質後，透過薄膜技術將廢水濃縮至一定程度，再導入熱技術進行最後蒸發濃縮與結晶乾燥。此一流程藉由薄膜技術減少熱技術所需處理廢水量，可達到節約能源消耗目的。而為進一步降低整體成本，將全回收後固體廢棄物（以殘鹽為主）資源化，已為廢水全回收程序新興發展方向。

【內文精選】

前言

整體來說，全球淡水量已不足以滿足人類活動需求，除了積極開拓新興水源（如海水淡化）外，節約用水與回收水資源亦為必須之手段。部分地區或因環境承受水污染能力低、或因特定工業污染性高等因素，已開始推動工業廢水(Wastewater)全回收（或稱零液體排放(Zero Liquid Discharge; ZLD)），如中國大陸煤化工產業、印度印染工業園區、北美地區火力發電廠等。

廢水全回收流程演進

雖然可藉由各種熱回收技術，提高熱蒸發之能源利用效率，但整體而言，熱蒸發濃縮之能源成本仍屬高昂；加以熱處理設備對材質要求較高，故對早期需進行工業廢水全回收之企業而言，熱蒸發濃縮單元為最主要之初設與操作成本支出。降低熱蒸發濃縮需處理之水量，將可顯著降低工業廢水全回收之初設與操作成本。

近年來由於薄膜技術持續改良與創新，除原有的薄膜產品（如海水淡化膜、電透析膜等）可於適當條件下應用於工業廢水濃縮減量外，亦有針對高鹽分廢水提濃所開發的新薄膜產品（如碟管式薄膜、薄膜蒸餾技術等）。是故，近年來廢水全回收流程已有調整，基本上採先以薄膜技術將廢水大幅濃縮（TDS可提高至6~20%）減量後，剩餘少量高濃廢水再進入熱蒸發濃縮與結晶乾燥單元等處理。圖二為導入膜法前濃縮之廢水全回收流程概念示意。各種可應用於薄膜前濃縮之薄膜技術茲簡述如下。

圖二、導入膜法前濃縮之廢水全回收流程概念示意

1. 海水淡化膜

海水淡化膜為高壓逆滲透膜，操作壓力最高可達80 kgf/cm²以上，故濃水側滲透壓比中低壓逆滲透膜更高。換言之，廢水可被濃縮之倍數更高，可有效降低進入熱蒸發單元處理之廢水量。一般而言，海水淡化膜可將廢水鹽分提濃至7.5 wt%左右，脫出每噸淡水所需電能約2~6 kWh。不過一般海水淡化膜並非針對廢水回收進行設計，較易受廢水所含污染物影響其操作成效。

固體廢棄物再利用

雖然工業廢水全回收程序導入薄膜濃縮單元，大幅降低了熱蒸發濃縮之成本，然廢水全回收後所產生的固體廢棄物（以鹽類為主），其處理成本日益增高，已是相關操作成本之要項。因此，如何將其所產生之殘鹽資源化，設法將其再利用而不以廢棄物視之，已為工業廢水全回收的新發展趨勢。

通常工業廢水全回收後所得殘鹽以一價鹽類（如氯化納、硫酸鈉）為主，為了提高所得鹽分純度，並降低薄膜濃縮過程積垢問題，一般做法會先將廢水中硬度、矽化合物、有機物等具結垢或污堵潛勢物質，先經前處理單元盡可能去除。是故，將納入殘鹽資源化考量之新型態工業廢水全回收程序，均設有適當前處理單元，將前述污染物自廢水中移除，再經由適當程序規劃，使廢水所含鹽分濃縮與純化。如採用奈濾分鹽或分相結晶等方法，使工業廢水全回收後所得殘鹽可分離成純度達98~99%以上之氯化鈉或硫酸鈉鹽。圖三為新興工業廢水全回收與殘鹽資源化之流程概念示意。