軟化樹脂與薄膜在零排放系統的應用

 

刊登日期:2020/1/5
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張文榮/杜邦水處理業務部
 
當經濟發展越來越快、水資源越來越缺乏,廢水液體零排放就成為一個必須面對的議題。廢水零排放有各種不同的處理流程,如何有效且經濟地將廢水分離成可再利用的水、鹽,並同時減少固體廢棄物排放,皆是零排放技術發展的重點。本文將藉由討論零排放處理的關鍵技術:超濾、軟化樹脂、逆滲透膜、納濾膜與超高壓逆滲透膜,來說明零排放的發展與挑戰。
 
【內文精選】
前言
隨著經濟的快速發展,水資源需求不斷地上升,如何將廢水進一步回收,甚至是零排放廢水(Zero Liquid Discharge; ZLD),將成為未來我們不得不面對的問題。以下將先介紹典型的廢水零排放處理流程,再藉由探討零排放的主要關鍵技術:超濾(Ultrafiltration; UF)、軟化樹脂(Softening Resins)、逆滲透(Reverse Osmosis; RO)、納濾(Nanofiltration; NF)與超高壓逆滲透膜(Ultrahigh Pressure RO; UHPRO)來說明零排放的發展與挑戰。
 
零排放處理流程
圖一是典型的廢水零排放處理流程圖。廢水先經前處理來降低有機物與鈣、鎂、矽等結垢因子,再以砂濾(Sand Filter,選項)與超濾(UF)去除微細顆粒物;為了避免NF/RO膜在後續濃縮過程中結垢,樹脂軟化(Softening)設備絕對不可或缺。至於廢水的濃縮,通常會先以苦鹹水RO膜(Brackish Water RO; BWRO)元件將總溶解固體物(Total Dissolved Solids; TDS)濃縮至3~4%,再以海水RO膜(Sea Water RO; SWRO)濃縮至6~8%。在傳統的零排放,這些濃縮的廢水最後會以蒸發器(Evaporator)、結晶器(Crystallizer)等方法將水與固體物分離,達到廢水零排放(流程Ⓑ)。為了降低蒸發器的營運成本,近年來已有超高壓逆滲透膜(UHPRO)、正滲透(Forward Osmosis; FO)等技術可以將廢水的TDS進一步濃縮至10~20%;且為了減少最終固體廢棄物排放量(通常被認定為有害事業廢棄物,需特別處理),納濾膜(NF)也逐漸被用於分鹽,將一價的鹽(主要是NaCl)從廢水中分離、回收再利用(流程Ⓒ)。
圖一、廢水零排放處理流程圖
圖一、廢水零排放處理流程圖
 
逆滲透系統
逆滲透系統在零排放的功用主要是將廢水濃縮,並回收可再利用的水。如圖五,在傳統的處理流程上,BWRO膜最多可將廢水的TDS濃縮至40,000 mg/L(受限於最大操作壓力41 bar);SWRO膜則可進一步將廢水濃縮至80,000 mg/L(最大操作壓力83 bar),其後即需藉由其他如正滲透(FO)、倒極式電透析(Electrodialysis Reverse; EDR)及/或機械蒸氣再壓縮(Mechanical Vapor Recompression; MVR)等方法,將廢水進一步濃縮處理。但由於後面這三種方法的處理成本比RO膜法高很多(斜率較大),所以,近幾年零排放系統已逐漸採用超高壓RO膜(UHPRO),在SWRO後將廢水的TDS進一步濃縮至約12%,以減低整體的處理成本(詳如圖六)。底下我們將就BWRO、SWRO與UHPRO逐一說明。
 
圖六、UHPRO降低零排放處理成本示意圖
圖六、UHPRO降低零排放處理成本示意圖
 
納濾膜
廢水零排放最終可分離成可再利用的水與含有雜鹽、有機物的固體廢棄物,這些固體廢棄物可能含有害物質而被歸類為有害事業廢棄物,因而增加處理的難度與成本。納濾膜具有分鹽的功能,可讓一價的鹽透過,同時去除二價的鹽與有機物。FORTILIFE XC-N是杜邦水處理專為零排放應用所開發的納濾膜元件,其具有以下幾個優勢,可利用在廢水零排放系統,將最終的固體廢棄物分為可再利用的一價鹽(主要是NaCl)及需最終處置的雜鹽:
①具有高選擇性和較高的單價離子透過率,以及較高的二價離子和COD截留率,有助於分離出高純度的鹽溶液,同時減少濃縮廢水。
②採用高滲透性膜化學技術,可提高水回收率和/或降低操作能耗。
③膜具有穩定性和可靠的長期性能。
 
圖十是模擬電廠的脫硫廢水(FGD)水質,在實驗室以納濾分鹽的測試結果,由此可知,經納濾分鹽後,產水端主要含NaCl,且NaCl的純度高達98.5%以上。圖十一是中國漢川電廠FGD廢水零排放的處理流程圖,經納濾分鹽後的產水,再以SWRO、UHPRO與MVR處理…以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
★本文節錄自《工業材料》雜誌397期,更多資料請見下方附檔。

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