電化學離子分離技術於工業鹵水資源化的開發與應用

 

刊登日期:2021/8/5
  • 字級

黃馨儀/工研院材化所
 
廢水零排放(ZLD)是產業廢水處理最終目標。以目前零排放技術而言,處理程序末端的鹵水係採用熱蒸發程序,藉由大量的熱能使水分蒸發,而剩餘的混合固體鹽類無法再利用,僅能以清運掩埋方式處理。傳統的鹵水處理程序有兩大問題點必須被克服,其一為高能耗,其二為混合鹽的處置,此二者導致現行的零排放技術難以被有效推廣應用。新穎高鹽溶液零排放技術,以電化學機制針對水中混合離子進行分離並轉化為可再利用酸鹼,無須使用大量熱能,且無固體廢棄物產生,是能同時達到環境友善與經濟效益雙贏的技術。
 
【內文精選】
前 言
受到氣候變遷及人口逐年成長等因素影響,全球淡水的供給量與用水量已經失衡。一般而言,在缺乏天然水源的情況下,水源主要將供給民生使用,產業用水必然成為可犧牲的項目。為顧及產業發展,產業用水若能自給自足,不再受限於外部環境因素,能夠大幅降低產業風險。產業廢水零排放是產業用水與排水的最佳解方,使廢水處理的末端轉變成前端製程的資源,能將普遍印象中的單向處理程序,轉型成多向且循環的解決方式,不但大幅降低整體操作費用、減少維護規劃配置作業及環境負荷衝擊,對於產業附加價值,亦將有顯著提升之勢。除了水資源之外,為因應全球減碳浪潮,各產業如台泥、台積電也相繼發布2050年碳中和目標,在環境與產業發展如何取得平衡,亦是未來一大課題,能節能減碳的水處理方案,勢必將受到重視。
 
國際零排放應用趨勢
於國際法規趨勢上,已訂定廢水零排放的地區如圖一所示,包含中國、美國的燃煤電廠與化工相關產業,以及印度的皮革、紡織產業,未來亦將有更多國家跟進。依據Research and Markets產業分析報告內容,全球零排放產業市場規模在2020年時有63億美元,預估至2028年產值將達到117億美元,年均增長率達7.8%。國內產業對於零排放技術需求亦有逐年提升的趨勢,如圖二所示。
 
圖一、全球實施零排放管制及技術發展
圖一、全球實施零排放管制及技術發展
 
零排放程序相關技術
一般高鹽溶液處理技術為離子交換、溶劑萃取、吸附、膜分離、冷凍結晶及電透析(Electrodialysis)等方法。除了零排放之外,以產業現況而言,產業因製程利用所產製的高導電度廢水亦是待處理標的。產業所排放的高導電度廢水影響到水質生物毒性,降低廢水排放導電度,可使水質生物毒性降低,使得綜合廢水排放更加生態友善。如圖三所示,對於高科技廠而言,純水樹脂再生廢液提供整廠排放廢水導電度的20~40%,如能降低樹脂再生廢液導電度,同時回收水中離子轉化為可再利用酸鹼,將使產業酸鹼用藥降低,進而降低放流水導電度,有利於綜合廢水達到生態排放或是降低後續的水回收單元負荷。
 
圖三、零排放技術問題點與技術定位
圖三、零排放技術問題點與技術定位
 
產業製程排放水資源化可行性試驗
樹脂再生液為純水製造系統中樹脂塔單元所產生的再生廢液,其單元主要係處理自來水中的陰陽離子,以產製超純水供半導體等製程用水。樹脂塔吸附水中離子飽和時需進行再生步驟,以4~5%鹼液及酸液將陰、陽離子塔活化再生,再供純水製造程序進行。因此,透過高鹽溶液轉化酸鹼技術(R2A),可有效將廢液中Cl-、Na+轉化為高純度可再利用的HCl、NaOH。以某高科技廠純水樹脂系統(2B3T)再生廢液進行酸鹼回收(Acid and Alkali Recovery)再利用試驗,陽離子塔的酸再生廢液含有1,000~4,000 mg/L的鈣鎂離子,陰離子塔的鹼再生液含有600 mg/L的矽酸鹽,將此三者離子先進行前處理去除,可避免形成結垢性物質,減少膜阻塞、系統效能降低之影響。傳統軟化程序可藉由…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》416期,更多資料請見下方附檔。

分享