楊欣茹、黃馨儀、黃韻璇 / 工研院材化所
排煙脫硫(FGD)廢水主要由Ca2+、Mg2+、Na+、SO42-、Cl-及B等離子組成，一般廢水處理方法為化學混凝法，其為針對硼離子進行化學沉降，然而沉降的穩定性受水中的離子強度影響，如常見的助凝劑為氯化鈣，而廢水中氯離子為大宗物質，容易因系統循環而累積，導致硼去除率降低。本研究透過電透析技術將水中氯離子利用電場分離出，即可減少水中離子強度、穩定化混處理效果，並利用單價離子交換膜僅讓一價離子通透之特性，可產出高純度氯化鈉，經由電解系統再製為可再利用之次氯酸鈉副產物，透過廢水處理系統整合，可同時達到污染物去除與有價資源循環再用之雙贏效益。
【內文精選】
前 言
排煙脫硫(FGD)廢水實廠處理方法大都以化學混凝法針對硼進行去除，然而廢水處理系統的穩定性與污染物的處理效果，容易受到水質及水量的變異，進而影響標的物沉降性與系統負荷量。化學混凝法主要先以雙氧水作為氧化劑，將硼氧化為離子態，並以鈣鹽作為助凝劑再加入絮凝劑於鹼性下進行沉降去除，實廠操作中常使用助凝劑為氯化鈣，再加上通常化混系統後會接續樹脂吸附單元，將低濃度的硼去除至排放水標準(<5 mg/L)，而樹脂單元的再生多以HCl作為酸洗液，此時含硼的酸廢液再次回到化混處理源頭，使得氯離子易於系統中循環累積，導致水中的離子強度增加，大幅降低硼的去除效果。故若能有效將氯離子轉化為可再利用之產物，不僅可穩定化混去除效率，還可將水中有價離子循環再利用，達到經濟循環之目的。
圖二、單價選擇性離子交換膜系統
火力發電廠排煙脫硫廢水資源化可行性試驗
將FGD廢水導入選擇性電透析系統中，可針對Cl-、SO42-進行一、二價離子分離，其資源化流程如圖六所示。期望藉由選擇性陰、陽離子交換膜，提高系統中一、二價離子分離能力，並可於濃排水獲得較高純度氯化鈉鹽水，其分離機制如圖七所示。當高濃度帶有一、二價陰、陽離子之FGD廢水進入系統時，帶有正電荷離子受電場作用力容易往負極跑，而選擇性單價陽離子膜可將二價陽離子阻擋並停留於淡水室，僅讓鈉離子遷移；而帶有負電荷陰離子在電場作用力下容易往正極跑，當遇到選擇性單價陰離子膜可將二價陰離子阻擋並停留於淡水室，僅讓氯離子遷移。原水初始pH值不影響Cl-遷移效果，實驗結果如圖八所示。然而當系統反應一段時間後，原水中氯離子遷移到後段時間濃度過低，導致硫酸根離子開始通透過單價選擇性陰膜，進而影響濃水室之氯化鈉純度。因此，以此試驗條件來說，脫鹽至1.5小時為最佳操作時間，氯離子脫鹽率達90%，通透到濃水室硫酸根<1,000 mg/L、硼離子透膜率<4%。
圖八、離子於選擇性電透析淡水室之濃度隨時間而變化
國外某電廠實際案例介紹
國外某電廠於零排放處理技術已發展多年且擁有多項相關產品，其中包含Salt Splitter-RO，此技術結合RO和電透析技術。Salt Splitter的核心為電透析技術的延伸，當電透析系統加入單價選擇性離子交換膜材後，可達到分鹽軟化的功效，因此，此技術又稱為Monovalent EDR(mEDR)。圖九為一個簡化的mEDR隔室與膜片排列布置圖，顯示離子如何選擇性地將FGD廢水中的Ca2+和SO42-轉移到單獨的鹽水隔室中，進而產生不結垢的Na2SO4和CaCl2溶液；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》421期，更多資料請見下方附檔。