徐樹剛、吳旻珊、李晨瑜／工研院材化所；簡文宏／宏津科技有限公司；呂理維／友達宇沛永續科技股份有限公司
近年有工業區與工廠因保護特定區域水資源目的，被要求須零廢水排放。廢水零排放會有以鹽類為主之固體物（副產鹽）產生，其品質受廢水中不純物組分影響。妥善預處理不純物，除可提升副產鹽品質，亦可穩定廢水零排放程序運行。對廢水零排放系統影響較大之不純物有硬度、矽、有機物與氟離子等，選擇預處理方式須綜合考量廢水特性、使用藥劑與對應處理單元功能等，並建議採實際水樣測試以確認預處理效能。
【內文精選】
前 言
近年我國部分地區因環境保護或水資源有限等因素，要求當地開發之工業區或進駐工廠須採取廢水零排放(全回收)作為。然廢水零排放(ZLD)程序最終不可避免有固體物產出，一般為廢水所含溶解性離子所轉成之鹽類(以下簡稱副產鹽)，如硫酸鈉、氯化鈉。其若以廢棄物形式清運處理，相關費用恐占整體操作成本30%以上。是故，將副產鹽盡可能予以資源化(Resource Recycling)，有助於節約廢水零排放之整體運營成本。本文將介紹在廢水零排放程序中常被視為不純物之成分，與筆者所蒐集此類物質之主要處理技術與方法，提供有意規劃廢水零排放處理程序之產業先進參考。
主要不純物種類及對零排放系統之影響
鈣、鎂等陽離子為廢水中常見之硬度成分，其與水中碳酸、硫酸根等陰離子於適當條件下可形成如碳酸鈣、硫酸鈣等結垢物，若析出沉積位置為薄膜濃水側與熱交換器表面，將對膜通量與熱交換效能產生不良影響。再者，硬度結垢物溶解度積小，其常成為限制廢水濃縮倍數之關鍵因子，而零排放程序為一不斷濃縮廢水直至析出固體物之過程，為使濃縮單元於目標副產鹽析出前能平順操作，須將所導入之廢水硬度預處理(Pretreatment)至一定程度。然而，溶於水中之矽以矽酸鹽形式存在，天然水體所含矽濃度一般低於10 mg/L。然若矽超過水中溶解度或與水中其他陽離子反應，則會以形成黏膜層、團聚成膠體顆粒黏附或同其他陽離子結合成固體沉澱物(如矽酸鈣)等樣態，沉積於物體表面。這些矽沉積物若附著於薄膜與熱交換器表面，不易以反洗方式移除，將會使設備運轉效率降低與耗材更換加速，故需特別注意廢水之矽含量於濃縮過程變化，確認進入零排放系統各單元之妥適性。
此外，廢水所含有機物除會影響副產鹽品質(外觀、晶體粒度)外，亦易造成薄膜表面污堵導致頻繁清洗，並可能使熱蒸發程序產生大量隨蒸汽夾帶出之霧沫，進一步影響冷凝水品質。若廢水所含有機物不具回收價值，一般多先以處理成本較低之生物技術進行降解，殘留生物難降解部分，則視濃縮後殘存於濃水之有機物組分，再評估全部採處理成本高昂之化學氧化技術進行降解，或將有機物部分氧化轉成具生物分解性成分，再結合生物技術進行降解。惟廢水經零排放程序高倍數濃縮後，離子濃度大幅提高且有機組分複雜，宜先經實驗室或模廠測試以實際廢水測試評估成效，始能確保後續相關應用可行性。
零排放常用預處理技術
以適當技術將廢水中不純物預處理至妥適條件，為提高廢水零排放所得副產鹽品質、穩定運轉膜濃縮與熱蒸發結晶等單元之重要作為。以下介紹依廢水零排放應用特性之常見預處理技術。
1. 高效固液分離技術
(1)高密度沉澱池
高密度沉澱池為將混合區、絮凝區與沉澱區等三大單元綜合一體之固液分離裝置，其基本構造參見圖一。廢水與處理藥劑於混凝區快速混合後，使目標不純物(如鎂離子、氟離子)達過飽和條件析出。之後廢水再與沉澱區迴流之濃縮污泥混合，自絮凝區下方進入中央套筒內並加入適切之助凝劑；由於混入濃縮污泥提高了廢水所含固體物濃度，提升固體物間碰撞機會達到了強化絮凝效果。最後廢水流入設有傾斜管之沉澱區，因傾斜管具有擴大等效沉澱面積之特性，可使廢水於此進行高效固液分離。
圖一 、高密度沉澱池基本構造
(2)管式超濾膜
管式超濾膜(Tubular Ultrafiltration Membrane)為一採取錯流形式之大口徑超濾膜組件，其可直接處理高SS濃度(~1 wt%)之廢水。廢水於管內以高速(3.5~4.5 m/s)流動防止堵塞，由於薄膜透水孔徑與超濾膜同級，且於管壁形成之污泥餅亦可協同過濾，水中懸浮固體物濾除成效佳，圖二為管式超濾膜運作示意。應用管式超濾膜無須與其他固液分離單元搭配，與中空纖維超濾膜相較，具有…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖二、管式超濾膜運作示意圖
★本文節錄自《工業材料雜誌》416期，更多資料請見下方附檔。