黃聖智／工研院材化所
本文旨在說明工業廢水零液排放程序所含單元及其功能。其中，前處理單元主要利用化學氧化或生物降解移除水中具結垢/污堵潛勢之物質；水再生單元利用膜系統分離水中離子，以獲得再生水及濃縮高鹽度濃水，同時達成水再生及廢水濃縮之目的，以減少後端蒸發結晶系統之進流體積，降低操作成本；蒸發結晶系統分離高濃度鹽水之殘餘水分，以獲得結晶固體物，達成零液排放之目的。因應日趨緊張之水情及嚴峻法規規範，工業廢水零液排放將成為各事業單位發展之重點項目。
【內文精選】
前 言
隨著水情日益嚴峻，各國事業單位皆致力於零排放程序之發展，工業廢水來源複雜、組成分差異懸殊，藉由不同水處理單元之搭配才能有效地達成零排放。零排放脫鹽過程中無可避免地會產生大量濃鹽水，其主要為無機鹽、重金屬及預處理過程所用之化學品(抑垢劑、酸及其他反應產物等)，高濃度濃鹽水處理已成為各工業廢水零排放之關鍵技術。廢水經過濃縮以後，將高濃度廢水送至結晶器進行再蒸發，形成結晶鹽，從而實現廢水零排放。本文將零排放程序分為預處理(Pretreatment)、廢水再生(Wastewater Reclamation)及蒸發結晶(Evaporation Crystallization)三個步驟進行介紹。工業廢水成分複雜，依照廢水特性選擇適當處理程序才能有效發揮各處理單，本文將完整工業廢水零排放處理流程彙整如圖一所示。
圖一、工業廢水零排放處理流程
工業廢水零排放之預處理程序
零排放程序主要藉由膜處理系統(UF、RO或EDR等)移除水中鹽分才可再利用，且高導電度會造成管線腐蝕、澆灌植物枯萎與土壤鹽化等問題；其次錳、銅、鋅等重金屬項目、難分解溶解性有機物、大腸桿菌群與氮類物質等亦為再生過程之主要障礙。膜系統處理過程中將會產生淡水(產水)及濃水，當水回收率愈高，濃水濃縮倍率也隨之提升，濃水所含污染物濃度累積至一定濃度時，膜系統將會發生結垢或腐蝕，令系統或膜片受損，造成水回收率降低。據此，廢水進入再生系統前需先進行預處理，將水中可能發生結垢之物質移除或降低濃度(依據水再生過程濃縮倍率而定，可降低處理成本)，避免發生結垢及污堵，可有效提高水再生效率。工業廢水中所含物質及其適用之處理方法如表一所示。
工業廢水零排放之廢水再生程序
工業放流水經前述預處理移除可能產生結垢/污堵之物質後，進到水再生程序，水再生程序多利用膜系統分離水中離子，令導電度及所含水質項目符合放流水再生標準。膜系統係以壓力差、濃度差及電勢能為驅動力，透過溶質、溶劑與膜之間的尺寸排除、電荷排斥及物理化學作用實現脫鹽之技術。根據膜孔徑和操作條件的不同，膜濃縮的適用範圍也有較大差異，常用之工業廢水再生膜處理技術，如奈濾膜(NF)、逆滲透(RO)、電透析(ED)、薄膜蒸餾(MD)、正滲透( FO)，將分述如下。
工業廢水零排放之蒸發結晶
工業廢水經再生程序處理後，所排出之濃縮廢水含有極高濃度之鹽分，此類廢水又稱高鹽度廢水，於零排放理念下，常藉由蒸發結晶技術來達到零排放目的。蒸發結晶技術常應用於化工、食品、醫藥及電子業中，針對產品進行脫水以達到濃縮之目的，惟蒸發操作需耗費大量熱能，對成本而言是重要考量因素。故廢水再生程序可使工業廢水之濃縮倍數提高，從而減少蒸發結晶系統之進水量，有效降低操作成本。以下介紹應用於零排放處理程序之蒸發結晶技術，分別為多效蒸發(MED)、機械蒸氣再壓縮(MVR)、多級閃蒸(MSF)，將分述如下。
1. 多效蒸發(Multi-effect Evaporation; MEE/Multi-effect Distillation;MED)
串聯多個蒸發器，利用前一效蒸發器之二次蒸汽作為下一效蒸發器之加熱蒸汽，同時下一效蒸發器之加熱室便是前一效蒸發器之冷凝器(圖三)。此項技術不僅可節省生蒸汽(Fresh Steam)用量，還可省略冷凝器之設置，係因採用多效蒸發所需生蒸汽量遠較單效蒸發時小，藉此提高生蒸汽之利用率…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖三、MEE系統原理
★本文節錄自《工業材料雜誌》416期，更多資料請見下方附檔。