高科技產業純水製程廢液資源化策略與技術開發：材料世界網

黃馨儀 / 工研院材化所

隨全球ESG浪潮與2050淨零排放目標，高科技產業水務系統已由污染處理轉向資源循環戰略。本研究針對半導體純水系統中，離子交換樹脂再生程序所產生的高導電度廢液，提出電析離子轉化酸鹼技術(R2A)之資源化策略。透過雙極膜(BPM)、氫離子膜(HEM)與單價選擇性膜，搭配常規離子交換膜之設計，將原本被視為廢棄物的無機鹽類與高濃度酸鹼廢液，分離純化為高純度循環資源。純水製程實廠廢液驗證結果顯示，此技術能產出純度≧95%之再生鹽酸與液鹼，回收廢液中約50%的離子，有效降低全廠放流水導電度約20%~30%，並將回收能耗控制於3 kWh/kg以下。此技術每年可減少50%藥劑外購量並降低54%藥劑碳排放，配合未來模組化設計與AI智慧監控，將協助半導體產業快速建構具環境韌性的水資源封閉循環系統，實現Water Positive永續願景。

【內文精選】

電透析離子交換膜技術：分離純化機制與資源化定位

為了提升廢水資源化價值，研究聚焦於開發電析離子轉化酸鹼技術(Recovery to Acid and Alkaline; R2A)。電透析技術的核心優勢在於其高度的設計靈活性，能針對廢水不同的離子特性（如酸鹼值、離子濃度與化學組成），動態調整膜堆配置與電場操作參數，將廢水中原本被視為污染物的無機鹽類，轉化為具備再利用價值的循環資源。

1.核心原理：電場驅動與離子分選機制

電透析技術主要利用直流電電場作為驅動力，引導水溶液中的陰、陽離子通過具備選擇性通透功能的離子交換膜。相較於壓力驅動的逆滲透(RO)技術，電透析能處理更高導電度與總溶解固體(TDS)濃度的廢水，且較不易受到有機物污染的影響。本技術不僅能達成減廢目的，更透過特殊的功能性膜材，實現離子的「純化」與「轉化」，其核心應用邏輯可依據廢水特性分為以下三類路徑。

2.中性鹽類轉化：雙極膜電透析應用

針對中性廢水（如水回收系統產生的濃排水ROR），其組成多為氯化鈉(NaCl)，採用雙極膜(Bipolar Membrane; BPM)作為核心組件，由陰離子交換層、陽離子交換層及中間觸媒層構成。當水分子擴散進入中間層後，受強大電場驅動會發生水裂解反應(Water Splitting)，分解為H⁺與OH^-，搭配常規陰離子交換膜(Anion Exchange Membrane; AEM)與陽離子交換膜(Cation Exchange Membrane; CEM)，即可分別與廢水中的Cl^-結合生成鹽酸(HCl)與Na⁺結合生成液鹼(NaOH)。如圖一所示。