技术报导((一一)).PDF

環 境 工 程 會 刊 出刊年月：105 年08 月 技術報導(一) 技術報導(一) 倒極式電透析技術運用於水回收 張子龍 松喬環保科技股份有限公司 總經理 許 彤 松喬環保科技股份有限公司 課 長 顏嘉亨 工研院 材料與化工研究所 研 究 員 余嘉誠 工研院 材料與化工研究所 助理研究員 黃盟舜 工研院 材料與化工研究所 研究主任 摘 要 電透析主要是透過直流電場的作用，使得水中離子發生通過選擇性離子交換膜的 現象，進而達到水體純化之目的，而倒極式電透析則是透過直流電正負極和內部導流 的切換，進而自動清洗離子交換膜表面上的結垢，改善積垢問題，延長薄膜使用壽命， 並提升系統的操作穩定性，減少化學藥劑的使用量。隨著薄膜成本降低，薄膜材質不 斷的改良，薄膜透析之性能與穩定性也大幅提昇，再加上程序控制的自動化，使其應 用上更為普遍。目前倒極式電透析技術已商業化運用在高鹽度地下水、河川水與半鹹 水淡化脫鹽處理，未來不論在水回收、廢水回收或海水淡化處理上皆具有極大的發展 潛力。 關鍵字：倒極式電透析 、脫鹽處理 、水回收再生 一、前言 全球目前人口增長的速度已對淡水的供應構成巨大壓力，整體用水量已超過每年 90,000 億 m3 ，根據世界資源研究所統計[7] ，全球超過30%的國家處於用水高度緊張 的情況，而台灣在其 2010 年統計數據下則排名世界第 30 位，顯示國內確實有水資源 使用上的危機。因此，在淡水生產效率跟不上人口激增的現象下，水回收再生技術的 研發與精進已是刻不容緩。電透析(Electrodialysis, ED)是可在特定環境下替代薄膜分 離程序的水回收技術，原理主要是透過直流電場的作用，使得水中離子發生通過選擇 性離子交換膜的現象，達到水體純化目的。而倒極式電透析技術 (Electrodialysis 1 環 境 工 程 會 刊 出刊年月：105 年08 月 reversal, EDR)則是將電透析處理技術作進一步修正，透過直流電正負極和內部導流的 切換，進而自動清洗離子交換膜表面上的結垢，大幅度地改善積垢問題，延長薄膜使 用壽命，並提升電透析系統的操作穩定性，減少化學藥劑的使用量。目前，EDR 技 術在水處理上適用層面極廣，已運用在脫鹽處理、純水系統預處理、廢水回收、電鍍 廢水回收/處理、飲用水處理等[5,6,16,19] 。 二、電透析原理 ED 系統之建置通常是在正負兩電極之間交換地平行放置陽離子交換膜和陰離子 交換膜，依次構成隔室，而透過電場驅動下，溶液中帶正電荷的陽離子將往陰極方向 遷移，穿過帶負電荷的陽離子交換膜，但會受到帶正電荷的陰離子交換膜所阻擋，同 理，溶液中帶負電荷的陰離子在電場作用下向陽極遷移，透過陰離子交換膜，而被阻 於陽離子交換膜，如圖一所示。以離子交換膜而言，水處理中常用的陽離子膜為強酸 性磺酸型離子交換膜，而常用的陰離子膜是強鹼性季銨型離子交換膜。整體來說，ED 系統除具有淡水室和濃水室外，還包含陰陽兩極室，極室內通常為電解質溶液，主要 是確保系統之導電性和移除電極所產生之氣體。 ED 的處理效能則通常與下列系統內容相關[4,8] ： (1) 離子交換膜的材質與結構。 (2) 待處理水體之離子濃度。 (3) 處理系統之電流密度。 (4) 離子交換膜間水體之掃流速度。 (5) 模組結構設計。 圖一 電透析示意圖[13] 2 環 境 工 程 會 刊