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技術專文

圖五、傳統式氣提塔處理氨氮流程 圖六、使用脫氣膜作為氨氮吸收載體時液 圖八、氨氮廢水回收與處理簡易流程圖
相—液相交換情形
‹ CWD-N ĩᐡѯ௷ЬĪ
੊ණ༲ ֝Ԟ༲ H2SO4
H 2 SO 4 H 2 SO 4
ӲԞӕւң
ኁЬPH࠽ CWD-N pH ࣁܓ Ս୞ఽࣀ Ϝ໣Ь዁ CWR ܺࢻ዁ LSS/AWR
።ᐍՎɵ11 NH3 NH3 ጦፑ዁ ።ᐍ዁ ᆈ዁ ႇᘯᏣ ଜᅥ Eff./RCW
RO reject
֥ੌ෩
ኁЬ୐ NaOH
H2SO4 ֥ੌ෩ H 2 SO 4
(NH4)2SO4 ኁЬ୐ MD MD ಆሗሢඊᕘ዁ ಆሗሢ Lorry
Ь዁ HX ዂಣ Ȟɸ˭዁ȟ ຮ዁ Out
NH3 NH3
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ᆱጱϲ୐ழٗ CWD-N AWD
‹ AEX-N ĩࣀᅦ༲௷ЬĪ
ܺࢻ዁ ጦፑ዁
ϜޫᡋᆱጱȞ಴੊ጱȟ NaOH H 2 SO 4
ಆሗඊᕘష ௷ܺ AEX-N HFD
MD
೏౪ኁЬ 2NH3 + H2SO4 (NH4)2SO4 AEX-N pH ࣁܓ Ս୞ఽࣀ Ь዁ HX MD ಆሗሢඊᕘ዁ ܺࢻ዁ ጦፑ዁
ඊᕘ੊ᡞ Lift tank ።ᐍ዁ ᆈ዁ ႇᘯᏣ ዂಣ
‹ NH 4F-N ĩᐡѯ௷ЬĪ
一般而言，氨氮可直接經由加熱 NaOH H 2 SO 4
圖七、氨氮經觸媒分解系統簡易流程圖 NH4F-N
進行裂解，惟所需的溫度較高（> NH 4 F-N pH ࣁܓ Ս୞ఽࣀ MD MD ಆሗሢඊᕘ዁ ܺࢻ዁
Lift tank ።ᐍ዁ ᆈ዁ ႇᘯᏣ Ь዁ HX ዂಣ
800℃），較為耗能，利用觸媒降
၅੊ ௷੊ 低裂解氨氮的活化能，使其能於
約 350℃進行反應，同時觸媒能經
由氨氣的裂解中獲得部份的熱能配
在常溫下，某氣體溶解於某溶劑中
合系統內部的熱回收設備維持該反 圖九、NH 3 於不同溫度時於水中的形態
௷Ь ђዦᏣ
տࠔ༲ ដ൭ 的體積莫耳濃度和該溶液達成平衡
應。因此在連續進流時，可以持續
的氣體分壓成正比。亨利定律的公
的進行氨氣的分解作用，其簡易流 1000
式可表示如下：
ᇒ੊ 程如 圖七所示。 900
NH3 p kc
800 e = e
ዦһඳ 700
ጦፑ዁ ଷᚗੋЬ೪ࢋ ੊ණ༲ 600 其中：
硫酸銨廢液回收 Solubitity (g gas per kg water) 500 e: 近似於 2.7182818，是自然對數
的底數；
400
用硫酸作為吸收液，並產生硫酸銨 約 1.5~2m，因此處理的設備可設 原理與流程 300 p: 指溶液上的氣體分壓 (partial pre-
的副產物；其優勢為技術成熟且穩 置於室內。硫酸溶液與 NH 3(g) 反應 200 ssure)；
定。惟副產物的再利用，目前於台 形成硫酸銨的示意圖如 圖六。NH 3(g) 100 c: 溶液的體積莫耳濃度 (molar
半導體廠氨氮廢水資源化回收再利 engineeringtoolbox.com
灣並不普及。傳統式氣提塔處理氨 在經薄膜與硫酸結合過程中，可產 0 concentration)；
用，主要分為廠內系統的水回收系 0 10 20 30 40 50 60
氮流程如 圖五所示。此方法流程簡 生 25%~32% 硫酸銨濃度。 Water Temperature (deg C) k: 亨利常數，k 會因溶劑和溫度的
單，處理效果穩定，建設費和運行 而且，以脫氣膜的技術來處理廢水 統並建置脫氣膜系統：產出硫酸銨 不同而變化。(k 的 常用單位是
費較低。但必須注意是否易生成水 中的氨氮，近年來在國外被廣泛的 （如 圖八）；與廠外系統：氨水製 atm•L•mol 或Pa•m •mol )
-1
3
-1
垢，因為在大規模的氨吹脫、氣提 應用，因為低成本高效率之緣故， 造與精製純化系統，再製為氨水 /
塔中，生成水垢是一個嚴重的操作 在此製程中的氨氣相，是透過膜和 硫酸鈣，如後敘。 催 化 (direct catalysis) 及間接催化 次級用水外，亦可更進一步再次純 當溫度愈高，氨氣在水中之溶解度
問題。同時，為了防止吹脫出的氨 化學品液相中產生反應，氨的氣相 廠內的氨氮廢水處理系統主要包 (indirect catalysis)，詳細請參閱新 化回到純水前處理系統，作為純水 愈低，蒸氣壓愈高，如 圖九所示。
氮造成二次污染，需要在氣提塔後 出現短暫，幾乎不會造成洩漏的危 含：機台排放之鹼性廢水回收處理 工季刊第七期“半導體廠鹼性廢水 未來水源之一。 另外，pH 會影響銨離子在水中的
設置氨氮吸收裝置。 害，以廢水處理而言是較安全的製 系統、鹼性洗滌塔排放廢水處理系 的回收與資源再利用技術＂（丁瑞 銨離子在 RO 單元濃縮水側被濃 平衡，當高溫、高 pH 將有利於氨
華、陳國益）。 縮成原來濃度的 6-7 倍高濃度氨
統及機台排放之氟化銨廢水處理系
十年來，脫氣膜製造商發展出有別 程，因較高的 pH 水質，可利用中 以氣態存在。利用高 pH 值，將銨
於氣提塔 (stripper) 之液相－氣相 和後再使用 RO 膜等技術來去除水 統。其中主要處理單元包含：活性 經活性碳去除 H 2 O 2 之廢水，再接 氮 廢 水， 利 用 亨 利 定 律 (Henry's 離子轉變為氣態氨氣，穿越非極性
之液相－液相的吸收方式。其特點 中的鹽類，以得到較佳的水質，使 碳去除 H 2 O 2 單元、逆滲透單元、 著以 RO 滲透膜組進行水回收。將 Law)，利用氨氮的氣相濃度和液 薄膜，將與 H 2 SO 4 反應形成硫酸銨；
相濃度之間的氣液平衡關係，將其
為初設成本與佔地面積較少、操作 得水回收再利用得以實現。 脫氣膜與硫酸銨循環槽單元、硫酸 RO 操作在 pH<6.5，此時未解離氨 利用一至多段之脫氣膜 MD，並調
銨清運槽。 (NH 3 ) 不會釋出，絕大數以溶解態 pH 調高大於 10.8 以上，在鹼性環 整廢水和硫酸兩者流速上的比例，
方便、系統管路最短，且無氨氣逸 另亦可以觸媒分解方式，將水體 +
之銨離子存在於液態中，此時以逆 境的 NH 4 -N 將轉變為 NH 3(g) 進行 可達到 99% 的氨去除率及得到高
散等問題。傳統的氣提塔，因考量 中的氨氮氣提轉為氨氣後，再經 廠內氨氮廢水處理系統，首先以活
滲透 RO 可去除水中的銨離子及其 分離。 濃度的 30% 硫酸銨溶液外運，作
質傳的效率，一般而言所需高度約 觸媒塔進行分解為氮氣。其特點 性碳去除 H 2 O 2 以保護後續的處理
他的不純物，針對廢水中氨的去除 氣體在溶液中之溶解性質與氣體的 進一步的資源化處理。詳細請參閱
7~15m，而脫氣膜的方式含操作的 為，廢水中的氨氮經過了液相傳輸 滲透膜組水回收設備。應用活性碳
率可達 99% 以上，滲透水可作為 分壓有關，可由亨利定律來說明： 新工季刊第七期“半導體廠鹼性廢
空間，設置單層的脫氣模組則僅需 之氣相後，再經由觸媒進行裂解。 進行 H 2 O 2 催化的機制包含：直接

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