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又如各廠區新增氫氧化四甲基 (TMAH)處理系統，將廢水 有帶電荷離子越多，則越易導電，導電度就越高，也表示 回顧水處理技術的發展，最開始的水處理技術是將自 2.2 膜 技術 2.2.1 薄膜蒸 技術(Membrane Distillation)
中的TMA+離子以樹脂離子交換吸附的方式去除，使處理 水中含解離的鹽類越多。以水質的 度來看，水的導電度 然界的水資源淨化成飲用水的過濾技術，而在某些水資源
雖然逆滲透膜水處理技術被各項領域廣泛應 薄膜蒸 技術為一種結合蒸發法與薄膜法的脫鹽技術。其原理
水符合法規限值，得以回收再利用或排放。 越高，解離態的鹽類多，即可能發生腐蝕或是沉積等反應 缺 的地區必須利用 水，因此將 水淨化成淡水的水處

用，但隨著環保意識增強，科學家不斷找尋可更 為利用通過疏水性薄膜兩側的流體其蒸氣壓差做為驅動力，以高溫
水污染防 措施隨著時間不斷精進，近幾年來，我們 ，可能對輸送管路的維護、 水生生物生存與農業灌 理技術需求就相應產生。 水淡化其實也是一個脫鹽的過
加節能與可處理更高濃度進流水的薄膜材料與技 使水蒸汽透過薄膜輸送置產水側，將水與鹽類分離，如 圖3 。相
[10]
更追求廢水排放水質優於法規標準，甚至往對生物零衝擊 等有影響，因此導電度越高代表水質越不好。目前公司各 程，最開始是透過蒸發的方式，將 水加熱 ，收集起

術。近十年來，薄膜水處理技術的演進越發成熟 較傳統蒸 技術之優點為 : 使用薄膜蒸 可透過薄膜材料設計增加
的目標改善，採用「生物急毒性-水 」作為綜合指標，針 廠區所產生的廢水導電度大約在4,000~12,000µs/cm這個 來的凝結蒸 水就是淡化水，但為了節約能源，可以把第

與多元化，本文將介紹幾種具發展潛力的技術 : 蒸散的表面積，也因此在相同 地面積下，薄膜蒸 設備可處理的
[4]
對對生物存活有害的相關污染物 各個擊破，利用系統改 範圍，各廠間差異源自於製程使用的化學品種類與用量及 一次加熱出來的蒸氣用來加熱第二次的 水，把第二次加
以蒸氣壓差異作為驅動力的薄膜蒸 (Membrane 水量更多。
善或新增處理設施的方式，將各項指標濃度降低(如 離子 回收系統的回收水量；一般而言，廢水中的導電度主要來 熱產生的蒸氣用來加熱第三次，最後把所有的冷凝水收集
Distillation, MD)，以電化學方式處理的電透析法 目前常見的薄膜蒸 系統設計有四種，分別為直接接 式
、氨氮、TMAH等)，往生物零衝擊跨出了一大步。但目前 源有兩個：一為製程機台排水，因主要為晶圓清洗水，通 起來便是所生產的淡化水，這就是多效蒸發法(Multi-effect
(Electro dialysis, ED)與電容脫鹽法(Capacitive (DCMD)、間 式(AGMD)、空氣 流式(SWMD)與真空式(VMD)薄
各項相關指標的其中一個項目-導電度(Conductivity)，尚 常會混雜製程中使用的氨水、硫酸、氫氟酸等化學品，故 Distillation, MED)的原理 。類似的蒸發技術還有多級 化
[6]
Deionization, CDI)，及低能耗的正滲透技術 膜蒸 ，如 圖4 [10][11] ，其中以真空式薄膜蒸 具有高通量與低熱能
未有較好的對策降低濃度，因此本文將針對實際廠區的導 某些機台排水的導電度就會較高；再者為廠務系統使用物 法(Multi-stage Flash, MSF)與蒸氣壓縮法(Thermal Vapor
(Forward Osmosis, FO)。 損耗的優點，為四種設計中最具商業化應用潛力的設計，如 表3。
電度水質狀況進行分析，並探討比較目前發展中或已商業 化處理所貢獻，在水中加入化學品處理廢水，同樣也對排 Compression, TVC)，此三種方式的原理都大同小異，而
化的技術，評估可應用於實廠水質改善的最適化方式，期 放廢水的導電度有一定程度的貢獻。了解廢水導電度的主 與多效蒸發法不同的地方是多級 化法因加熱區與回收區
望對排放廢水生物零衝擊改善提供解決方案與建議。 要貢獻來源，我們需要更進一步找到能夠改善的機會點及 有區隔所以較不易結垢沉積，因此操作較為有彈性，另一
可適用的處理方式，在兼顧水回收的同時，也將污染防 方面蒸氣壓縮法則是利用電能將蒸氣壓縮，減少蒸氣的使
表1、新竹、台中、台南科學園區納管標準比較表 的效果提升。 用需求。三種以熱作為能源的脫鹽技術，因其能耗較高且
容許限值 地面積計較大的原因，到了1960年代逐漸被薄膜技術取
水質項目 單位 竹科 [1] 中科 [2] 南科 [3] 2.1 電度技術( 技術) 代。
水溫 ℃ 35 35 35
生化需氧量(五天) mg/L 300 300 250 探討目前工業界常用與應用較為成熟廣泛的降導電度 利用薄膜技術分離鹽類與水的發展 史，如 圖1所呈
化學需氧量 mg/L 500 500 450 現 。
[7]
懸浮固體物 mg/L 300 300 250 技術，因應各式各樣水質條件、處理需求、場地限制或能
氫離子濃度指數 --- 5~9 5~10 5~10 源使用的考量等，發展出許多不同的技術與應用層面。所
陰離子界面活性劑 mg/L 10 10 10
油脂(正 抽出物) mg/L 25 10 25 謂降導電度的技術，用簡單一點的方式說明即是-將水中之
酚類 mg/L 1 1 1 具導電性的鹽類去除的方法，亦被稱為脫鹽技術(Desalina-
銀 mg/L 0.5 0.5 0.5 [5]
mg/L 0.5 0.5 0.5 tion Technology)，若依照分離機制，如 表2中文獻分類
mg/L 0.03 0.03 0.03 : 可分為將水分離(Water Separation)與將鹽去除(Salt
六價鉻 mg/L 0.5 0.5 0.5 Removal)兩大種類，其中若以製程特性分類，又可細分為
mg/L 1 2 3
溶解性鐵 mg/L 10 10 10 蒸發法(Evaporation)、結晶法(Crystallization)、過濾法
總汞 mg/L 0.005 0.005 0.005 (Filtration)、離子過濾法 (Ionic Filtration)、離子遷移法
mg/L 1 1 1
1. 前言
mg/L 1 1 1 (Ionic Migration)等，脫鹽技術方法多達十多種，但每個技
mg/L 0.5 0.5 0.5 術各自有其適合應用的產業，後續將針對其適用性做比較
自設廠以來，公司對於水污染防 管理主要是 循所 methyl-ammonium Hydroxide, TMAH)等或是將既有項目 mg/L 5 5 5 20世紀中，科學家持續研發薄膜材料並應用於水處理
屬科學園區或是當地環保局的法規限制，設置廢水處理系 加嚴。 總鉻 mg/L 2 2 2 與討論。 ，製作出孔徑小可分離水分子和離子，且同時需兼顧高通
溶解性錳 mg/L 10 10 10
統使得排放廢水符合標準。法規排放標準會針對行業別制 公司為符合排放指標，於廠區設置廢水處理設施，起 化物 mg/L 1 1 1 表2、脫鹽水處理技術分類表 [5] 量與可耐受逆滲透高壓的半透膜材料，Loeb和Sourirajan
定，不同行業所使用的原物料不同，故產生於排放水中的 先主要是以物化處理與酸鹼中和的方式為主，添加化學品 氟鹽 mg/L 15 15 15 兩位研究者於1960年成功開發出第一張高性能的非對稱型
硫化物 mg/L 1 1 1 Separation Energy Process Name 由19世紀初科學家發現與定義滲透現象(Osmosis)，並
污染物質也會不同，因此限制的排放污染物物種與濃度也 使水中的污染物如氟離子、懸浮物與 離子混凝沉降形成 硼 mg/L 1 1 3 Mechanism 酸纖維素逆滲透膜，由於這項研發成果促使逆滲透膜商
不同。以新竹、台中與南部科學園區的納管規範而言，如 無機污泥，另一方面，處理後的澄清液會依照水質情況回 甲 mg/L 3 3 3 Water Thermal+ Evaporation Multi Stage Flash(MSF) 製作出人工的無機滲透膜，並於1887年由荷 的物理化學 業化的夢想實現，開啟了薄膜分離科學和工程研究的新紀
硝酸鹽氮 mg/L 50 50 30 separation Electrical 家- 德 (Van t Hoff)建立完整的滲透壓理論，說明滲
表1，主要列管的水質指標有 : 重金屬物質(如 、 、 收再利用或排放。隨著製程演進，機台排放廢水變得更為 氨氮 mg/L 30 50 60 Multi Effect Distillation(MED) 元，美國化學學會特地在1980年的年度大會中， 表揚
、 、 等)、化學需氧量、生化需氧量、懸浮固體、氟鹽 複雜，相對應廢水處理系統也增加了，如新法規上線後， 氫氧化四甲基 (TMAH) mg/L 30 20 60 Thermal Vapor Compression 透程序是以壓力差為驅動力的薄膜過濾，當一張半透膜隔 對人類生活深具影響的 大貢獻。後續逆滲透膜在水處理
(TVC)
與氫離子濃度指數(pH)等常見項目，並隨著環保意識 頭 需透過氨氮廢水處理系統，利用脫氣膜薄膜分離的技術， 註1：比較表僅列舉部分水質指標，詳細內容可參考文獻 Solar Desalination(SD) 開稀薄溶液和濃溶液時，由於兩端溶液濃度的差異，稀薄 上被廣泛應用，主要的差異在於鹽類阻絕率、操作壓力和
註2 : 資料整理時間為民國109年3月，限值可能因法規修 而修改
，陸續增加管制項目如氨氮與氫氧化四甲基 (Tetra- 以硫酸吸附廢水中的氨氣，使得排放廢水符合納管標準； Crystallization Freezing Formation of hydrates 溶液端的溶劑會通過半透膜擴散至高濃度端，這一現象稱 透水率的不同，可分為：飲用水的淨化、水回收再利用、
Evaporation Membrane Distillation(MD) 為滲透。當溶劑擴散達兩端平衡時，高濃度端所增加的液
and filtration 電子級超純水的製備，以及 水與 水脫鹽四大應用方
2. 文獻探討 Electrial Evaporation Mechanical Vapor Compression 壓差稱為滲透壓。反之，如果反向在高濃度端加壓，使施 [7][9]
(MVC) 加壓力大過滲透壓，則高濃度端的溶劑反而會往低濃度端 向 。
水溶液的導電度，其物理意義為溶液的導電能力，而 Ionic filtration Reverse Osmosis(RO) 流動，這種強迫反向的滲透程序就稱為逆滲透，逆滲透水
Salt removal Electrical Ionic migration Electrodialysis(ED)
導電能力和溶液中離子之有無、離子之濃度、離子移動性 Chemical Others Ion Exchange(IX) Solvent 的製作就是利用這樣的原理，如 圖2 。
[8]
、價數、離子間之相對濃度及溶液溫度有關係。當水中含 Extraction(SE)

1 2 FACILITY JOURNAL 3 4 5 6
FACILITY JOURNAL 1 2 2 0 2 01 2 2 0 2 0

依照氨氮系統產水測試結果得知，單極膜電透析模組
較雙極膜模組能耗效率較好，因此陰離子樹脂再生廢水也
選用單極膜作為工程化模組。同樣以定電壓5V、 流速度
6cm/s與固定有效膜面積176cm 的單極膜電透析模組做降
2
導實驗，實驗結果如 圖14所示，可以發現在進流廢水與酸
鹼回收液體積比為1 : 1時，薄膜處理即達到提濃極限，因
產生的回收酸鹼導電度上升斜率已趨緩，若再執行第二個
批次的處理，所需的處理能耗會增加；另外，降導的成果
為三小時可降低92%導電度(由23,000us/cm降至2,000
us/cm)，可 的是所產生的回收酸、鹼濃度僅1.8%與1.1%
，受限於回收酸鹼的提濃極限，此股廢水的回收酸鹼效益
並不如預期。
另一方面，若以相同實驗條件(廢水降導率70%)比較氨
氮系統產水與陰離子樹脂再生廢水用單極膜電透析模組處
理的結果，可以發現在產生回收酸鹼的效益上是氨氮系統
產水的結果較好，如 圖15，產生的酸鹼濃度是樹脂再生廢
水的約兩倍，所花費的能耗也較低，若以回收酸鹼為目的
考量，氨氮系統產水的效益就相對較高。因電透析法也屬
於薄膜分離的技術，基於質量不滅定 ，當進流水的成分
越複雜，則分離的困難度越高，因此樹脂再生廢水利用單
極膜電透析法處理，雖可使得出流水的導電度降低至
2000us/cm，但產生回收酸鹼的處理卻也還是另一個待解
決的問題，因廢液導電度已高達100,000us/cm，建議後續
流程可使用熱處理方式將水與鹽類分離，以達到去除廢水
中鹽分的目的。

11 12 13 14 15 16

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31 32 33 34 35 36

41 42 43 44 45 46