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2.2.4 正滲透技術(Forward Osmosis) 4. 結果與分析

正滲透技術不需額外施加壓力，是一種低耗能濃縮技術。正滲透透過滲透壓差使水分子從低鹽濃度(低滲透壓)透過選 由 表5水質分析數據結果，可發現CWD氨氮系統產水
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2-
擇性半透膜移動至高鹽提取液(高滲透壓)中，再藉由分離技術將提取液及過膜水分離與再生回用，具低耗能與低積垢傾向 水中離子主要是 離子(Na )與硫酸根(SO )，因此可預測
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的效益，因此應用於水處理上能大幅提升功能穩定性及成本效益。圖7 為正滲透薄膜技術之基本配置圖。目前正滲透技 回收後之酸鹼為氫氧化 (NaOH)與硫酸(H SO )為主；而
[14]
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4
2+
術的關鍵在於薄膜的選擇與提取液的分離技術，薄膜需選擇高孔 率與高選擇性以減少濃度極化與其他溶質擴散問題，而 純水系統樹脂再生廢水的離子組成主要為 (Ca )、
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+
提取液的分離目前發展的趨勢是以改變提取液的溫度造成相變化，促使透過水與提取液分離。正滲透技術因有低能耗的優 (Mg )、 (Na )、氯(Cl )、矽酸鹽(Silicate)等，成份較為
點，科學家持續發展相關技術，目前應用的領域包含 水淡化、鹵水濃縮與零排放等。 複雜，需進行適當前處理流程後才可進行電透析處理。
4.1 CWD氨氮系統 水 電 析法 實驗結果
Salt-rejecting Diluted draw solution
membrane
以定電壓5V、 流速度6cm/s與固定有效膜面積176
cm 的單極膜與雙極膜電透析模組進行氨氮系統產水降導
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實驗，實驗結果，如 圖12所示。由 圖12(a)可發現 : 在相
Ammonia and 同條件下，若要達到70%脫鹽率雙極膜所耗費時間為單極
carbon dioxide
SEAWATER
膜的兩倍，且在不同脫鹽率下電流效率也較單極膜低，如
Draw solute
Draw solute
Draw solute
Draw solute
Draw solute
Draw solute
DRAW recovery system 圖12(b)，其原因為雙極膜模組內部因膜材數量較多，造成
system
system
recovery system
system
recovery
recovery
system
recovery system
recovery
recovery
SOLUTION
阻抗提升，但兩者產生之NaOH濃度相近。根據實驗結果
，選定使用單極膜電透析模組作為CWD氨氮系統產水處理
之工程化模組。
下一階段實驗為利用單極膜工程化模組，將氨氮系統
FRESH
WATER 產水導電度 減70%並在考量能耗效率的條件下將回收酸
鹼濃度 可能的提濃，測試後得到的實驗結果為 : 當進料
Concentrated brine
廢水與酸鹼回收液體積比(Feed/Product)為5 : 1時，薄膜達
到提濃極限，如 圖13；可以發現連續進料運轉五個批次後
，回收酸鹼的導電度逐漸趨緩，代表薄膜表面可能有滲透
圖7、正滲透薄膜技術配置示意圖 [14]
壓產生或是有結晶物產生於薄膜，電壓不足以驅動離子透
過薄膜，並且在第五個批次廢水降導率達70%的時間較第
2.3 技術比
2.3 技術比
一批次已增加至兩倍時間，雖然回收酸鹼的濃度還是有持
比較前述討論之脫鹽技術之優缺點，如 表5所呈列，所呈現之適用水質、水回收率、脫鹽率與能耗數據，可能依實驗 續上升，但在能耗已大幅增加。綜合考量能耗與電流效率
採用之水質條件差異將有不同的結果，但作為技術選用參考仍具有代表性。舉例而言，當目標廢水導電度小於10,000 ，建議使用單極膜電透析模組進行四個批次的處理，維持
µs/cm且較不著重於水回收需求，可評估使用電容脫鹽技術(CDI)處理廢水，其能耗較低且結垢與微生物生長問題較少，但 70%以上的電流轉換效率，可將進料廢水降低至導電度約
其倒極時所產生的鹵水則需要再評估處理方式。在進行系統流程設計時，應依照水質特性與處理目標選用適合之處理技術 7000us/cm，同時並產生回收7% 氫氧化 8.82CMD與9%
，以得到符合成本效益的結果。 硫酸11.3CMD，所需耗費能源為8.3kWh/kg。
表5、廢水脫鹽降導技術比較表 4.2 水系統 生 水 實驗結果
多效 發(MED) 透(RO) 電透析(ED) 薄膜 (MD) 電容 (CDI) 透(FO) 因純水樹脂再生廢水成份較為複雜，其水質評估結果
技術屬性 薄膜 電化學+薄膜 +薄膜 電化學 薄膜
動力 or電 壓力差 電位差 氣壓差 電位差 透壓差 為 : 若將陰陽離子樹脂混和之再生廢水一起處理，前處理
適用水質(導電度) 100,000 20,000 80,000 50,000 3,000~8,000 50,000 的加藥將會貢獻更多廢水的導電度或總溶解固體，反而無
結 有 有 有 有
微生物 有 有 有 法做到降低廢水導電度；但若將陰離子樹脂再生廢水獨立
水回收率 - 70~90% 80~90% 50~70% 40~75% 35~60% 處理則可行性較高，透過化學混凝或電混凝方式去除矽酸
率 99% ~90% 85% 80~90% 70~80% 50~70%
能耗 116.3kWh/m3 1.5kWh/m3 1.1kWh/m3 2kWh/m3 0.6kWh/m3 2.5kWh/m3 鹽之後，再使用電透析方法將導電度降低。因此本研究以
技術成 度 成 成 成 發 中 發 中 發 中 陰離子樹脂再生廢水降導處理為目標，透過電混凝進行前
處理去除矽酸鹽，實驗數據如 表7呈現，處理後廢水矽酸
鹽可降至3ppm(去除率達99%)，水質達到可進電透析系統
降導電度的處理標準。

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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
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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。

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