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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

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工研院助國內外廠商 節水環保愛地球

撰文/劉麗惠 攝影/李庭歡

憑藉水處理技術創新研發,工研院建立高競爭力的工業廢水處理技術優勢,不僅協助國內相關業者處理各種廢水問題,並且走向國際將臺灣廢水處理技術應用於新加坡、馬來西亞、越南、中國大陸……等,為臺灣水處理產業創造利基之外,也為地球節約能源帶來很大貢獻。

薄膜蒸餾技術為一種新穎脫鹽及資源回收技術,可以有效協助產業界進行水資源回收與海淡脫鹽。
薄膜蒸餾技術為一種新穎脫鹽及資源回收技術,可以有效協助產業界進行水資源回收與海淡脫鹽。

臺灣工業用水量龐大,每年大約使用18億噸,如果能將工業用廢水有效回收處理,對避免臺灣缺水將帶來很大幫助。然而,相較於日本工業用水回收再使用率高達7成,臺灣卻只有4成,顯示臺灣在節水與工業廢水回收上仍有很大的努力空間。

工研院材料與化工研究所水科技研究組組長梁德明表示,工研院積極投入廢水處理技術的創新研發,至今已經建立領先全球的廢水處理與廢水回收技術,在此基礎之下,只要臺灣企業能夠建立深厚的節約用水思維,積極導入相關廢水處理與回收技術與應用,勢必可以達到很大的節水效益。

4大技術創新 國內外廠商爭相採用

梁德明同時指出,工研院至今已經具備多元的水處理技術及經驗,並藉由研究開發計畫以及與國內外廠商的合作,在水處理領域不斷獲得突破,建立具備競爭力的水處理核心技術與專利布局,同時擁有水處理模組與系統的設計能力。


 


在各種技術之中,又以厭氧性生物處理的「上流式厭氣汙泥床」(UASB)技術;可處理含氟、砷等工業廢水的「流體化床結晶廢水處理技術」(Fluidized Bed Crystallization; FBC);應用於廢水回收再利用的「薄膜蒸餾技術」與「倒極式電透析脫鹽技術」(Electrodialysis Reversal Desalination Technology)等,為工研院水最具創新研發的技術項目。


 


創新技術1》上流式厭氣汙泥床技術


目前工業廢水處理技術包括「好氧性生物處理」與「厭氧性生物處理」2種,由於好氧性處理技術汙泥生長量較多且所耗費的能源較大,使得「厭氧生物處理」開始受到重視。梁德明解釋,工研院開發的「UASB」技術包括進流水分配、汙泥床、汙泥毯與氣固液分離等裝置,整合運作可以讓有機廢水由底部進入反應槽之後,在厭氧條件之下,由厭氧微生物將有機物降解代謝成甲烷氣體與二氧化碳。另外,廢水、微生物與生物產氣則由三相分離器分別導引排出槽外,微生物則流入沉澱區並回到反應槽中。


 


梁德明進一步指出,該技術透過上述運作模式,可以協助企業以低初設成本建置廢水處理設備,之後並可以低操作成本運作系統,且可針對再生能源如甲烷進行回收,目前這項技術已經被廣泛應用於食品、石化、化工、造紙、發酵、塑膠、光電產業等工業領域,國內包括亞洲化學、長春石化、統一企業、友達光電……等都已經導入,此外,「UASB」專利技術目前也於東南亞如馬來西亞、越南等國家,有多個食品產業與釀酒產業實績。


 


創新技術2》流體化床結晶廢水處理技術FBC


梁德明指出,工研院的「FBC」技術主要利用0.2~0.5 mm矽砂擔體在結晶槽中做為結晶核種,使欲處理的進流水以及添加藥劑,由該反應槽底部進入並向上流動,再利用反應槽外接的流水迴路,調整進流水過飽和度,以及達到擔體上流速度,使欲處理的無機離子於矽砂擔體表面形成穩態結晶體,當晶體粒徑達1~2mm後,排出槽外進行回收再利用,達到廢棄物減量的目的。


 


「傳統技術在處理半導體含氟廢水時,會產生很多汙泥,但是透過FBC技術將使含氟廢水結晶,可以做到無汙泥產生的效益,」梁德明解釋,由於傳統技術處理產生的汙泥含水量高達75%,在結晶處裡之後含水量只剩下5%,可大幅提高廢水處理效益,此外,結晶之後的產物如氟化鈣,也可回收再利用。


 


梁德明說,由於FBC技術在廢水處理上可以達到極高的效益,因此目前國內已經有20幾個導入案例。除此之外,藉由該技術的實力,工研院在2014年與全球最大水處理公司荷蘭DHV競標新加坡美光廠一案時,贏得標單,因此與建設新加坡美光廠的廢水處理工程公司合作,成為新加坡美光廠廢水處理技術顧問。


 


創新技術3》薄膜蒸餾技術


在廢水回收領域,工研院也有許多精彩的創新,其中又以近年來創新研發的「薄膜蒸餾技術」受到最大的矚目。「薄膜蒸餾技術為一種新穎脫鹽及資源回收技術,可以有效協助產業界進行水資源回收與海淡脫鹽。」梁德明分析,此技術主要利用廢熱增加廢水溫度,當廢水流經多孔且疏水性薄膜一側,薄膜另一側以低溫水循環,控制薄膜兩側高低溫差,然後以薄膜兩側流體接觸面的蒸氣壓差為趨動力,使水蒸氣分子經薄膜孔洞,由高溫側傳輸到低溫側,於低溫側凝結成液體。


 


創新技術4》倒極式電透析脫鹽再生技術


薄膜蒸餾技術之外,工研院的「倒極式電透析脫鹽再生技術」(EDR)同樣具備競爭力。梁德明說,水再生利用的關鍵在於脫除水中鹽分,而目前廢水脫鹽回收主要有逆滲透(RO)、離子交換樹脂與電透析3種技術,其中離子交換樹脂只適用於低導電度廢水,RO則廣泛使用在海水或鹹水脫鹽,也常被使用於廢水回收,但該技術廢水成分複雜,再加上RO系統易發生阻塞,存在諸多問題。有鑒於此,工研院創新研發出EDR脫鹽技術,該技術具備可控制較高脫鹽率與回收率的特色,而且EDR膜壽命長、不易結垢與容易清洗,因此適合應用在工業廢水導電度去除與回收水再生技術領域。


 


梁德明說明,工研院EDR脫鹽技術已申請相關專利,如水回收處理系統及水回收處理方法、降低水中二氧化矽的方法等,並且擴展於各種行業水與廢水的工程應用,包括地下水脫鹽、河川水脫鹽、冷卻循環水脫鹽、RO濃縮水脫鹽、製程廢水脫鹽回收再利用等。例如,中鋼公司就透過導入EDR進行原水脫鹽處理、工業廢水回收等,達到卓越的回收成效。


工研院的「倒極式電透析脫鹽再生技術」可控制較高脫鹽率與回收率的特色,適合應用在工業廢水導電度去除與回收水再生技術領域。
工研院的「倒極式電透析脫鹽再生技術」可控制較高脫鹽率與回收率的特色,適合應用在工業廢水導電度去除與回收水再生技術領域。

扶植產業發展 協助廠商節水環保

梁德明強調,伴隨著臺灣產業的演變,工研院在水處理相關技術與應用發展,已經從早期輔導傳統產業進行工業廢水處理,慢慢演進到協助高科技產業製程廢水處理。在技術開發與應用領域也已經從廢水處理走到廢水回收再利用,多年來已經在國內外市場提供全面性的解決方案,包括技術研發、實驗室級或實廠級模組測試、技術評估、系統設計、試車、人員操作與教育訓練等專業服務。

目前工研院已有超過100個以上的成功實廠案例,產業範圍涵蓋電子業、面板業、石化業、化工業、食品業、紡織業、鋼鐵業等,同時也技術移轉多項水處理與回收技術至水處理產業,例如,技轉薄膜蒸餾技術予松喬公司與中宇公司,以及將EDR技術技轉水工社、松喬、華太、環揚、中鼎等公司。

由於工研院廢水處理技術已經走在世界前端,因此該團隊更走出臺灣,與馬來西亞的Trident、Enviroserve、新加坡Century Water、Glowtec、PEC 等工程公司合作,成功將臺灣廢水處理技術應用於新加坡、中國大陸、馬來西亞、越南、印尼、韓國等地,促使臺灣水資源技術躍上國際舞臺。

展望未來,梁德明強調,臺灣工業用水與民生用水的比例約為1:1,因此如果所有工業廠商都能做到最佳的廢水回收再利用機制,對於臺灣用水量不足的問題,勢必可以帶來相當大的幫助。因此,工研院在技術上的創新研發不會中斷,希望為工業創造更好的廢水處理方法,但是他也呼籲臺灣工業界,除了符合法規要求,也應該將廢水回收利用視為企業社會責任的重要方向,才能創造永續臺灣,同時為企業帶來永續經營的能量。

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