薄膜程序應用 (AWWA,1995) 2

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巾朽芒郑
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1 100 年度園區廠商節水節能減碳輔導計畫 - 節水教育訓練 EDR 水處理技術之運用與案例介紹報告人 : 梁德明工研院能環所水科技組 100 年 10 月 21 日 1

2 薄膜程序應用 (AWWA,1995) 2

3 薄膜種類 3

4 薄膜技術脫鹽成本 400 Ion exchange Desalination Cost (NT/M 3 ) Electrodialysis Reverse osmosis Multi-effect evaporation Salt concentration (g/liter) 4

5 分離原理電透析 (electrodialysis, ED) 電透析處理技術是利用不同特性的薄膜對水中的離子作分離選擇, 水中離子的移動則是靠正負直流電來當吸引的驅動力倒極式電透析 (electrodialysis reversal, EDR) 倒極式電透析是將電透析處理技術作進一步修正, 乃利用直流電正負極和內部導流的切換來延長薄膜使用壽命 5

6 1. 電透析原理分離原理利用陽離子只能穿透陽離子交換膜, 而陰離子只穿透陰離子交換膜的特性, 在外加直流電場的作用下, 水中的陰離子移向陽極陽離子移向陰極, 最後得到淡水及濃水, 達到淡化除鹽的目的 Cl - Na Cl - Cl - Na Na Cl Na Na Cl - Cl - Na Cl - Cl - Na - Ionic permselectivity of ion-exchange membranes Anion exchange membrane Cation exchange membrane Anion exchange membrane 6

7 離子交換膜的分類膜中所含官能基的種類 (1) 陽離子交換膜 : 含酸性官能基的膜, 如強酸性磺酸型 (2) 陰離子交換膜 : 含鹼性官能基的膜, 如強鹼性季銨型 COO- SO 3 - N Cation exchange membrane Anion exchange membrane 7

8 分離原理 Cation exchange membrane Anion exchange membrane Cation exchange membrane Anion exchange membrane

9 Concentrate 分離原理 Cation exchange membrane Dilute Anion exchange membrane Concentrate Cation exchange membrane Anion exchange membrane

10 分離機制 Salt and water Salt and water water water Anions Cations P P E E Salt Reverse Osmosis Water Electrodialysis 10

11 允許進水水質差異 11

12 膜過濾器量筒壓力 SDI test 進氣閥壓力計樣品閥薄空壓機鋼瓶 12

13 電透析模組示意淡水濃水 A C A C A C 陽極極淡濃淡濃淡極室室室室室室室陰極極水 A: 陰離子交換膜 C: 陽離子交換膜極水原水原水 13

14 電透析 14

15 實驗室研究 EDR 薄膜面積 : 20cm x 40 cm EDR 薄膜對數 : 20 對處理量 : 100 l/hr EDR 技術研發模型廠試驗 EDR 薄膜面積 : 30 cm x 60 cm EDR 薄膜對數 : 100 對處理量 : 20 m 3 /day 實廠驗證 EDR 薄膜面積 : 80 cm x 160 cm EDR 薄膜對數 : 450 對處理量 : 450 m 3 /day 15

16 EDR 系統控制盤電源供應器砂濾原水 EDR 淡水工業廢水濃水濃水藥槽 16

17 不溶性陽極 ( 在網板內 ) 離子交換膜膜組 (500 m3/day) 倒極控制器電源供應器電腦自動操作記錄膜堆 17

18 實場 EDR 設備三級三段 EDR 膜組級 / 段總膜對數產水量膜面積極限操作電壓 3 級 3 段 m 3 /day 160cm x 80 cm V 18

19 實場 EDR 設備 19

20 EDR 操作參數 20

21 EDR 膜組串連與並聯 21

22 EDR 設計與操作水質 / 水量用途回收率脫鹽率模組安排電流與電壓斷面流速的控制搭配前處理技術 ph 控制倒極頻率酸洗週期 On-line 監測與控制生物滋生沉積防止結垢防止 22

23 應用實績地下水脫鹽工程 (50CMD,2003) 河川水混凝沉澱脫鹽工程 (2400 CMD,2003) 冷卻循環水脫鹽循環使用工程 (500 CMD, 2003) RO 濃縮水 EDR 脫鹽回收工程 (300CMD, 2004) RO 濃縮水 EDR 脫鹽回收工程 (300 CMD, 2005) 工業廢水脫鹽回收 (200 CMD, 2006) 晉億公司螺絲製造廢水脫鹽回收 (450 CMD, 2007) 日東精密螺絲製造業廢水脫鹽回收 (350 CMD, 2007) 瑞升電子含銅清洗水回收 (1000 CMD, 2008) 含氟清洗水脫鹽再生回收 (600 CMD,2008) 中鋼公司直接冷卻水脫鹽回收 (560CMD,2008) 義芳化學工業用水脫鹽回收 (400 CMD, 2010) 集盛實業公司廢水回收 (1200 CMD, 2011) 23

24 實績照片 24

25 案例 1. 鋼材直接冷卻水塔循環水 2. 電器業冷卻水塔循環水 3. 電鍍業冷卻水塔循環水 4. 石化業廢水與冷卻水回收 5. 西班牙都市汙水回收灌溉 25

26 案例 1 中國鋼鐵股份有限公司 200D 直排水回收設備 EDR 實場照片 26

27 EDR 應用直接冷卻水回收 HCl 酸洗 200D 直排水複合濾材過濾器精密過濾器原水槽原水極水濃水 EDR 淡水極水濃水淡水槽原水槽濃水槽回用原水補充清洗排放 1.5m 3 /hr 濃水槽排放至工業廢水道流量 PH 電導率總硬度 Cl - SO 4 2- 原水水質 : 35 : 8.5 : 1800 : 400 : 280 : 340 m 3 /hr μs/cm mg/l mg/l mg/l 流量 PH 電導率總硬度 Cl - SO 4 2- 濃水水質 : 8.5 : 8.5 : 6100 : 1500 : 1100 : 1000 m 3 /hr μs/cm mg/l mg/l mg/l 流量 PH 電導率總硬度 Cl - SO 4 2- 處理後水質 : 25 : 7.5~8.5 : 350 : 50 : 30 : 120 m 3 /hr μs/cm mg/l mg/l mg/l 27

28 案例 1 鋼材直接冷卻循環水水質結果樣品名稱 ph COD (mg/l) SS (mg/l) SO 4 2- (mg/l) Cl - (mg/l) Ca 2 (mg/l) Mg 2 (mg/l) Na (mg/l) 原水淡水電導度 (us/cm) 原水 EDR 產水 0 6 月 13 日 6 月 14 日 6 月 15 日 6 月 18 日 6 月 19 日 6 月 20 日 6 月 21 日 6 月 22 日 28

29 案例 1 操作成本分析電費藥品費維修費用設備攤提合計 ( 元 /m 3 ) ( 元 /m 3 ) ( 元 /m 3 ) ( 元 /m 3 ) ( 元 /m 3 ) EDR

30 案例 2 電器業冷卻循環水新真空爐砂濾塔自來水槽 E.D.R. 儲水塔循環水槽舊真空爐地下集水坑冷卻水塔本體車間當循環水電導度高於 250µ s/cm 時, 迴流至 E.D.R. 再精製電氣用品製程用水再利用處理流程圖 30

31 案例 2 原水水質 EDR 進水水源為 : p H : 7.1 M 鹼度 : 78.3 mg/l 電導度 : 710 μs/cm 總硬度 : 147 mg/l 全鐵 : 0.24 mg/l 氯離子 : 60.1 mg/l SO 4 2- : 155 mg/l 31

32 案例 2 EDR 系統圖自來水儲槽精密過濾器 EDR 設備循環水儲槽 20T 電導度計自來水水質電導度 : 710 μs/cm 總硬度 : 150 mg/l 氯離子 : 130 mg/l 處理後水槽現場機台設備冷卻水塔 EDR 處理後水質電導度 : 200 μs/cm 總硬度 : 50 mg/l 氯離子 : 15 mg/l 當水質偵測器偵測到循環水質電導度偏高時, 會自動把水倒入 EDR 再做處理, 使電導度控制在 200μs/ cm. 32

33 ph ph 淡水自來水檢測項目日期 ph 自來水淡水 EDR 分離功能案例 2

34 導電度 (μs/cm) 導電度 (μs/cm) 淡水自來水檢測項目日期導電度日期 μs/cm 自來水淡水 EDR 分離功能案例 2

35 M 鹼度 (mg/l) M 鹼度 (mg/l) 淡水自來水檢測項目日期 M 鹼度日期 mg/l 自來水淡水 EDR 分離功能案例 2

36 ND ND 總硬度 (mg/l) 總硬度 (mg/l) 淡水自來水檢測項目日期總硬度日期 mg/l 自來水淡水 EDR 分離功能案例 2

37 Cl - (mg/l) Cl - (mg/l) 淡水自來水檢測項目日期氯離子曰期 mg/l 自來水淡水 EDR 分離功能案例 2

38 SiO 2 (mg/l) SiO 2 (mg/l) 淡水自來水檢測項目日期 SiO 日期 mg/l 自來水淡水 EDR 分離功能案例 2

39 案例 2 EDR 分離功能檢測項目自來水淡水硫酸塩日期 SO 4 2- (mg/l) SO 4 2- (mg/l) mg/l 日期自來水淡水

40 案例 2 操作成本分析虎生電子電器有限公司電費藥品費維修費用設備攤提合計 ( 元 /m 3 ) ( 元 /m 3 ) ( 元 /m 3 ) ( 元 /m 3 ) ( 元 /m 3 ) EDR

41 案例 3 晉億實業股份有限公司 EDR 實場照片 41

42 案例 3 EDR 應用酸洗清洗水脫鹽電導度 Cd(µS/cm) 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月原水淡水年原水淡水 42

43 案例 3 EDR 應用酸洗清洗水脫鹽 Cl Cl - (mg/l) 原水淡水月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月原水淡水年 43

44 案例 3 電鍍業廢水 ( 回收 300 CMD) 操作成本分析電費藥品費維修費用設備攤提合計 ( 元 /m 3 ) ( 元 /m 3 ) ( 元 /m 3 ) (10 年 ) ( 元 /m 3 ) ( 元 /m 3 ) EDR

45 EDR 實場照片日東精密螺絲工業 ( 浙江 ) 有限公司 EDR 實場照片 45

46 四 EDR 案例案例 4 石化廢水處理廠放流水脫鹽回收 DC Waste EDR Product UF Concentrate Water Clean water Recycle Backwash Pilot plant of UF and EDR units 46

47 四 EDR 案例案例 4 石化廢水處理廠放流水脫鹽回收 Item Discharged stream from Water of EDR product treatment plant ph 8.1~ ~7.5 SS mg/l 42 - Conductivity µs/cm 3,240~4, ~640 COD mg/l 56~80 45~75 Ca mg/l 15~38 5~8.5 Mg mg/l 12~19 2.5~4 Fe mg/l Na mg/l 1,676~1, ~195 Cl - mg/l 182~220 46~69 - NO 2 mg/l 76~92 15~32 - NO 3 mg/l 42~105 10~35 3- PO 4 mg/l ND - 2- SO 4 mg/l 16~40 - SiO 2 mg/l Hardness mg/l as CaCO 3 80~135 20~38 Alkalinity mg/l as CaCO 3 520~ ~195 47

48 四 EDR 案例案例 4 石化廢水處理廠放流水脫鹽回收 Conductivity(ms/cm) UF/SUF permeate EDR product 電導度去除 0 8/7 8/27 9/16 10/6 10/26 11/15 12/5 12/25 DATE 48

49 四 EDR 案例案例 4 石化廢水處理廠放流水脫鹽回收 Ca 2 (mgl) /14 8/29 9/13 9/28 10/13 10/28 11/12 11/27 12/12 鈣離子去除 DATE 49

50 案例 4 冷卻排放水 : 石化業冷卻水塔 EDR 產水項目 5 月 2 日 5 月 4 日 5 月 7 日 5 月 9 日 5 月 10 日原水平均 PH 電導度 μs/cm 總硬度 ppm as CaCO 鈣硬度 ppm as CaCO 氯鹽 ppm as Cl 硫酸鹽 ppm as SO 矽酸鹽 ppm as SiO 項目 5 月 2 日 5 月 4 日 5 月 7 日 5 月 9 日 5 月 10 日平均 PH 電導度 μs/cm 總硬度 ppm as CaCO 鈣硬度 ppm as CaCO 氯鹽 ppm as Cl 硫酸鹽 ppm as SO 矽酸鹽 ppm as SiO

51 四 EDR 案例案例 5 污水廠放流水脫鹽回收處理程序 51

52 四 EDR 案例案例 5 污水廠放流水脫鹽回收設計資料 52

53 四 EDR 案例案例 5 污水廠放流水脫鹽回收水質操作成本 52 53

54 比較 RO and EDR 特性 Conductivity, μs/cm 前處理方式 EDR 200~ 8,000 可用砂滤 /UF/MF RO > 1,000 最好用 UF SDI( 水中微粒子密度指標 ) < 15 ( 較耐高微粒子濃度 <2 ( 不耐 ) 抗結垢 ( 碳酸鈣碳酸鎂與硫酸鈣 ) 好 / 倒極控制 / 加酸差 / 加酸 / 抑垢劑生物性黏著與沉積物好 / 添加次氯酸鈉差 / 殺菌劑 (RO 膜不耐氯 ) SiO2 沉積濃水的濃度不會上升, 不沉積濃水濃度大幅升高會沉積造成阻塞膜清洗 HCl/NaOH 特殊清洗劑搭配酸鹼分離機制電荷驅動壓力驅動流力抗沉積作用膜表面切線流流速大較佳膜表面切線流速小較差 Recovery 70~90 % ~70% Desalination ratio 自來水的 SDI 值通常 >5 high high 54

55 敬請指正謝謝 55

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357_water p12-20 12 357 2006 07 07 2006 357 13 14 357 2006 07 15 357 07 2006 16 357 2006 07 17 357 07 2006 18 357 2006 07 1 2 3 4 5 6 7 8 42 53 58 44 55 62 177 P231 Drinking Water Treatment Units Drinking Water Treatment