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全球的氮排放受到工業排放與人類活動等因素，產生嚴重失衡的環境危害，包含水體溶氧下降以及優養化等議題，導致水體環境、人類生活與健康造成影響。歐美等國已長期投入相關研究與改善；而在國內部分，因產業與經濟快速發展導致氨氮排放量逐年增加，若無妥善的污染防治與回收技術，將加速消耗水中氧氣及造成水體優養化，衍生的環境議題逐漸受到各界重視。在循環經濟的議題下，如何滿足供應需求並保護環境免受氮的污染將面臨雙重挑戰。在兼顧經濟成長和環境保護下，我國開始針對河川污染問題提出「永續水質推動計畫-氨氮削減示範計畫」，針對氨氮廢水排放管制規定逐步加嚴；基於此，產業必須思索以「循環經濟」的精神，將廢水/廢棄物中的有價資源回收、純化、再利用，不但可達到污染防治的環境目標，具高風險的元素也可以從污染處理轉為資源回收，再次提供製程所需的高風險元素來源，同時亦可獲得重複使用的再生水，降低對於原物料與資源的需求，達到減廢與資源循環雙贏的目標。
氨氮廢水處理方法的選擇，可依氨氮廢水濃度來區分，如圖1，後續則可再進一步依用地需求、設置成本及操作難易等納入考量；而在回收部分，則以硫酸銨、氯化銨、磷酸銨鎂鹽類與氨水等為主要的資源化再利用產品。在氨氮廢水回收的產物中，氨水可以直接作為化學品應用或是低碳能源之替代方案，具有回收價值。

圖1、不同氨氮濃度之處理與回收技術分布圖 [資料來源：工業技術研究院]

氨氮廢水中氨的回收技術中，氨分子與銨離子的平衡是需要被考量的重要因子¹，如圖 2所示，在pH>11條件下，大於90%均以分子態氨(NH₃)存在，而且當溫度越高，在相同的pH條件下，分子態氨的比例越高，顯示高溫亦會降低氨分子在水中的溶解度。在低佔地面積需求且可客製化的分離程序中，薄膜單元的分離方式是備受重視的；因此提出了一種氨氮廢水直接產製氨水的技術程序，此技術特色為具備佔地小、操作簡易及客製化設計等優勢，藉由廢水處理系統整合，可同時達到氨的回收及再利用並達氨氮管制濃度標準。藉由薄膜蒸餾的方式提供穩定的氣液平衡接觸面積及可堆疊的模組形式以降低占地面積，將廢水中的氨氮透過pH調整後，轉化成氨氣透過薄膜後達到降低廢水中的氨氮濃度，接著透過吸附材料進行氨氣的提濃，進一步冷凝後製成氨水，如圖 3所示。透過薄膜模組的排列組合，以複合式的提濃方式可產製約11~12%的氨水，進一步導入水氣吸附材料模組，可再濃縮後端氨氣濃度，進而製得濃度約15%之氨水。

日趨嚴格的環保法規與水資源短缺是推動廢水循環再利用的重要驅動力。以氨氮廢水為例，可透過氨水、銨鹽的回收來達到循環經濟與廢水處理雙重效益。目前，氨氮廢水的處理與回收可透過化學處理產製磷酸銨鎂、氣提產製銨鹽或者高濃度條件下產製氨水以及生物處理法將氨氮轉化為氮氣降低危害性。本研究團隊所開發之氨氮廢水轉製高濃度氨水技術，適合於中低濃度之氨氮廢水(數千mg/L)，由原型機組的測試結果發現，可由約2,000 mg/L  之氨氮廢水透過薄膜蒸餾與水氣分離產製15%以上工業級氨水，同時氨氮廢水濃度可降低至符合法規管制標準以下。本技術相當適合應用於空間不足與氨氮廢水濃度較高的場域，達到處理與回收之雙贏目標。

圖2、pH及溫度對水中氨(NH₃)-銨(NH₄⁺)分率的影響

圖3、氨氮廢水直接轉製氨水程序測試

參考文獻

1. Yuanyao Ye , et al., 2018. A critical review on ammonium recovery from wastewater for sustainable wastewater management. Bioresource Technology 268, 749–758.

2. Raed A. Al-Juboori, et al.,.2023, Membrane Technologies for Nitrogen Recovery from Waste Streams: Scientometrics and Technical Analysis. Membranes 13, 15

3. Qingyao He, et al., 2018, Relating water vapor transfer to ammonia recovery from biogas slurry by vacuum membrane distillation, Separation and Purification Technology 191, 182–191.

4. Yingyuan Zhu,et al., 2024, Review of ammonia recovery and removal from wastewater using hydrophobic membrane distillation and membrane contactor, Separation and Purification Technology 328,125094

撰寫人：黃韻璇
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