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隨著氣候與環境變遷的加劇，政府陸續發布了碳中和目標，各企業在產業發展與環境永續之間如何取得平衡，成為未來營運的重要課題，其中減碳水處理方案必然成為關注焦點。2B3T樹脂塔是純水系統中不可或缺的單元，能有效去除水中的鈣、鎂、鈉等陽離子及矽酸鹽、硫酸鹽、氯等陰離子雜質。在樹脂塔吸附飽和後，陰、陽塔分別需要使用5 wt % 的液鹼 (NaOH)和5 wt % 的鹽酸(HCl) 進行再生，以恢復交換當量。如圖1所示，估計每生產1,000噸純水約需要7.8噸酸液和23.3噸鹼液進行再生，這些酸鹼廢液加上水洗水共會產生約50噸的廢水。

圖1. 純水系統離子交換樹脂(2B3T)運作示意流程

一般廠內的處理方式為酸鹼中和後(導電度約40,000 μS/cm)排入廢水處理系統，此種方法無法有效處理水中的無機離子(如Na⁺, Cl^-…等)，導致末端排放水的離子濃度增加50%。此外，園區污水下水道的導電度納管標準(如銅鑼、二林、台南、高雄等園區)，間接也使得再生水系統的水回收率受到限制。透過高效的電析離子轉化酸鹼技術(R2A, Recovery to Acid and Alkaline)，可以將樹脂再生過程中產生的廢鹽酸和廢液鹼進行純化並濃縮，製備出系統可再利用的鹽酸和液鹼，實現酸鹼液循環再利用，如圖2所示。這將使得產業的酸鹼用藥量減少，除了可以降低日常樹脂再生的操作成本外，進而降低放流水的導電度，有利於綜合廢水達到生態排放標準並提升水回收率。

圖2. 樹脂單元廢排循環處理技術定位

R2A技術可藉由功能性離子交換膜，根據不同的水質組成與產品規格，達成廢液資源化的目的。如表一所列，純水樹脂系統再生廢液的酸鹼排分析，陽離子塔的酸再生廢液主要為2.8 wt % HCl，雜質包括4,595 mg/L Ca²⁺、1,895 mg/L Na⁺、1,120 mg/L Mg²⁺；陰離子塔的鹼再生廢液主要為3.8 wt % NaOH，雜質包括7,337 mg/L SO₄^2-、2,251 mg/L Cl^-、636 mg/L silicate。

表一、純水樹脂陰陽塔再生廢液組成

R2A系統膜堆應用如圖3(a)、(b)與(c)所示，可分別針對中性廢水（混鹽）、酸性與鹼性廢液轉化為再生酸鹼之應用，膜堆有不同的排列方式。(a) 中性廢水：雙極膜(BPM)/陰離子交換膜(AEM)/陽離子交換膜(CEM)/雙極膜(BPM)之組合可形成酸、鹼及廢水的三隔室系統；(b) 酸性廢液：以單價陽離子選擇膜與陰離子交換膜搭配可形成酸與廢液隔室；(c)鹼性廢液：陽離子交換膜與單價陰離子交換膜搭配可鹼與廢液隔室，來達到回收酸鹼之目的，並可降低廢水(液)之導電度。BPM由陰離子交換樹脂膜層、陽離子交換樹脂膜層及中間層(觸媒層)組成，水分子經由滲透進入中間層，並解離成H⁺和OH^-，這一機制與使用電極電解水產生H⁺和OH^-類似，但不會產生H₂與O₂。由於雙極膜內部為陰陽離子膜交互堆疊，可以在膜內形成內電壓，從而使水的裂解電壓低於電極電解水的電壓 (1.2V)，達到節能效果。CEM帶有負電荷的官能基，AEM帶有正電荷官能基，可分別使陽離子和陰離子通過，阻擋反電荷離子(counterion)。此外，單價選擇性膜可針對一價離子通過，阻擋多價離子(二價、三價)。如此一來，可以有效處理樹脂再生的綜合廢水，也能單獨處理酸排或鹼排廢液，通過此技術能有效回收樹脂廢排中70%的離子，並轉化為5 wt% HCl和5 wt% NaOH，兩者純度分別達到96%和97%，可以回用於樹脂單元作為再生液循環使用。

圖3. 廢水資源轉化應用原理示意

依據目前實驗室與模型場測試結果，透過R2A回收每公斤酸鹼之用電量約為1.5-2度電，換算成操作成本約為5-7 NTD/kg，均低於目前採購新鮮酸鹼之費用，未來除了可以降低純水單元的碳排放量外（32 % HCl碳排係數為0.68 kg CO₂e/kg；45 % NaOH碳排係數為0.675 kg CO₂e/kg）亦可減少藥劑採購之操作成本。藉由廢酸鹼中離子再利用，也具有降低後端廢水處理整體之導電度達25 %以上。具備減碳、省成本以及後續提升再生水量之三重效益。

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撰寫人：黃馨儀
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