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利用薄膜電容去離子技術進行實廠氨氮廢水富集與回收

發布日期: 114 - 12 - 12

試驗方式與流程

技術團隊建置之整合型套裝式氨氮廢水處理系統，系統示意圖如圖1所示，由 24 對活性碳電極（20 cm × 40 cm）搭配陰／陽離子交換膜所組成，形成一套薄膜電容富集（capacitive enrichment）單元。其運作流程如圖1(a)：在充電程序中，薄膜電容富集單元可透過電吸附（electrosorption）機制，將廢水中的銨離子吸附並暫存於高比表面積之多孔碳材孔洞內，同時產生含低濃度銨離子之淨水。完成充電後暫停供水，使吸附於碳材孔洞內的銨離子重新回復至薄膜通道；接續進入放電程序時，系統施加反向電壓，使銨離子脫附並釋放至溶液中，形成高銨濃度之濃縮液。本系統可穩定處理 >1 CMD，並適用於 <1500 mg/L NH_3^-N 之進流水濃度範圍。 後續將濃縮液導入氣提循環回收單元，透過氣提作用將濃水中的銨離子轉化為氨氣，進而提升整體回收效率。 最終可再依需求製備具資源化價值之產品，例如氨水、氯化銨與硫酸銨，達成氨氮廢水之淨化、濃縮與資源再利用之目標。

實廠廢水: 氨氮冷凝水

廢水導電度: 479 μS/cm、1076 mg/L as N

廢水酸鹼度: 10.41，調整後為8.41

操作電壓: 2 V

操作時間: 充電50分鐘、再生30分鐘、濃排20分鐘

試驗結果:

實廠氨氮原廢水經富集濃縮後其結果如圖2所示，導電度峰值可達9629 μS/cm，排水尖峰氨氮濃度為3124 mg/L as NH₄⁺，濃縮被率可達2.9倍，推測可能是其原廢水酸鹼度較高導致其濃縮倍率效果較不顯著。因此 將原廢水酸鹼值進行調整，使其酸鹼值為8.41，實驗發現其濃縮後導電度峰值為34250 μS/cm，排水尖峰氨氮濃度約為 6678 mg/L as NH₄⁺，濃縮倍率約為 6.2 倍。可能是因水中氨氮調整酸鹼後主要轉變為帶電性之銨離子(NH₄⁺)，比較容易受到薄膜電容去離子裝置的吸附,因此濃縮富集效果較好。將濃縮氨水流入氣提系統中，其氨氮脫除率可達97.5%，氨氮回收率可達72.88%。

圖 1 整合型套裝式氨氮廢水處理系統之(a)示意圖與(b)完成實體圖

圖 2 不同溶液酸鹼度下放電階段前一分鐘NH₄⁺濃度隨時間的變化與氨氮濃縮倍率