薄膜電容去離子技術（MCDI）整合應用於氨氮廢水及含氨廢氣處理系統
發布日期: 115 - 08 - 28
技術導入與流程
某半導體製造業於製程中產生氨氮廢水及含氨製程廢氣，針對廢水處理，現有流程會先在廢水中添加液鹼以調高 pH 值，接著透過脫氣設備將水中的氨氮吹脫為氣態，吹脫出的氨氣會與前端製程收集而來的廢氣匯流，共同導入洗滌系統進行處理，最後，系統利用電化學間接氧化技術將氯化鈉進行電解產生次氯酸做為氧化劑，並導入串聯的反應器中將捕集之氨氮氧化分解為無害的氮氣排放。
然而，洗滌系統為了捕捉氨氣，必須持續添加硫酸等酸性藥劑，加上電解設備運作時所帶入的氯化鈉，長期運轉會導致循環水硫酸銨及氯化鈉等鹽分逐漸累積，使水中的導電度上升，嚴重影響氣液質傳，使氨氣吸收效率下降；若大量補充清水及藥劑來維持系統效能，又增加用水量與操作成本，亦不利於廠區的水資源管理。再者，酸洗滌塔仍需排放氨氮廢水，於廢水處理系統仍必須設置廢水處理單元，降低綜合廢水中的氨氮濃度，以符合放流水法規。
如前述，氨氮廢水由貯槽送入脫氨塔處理，脫氨過程產生的含氨氣體進入第一座洗滌塔，由洗滌液捕集後，再送入電化學氧化系統及後續反應單元進一步處理；反應後氣體則經第二座洗滌塔處理後排放 (圖 1)。
為解決洗滌塔長期運轉因鹽分累積而影響吸收效率的問題，該廠於既有系統中串聯第二段洗滌塔並導入薄膜電容去離子技術（Membrane Capacitive Deionization, MCDI），藉此提升循環水品質並降低水藥消耗。MCDI 技術係在兩側多孔性碳電極表面配置離子交換膜，施加低電壓後，水中陽離子與陰離子分別穿過對應離子交換膜並吸附於多孔碳電極表面形成電雙層，此程序可達到脫鹽與水質淨化效果，將導電度維持於 1,300 μS/cm 以下，以維持較佳之氣液質傳條件，進而降低硫酸等藥劑使用量。(圖 2)
此外，MCDI 系統於再生過程產生之高濃度銨離子濃縮液會回流至前段之第一洗滌塔系統；如前述，藉由與第一洗滌塔串聯的電化學電解設備，並配合系統中所添加的氯化鈉，氯離子經電解後會轉換為極具氧化力的次氯酸，作為間接氧化劑，將水中氨氮氧化分解為無害的氮氣排出；透過 MCDI 提高銨離子濃度，可促使氧化分解效率提高，相較於傳統酸洗滌塔，本系統可減少氨氮廢水之排放量。
技術成果與效益
導入 MCDI 技術後，第二段洗滌塔循環水之導電度獲得穩定控制，降低系統對補充用水之需求。相較於過去僅以補水方式來維持導電度小於 1,300 μS/cm 的操作模式，在本案例之測試條件下，洗滌塔補水量較原補水控制模式降低約 33%，提升水資源利用效率。同時穩定的循環水水質亦有效降低藥劑使用需求，進一步提升整體系統的操作穩定性與處理效能。
本案例實證 MCDI 技術除可應用於循環水導電度控制外，亦可結合氨氮處理系統及洗滌塔操作需求，達成節水、減藥及污染減量等效益。對於具有廢氣洗滌設備、循環水系統或有氨氮廢水處理需求之事業，MCDI 技術可作為提升水資源利用效率及降低操作成本之參考方案；導入前仍應評估進流水離子組成、硬度及可能的結垢情形，以及電極與離子交換膜的清洗及更換需求、再生濃縮液流向、用電量與維護管理條件。
圖1 洗滌塔循環水處理系統
圖2 洗滌塔循環水處理流程圖
