以「選擇性離子交換樹脂」應用於含鎳廢水之資源化
新知
發布日期: 115 - 08 - 11
鎳（Nickel，元素符號為Ni）廣泛應用於電鍍、不鏽鋼製造、電子零組件及鋰離子電池等產業，以光澤鎳鍍程所用電鍍母液為例，其鎳濃度一般超過10,000 mg/L，致使清洗產生的製程廢水經常也富含鎳。若未妥善處理，超標的放流水將影響承受水體品質，另鎳等重金屬具生物累積潛勢，也可能積累於河川底泥與引灌農地之土壤。
依現行「放流水標準」規定，特定業別（如金屬基本工業、金屬表面處理業、電鍍業及印刷電路板製造業等）於符合一定排放規模或設置條件時，放流水限值已加嚴至 0.7 mg/L；目前業界處理含鎳廢水多採化學混凝沉澱法，透過提升pH值至10-11，使鎳離子形成氫氧化鎳沉澱，而後添加聚氯化鋁等混凝劑加速其沉降去除。然而此方法除對鎳去除率不盡穩定，因現場人員常過量添加混凝劑，導致重金屬污泥含水量高，大幅增加了後續的有害事業廢棄物清除與處理成本。另外當廢水中鎳濃度較低，且含有鈣、鎂、鋅等共存離子時，其他物種將消耗調整pH所用液鹼，導致鎳的去除率反而降低；倘為化學鎳等電鍍製程，其他母液中的具螯合性（Chelating）化學物質又會干擾氫氧化鎳的生成。最後，從循環經濟角度，上述化學沉澱混凝法產生的含鎳污泥中含有許多其他雜質，從中回收鎳並不經濟；如何高效且具選擇性地捕捉鎳，成為目前關注的技術焦點。
隨著特用離子交換樹脂可選擇種類增加，近年業界逐漸導入選擇性離子交換樹脂（Selective Ion Exchange Resin）捕捉具有經濟價值的過渡金屬，其中鎳為最主要標的物種。利用樹脂表面特殊官能基與特定金屬離子間之選擇性結合能力，自廢水中吸附目標金屬，常見用於鎳回收之螯合型樹脂多含有亞胺二乙酸（Iminodiacetic Acid, IDA）等官能基，對鎳離子具有高親和力。控制適當之流速使含鎳廢水通過樹脂床，鎳離子得以穩定地吸附於樹脂表面，達到分離與濃縮，待樹脂吸附達飽和，再以酸液進行再生，使鎳離子脫附並形成高濃度再生液；此高濃度再生液後續可搭配電解回收、濃縮回用或溶劑萃取等程序進行資源化利用，也可用於將鎳與其他共存金屬（如鋅、鈷、鉻）之分離。
因前述再生液所含鎳經常已近10,000 mg/L，後續採用電解回收技術將具有經濟效益，透過更高效率的電解技術（如管式電解回收系統）提升電流密度與質傳效率，可使鎳金屬回收效率及操作穩定性進一步增加。
相較於化學混凝沉澱法，選擇性離子交換技術對於目標金屬的選擇性高、捕捉效率穩定超過90%、污泥產生量低、減少了液鹼與混凝劑的使用，樹脂本身可以再生重複利用。惟缺點為事業本身未必能有效再生離子交換樹脂，產生的高濃度鎳再生液也需要有明確的資源化去處。近年國內已有某環保科技公司建立以離子交換樹脂為核心之金屬回收體系（如圖一），其以租賃方式置放離子交換樹脂塔於事業工廠端，再定期再運回工廠再生，主要應用於電鍍廠或印刷電路板廠的含鎳廢水資源循環；透過前處理、離子交換樹脂再生及再生液結晶等程序，將回收鎳液進一步製成硫酸鎳等產品，並可依不同金屬組成設計純化流程，兼得回收鈷或其他有價金屬，形成多金屬資源循環利用模式。
隨著放流水管制加嚴及循環經濟趨勢，對金屬資源回收與再利用需求日益增加，選擇性離子交換技術於電鍍、電子及金屬表面處理產業之應用將持續受到重視；未來若能進一步整合離子交換樹脂、電解回收及金屬純化等資源化技術，不僅可提升回收鎳的純度與產品價值，亦可降低污泥產生及原生金屬使用量，兼顧污染防治、資源循環與淨零轉型目標。
