廢污水處理綠色轉型 新興廢水處理技術應用平台

適用行業及污染物(濃度)

含金屬與非金屬離子污染物廢水，如重金屬(銅、鎳、鈷、鋅、鋁、錫、鋇)、鹼土族金屬(鈣、鎂、鍶)、鐵離子、鋰離子含及非金屬離子(氟離子、磷酸鹽、銨離子、硫離子、硫酸鹽、草酸鹽、鉬酸鹽、鎢酸鹽)，濃度介於100-10,000 mg/L

技術原理

• 流體化床反應器：流體化床反應器通常是一個圓柱形反應器，底部有進料口，待處理廢水和結晶劑從底部進入，向上流動。反應器內部均質擔體會懸浮在液體中，形成穩定的流體化層，利於晶體的形成與成長。
• 結晶過程：當待處理廢水和結晶劑進入流體化床時，污染物離子與結晶劑在流體化床內發生化學反應，形成過飽和溶液。在適當的條件下，這些過飽和的污染物會形成晶核。
• 晶體生長：隨著反應的進行，結晶不斷在晶核表面生長形成結晶粒，結晶粒隨時間逐漸增大。同時形成的結晶粒也會同時進行聚集反應，當結晶粒達到一定大小後，可以通過流體化床的溢流口排出，實現污染物結晶粒的回收。
污染物離子去除和資源回收：
• 流體化床均質結晶技術通過控制反應條件，使污染物離子先形成晶核，再配合晶核聚集作用，形成較大顆粒之結晶粒，從而達到去除污染物和回收資源的目的。

技術概述

本技術有別於一般傳統異質結晶程序，沒有放異質晶種做為晶核，所獲得結晶物純度高於99.5%以上，可回收做為原料出售，完全克服了結晶粒回收再利用之問題。沒有處理後續有害廢棄污泥之問題。即使不回收當做廢棄物處理，也因為含水量低(<5%)，相對於傳統沉澱法所獲得之污泥，即使是在壓濾脫水後，含水量仍達70%左右，所以處理費只有原來的三分之一，節省鉅額污泥處理費。

過去的除污染物離子技術主要有：化學混凝、離子交換樹脂法、吸附法、流體化床異質結晶及電解回收法等技術。目前主要還是以化學混凝為主。化學混凝沉澱是藉由加入鹼液調整適當的pH值，與污染物離子反應形成固體析出溶液，並配合高分子絮凝劑的添加，以共沉澱的機制來達到除污染物的目的。化學混凝沉澱雖具有操作簡單且去除效果佳，但在過程中需要添加大量的藥劑，其產生的固體廢棄物含水率高，後續處理所需費用高。同樣地，離子交換樹脂法與吸附法最後都還是有處理濃縮廢液及吸附材的問題，即使使用傳統流體化床異質結晶技術，最後結晶顆粒也會因為純度不夠，而無法回收再利用，依然有後續有害廢棄物高處理費用之問題。而電解回收法則無法處理低濃度及大量含重金屬廢水，且處理費用高。

流體化床結晶技術最初在1970年是由荷蘭DHV公司發明，該公司將擔體添加於流體化床中發展出流體化床結晶技術出來，並應用於公共給水的飲用水水質軟化處理，該方法不僅可控制反應設備的空間規模，且以連續自動化操作減少整治時間，在軟化硬水反應後可回收磷酸鈣產物，直到1987年後開始應用於廢水處理，後來逐漸廣用於半導體工業的廢水處理，流體化床結晶技術對於無機性廢水具有優異之處理效率，較傳統處理程序作簡單、彈性大及經濟之優點，也兼具廢棄物資源化回收之效益。但是都需添加擔體的異質結晶技術，與本計畫所提之均質結晶技術不同。荷蘭DHV公司陸續以流體化床異質結晶技術(添加擔體)回收諸多金屬與非金屬元素。然而因為使用擔體，所以產生之結晶粒純度不高，限制了後續之回收再利用之價值，僅有污泥減量之功能。

均質結晶粒的純度無論大小均高達99%以上，而有核結晶粒需視植入晶種的大小及結晶粒取出之時機，有核結晶之載體約0.3-0.5 mm。結晶粒達2 mm以即取出，簡單計算純度大約就在85%上下。

因此與其它傳統的處理方式比較，流體化床結晶技術更適用於含污染物廢水處理，可以減少污泥含水分，因此，降低60%污泥處理費，而本流體化床均質結晶技術更因為不用異質晶種，所以產生之結晶粒純度高，可將結晶粒以原料之型態回收再利用，直接進入製程，突破傳統異質結晶技術之困境。

重要操作參數

技術適用之操作參數為:反應pH反應器截面積負荷、迴流量、污染物/結晶劑莫耳比、停留時間、結晶劑種類

技術限制與優化方向

不適用於直接處理含有螯合物之廢水，必須先破壞螯合作用，降低污染物離子溶解度始得為之，例如應用高級氧化單元做為前處理

符合 4L+C 資源循環、節能減碳

循環經濟、低碳排放/低耗能、低使用空間

低碳排放/低耗能

於某生活污水實廠案例中，對比傳統的活性污泥及生物濾床法，生物球系統在電力部分節省50%。污泥減量超過80%。因此，污水處理階段與最終廢棄物處置階段的碳排均大幅減少，總體碳排放約減少30%。

低使用空間

相較傳統化學沉澱程序空間使用量減少50%

循環經濟

污染物離子回收率達95%

技術流程