貯能型再生水技術系統整合精進與研析

因應全球氣候變遷與經濟活動發展，台灣水資源分布不均以及供需失衡的狀況日益嚴重，因此，經濟部水利署致力於新興水源的利用，推動再生水處理的相關政策，積極鏈結研發單位、系統製造商以及用水開發端，促進再生水處理的關鍵技術發展，以穩定國內的水源供應與水資源的永續經營。本研究計畫的主要目標為貯能型再生水技術的系統證明與整合精進，以最小單元電容去離子的原型組件為主體，優化其效能表現，同時，以產業應用推廣為前提，評估此技術用於非系統再生水的可行性，完成整合的試驗性系統，建構工業級的電容去離子原型組件，最後，以生命週期評估角度，建立電容去離子技術的量化永續性設計模式(quantitative sustainable design)，提出貯能型再生水系統的發展途徑與應用範疇。
本研究計畫主要建立於過去科專計畫(「低耗能水再生利用之發展與環境友善性研析」與「貯能型水再生系統」)之成果為基礎，進行電容去離子系統的整合與精進，本計劃已完成探討操作電壓、操作流量等變因，對最小單元電容去離子原型組件之脫鹽表現的影響，從而優化其脫鹽效能與能源利用效率。研究並已研析電容去離子技術處理鹽水濃度的應用範圍，完成低濃度範圍的最小單元電容去離子原型組件的脫鹽實驗，建議其操作範圍在1 g/L鹽度以下。在最小單元原型組件的串聯/並聯操作模式上，則以電容去離子模組在串聯堆疊10對的電極，再並聯4組的10對電極堆，作為工業應用的最小單元元件(CDIIX-40)。本計劃已成功將10對串聯的電容電極堆單元模組的產水量提升至30 LPH，達成每日大於0.5噸級以上之計畫目標，並進一步設計與開發工業級電容去離子原型系統，以120對的電容電極堆而言，其每日的處理水量最大可達約8.3噸，完成整合的試驗性再生水處理系統。
同時，本研究計畫對於電容去離子技術在系統再生水的應用，完成5個月的實場長期的操作，分析其再生水的水質，驗證其可行性。針對工業部門(如高科技產業)非系統再生水的應用標的，則透過最小單元電容去離子原型組件進行實驗室規模之測試以評估其可行性。本計劃完成以自來水為進流的純水回收實驗、家戶用水軟化實驗、冷卻水塔循環水回收實驗、製程廢水回收實驗以及科技廠廠內高導電度放流水實驗，有效去除原水中的溶解性帶電物質，並通過後處理單元進行消毒，可提供安全與水質穩定的廢水回收再生水。亦根據再生水再利用之用途，研析其可搭配之相關前處理與後處理單元，提出電容去離子技術的應用方案規劃與建議報告。主要搭配之前處理單元為薄膜過濾程序:處理非溶解性物質、以及活性碳吸附程序:處理水中溶解性或難分解的有機物質。後處理單元為紫外光消毒: 去除水體中的細菌與微生物。如此結合電容去離子模組可去除水中溶解性離子之特性，完成整合的再生水處理系統。
後續，選定電容去離子技術的八大關鍵因子，建立量化永續性設計模式，以技術設置與運轉階段的能資源投入進行敏感度分析，以提出再生水系統的發展路徑。本期研究計畫能以過去基礎，而在產業應用推廣為前提下，詳細探討最小單元電容去離子原型組件於非系統再生水之水處理系統中所扮演的角色。再者，本研究亦成功量化CDI技術永續性設計的影響，配合過去測試結果，選定合適之量化指標分析實驗數據，接著選定環境指標，以生命週期評估檢核環境影響。
最後，配合本年度之水利署計畫，本團隊參加2019年台北國際水週之活動，將研究成果及台灣自行開發之模組機台展出，作為台灣的水科技亮點，成果豐碩。同時，本計畫以產業推廣為目標，成功的鏈結產業界，完成技術的移轉，建構工業級電容去離子原型組件，促進國內水利產業以及再生水處理技術的提升，以循環型水資源技術為發展核心，確保我國水資源的永續發展。