臺大工學院簡訊

　　因應全球氣候變遷與經濟活動發展，水資源分配不均與缺乏的問題日益嚴重，同時水資源與能源的鏈結成為重要的研究課題。本研究藉由開發高效能的薄膜電容去離子（Membrane capacitive deionization, MCDI）單元模組，搭配超濾膜(Ultrafiltration, UF)與紫外線消毒單元，應用於都市污水處理廠的放流水處理，產生高品質的系統再生水，並進行長期的模廠操作實驗，驗證模組的穩定性(圖一)。

 

　　在本研究中，以40對活性碳電極、陰離子交換膜和陽離子交換膜組成的電容堆，其單一電極面積為20 cm × 20 cm，放大製備為MCDI單元模組，其平均的碳材電吸附容量為10.8 mg/g，充電效率為95％以上，能源消耗是0.14 kWh/m³，顯示其低耗能與高效率的優點。在五個月的實廠長期運作(圖二)，MCDI系統可成功對於都市污水處理廠的放流水，進行再生水利用程序，有效去除水中的溶解性帶電物質，降低水體的導電度、硬度等，產水有效達到A級工業用再生水水質標準(導電度低於250 μs/cm)。另外，藉由各項水質的分析與各個離子濃度的變化，顯示MCDI對於Ca²⁺、Mg²⁺與NO₃^-，有較佳的選擇性(圖三)。研究結果表示，MCDI具低能耗特性、環境友善性以及應用於再生水脫鹽程序的發展潛力，可確保水資源的永續發展。（環工所侯嘉洪教授提供）

 

 

 

圖一、MCDI(a)單元模組與(b)構造，以及(c)應用於都市污水廠的再生水程序。

 

 

 

圖二、MCDI模組的(a)實廠長期運作與(b)連續操作五個月的充電/放電循環之導電度變化。

 

 

 

圖三、MBR出流水、UF及MCDI處理單元的平均出流水水質分析。