組員:陳進傑 林文彬 施昇融 指導老師:呂明和 廢液處理廠焚化系統鹽分去除及控制之研究 組員:陳進傑 林文彬 施昇融 指導老師:呂明和

前言 針對校園廢棄物，尤其是實驗室廢棄物(包含廢液或廢藥品等)，依學校實驗廢棄物之性質分析，幾乎皆為有害事業廢棄物，若未經妥善處理，將可能對環境及人體造成危害，而長期貯存甚可能發生工安問題。

前言(續) 由於實驗室廢棄物性質複雜、毒性及危害性高，於實驗室所產生的廢液因分類不當常夾雜包含重金屬離子及難以生物處理分解之有機物，且經廢液進場採樣分析結果，亦呈現高有機物及高氯，並混有重金屬等組成。 以至於導致物化系統水質鹽份過高，加上廢液處理廠以100%之回收再利用為操作原則，於焚化系統將廢液焚化後之鹽分合併經蒸發形成結晶，並定期以沖洗方式清理維護冷卻單元，清洗廢水再匯集回排至物化處理系統造成後續處理單元加速阻塞老化問題。

前言(續) 基於永續發展之理念，本研究將廢液處理廠焚化系統中之冷卻塔單元灰渣鹽份，探討冷卻塔單元灰渣鹽份之去除、控制與排除之可行性。 結合鹽類之溶解度與溫度之相關性理論，利用加熱提高溫度增加鹽分溶解度，予以溶解鹽分於溶液，進行過濾分離不完燃燒之碳黑 。

前言(續) 將高濃度之廢水，嘗試應用加熱蒸發或日照方式，配合部分蒸氣蒸發，達到過飽和，再經冷卻後形成部分鹽分結晶，並與以移除，期許將可達到鹽分減量成效，提升物化系統之功能。

廢液處理廠之介紹 處理設施則秉持零廢棄及資源回收理念，配合引進多種先進環保技術，針對實驗室廢棄物量少質雜之特性，進行各系統之整合性操作，期能達成零廢棄、高效率、低污染設計目標。 處理流程主要以焚化系統及物化系統分別處理有機及無機實驗室廢棄物，電漿熔融系統則處理焚化灰渣、物化污泥及其他不可燃之固體廢棄物。

廢液產源及特性 實驗室產生之有害廢棄物又以廢液為最大宗可分為：有機溶劑類、廢油、廢油泥、廢酸、廢鹼、無機廢液、及有機廢液等。 實驗室廢液特性具有(1)種類多；(2)變化大；(3)特殊性；及(4)用量少等特性由下表所示可以發現，歷年來各種廢棄物變化無機類的廢液最低時約為整體的35%，於96年為最低點僅佔30%，無機類所佔的百分比於97年微上升至34%。

廢液產源及特性(續) 單位:噸 年份 A有機含鹵素 B有機非鹵素 C廢油 D氰系 E汞系 F酸系 94年度 48,940 86,421 10,945 2,983 2,284 28,495 95年度 78,578 131,164 4,396 2,470 3,965 33,004 96年度 123,368 132,517 9,330 2,395 2,780 39,501 97年度 104,325 133,723 8,002 1,735 2,498 46,331 G鹼系 H重金屬 I生醫 S特殊 合計 18,515 95,602 15,773 1 306,224 18,040 47,620 23,723 1,090 341,558 15,550 68,195 30,080 7,385 433,591 14,780 78,425 40,560 3,330 437,445

產源廢棄物成份分析 各產源實驗室廢棄物進入資源回收廠，按廢棄物之有機(A~C類-有機類-金屬/非金屬)及無機(D~H類-有機類-金屬/非金屬)特性，分別以焚化及物化處理。因此，茲就廢液之鹽份相關特性項目(非金屬：氯、硫及金屬、汞、砷、銀、鉛、鎘、鉻、銅、鋅及鎳)。 根據蔡旺傑(2008)對廢液處理廠進廠廢液有機及無機類分析結果資料彙整，進廠廢液A~C類(有機類) 資料彙整結果後如表2-4所示，其中非金屬部分之氯，平均可高達24.6%，且較高者更高達47.6%，而硫則約為2000ppm。

對於來自焚化處理系統之鹽份之貢獻以氯為主，其次為硫，而金屬部分則並不明顯。 標示 整體 分佈 含水率 熱值 氯 硫 汞 砷 銀 % Cal/g ppm Ppm A 含 鹵 素 範圍 5.12~22.3 3894~6577 108908~478208 158~5855 2.08~4.86 0.98~9.16 6.43~18.1 平均值 12.2 4931 246543 2192 3.35 2.62 10.5 B 不 18.4~50.2 2778~6354 4207~48770 428~3472 1.28~7.25 0.56~1.4 6.68~58.1 35.4 3951 25328 1492 3.26 0.87 23.9 C 廢 油 0.06~47.8 5992~10735 511~8342 251~3882 0.7~3.28 0.35~5.7 4.1~9.55 9.62 7516 2211 2707 2.34 3.38 6.38

進廠廢液D~H類(無機類)分析資料彙整結果如 下其中非金屬部分之氯，平均可高達1%，且較高者更高達4%，而硫則約為10ppm以內。其中金屬部分較高者僅數十ppm。其對於來自物化處理系統之鹽份之貢獻亦以氯為主，其次為硫，而金屬部分亦不明顯。 標示 整體 分佈 氯 硫 氰 高鹵COD 汞 ppm D 範圍 16~995 6.1~6.8 平均值 342 6.3 E 4410~11522 0.1~0.7 0~0.3 74~1029 829~2403 9744 0.6 0.1 791 1223 F 酸 15291~19742 0.4~5.2 6.3~4932 2014~231455 0.7~354 17579 0.9 581 143605 48.9 G 鹼 3545~4508 0~1.6 0~0.2 4380~160955 0~1 4312 1.3 128781 H 重 金 屬 6372~39625 0.1~1.4 0~17.6 2778~326453 0~136 21601 1.2 9 122032 100

廢液具特殊性，同時含有多樣的危害成份、物質及有機無機混合。 從廢液成份分析結果亦可發現廢液分類標示與內容物會有所出入例如: 有機類廢液參雜重金屬廢液，汞系廢液、酸系、鹼系廢液中皆含有重金屬廢液，而在氰系廢液鑑定結果卻未含有氰的成份，重金屬廢液中則可發現到含有氰、汞等成份。 此外、從有機、無機類廢液之成份分析結果做進一步解析可發現下列幾點(蔡，2008): 1.廢液所含之成份多且複雜。 廢液具特殊性，同時含有多樣的危害成份、物質及有機無機混合。 3. 在有機類廢液的成份分析結果中可發現，在有機類廢液中參雜重金屬廢液成份而且鹵素含量非常高。

廢液處理流程 廢液處理廠處理實驗室廢液分為兩大部分 (1)歸類為有機性廢液者以焚化系統進行焚化處理包括:有機鹵素廢、廢油及可燃性固體廢棄物等，並利用二次燃燒室的廢熱使物化系統產生之脫水污泥進行乾燥。 (2)歸類為無機性廢液者則採物化處理，將無機廢液(包括氰系、汞系、酸鹼及重金屬系等五類)，經由前處理(包括氰系、汞系、酸鹼及重金屬等四座批次式前處理槽)、連續式化學混凝沉澱及多種高級廢水處理設施(如:逆滲透、活性碳、離子交換樹脂等)，連同廠內其他系統所產生的廢水藉由薄膜技術進行處理，然後再將回收水做為廠內冷卻用水，以達成廢水零排放的

廢液之物理處理技術 因廢液處理廠廢液來源成份複雜，故針對一般高濃度重金屬廢液、六價鉻、氰系廢液、汞系廢液及一般酸鹼廢液進行說明。 一般高濃度重金屬廢液 亞鐵酸鹽法與硫酸亞鐵－硫化物混凝沈澱法，均可用於多種重金屬混合廢液；前者除加入亞鐵離子外，尚須經加熱、送入空氣氧化，使重金屬與亞鐵離子作用生成非水溶性複合氧化物，但本法為日本電氣株式會社（NEC）之專利產品，且需設置加熱裝置致使較為耗能

後者除加入亞鐵離子外，後段更視重金屬廢液之特性，選擇性加入硫化物，除有效利用重金屬與亞鐵離子良好之共沈澱效應外，亦強化了部分高標準重金屬（如汞）放流限制。 目前國內已有十多套將近十年的處理經驗可供參考，故採硫酸亞鐵－硫化物混凝沈澱法為主架構，搭配其他前處理措施來進行一般高濃度重金屬廢液之處理。

六價鉻廢液 處理六價鉻時，需先還原成三價鉻，再以氫氧化物沉澱法，配合混凝劑使用，便可去除。廢液處理廠在規劃時對一般重金屬廢液採硫酸亞鐵－硫化物混凝沈澱法，所添加之混凝劑為硫酸亞鐵，同時即可作為六價鉻之還原劑使用，故在處理六價鉻時可與一般重金屬廢液合併處理 。 氰系廢液 一般常用之氰系廢液之處理方法包括二段式鹼氯法、電解法及離子交換樹脂法等。由於一般實驗室廢水之氰化物濃度不高，故不適用電解法處理；而離子交換樹脂法，則因含重金屬時易阻塞、再生時產生氰酸氣等缺點，不建議使用；故在環資中心物化處理系統中仍使用二段式鹼氯法作為氰系廢液之前處理單元

汞系廢液 汞系廢液包括有機汞與無機汞，將有機汞經氧化劑強迫氧化分解後，先經由汞離子交換樹脂予以吸附後，再併入一般重金屬廢液處理程序採用硫酸亞鐵－硫化鈉混凝沈澱法處理後，再採用離子交換樹脂去除剩餘微量汞離子。 酸鹼鹽類廢液 酸鹼廢液之處理，建議採用中和法中和形成中性鹽類廢液後，經由一般化學混凝沈澱處理後排放。 前述5類廢液經分類前處理後，再經由一般之化學混凝沈澱處理後，視水質需求，選擇性進入後端由過濾、活性炭吸附、離子交換樹脂 。

廢液之焚化處理技術 現有焚化爐形式依其氣固（液）反應系統學理大致有可分為：液體噴注式、固定爐床式、旋轉窯式及流體化床式等四類。依前述廢棄物分類處理流程，由於有機溶液佔熱處理廢棄物總量2/3以上，而熔融爐較不適於處理液態廢棄物 因此有機廢液以焚化爐處理較為適合，其中又以設置操作費用低廉、操作維護簡易之液體噴注式焚化爐為優先選擇

熔融處理技術 依其處理時之反應方式，可區分為氧化反應熔融爐與還原反應熔融爐；若依加熱熱源區分，大略可分為燃料加熱式及電氣加熱式兩大類別， 其中燃料加熱式依其作動原理不同，可再區分為：表面熔融爐（或稱薄膜式熔融爐）、內部熔融爐、回旋流熔融爐及焦炭床熔融爐等；電氣加熱式亦因其釋熱方式之區別，可再分為電弧熔融爐、電漿熔融爐、電阻熔融爐（或稱電氣抵抗加熱熔融爐）及電氣加熱熔融爐等。

燃料加熱式熔融爐除焦炭床式熔融爐外，均屬於需過量空氣進行反應之氧化反應熔融爐，由於熱源來自石化系燃料，且處理廢棄物時須提供過量空氣進行氧化反應，除操作時產生之廢氣將額外增加空污防治設施之投資及操作維護費用外，因其他需配合之相關設施多，對於設置空間、操作技術繁複度及人力配置等均有較高之需求 還原反應式熔融爐之優點在於操作時尾氣不產生 SOx 及 NOx，可降低空污防治設備之投資及操作維護費用，且可形成氣體燃料回收使用，如配合發電機使用，可有效降低電氣爐之耗用電能。

工業廢水是河川污染的最主要來源，而且廢水的成分很複雜，其中很多含有致命的毒素，對河川的殺傷力大。台灣的工廠到處林立，但工廠中設有完善處理廢水設施的卻很少，不同種類的工廠製造的廢水性質不同。 當中以染整、製革、石化、造紙、電鍍等工業污染性較高，且在製造過程所加入之各種添加劑相互混合，因化學作用而生成不同種類鹽分的廢水，若此含高鹽分廢水不當處理而流入河川，不僅危害土壤也造成生物的生活受到威脅。

因此，針對含高鹽分類的廢水處理回收再利用流程中，對於減少回收水中鹽分處理方法有下列幾種方式。 (1)離子交換法(ion exchange process) 原理: 液相中的離子和固相中離子間所進行的的一種可逆性化學反應，當液相中的某些離子較為離子交換固體所喜好時，便會被離子交換固體吸附，為維持水溶液的電中性，所以離子交換固體必須釋出等價離子回溶液中。

(2)電去離子技術(Electrodeionization，EDI) 原理:利用電透析過程中的極化現象對離子交換填充床進行電化學再生，集合了電透析和離子交換法的優點，借助離子交換樹脂的離子交換作用，在直流電場的作用下，實現離子定向遷移，而完成水的高度脫鹽。 (3)電透析法(Electrodialysis, ED) 原理: 使用電力將廢水淡化及濃縮的製程，會將廢水分離成帶正電和帶負電的離子，裝置中有半滲透障礙物，如離子交換、離子選擇或電透析膜等。經過電透析法分離後，可分別將高TDS及低TDS的溶液從不同的管線輸出，再經後處理，獲得淡水。

(4)倒極式電透析(electrodialysis reversal，EDR) 原理:將電透析處理技術作進 一步修正，定時將電透析(electrodialysis，ED)的直流電正負極和內部導流的切換，能 自動清洗離子交換膜表面上的結垢，可增加電透析系統的操作穩定性及壽命。 (5)流體化床結晶(Fluidized Bed Crystallization,FBC) 原理: 為利用0.2～0.5 mm矽砂擔體在結晶槽中作為結晶核種，欲處理之廢水及添加藥劑係由該反應槽之底部進入並向上流動，而該反應槽外接有一迴流水迴路，用以調整進流水過飽和度及達到擔體上流速度，使欲處理的無機離子於矽砂擔體表面形成穩態結晶體，當晶體粒徑達1~2mm後，排出槽外進行回收再利用或達廢棄物減量之目的。

(6)再結晶法(recrystallization) 原理:再結晶是純化固體物質的方法之一，將結晶物溶解於溶劑內，利用加熱提升溫度增加其溶解度，使溶液成過飽和狀態。當飽和溶液冷卻時，因為溶解度下降使多餘的溶解物跑出，達到純化效果，以下為不種鹽類溶解度與溫度之關係表。 (g/100ml) Formula 0°C 10°C 20°C 30°C 40°C 50°C 60°C 70°C 80°C 90°C 100°C Na2SO4 4.9 9.1 19.5 40.8 48.8 -- 45.3 43.7 42.7 42.5 NaCl 35.7 35.8 35.9 36.1 36.4 37.1 38 38.5 39.2 NaNO3 73 80.8 87.6 94.9 102 122 148 - 180

小結 本研究針對廢液焚化系統鹽份去除進行討論，自產源廢棄物成分分析有機及無機廢液，可看出產生源頭的氯與硫離子含量很高，又因物化系統中之回收水再利用於焚化系統內進行清洗，清洗後廢液又流至物化系統中，不斷循環結果導致鹽份累積使得負荷增加。 因此，綜合上述之相關資料，若能將焚化系統中鹽份有效去除故能將物化系統之處理效能提升，故本實驗將探討鹽份去除及控制之可行性研究。

參考文獻 莊孟仁，「廢液處理廠RO系統薄膜阻塞及清洗特性之研究」，碩士論文，崑山科技大學，2009。 蔡旺傑，「校園實驗室廢棄物處理廠之前端管制績效評估」，碩士論文，崑山科技大學 ，2008。 郭天裕，「大專校院實驗室廢液流佈與管理機制之探討」，碩士論文，國立中央大學，2006。 成功大學，”環境資源研究管理中心-97年度期末報告”，2008。 林何印，「超濾與逆滲透薄膜程序處理及回收工業廢水之研究」，碩士論文，國立中央大學，2005。 國立成功大學環境資源研究管理中心網站，http://www.ermrc.org.tw/ 趙幼梅、梁德明、周滄榮、洪福量，「以EDR法回收工業廢水工程化可行性研究」，2006水利產業研討會。

參考文獻 節約用水資訊網，節水季刊第44期，17-61，2006。 工業技術研究院能源與環境研究所網站，http://www.itri.org.tw/chi/eel/ 節約用水資訊網，節水季刊第44期，17-61，2006。