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專案計畫編號	EPA034111006
經費年度	110
計畫經費	5,000 千元
預算科目	水質保護-事業廢水行政管制及經濟誘因管理
專案開始日期	2021/11/17
專案結束日期	2022/11/30
專案主持人	侯嘉洪
主辦單位	水保處
承辦人	郭權展
執行單位	國立臺灣大學
專案分類	水質保護
中文關鍵字	新興廢水處理技術、水質淨化、資源化回收再利用
英文關鍵字	Emerging Wastewater Treatment Technologies, Water Purification, Resources Recovery and Reuse
協同主持人
共同主持人	賴進興；官文惠；蔡人傑
計畫聯絡人	吳柏璋
計畫聯絡電話	02-33664406#
計畫聯絡信箱	d07541008@ntu.edu.tw

中文摘要	隨著臺灣環保意識興起，行政院環保署針對國內水污染防治法之管制對象，進行管制項目之增修或特定對象(如氨氮、重金屬及真色色度等)限值之加嚴。對此，在策略上是提升現階段廢污水處理系統的分離、削減與回收再利用之技術。因此，實有必要發展本土化之廢污水新興處理技術，促進產業轉型與技術創新。第1年度(109)計畫為提出具發展潛力之三項廢污水新興處理技術：「綠色分離—電容去離子技術」、「循環回收—氨氮氣提循環回收與結晶氯化銨技術」以及「高效去除—非熱電漿技術」，以推動國內處理技術朝低污染、低能耗、低成本、低空間使用與循環經濟(4L+C)轉型。針對水中帶電污染物，電容去離子技術之研究首先完成選擇性分離水中氨氮與硝酸鹽氮之技術開發，並進行實場含重金屬廢水處理之成效驗證，以電容去離子技術作為清淨、低能耗、可調控且環境友善之含重金屬廢水處理方案。針對高濃度氨氮廢水處理與循環回收技術，研究團隊已完成氨氮氣提單元、回收單元與結晶氯化銨單元之設計與操作參數最佳化，並已媒合國內事業進行實場驗證示範，期能藉由提升此資源循環技術於電鍍等事業別之應用，協助降低產業廢水處理之成本。針對水中難降解之有機物分子、染料、氨氮、抗生素等目標污染物，非熱電漿技術以最適化設計模組進行模擬廢水處理試驗，並進一步採集實場醫療廢水進行處理效能驗證，其驗證結果顯示此技術足具開發潛力，後續將著重於染料與抗生素廢水處理之開發。本計畫第2年為持續精進本土化的新興廢水處理技術，依據各技術成熟度，分別完成實場廢水之成效驗證、合作示範與設備建置，進而與廠商媒合進行現場輔導，建立成功之合作示範案例。本計畫於期末報告階段，已提出本計畫3項核心技術之精進成果。首先，精進電容去離子技術所衍伸的薄膜電容去離子技術，應用於含鉻重金屬與氨氮水體之實驗室規模成效驗證。透過優化在放電階段靜置水體並施加反向電壓放電的操作模式，可有效富集含鉻重金屬及氨氮廢污水，且充電/放電階段的總能源消耗仍相當低(< 0.1 kWh/mol)。藉由薄膜電容去離子技術之研發成果，本團隊已進一步媒合國內電鍍業廠商，建立一套套裝式測試模組進行實廠含鉻重金屬廢水之測試，測試結果符合製程水質之內部標準且有效減少處理廢水量。再者，精進循環回收氯化銨處理技術應用於處理實場高濃度氨氮廢水之成效驗證。透過優化氨氮氣提單元之曝氣位置及消泡劑添加，可有效提升廢水中氨氮的去除效率。同時，循環回收液態氯化銨濃度可達到過飽和的狀態，使槽底生成的固體結晶有利於結晶設備產製氯化銨結晶，且由純度分析結果顯示氯化銨晶體具良好結晶性與高純度。進一步回用氯化銨結晶作為電鍍藥劑，結果顯示通過電鍍哈氏槽電鍍液原料之測試要求。藉由循環回收氯化銨處理技術之研發成果，已推廣氨氮氣提循環回收技術進行合作廠家之輔導。並於實廠建置設備，驗證實廠現地廢水之效能、處理水量與氯化銨溶液之雜質含量。另一方面，精進電漿系統之氣體使用效率及能源效率，應用於偶氮染料或抗生素廢水之成效驗證。透過電漿模組於水循環與氣體循環系統的改良，可有效增加總處理水量、提升實場染整廢水的去除效率與能源效率，且不同的電漿系統可產生不同的活性物質組成，可進一步針對標的污染物之特性，搭配適宜之電漿系統及載流氣體。再者，透過氧化鋁介電質系統，可快速產生活性物種，提升抗生素的去除效能。藉由電漿技術之研發成果，已放大反應系統(> 2 L)至實驗室pilot規模，並完成含難降解物質之模擬染整廢水進行電漿處理。整合奈米氣泡生成技術，已製作非熱電漿微氣泡管模組，進而達到調控活性物質產生的比例、提升微氣泡停留時間及可處理大體積的水量等優勢。 110年度計畫依據實驗或驗證成果，已提出套裝式處理設施之初步構想，整合薄膜電容去離子單元與氣提單元系統，初步規劃與設計「電容脫鹽−氣提循環回收系統」，並評估搭配適當的後處理程序。同時，為更深入瞭解事業廢水處理現況，本計畫已擇定3家事業進行現地採樣與訪談，並依據實場廢水水質分析結果，提出源頭減量、資源循環、分流處理的改善建議。於執行期間，本計畫亦辦理1場專家諮商會議，彙整產官學研各界建議，提出新興廢水處理技術之現況、困境及可突破之技術特點進行研討與精進建議。而於推廣部分，已辦理1場次的2022年「新興廢水處理技術研討會暨創新水科技展」及1場次的實績成效參訪，促進國內產官學技術交流。同時以技術教材編撰、紀實影片內容擴充、國內外研討會與論文期刊發表等方式，增加技術之曝光度。整體而言，本計畫透過實驗室試驗與模廠與實場驗證，發展本土化友善環境之新興廢污水處理技術，並以技術媒合及技術輔導，加速國內產業廢水處理技術之轉型。
中文關鍵字	新興廢水處理技術、水質淨化、資源化回收再利用

中文摘要

隨著臺灣環保意識興起，行政院環保署針對國內水污染防治法之管制對象，進行管制項目之增修或特定對象(如氨氮、重金屬及真色色度等)限值之加嚴。對此，在策略上是提升現階段廢污水處理系統的分離、削減與回收再利用之技術。因此，實有必要發展本土化之廢污水新興處理技術，促進產業轉型與技術創新。第1年度(109)計畫為提出具發展潛力之三項廢污水新興處理技術：「綠色分離—電容去離子技術」、「循環回收—氨氮氣提循環回收與結晶氯化銨技術」以及「高效去除—非熱電漿技術」，以推動國內處理技術朝低污染、低能耗、低成本、低空間使用與循環經濟(4L+C)轉型。針對水中帶電污染物，電容去離子技術之研究首先完成選擇性分離水中氨氮與硝酸鹽氮之技術開發，並進行實場含重金屬廢水處理之成效驗證，以電容去離子技術作為清淨、低能耗、可調控且環境友善之含重金屬廢水處理方案。針對高濃度氨氮廢水處理與循環回收技術，研究團隊已完成氨氮氣提單元、回收單元與結晶氯化銨單元之設計與操作參數最佳化，並已媒合國內事業進行實場驗證示範，期能藉由提升此資源循環技術於電鍍等事業別之應用，協助降低產業廢水處理之成本。針對水中難降解之有機物分子、染料、氨氮、抗生素等目標污染物，非熱電漿技術以最適化設計模組進行模擬廢水處理試驗，並進一步採集實場醫療廢水進行處理效能驗證，其驗證結果顯示此技術足具開發潛力，後續將著重於染料與抗生素廢水處理之開發。本計畫第2年為持續精進本土化的新興廢水處理技術，依據各技術成熟度，分別完成實場廢水之成效驗證、合作示範與設備建置，進而與廠商媒合進行現場輔導，建立成功之合作示範案例。本計畫於期末報告階段，已提出本計畫3項核心技術之精進成果。首先，精進電容去離子技術所衍伸的薄膜電容去離子技術，應用於含鉻重金屬與氨氮水體之實驗室規模成效驗證。透過優化在放電階段靜置水體並施加反向電壓放電的操作模式，可有效富集含鉻重金屬及氨氮廢污水，且充電/放電階段的總能源消耗仍相當低(< 0.1 kWh/mol)。藉由薄膜電容去離子技術之研發成果，本團隊已進一步媒合國內電鍍業廠商，建立一套套裝式測試模組進行實廠含鉻重金屬廢水之測試，測試結果符合製程水質之內部標準且有效減少處理廢水量。再者，精進循環回收氯化銨處理技術應用於處理實場高濃度氨氮廢水之成效驗證。透過優化氨氮氣提單元之曝氣位置及消泡劑添加，可有效提升廢水中氨氮的去除效率。同時，循環回收液態氯化銨濃度可達到過飽和的狀態，使槽底生成的固體結晶有利於結晶設備產製氯化銨結晶，且由純度分析結果顯示氯化銨晶體具良好結晶性與高純度。進一步回用氯化銨結晶作為電鍍藥劑，結果顯示通過電鍍哈氏槽電鍍液原料之測試要求。藉由循環回收氯化銨處理技術之研發成果，已推廣氨氮氣提循環回收技術進行合作廠家之輔導。並於實廠建置設備，驗證實廠現地廢水之效能、處理水量與氯化銨溶液之雜質含量。另一方面，精進電漿系統之氣體使用效率及能源效率，應用於偶氮染料或抗生素廢水之成效驗證。透過電漿模組於水循環與氣體循環系統的改良，可有效增加總處理水量、提升實場染整廢水的去除效率與能源效率，且不同的電漿系統可產生不同的活性物質組成，可進一步針對標的污染物之特性，搭配適宜之電漿系統及載流氣體。再者，透過氧化鋁介電質系統，可快速產生活性物種，提升抗生素的去除效能。藉由電漿技術之研發成果，已放大反應系統(> 2 L)至實驗室pilot規模，並完成含難降解物質之模擬染整廢水進行電漿處理。整合奈米氣泡生成技術，已製作非熱電漿微氣泡管模組，進而達到調控活性物質產生的比例、提升微氣泡停留時間及可處理大體積的水量等優勢。 110年度計畫依據實驗或驗證成果，已提出套裝式處理設施之初步構想，整合薄膜電容去離子單元與氣提單元系統，初步規劃與設計「電容脫鹽−氣提循環回收系統」，並評估搭配適當的後處理程序。同時，為更深入瞭解事業廢水處理現況，本計畫已擇定3家事業進行現地採樣與訪談，並依據實場廢水水質分析結果，提出源頭減量、資源循環、分流處理的改善建議。於執行期間，本計畫亦辦理1場專家諮商會議，彙整產官學研各界建議，提出新興廢水處理技術之現況、困境及可突破之技術特點進行研討與精進建議。而於推廣部分，已辦理1場次的2022年「新興廢水處理技術研討會暨創新水科技展」及1場次的實績成效參訪，促進國內產官學技術交流。同時以技術教材編撰、紀實影片內容擴充、國內外研討會與論文期刊發表等方式，增加技術之曝光度。整體而言，本計畫透過實驗室試驗與模廠與實場驗證，發展本土化友善環境之新興廢污水處理技術，並以技術媒合及技術輔導，加速國內產業廢水處理技術之轉型。

中文關鍵字

新興廢水處理技術、水質淨化、資源化回收再利用

類型	檔名	檔案大小	說明	最新版公開日期
期末報告	EPA034111006-廢污水新興處理技術示範驗證計畫(第2年)成果報告-定稿-壓縮後.pdf	51MB		2023/1/5 上午 12:00:00

摘要	Over the past few years, environmental awareness in Taiwan has risen significantly. The Environmental Protection Administration of Executive Yuan, R.O.C Taiwan has established more stringent regulations in controlling water pollution concerning specific discharge criteria and monitoring requirements, such as ammonia-nitrogen, heavy metals, color, and other harmful substances, which were in effect on 1st January 2021. As a result, industrial facilities and municipalities have to improve their wastewater and sewage treatment systems such as separation technologies, reduction, recycle and reuse technologies in achieving both the enforced standards and effectiveness of reducing and preventing water pollution. To assist in the improvement and transformation of industrial wastewater treatment technologies, this project here proposes emerging wastewater treatment technologies implementing the qualities of 4L+C, which are low pollution, low energy consumption, low cost, low space, and circular economy. The proposed wastewater treatment technologies include capacitive deionization technology, integration of separation and crystallization technology in recycling ammonia, and non-thermal plasma technology. Capacitive deionization, as an energy-efficient invention for ion separation and concentration, has undergone investigations for amplified local concentrations of ammonium and heavy metal (e.g., chromium, Cr) and will be followed with efficiency validation aiming at pollutant molecules amplification into the pilot scale. As for the recycling ammonia-nitrogen technology, apart from real-field wastewater validation to improve their readiness and maturity, the research and development team also collaborated with industrial facilities to carry out on-site experimentation and will continue to establish the demonstration of validated technology. While non-thermal plasma technology has completed preliminary parameters studies, it shows a promising potential for further development in dye and antibiotics removal. Apart from the research and development of these emerging technologies, the teams have also conducted on-site consultations and industrial wastewater sampling at 6 different industrial plantations to comprehend ongoing wastewater treatment difficulties. Meanwhile, by gathering the opinions from the industry experts and academic professionals through 1 symposiums event, 1 academic and 2 industrial forums, this project has proposed improvements and solutions of wastewater and sewage treatment systems concerning the specific industries. At last, the publicity of these emerging domestic wastewater treatment technologies is boosted through the channel of a press conference, documentary films, both local and international seminars, and journal publications. Overall, with all the accomplishments and efforts, this project helps to stimulate the growth and the transformation of industrial wastewater management in Taiwan.
英文關鍵字	Emerging Wastewater Treatment Technologies, Water Purification, Resources Recovery and Reuse

摘要

Over the past few years, environmental awareness in Taiwan has risen significantly. The Environmental Protection Administration of Executive Yuan, R.O.C Taiwan has established more stringent regulations in controlling water pollution concerning specific discharge criteria and monitoring requirements, such as ammonia-nitrogen, heavy metals, color, and other harmful substances, which were in effect on 1st January 2021. As a result, industrial facilities and municipalities have to improve their wastewater and sewage treatment systems such as separation technologies, reduction, recycle and reuse technologies in achieving both the enforced standards and effectiveness of reducing and preventing water pollution. To assist in the improvement and transformation of industrial wastewater treatment technologies, this project here proposes emerging wastewater treatment technologies implementing the qualities of 4L+C, which are low pollution, low energy consumption, low cost, low space, and circular economy. The proposed wastewater treatment technologies include capacitive deionization technology, integration of separation and crystallization technology in recycling ammonia, and non-thermal plasma technology. Capacitive deionization, as an energy-efficient invention for ion separation and concentration, has undergone investigations for amplified local concentrations of ammonium and heavy metal (e.g., chromium, Cr) and will be followed with efficiency validation aiming at pollutant molecules amplification into the pilot scale. As for the recycling ammonia-nitrogen technology, apart from real-field wastewater validation to improve their readiness and maturity, the research and development team also collaborated with industrial facilities to carry out on-site experimentation and will continue to establish the demonstration of validated technology. While non-thermal plasma technology has completed preliminary parameters studies, it shows a promising potential for further development in dye and antibiotics removal. Apart from the research and development of these emerging technologies, the teams have also conducted on-site consultations and industrial wastewater sampling at 6 different industrial plantations to comprehend ongoing wastewater treatment difficulties. Meanwhile, by gathering the opinions from the industry experts and academic professionals through 1 symposiums event, 1 academic and 2 industrial forums, this project has proposed improvements and solutions of wastewater and sewage treatment systems concerning the specific industries. At last, the publicity of these emerging domestic wastewater treatment technologies is boosted through the channel of a press conference, documentary films, both local and international seminars, and journal publications. Overall, with all the accomplishments and efforts, this project helps to stimulate the growth and the transformation of industrial wastewater management in Taiwan.

英文關鍵字

Emerging Wastewater Treatment Technologies, Water Purification, Resources Recovery and Reuse