貯能型水再生系統（2/2）

經濟部水利署考量我國自產能源匱乏而化石能源依存度高、以及特殊之地理環境導致水資源匱乏之困境，在致力於新興水源的利用與推動之餘，積極結合研發單位、系統製造商、用水端開發以商品化為前提進行模組測試，期以輔導本土水利產業之發展。水利署在前期科專計畫中已成功發展低耗能電容去離子(Capacitive deionization, CDI)技術之模組系統，以脫鹽程序使處理過後之都市污水處理廠放流水水質達高品質工業製程用的再生水水質，且其產水能耗小於0.5 kWh/m3，成功以低耗能水處理技術同時達到節能與產水之雙重目標。為使上述低耗能CDI技術能往商品化發展，並加速達到模場規模，進行實際之產水應用驗證，應當進一步進行模組放大試驗，建立智慧新節能型水再生系統，以促進環境友善型水處理技術之發展，舒緩臺灣水與能源匱乏之困境。
本年度為兩年期研究計畫的第二年研究計畫，主要工作內容包括低耗能電容去離子裝置的放大化試驗、貯能電能系統的建立工作、以及針對電容去離子技術進行實施成效建議。本計畫已成功建立電容去離子技術的最小商業化單元模組，並將產水量提升至21 LPH，成功達成產水量大於5 LPH之計畫目標，並詳細討論模組中電極之堆疊串接對於模組效能之影響。此外，本計畫建立一電容去離子裝置電極材料的評選方法與流程，期能作為國內業者在選擇合適多孔性碳質材料進行電極製作之重要依據。再者，本研究團隊在桃園水資源回收中心，以「民生汙水再利用之電容去離子測試裝置」之最小商業化單元模組進行實場的再生水測試，產水量約為0.1 CMD，同時建立智慧控制系統與資訊通訊技術平台，可即時監測系統之導電度、pH、電流數據等。由水質分析的實驗結果可知，CDI模組系統可將導電度平均417 μS/cm的出流水，脫鹽處理至導電度100 μS/cm以下，顯著優於Class A之導電度水質標準，可知電容去離子單元具有運用於再生水處理之潛力。在貯能電能系統部分，本計畫優化前年度之微生物燃料電池，使其總效能提高至六倍，並成功設計電容回收系統，穩定供電1.2 V給實驗室CDI模組，能將1.5 mM及1 mM之鹽水皆達到85%的導電度移除效率。本計畫開發四開關式升降壓轉換器之電能管理系統，可成功從實驗室模組系統中，在活性碳電極放電的過程中，回收高達43%的電能，同時已完成最小商業化模組之電路設計及電能回收評估。再者，本計畫開發再生能源(太陽能)輔助驅動電容去離子模組，期未來擬開發之電能管理系統可有效管理市電、再生能源進行再生水處理，同時搭配能源回收系統，進一步減少產水水再生程序之能源依存度。另由環境績效指標評估結果指出，最小商業化模組不僅能達到水處理目標，亦能兼具環境友善之永續發展。另外，本計畫完成專業諮詢、現地訪視、技術推廣等技術服務工作共計8件，並完成合作備忘錄簽署1件。期能透過技術服務之方式，鏈結國內上游(材料、零組件供應)、中游(設備商)與下游(需求端)，加速電容去離子技術產業化。最後，本計畫以全生命週期評估進行廠區與技術發展之可行性評估，藉由環境評估(生命週期評估、累積能量需求分析、能源選用管理、水資源投資報酬分析)、以及技術面與操作面，建立績效指標，以做為未來參考之依據。