新型水淡化技術—電容去離子技術

新型水淡化技術—電容去離子技術 (Novel Desalination Method- Capacitive Deionization)
國立臺灣大學環境工程學研究所黃書芸

全世界有超過美國人口三倍以上的人們正面臨缺水危機，有卅多個國家處於嚴重缺水區域，加上全球人口持續增長，水資源會更加不足。一旦缺乏潔淨用水，疾病與死亡率將會提升，農民無法正常灌溉作物，許多工廠及產業無法運行，將會影響整個地區的環境衛生和經濟發展。臺灣雖然四季有雨，但因地形高聳陡峭，河川短小湍急，不容易儲存水資源，也面臨到缺水危機。由經濟部水利署的資料顯示，臺灣在全世界缺水地區排名第十八。在這個全球面臨缺水的情況下，找尋水資源十分重要，而海水淡化就是其中一種方法。

海水淡化簡單來說，就是將海水中的鹽份去除，使原本苦鹹、不易使用的海水轉變成可利用的潔淨純水。早期的探險家在漫長海上旅行，當無水可用時，就想到能將海水煮沸，再收集水蒸汽凝結成純水，這樣就能繼續航行在海上不擔心會缺水。這是最早的海水淡化技術，使用的是蒸餾法，利用鹽類和水的沸點不同，進行相的轉換，取得潔淨的純水。後來海水淡化技術逐漸進步，發展出薄膜法，透過加壓使海水通過薄膜，薄膜會阻擋鹽類離子通行，只讓水分子通過，利用此方法將水和鹽類離子分開，常見的薄膜法為逆滲透法（Reverse Osmosis, RO）[1]。

發展至今，海水淡化技術面臨到許多問題，蒸餾法雖操作簡單，但需要大量的電能，會消耗過多能源，而薄膜法在處理程序中會產生高濃度的強酸、強鹼廢液，增加再處理這些高濃度廢水的成本，此外薄膜法在維護與成本上也較昂貴。因此，許多研究團隊努力研發新的海水淡化技術。

接下來，將介紹一個較新穎的水淡化技術——電容去離子技術(Capacitive Deionization Technology, CDI)，它的原理是利用施加外部電場，讓海水中帶電荷的離子（如：鈉( Na⁺)、鈣(Ca²⁺ )、鎂(Mg²⁺ )離子、氯(Cl^–)）受到庫倫靜電力之影響，陽離子往負極跑，陰離子往正極跑，這些離子就會被吸附於活性碳電極表面上形成一個儲存離子的電容器[2, 3]。當海水通過電容去離子系統時，就能有效的將帶電的鹽類離子去除，得到乾淨的純水，下圖為電容去離子技術示意圖。

圖一$$~~~$$電容去離子技術示意圖 （黃書芸繪製）

電容去離子技術所需的能源比傳統的蒸餾法少許多，在操作與設備維護上也較薄膜法來得簡單且不會有二次汙染問題，相對於其他海水淡化技術操作成本較低且對環境較為友善。電容去離子技術已開始被應用於小型海水淡化上，水淡化的處理效果良好，是個具有潛能的新型水淡化技術。

海水淡化技術的發展對解決現今缺水問題有一定程度的幫助，電容去離子技術若能開發得更完善、更有效應用在海水淡化上，勢必能減輕地區性缺水的問題，也能減少能源的浪費。

參考文獻

• [1]張淵斯、曹知行。海水淡化的發展。(http://ejournal.stpi.narl.org.tw/NSC_INDEX/Journal/EJ0001/9806/9806-05.pdf)
• [2]黃承業(2012)。以電容去離子技術去除無機鹽類之電吸附行為研究。(碩士論文，東海大學，2012)。
• [3] Hou, C. H., & Huang, C. Y. (2013). A comparative study of electrosorption selectivity of ions by activated carbon electrodes in capacitive deionization. Desalination, 314, 124-129.