離子交換樹脂廠內再利用可行性之研究｜國立中央大學博碩士論文系統

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研究生：	張亦成 Yi-cheng Chang
論文名稱：	離子交換樹脂廠內再利用可行性之研究 A feasibility study on the recycling of Ion Exchange Resin in plants
指導教授：	李俊福
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 環境工程研究所在職專班 Executive Master of Environmental Engineering
論文出版年：	2015
畢業學年度：	103
語文別：	中文
論文頁數：	109
中文關鍵詞：	離子交換、水回收、超純水、管柱試驗、機台分流
外文關鍵詞：	ion exchange, water recycling, ultrapure water, column test, machine shunt
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高科技電子業是台灣跨向新世紀的重要產業之一，而廢棄物轉變為有用資源是科技業邁向成功與否的重要關鍵，電子產業因經濟發展及科技日新月異下，如何發展具可行性之離子交換樹脂回收應用技術，將有助於企業節省成本並提昇競爭力。
本研究以電子業純水系統中，離子交換樹脂塔使用過後，取出回收再利用之廢離子交換樹脂為研究對象；因實廠濕式清洗製程，在製造過程中需耗用大量用水，因此針先對製程廢水的進流水質進行討論，同時調查不同單元所收集廢水之特性，然後採取預防安全之措施，設計分流之排水管，再導入回收處理裝置。然後以每年可回收3500L樹脂進行再利用研究，並求得最佳操作參數，最後對廢水回收工程與現況進行經濟效益評估。
經研究結果顯示，回收後離子交換樹脂以再生劑進行再生，在再生量控制為5BV(300ml)，再生效果以4％NaOH再生劑效果為最佳，其可達98％再生率。
經研究深入分析，利用本處理系統回收廢水及樹脂再利用，在水資源永續管理與清潔生產的角度，其可行性遠高於廢水處理後直接放流，依照此方式進行回收，不僅對提升製程回收率有幫助，可符合經濟效益，同時也減少對環境的衝擊。

The high-tech electronics industry has become one of the important industries in Taiwan in the 21st century, and the ability to convert wastes to useful resources is a critical factor that determines the success of the technological industry. Therefore, with rapid economic and technological developments, it is essential for the electronics industry to develop feasible applied technologies for the recycling of ion exchange resin (IER), so that companies can save costs and be more competitive.
The subject of this study is the waste IER that has been recovered after being used in the IER tower of the electronics ultrapure water system. The wet cleaning process implemented in plants consumes vast quantities of water during the manufacturing process. Therefore, the first step is to study the waste water quality of the manufacturing process and investigate the characteristics of wastewater collected from different units simultaneously. Next is the design of drainpipes for shunting water as a safety measure before the wastewater is channeled into the recycling equipment. Subsequently, an annual amount of recyclable resin of 3,500 L is being used for recycling research to determine the optimal operating parameters. An evaluation of the economic benefits of wastewater recycling is finally made based on existing conditions.
The study findings indicate that the recovered IER can be regenerated using the regenerating agent. When the amount of the regenerating agent was controlled at 5 BV (300 ml), the best performance (with a regeneration rate of up to 98%) was achieved with 4% NaOH.
From the perspectives of sustainable water resources management and clean production, our in-depth analysis shows that there is a much higher feasibility of treating wastewater and recycling IER using the proposed system than direct discharge after wastewater treatment. The proposed recycling method not only enhances recovery rates during the manufacturing process, but can also help derive economic benefits while reducing the impact on the environment.

目 錄
目錄    I
圖目錄    III
表目錄    V
第一章    前言    1
1-1    研究緣起    1
1-2    研究目的    2

第二章    文獻回顧    3
2-1    離子交換樹脂簡介    3
2-1-1    離子交換原理    5
2-1-2    離子交換樹脂之分類    10
2-1-3    離子交換應用    20
2-2    光電產業廢水性質    22
2-3    水回收之處理流程    24
2-3-1    離子交換樹脂用於純水回收    28
2-3-2    離子交換樹脂應用於廢水回收    29
2-4    離子交換樹脂再生    31

第三章    研究方法    38
3-1    實驗材料    38
3-2    實驗藥品    41
3-3    實驗儀器與設備    42
3-4    實驗項目與步驟    44
3-5    分析項目及方法    45
第四章    結果與討論    50
4-1    個案實廠簡介及基本水質分析    50
4-1-1    純水系統水質現況    50
4-1-2    進流回收廢水水質彙整    53
4-2    回收離子交換樹脂基本理化特性測試    60
4-2-1    離子交換樹脂特性分析    60
4-2-2    離子交換樹脂之回收率    63
4-3    回收樹脂再利用評估    65
4-3-1    回收樹脂之污染物去除率    65
4-3-2    離子交換樹脂各類再生藥劑之比較    69
4-3-3    以回收樹脂處理酸洗廢水    74
4-4    實廠廢水回收處理系統之評估    76
4-4-1    實廠廢水回收處理單元    76
4-4-2    實廠廢水回收處理之水質    78
4-5    再利用之經濟效益    83

第五章    結論與建議    92
5-1    結論    92
5-2    建議    93

參考文獻    95

 
圖目錄
圖2-1　離子交換樹脂反應之構造示意圖    6
圖2-2　製程回收廢水處理流程圖    30
圖2-3　Amberjet 4200型陰離子樹脂塔再生曲線    31
圖2-4　離子交換樹脂之操作循環程序    34
圖2-5　離子交換反應變化階段    35
圖2-6　貫穿曲線特性    36
圖3-1　研究之流程與架構圖    40
圖3-2　離子交換樹脂設備流程示意圖    43
圖4-1　常見超純水處理流程    51
圖4-2　產品製程廢水排放示意圖    54
圖4-3　水洗槽廢水回收之給排水示意圖    56
圖4-4　製程廢水排放回收pH隨時間之變化情形    58
圖4-5　製程廢水排放回收TOC隨時間之變化情形    58
圖4-6　製程廢水排放回收進水量隨時間之變化情形    59
圖4-7　回收離子交換樹脂之回收率    63
圖4-8　回收離子交換樹脂之破碎率    64
圖4-9　第一回經離子交換處理酸洗廢水隨時間之導電度變化    66
圖4-10　第二回經離子交換處理酸洗廢水隨時間之導電度變化    66
圖4-11　第三回經離子交換處理酸洗廢水隨時間之導電度變化    67
圖4-12　第一回經離子交換處理酸洗廢水隨時間之pH變化    68
圖4-13　第二回經離子交換處理酸洗廢水隨時間之pH變化    68
圖4-14　第三回經離子交換處理酸洗廢水隨時間之pH變化    69
圖4-15　樹脂再生藥劑之再生曲線    72
圖4-16　樹脂再生藥劑之再生曲線-重複實驗    73
圖4-17　活性碳處理酸洗廢水隨時間之TOC變化情形    74
圖4-18　實廠之廢水回收處理系統流程圖    78
圖4-19　實廠操作時的導電度與pH值    81
圖4-20　製程廢水回收系統運轉成本百分比    85
 
表目錄
表2-1　強酸性陽離子樹脂及強鹼性陰離子樹脂對離子選擇性優勢之順序    9
表2-2　離子交換樹脂官能基的型態    11
表2-3　交換樹脂Ⅰ型與Ⅱ型之比較    15
表2-4　合成離子交換樹脂之主要製造廠商    19
表2-5　LED與TFT-LCD產業主要廢水組成    23
表2-6　超純水不純物去除流程    26
表2-7　樹脂再生藥劑的使用量    33
表3-1　離子交換樹脂之物化特性    39
表3-2　實驗藥品    41
表3-3　水樣分析項目與方法彙整    46
表4-1　實廠低濃度酸洗排水回收水質檢測表    57
表4-2　離子交換樹脂回收測試分析結果    61
表4-3  離子交換樹脂回收率統計表    64
表4-4　回收樹脂之各種再生劑各種之再生率比較    70
表4-5　回收樹脂之4% NaOH再生藥劑重複兩次結果    71
表4-6　樹脂再生加藥濃度操作分析表    73
表4-7　回收水設計產水水質    75
表4-8　活性碳經回收樹脂處理酸洗廢水之變化    79
表4-9　回收處理系統操作說明一覽表    80
表4-10　實廠陰離交換樹脂塔運轉操作紀錄表    82
表4-11　製程廢水回收系統操作運轉成本分析表    84
表4-12　自來水取水成本分析表    86
表4-13　廢水處理系統操作費用成本分析表    87
表4-14　個案工廠污水下水道使用費用成本分析表    88
表4-15　廢水回收再利用與原處理流程操作費用分析比較表    89
表4-16　離子交換樹脂設置及樹脂回收成本彙整表    90
                                

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