摘要

本研究發展氨氮氣提循環回收與結晶氯化銨技術，包含氨氮廢水與液鹼混合產生氨氣導入淋洗單元，可與稀鹽酸霧滴反應，生成氯化銨溶液，並於循環回收單元再提升氯化銨濃度；高純度液態氯化銨溶液運用結晶反應，藉由增溫控制提升水分揮發，再運用抽氣控制使反應槽趨向真空，加速去除水分，產製高純度固態結晶氯化銨。研究成果顯示：運用氣提技術能夠有效去除廢水中所含氨氮成分，氨氮濃度去除率可達96%以上，且經循環回收的液態氯化銨濃度可達34%以上，而循環回收固態氯化銨屬於結晶形態優良之晶體，氯化氨純度已達99%以上，應已接近試藥等級之氯化銨原料；再者，循環回收固態結晶氯化銨藉由「電鍍哈氏槽」電鍍液導電測試，此氯化銨應能作為產業電鍍製程原料。

【關鍵字】氨氮、氯化銨、氣提、循環經濟

*輔英科技大學環境工程與科學系 特聘教授

**輔英科技大學休閒與遊憩事業管理系 助理教授

***國立臺灣大學環境工程學研究所 教授

****行政院環境保護署 簡任技正

*****行政院環境保護署 處長

一、前言

電鍍工業是許多金屬產品重要製程，且電鍍方法是依照鍍件、材質、用途來區分，但是不論何種電鍍方法，製程大都包括研磨、脫脂、浸酸、電鍍、後處理與乾燥。電鍍製程需要使用多種化學藥劑，其中為提高電鍍液之導電性，使陰極電流效率提高，讓電鍍層能夠平滑，以添加氯化物的效果為佳，而氯化銨(NH₄Cl)是能夠提供較佳導電性的導電鹽，但是電鍍後會需要使用大量水來清洗鍍件，因而產生含高濃度氨氮之清洗廢水(吳柏璋等, 2021; 賴進興等, 2019; Li et al., 2019; Lubensky et al., 2019; Wu et al., 2019; Yuan et al., 2016)。

環保署於106年12月25日修正發布數項放流水標準，其中，新增管制項目「氨氮」會消耗水中溶氧，造成水質惡化、水體優養化等危害水中生物的情形，可能傷害水體，因此納入管制。再者，環保署在放流水標準管制面向，為進一步減少水體氨氮排放總量，針對金屬表面處理業或電鍍業、製革業之生皮製成成品皮者、廢棄物掩埋場及發電廠等五種事業及石油化學專業區以外之工業區污水下水道系統訂定氨氮管制項目。在水源水質水量保護區內之標準維持原限值10 mg/L，新設事業或非高含氮製程則限值20 mg/L，高含氮製程則分兩階段管制，第一階段限值為150 mg/L，第二階段限值則再加嚴至60 mg/L(環保署, 2019)。

本技術發展是基於對環保領域產業的需求，並了解國內事業廢水放流水標準，已將氨氮列為管制項目，深知一些工業製程中必須使用銨鹽，包括半導體、光電、金屬表面處理、電鍍、化工及製革等事業(侯嘉洪等, 2021, 2022; 紀柏豪等, 2014; 張冠甫等, 2016; 賴進興等, 2019)。特別是國內電鍍業排放之廢水所含氨氮濃度很高，對電鍍業者而言，需要在電鍍廠內再增設氨氮前處理單元或提升廠內廢水處理廠單元等級，此處理技術與成本對電鍍業者都具有高挑戰性；即使將含氨氮的電鍍廢水納排入工業園區聯合廢水處理廠，由聯合廢水處理廠負責，也有相當的複雜度與高經費需求。因此，本技術是針對電鍍製程產生高濃度的氨氮廢水，著手發展「高濃度氨氮廢水循環回收液態氯化銨與固相結晶技術」(吳柏璋等, 2021; 侯嘉洪等, 2021, 2022; 賴進興等, 2019, 2021, 2022; Lai et al., 2019, 2022)。

二、研究材料與方法

• 2.1 研究設備設計

  本研究設置於實廠氨氮氣提單元、氯化銨循環回收單元之設備照片，如圖1所示，試驗系統設備包括：一組廢水氨氮氣提單元(stripping unit)槽體、三組淋洗與循環回收氯化銨單元(circulating/recycling unit)串聯槽體(侯嘉洪等, 2022; 賴進興等, 2021, 2022)。

  

  圖1 氨氮氣提單元及氯化銨循環回收單元之設備照片

  
  

• 2.2 氣提單元廢水與添加藥鹼液反應生成氣態氨

  氨氮廢水是運用氣提方法來除去水中的銨離子(NH₄⁺)，氨氮氣提單元主要功能是將電鍍廢水含氨氮成分，在注入液鹼會與銨離子產生氨氣(NH₃)，氨氮廢水調理單元產生氨氣(Bykovsky et al., 2017)，其化學反應式為：

  NH₄⁺ + OH^- → NH_3(g) + H₂O        (1)

• 2.3 氣態氨經酸液淋洗與循環回收氯化銨

  循環回收氯化銨是藉由稀鹽酸(HCl)液淋洗氨氣方法生成氯化銨，淋洗單元主要功能是將氣提單元產生氨氣體(NH₃)，被導入淋洗單元與淋洗霧滴接觸、反應，淋洗霧滴含有鹽酸成分，氨氣與鹽酸接觸反應式如下，並生成液態氯化銨：

  NH₃ + HCl = NH₄Cl_(aq)         (2)

  循環回收單元主要是藉由淋洗單元反應生成的液態氯化銨溶液來循環使用，以累積濃縮液態氯化銨濃度，但需注入鹽酸與氯化銨溶液混合，以控制稀鹽酸濃度，才能當淋洗液使用。

• 2.4 「液態氯化銨」產製固態「結晶氯化銨」設計

  「液態氯化銨」產製固態「結晶氯化銨」所使用的結晶乾燥系統單元，包括(1)增溫控制單元：運用增溫控制反應槽中氯化銨溶液溫度，以提升反應槽中水分揮發速率；(2)真空抽氣單元：運用抽氣促使結晶反應槽趨向於微真空，進而加速水分經抽氣揮發而去除，最後生成固態結晶氯化銨。

三、研究結果與討論

• 3.1 氣提技術去除廢水中氨氮試驗結果

  本項研究主要為瞭解經混凝處理與未經混凝處理後對廢水中氨氮去除效率之影響，經實廠廢水試驗NH₄⁺氣提濃度、去除率隨時間變化之結果，分別如圖2(a)及圖2(b)所示。由圖結果得知：經混凝處理後之廢水對於NH₄⁺的氣提效果並未有明顯的影響，兩者是以相近的去除速率上升，在試驗進行4 hrs，NH₄⁺去除率達到56%；之後亦無明顯差異，實驗經過24 hrs後，經混凝處理的廢水才有些微增加去除效率，在48 hrs時經混凝及未經混凝處理之廢水，其NH₄⁺去除速率分別達到99%及96%。此結果顯示：在控制適當的操作條件下，應用氣提技術可以有效去除廢水中高濃度之氨氮。

  (a)

  
  

  (b)

  
  

  圖2 實廠廢水以氣提處理 (a)氨氮濃度 (b)氨氮去除率隨時間變化圖

  
  

• 3.2 循環回收氯化銨濃度與含量

  研究使用的氣提試驗是以批次方式進行，在實廠試驗中循環回收氯化銨溶液為連續不斷酸洗及回收經氣提處理去除之氣態氨。因此溶液中氯化銨濃度會不斷累積而上升，根據氯化銨於20℃溫度下每100 mL的溶解度為37.2 g，此時氯化銨溶解度經過計算循環液NH₄⁺濃度到達約97,000 mg/L就會達到飽和。

  經由實廠循環回收氯化銨試驗結果發現：由於循環回收溶液在試驗中是不停的循環與擾動，因此當循環液NH₄⁺濃度達到97,000以上時，此時溶液已達到過飽和狀態，NH₄⁺濃度就會因形成固體結晶而變化，若停止循環液的循環與擾動，液相中的NH₄⁺濃度亦可能下降至80,000 mg/L左右，甚至更低濃度，隨後恢復循環液循環與擾動，液相中的NH₄⁺濃度亦會再逐漸升高，且NH₄⁺濃度會上下變化，實廠循環回收氯化銨實驗的過程會使回收槽底部產生許多晶漿(固態晶體)。結果顯示；經循環回收100 ml液態氯化銨再至固體結晶完成，所得氯化銨結晶重介於36~38 g之間，循環回收氯化銨溶液濃度則介於34~35%之間。

• 3.3 固態「結晶氯化銨」形態與純度分析

  本研究經循環回收的液態氯化銨，再經「氯化銨」結晶反應系統真空乾燥之固態結晶氯化銨，其真空乾燥結晶氯化銨粉末照片，如圖3所示。固態結晶氯化銨運用X射線繞射儀(X-ray diffractionmeter, XRD)來分析，作為判定固態「氯化銨」結晶形態之依據，圖4為循環回收固態結晶氯化銨XRD分析圖譜，由XRD分析圖譜顯示：循環回收固態結晶氯化銨屬於結晶形態優良之氯化銨晶體。

  

  圖3 真空乾燥固態結晶氯化銨

  
  
  

  圖4 固態結晶氯化銨XRD分析圖譜

  本研究將循環回收固態結晶氯化銨進行純度、水分及雜質成分分析，樣品係取循環回收之固態結晶樣品，分別加入鹽酸，再加入超純水最後溶成100 ml，水溶液再以感應耦合電漿原子發射光譜儀(ICP)分析。最後經過計算固態結晶氯化銨之純度均大於99%，水分及雜質分別小於1%及0.1%，顯示經循環回收固體晶體是屬於高純度氯化銨。

  另外，實廠循環回收固態結晶氯化銨之成分分析結果如表2所列，由表中分析數據得知：在實厰循環回收的氯化銨，經乾燥結晶，其主要成份為NH₄Cl，含微量其他化合物，氯化銨純度分別高達99.70%及99.51%，顯示是屬於結晶性良好且純度高之氯化銨晶體。

  表2 實廠循環回收氯化銨結晶固體成分分析結果

  分析項目	固態結晶樣品I	固態結晶樣品II
  SiO2	0.02%	ND
  Al2O3	0.08%	0.04%
  Na2O	ND	0.03%
  K2O	ND	ND
  MgO	ND	0.02%
  CaO	0.05%	0.13%
  TiO2	ND	ND
  Fe2O3	0.01%	ND
  SO3	0.14%	0.13%
  P2O5	ND	0.14%
  NH4Cl	99.70%	99.51%
  Total	100.00%	100.00%
  註：ND代表低於偵測極限

  
  

• 3.4 「固態結晶氯化銨於電鍍哈氏槽試驗」可行性評估

  本項研究主要以經循環回收產製的固態結晶「氯化銨」產品，評估未來使用於電鍍廠電鍍單元之導電實況是否符合需求。因此，利用實際電鍍廠測試電鍍單元藥劑「電鍍哈氏槽」進行測試結晶「氯化銨」在電鍍藥劑導電之符合度，以評估循環回收「固態結晶氯化銨」作為添加電鍍製程藥劑導電之可行性。

  執行試驗是利用實際電鍍廠測試電鍍單元藥劑「電鍍哈氏槽」進行測試結晶「氯化銨」，「電鍍哈氏槽」試驗是以添加循環回收固態結晶氯化銨，以及一般電鍍廠使用氯化鋅、光澤劑及柔軟劑來配製電鍍液，再進行導電度測試，電鍍哈氏槽測試照片，如圖5所示。「電鍍哈氏槽」初始設定電流量為2.0安培，測試結果顯示循環回收氯化銨所配製電鍍液測試電流量均大於或等於2.0安培，此結果顯示出循環回收「固態結晶氯化銨」通過「電鍍哈氏槽」電鍍液測試要求，此氯化銨可以作為電鍍液原料。另外，「電鍍哈氏槽」是以銅片作為電鍍片，銅片在電鍍哈氏槽鍍鋅測試結果，是可符合電鍍產品要求。

  (a)

  
  

  (b)

  
  

  圖5 電鍍哈氏槽測試照片 (a)測試前 (b)測試期間

  
  

四、結論

1. 運用氣提技術在控制適當操作條件下，能夠有效去除廢水中高濃度氨氮，NH₄⁺去除效率分別達到99%及96%。
2. 經循環回收液態氯化銨溶液，氯化銨溶液濃度介於34~35%，其100 ml氯化銨結晶重約36~38 g。
3. 根據X射線繞射儀分析結果顯示循環回收固態結晶氯化銨與一般商業銷售氯化銨，兩者均屬於結晶形態優良之氯化銨晶體。
4. 實廠循環回收氯化銨溶液，經減壓濃縮乾燥成固體結晶，結晶氯化銨純度已達99%以上，應已接近試藥等級之氯化銨。
5. 實廠循環回收固態結晶氯化銨與商用氯化銨「電鍍哈氏槽」測試結果之比對，循環回收「固態結晶氯化銨」可通過「電鍍哈氏槽」電鍍液測試要求，此氯化銨應能作為電鍍液原料。

參考文獻

• 行政院環境保護署(2019)，水污染防治法-附表五放流水水質項目及限值。
• 吳柏璋、侯嘉洪、賴進興、官文惠、駱尚廉、蔡人傑、張莉珣、顏旭明(2021)，含氮物質之新興物化處理技術評析，工業污染防治，第153期，p1-21。
• 侯嘉洪、賴進興、官文惠、蔡人傑(2021)，廢污水新興處理技術示範驗證計畫，行政院環境保護署研究報告，EPA034109041。
• 侯嘉洪、賴進興、官文惠、蔡人傑(2022)，廢污水新興處理技術示範驗證計畫(第2年)，行政院環境保護署研究報告，EPA034111006。
• 紀柏豪、柯雋宇、洪辰霖、鄭凱文、林宏軒、黃文鑑(2014)，薄膜蒸餾處理高濃度氨氮廢水回收製成硫酸銨之研究，2014廢水處理技術研討會。
• 張冠甫、徐樹剛、黃盟舜、李茂松、張王冠(2016)，氨氮廢水處理與回收技術及案例，產業綠色技術與法規資訊電子報，第120期，p1-12。
• 賴進興、陳文薏、葉淑杏(2022)，電鍍廢水中循環回收液態氯化銨之研究，2022廢水處理技術研討會。
• 賴進興、楊書瑋、葉淑杏(2022)，高氨氮電鍍廢水氣提回收固態結晶氯化銨之研究，2022廢水處理技術研討會。
• 賴進興、蔡閎鈞(2021)，以氣提技術處理電鍍廢水中高濃度之氨氮，2021廢水處理技術研討會。
• 賴進興、葉淑杏(2019)，開發電鍍廠廢水中氯化銨之循環回收技術與操控設備，科技部研究計畫成果報告，MOST 106-2622-E-242-002-CC3。
• Bykovsky N.A., Rahman P.A., Puchkova L.N. and Fanakova N.N. (2017). Electrochemical recycling of still waste liquid in ammonia soda production, Key Eng. Mat., 743: p342-346.
• Lai C.H., Yeh S.H., Chen W.L. and Hsia T.N. (2019). A recycling technology and controlling equipment for ammonium chloride from the electroplating wastewater, EARTH 2019, October 13-17, Korea.
• Lai C.H., Tasi H.G., Yang S.W., Chen W.I., Chen M.Y., Lian G.J. and Chen M.J. (2022). A recycling technology of producing crystal ammonium chloride from the electroplating wastewater, EARTH 2022, Oct 31-Nov 1, Taiwan.
• Li D., Li T. and Sun T. (2019). Removal of NH₄⁺-N from aqueous solution by ceramsite coated with mg(oh)2 combined with air stripping, Environ. Eng. & Manag. J., 18: p1-10.
• Lubensky J., Ellersdorfer M. and Stocker K. (2019). Ammonium recovery from model solutions and sludge liquor with a combined ion exchange and air stripping process, J. of Wat. Pro. Eng., 32: p1-11.
• Wu C.Q., Zhang Y. and Chen X. (2019). Ammonia removal mechanism by the combination of air stripping and ultrasound as the function of pH, IOP Conference Series: Earth & Environ. Sci., 344: p12-51.
• Yuan M.H., Chen Y.H., Tsai J.Y. and Chang C.Y. (2016). Ammonia removal from ammonia-rich wastewater by air stripping using a rotating packed bed. Process Saf. & Environ. Pro., 102: p777-785.

人工智能（AI）正在改變全球產業發展，成為銳不可擋的重要趨勢，不僅提升產業效率和競爭力，也幫助解決許多社會和環境問題，如氣候變遷、能源轉型、資源管理等。

台灣作為一個小而美的島國，面臨著嚴峻的環境挑戰，如空氣污染、水資源缺乏、廢棄物處理等。但我們也擁有世界級的人才和半導體產業優勢，具有發展AI的潛力和基礎。因此，本文將從以下四個方面提出人工智能在台灣環保未來發展的建議：

一、加強跨領域整合與創新

AI可以與各種環保相關領域結合，如氣象監測、空氣品質預測、水質分析、生態保育、廢棄物分類等，提供更精準和即時的數據和服務。例如，利用AI分析衛星影像和感測器數據，可以監測森林火災和生物多樣性變化；利用AI辨識廢棄物種類和材質，可以提高回收率和降低成本。

因此，在政府部門、學術界和產業界之間建立跨領域整合與創新的平台和機制是非常重要的。例如，在政策制定上要考量AI與環保之間的互動與影響；在學術研究上要促進不同學科之間的交流與合作；在產業發展上要鼓勵創新創業與社會責任。

二、培育專業人才

AI與環保相關領域需要具備多元知識和技能的專業，這些人才不僅需要在學校學習，也必須在職場和社會中不斷進步和創新。因此，環保署必須結合教育部、數位發展部和勞動部等部會統籌規畫推動。此外，加強署內同仁在職進修學習，逐漸適應各種人工智能應用場景也很重要，才可以減少數位代差，提升行政效率。

三、建立資料開放與共享機制

AI發展離不開大量且高品質的數據，而資料開放與共享可以促進AI的創新與應用。包括環保署、學術單位、民間團體等，長期大量收集管理各種環保相關資料，如氣象、空氣品質、水質、生態等。如果能夠建立統一且友善的資料開放與共享環境，提供各種格式和介面的資訊服務，讓各方都能方便取得和使用這些資料，就可以提升AI在環保領域的發展潛力。

同時，在法規制度上要落實個人資料保護和智慧財產權等原則，確保資料使用者的權益；在推廣活動上要增加各界對於資料開放與共享價值和意義的認知。

四、強化國際合作與交流

AI和環境問題同樣都是全球性且跨界別的挑戰。所以透過國際合作與交流，不僅增加台灣在AI與環保領域的能見度和影響力，也可以學習和借鏡其他國家或地區的成功經驗和最佳實務，同時建立更多的夥伴關係和資源共享。因此，在政策規劃、學術研究和產業發展上要積極參與國際組織或平台，提升台灣在AI與環保領域的創新能力和競爭力，拉高我們的商業價值和國際責任。

綜合上述，隨著AI技術發展及其扮演的重要性與未來性，政府人員、人工智能研究人員、環保從業人員及相關應用者，都有責任推動及分享人工智能AI在環境永續發展上直接和間接的應用，以因應全球環境永續發展的重大趨勢，為台灣面臨日益嚴峻環境議題挑戰早日開始實施具體的行動。