¹陳采萱、²高毓蔧、^2,3范振軒、^2,3侯嘉洪

1. 國立陽明交通⼤學 環境⼯程研究所
2. 國立臺灣⼤學 環境⼯程學研究所
3. 國立臺灣⼤學 新碳勘科技研究中⼼

現今全球⽔資源短缺問題⽇益嚴峻，隨
著淡⽔需求持續攀升與⼯業活動擴張所造成
之⽔污染，開發替代⽔源與推動廢⽔再利⽤
已成為環境⼯程領域的重要課題。相較於⾼
鹽度海⽔淡化因總溶解固體(TDS)含量⾼⽽
導致能耗與成本增加，都市污⽔因其低TDS
特性，逐漸被視為具發展潛⼒之替代⽔源。
⽬前，多種技術已被應⽤於都市污⽔再⽣處
理，其中以膜分離技術最為關鍵，由於逆滲
透可去除幾乎所有溶解性鹽類與礦物質，因
此被廣泛應⽤，然⽽，其操作涉及⽔通量與
鹽類截留率之間的權衡，使其在特定應⽤情

境下仍具優化空間。因此，開發兼具⾼能源效
率與良好分離性能之替代技術，成為重要發展
⽅向。近年來，電容去離⼦(Capacitive
Deionization, CDI)因其在低TDS⽔體中展現
出優異的能源效率與離⼦去除能⼒受到關注。
在此基礎上，薄膜電容去離⼦(Membrane
Capacitive Deionization, MCDI)進⼀步透
過離⼦交換膜提升分離效率與能源利⽤效率，
成為具潛⼒之新興⽔處理技術。
然⽽，⽬前MCDI模廠規模之研究仍相對
有限，例如，Cañas Kurz等⼈於摩洛哥建置
模廠規模MCDI系統進⾏地下⽔脫鹽，系統可

達66%之鹽類去除率與48%之⽔回收率，⽽
Zhu等⼈於澳洲建立 20 CMD之MCDI系統，
成功將總溶解固體濃度由約 1000 mg/L降⾄
約 550 mg/L，並達72%之⽔回收率。上述研
究雖顯⽰MCDI於模廠應⽤之可⾏性，且皆
透過定期酸洗維持系統性能，然⽽在連續⻑
時間運轉條件下，其操作穩定性仍具挑戰。
此外，為確保系統穩定產⽔與處理效能，建
立連續⽔質監測機制亦為關鍵。故本次研究
團隊以新⽵客雅⽔資源回收中⼼為研究場域
，建構⼀套MCDI再⽣⽔系統，此系統整合
砂濾、超濾、MCDI以及紫外線消毒單元，
以處理⼆級放流⽔並進⾏試驗，透過模組化
設計與⾃動化控制，不僅提升操作穩定性，
亦為後續優化提供實驗基礎。

於效能驗證階段，綜合考量⽔處理能⼒
與⽔回收率之平衡關係，確立最佳操作條件
為充電時間400秒、電極再⽣120秒及放電
時間120秒。此條件下，系統可達約82%之
離⼦去除效率與 21 CMD之處理能⼒，並在
維持85%去除效率下達成77%之⽔回收率。
進⼀步將優化之操作條件應⽤於24週之⻑期
穩定性測試，結果顯⽰，在每⽇平均約2.25
次檸檬酸清洗頻率下，系統可穩定維持80%
以上之離⼦去除效率，且能耗約為 0.21±
0.07 kWh/m³ ，展現良好之能源效率與操
作穩定性。然⽽，隨著操作時間延⻑，即使
經酸洗處理，仍可觀察到有機污染與無機結
垢逐漸累積，顯⽰清洗策略與材料耐久性仍
為限制系統⻑期運⾏之關鍵因素。此外，⽔
質分析結果顯⽰，MCDI對帶電物種具有顯
著去除能⼒，例如總硬度可由約 157.5mg/L CaCO₃降低⾄ 21.2 mg/L CaCO₃，
並對氨氮與總磷亦具有約67%之去除表現，
相較之下，對於非帶電或弱極性有機物，其
去除效果較為有限(TOC去除率約為10-15%)
，顯⽰電吸附機制主要針對帶電物種具有較
⾼選擇性。基於此特性，MCDI可作為離⼦
去除之核⼼單元，並與⾼級氧化或⽣物處理
程序進⾏整合，以進⼀步提升整體再⽣⽔⽔
質與系統應⽤效能。整體⽽⾔，本研究驗證
了MCDI於再⽣⽔處理流程中之可⾏性與效
能表現，並展現其於永續⽔資源管理中的應
⽤潛⼒。