電透析(Electrodialysis, ED)技術屬薄膜程序之ㄧ，最初發展時係作為海水淡化之用，近年來隨著薄膜技術之進步，電透析系統之應用性亦隨之提升。傳統上，電透析系統常作為超純水製程中之ㄧ環或用以回收、處理工業廢水中之有價金屬、有害物質，然而，面臨各類不同用水需求，一套固定的電透析系統勢必無法完全符合各類用水需求，有鑑於此，電透析系統中之離子遷移特性便相對重要。在本研究中，期能透過操作自行設計之電透析模組以瞭解水中陰、陽離子之分離、濃縮特性，以利於後續電透析研究之進行，進而達到調控水中離子物種濃度之效並產出符合不同需求之用水。
本研究透過文獻蒐集與彙整以瞭解電透析系統之基礎理論，並透過實驗操作以瞭解不同離子物種(Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、NO3-、SO42-)在不同電壓下於電透析系統中之分離、濃縮情形。實驗結果顯示操作電壓越高則操作效率越佳，但隨電壓升高，各離子物種之濃縮效率增加度並非等比例上升，其中以SO42-之濃縮效率受操作電壓提高而上升之情形最為顯著。此外，在離子濃縮效率方面，以Na+ 與Cl-之離子濃縮效率較佳；在脫鹽室中，陽離子物種之分離效率普遍高於陰離子物種。由本研究之研究成果，可瞭解不同離子物種在不同電壓、電流下之離子濃縮、分離特性，並且作為後續相關研究之基礎，以期能在未來的研究上，透過操作電透析系統達到離子調控之效，進而產出符合各類不同需求之用水。

Electrodialysis is a kind of membrane process, developed for desalination of sea water. There have been great progress in membrane technology in recent years, electrodialysis system is applied extensively now. In traditional electrodialysis system, usually there will be an ultra-pure water process or recycle, treat value metal in industrial waste water and hazardous material, however, different kinds of water requirement require an immobile electrodialysis process to be fitted in with every kind of water requirement. As a result, the characteristic of transference of ions in electrodialysis system is important. This study focuses on understanding the characteristic of transfer of ions by operating a self-designed electrodialysis module and controls the concentration of ions to conform to different water requirement.
The research requires searching information to understand the basic theory of electrodialysis system, also an experiment was carried out to understand the transference of ions under various voltages. The experiment shows that the higher voltage, the higher efficiency, when the voltage rises up, the ion concentration is not affected or influenced by geometric ratio. The SO42- concentrate efficiency is the most obviously when the voltage rises up. In addition to ion concentrate efficiency, Na+ and Cl- ions are the best in concentration efficiency, in dilute compartment and the cation separation efficiency is higher than anion. The result of this study makes us to understand the characteristic of concentration and separation of ions at various voltage and electric current. For the basis of related study, target to achieve controlling the various concentration of ions and to conform to different water requirements.

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌　謝 iv
目 錄 vi
表目錄 ix
圖目錄 x
第一章 前言 1
1.1 研究緣起 1
1.2 研究目的 1
1.3 研究內容 2
1.3.1 研究方法與流程 2
1.3.2 研究架構 4
第二章 文獻回顧 5
2.1 電透析系統介紹 5
2.1.1 電透析系統之歷史及演進 5
2.1.2 電透析系統之原理及去除理論 6
2.1.3 電透析之種類 9
2.1.4 電透析與其他薄膜程序之比較 9
2.1.5 電透析系統之優點及限制 15
2.2 電透析系統應用 16
2.2.1 廢水處理及回收 16
2.2.2 海水、鹽水淡化 18
2.2.3 其他應用 18
2.3 電透析系統之影響因子 19
2.3.1 溶質傳輸效應 19
2.3.2 操作電壓與電場強度 20
2.3.3 電流密度與電流效率 21
2.3.4 電透析薄膜種類與特性 26
2.3.5 溫度及流量 27
2.3.6 濃度極化、薄膜積垢及損壞、薄膜鬆化 28
2.4 離子之獨立遷移理論 29
2.4.1 離子獨立運動定律 29
2.4.2 離子遷移率 30
第三章 實驗設備與方法 32
3.1 實驗設備與材料 32
3.1.1 電透析模組 32
3.1.2 離子交換薄膜 37
3.1.3 電極與直流電源供應器 38
3.1.4 其他實驗設備 40
3.2 實驗設計與實驗方法 40
3.2.1 實驗設計 40
3.2.2 實驗方法 42
3.3 分析方法與設備 44
3.4 品保與品管 47
第四章 結果與討論 48
4.1 脫鹽端離子分離效率 48
4.1.1 陽離子分離效率 49
4.1.2 陰離子分離效率 51
4.1.3 操作電壓、電流與導電度對離子分離效率之關係 53
4.2 濃縮端離子濃縮效率 54
4.2.1 陽離子濃縮效率 55
4.2.2 陰離子濃縮效率 57
4.2.3 操作電壓、電流與導電度對離子濃縮效率之關係 59
4.3 綜合討論 60
4.3.1 固定電壓下，陰、陽離子分離效率之比較 60
4.3.2 提高電壓對同種離子分離效率之影響 62
4.3.3 固定電壓下，陰、陽離子之濃縮效率比較 62
4.3.4 提高電壓對同種離子濃縮效率之影響 65
4.3.5 離子遷移速率之討論 66
第五章 結論與建議 67
5.1 結論 67
5.2 建議 68
參考文獻 69

[1]許慶興，“以電透析法處理鍍鉻及鍍銅廢水”，碩士論文，國立成功大學環境工程研究所，台南 (1986)。
[2]台灣海水淡化網，http://www.taiwandesal.com.tw/1t-ed.htm
[3]Bazinet, L., Lamarche, F., and Ippersiel, D.,“Bipolar-membrane electrodialysis：
Applications of electrodialysis in the food industry. ” Food Science Technology,
Canada, Vol.9, pp.108-112 (1998)
[4]Colon, G., and Aponte, V.M., “Sodium chloride removal from urine via a siz-compartmend ED cell for use in Advanced Life Support System”, Desalination, mayaguez, Vol. 140, No. 2, p.p.133~142 (2002).
[5]林秉炤，“電透析法回收鋼鐵酸洗廢水中有價金屬”，碩士論文，國立成功大學環境工程研究所，台南 (1988)。
[6]Tom D. Reynolds and Paul Richards,“Unit Operations and Processes in Environmental Engineering”, Wadsworth (1995).
[7]熊楚強，王月，“電化學”，新文京開發出版股份有限公司 (2004)。
[8]許永昌，“交互式電透析系統在純水及廢水回收之應用”，化工技術，第二卷第五期，pp.105-109 (1994)
[9]歐陽嶠暉，“下水道工程學”，第三版，長松文化興業股份有限公司，台北市 (2000)。
[10]張錦松、羅文偉、李孫榮、張錦輝、陳健民、曾如娟，“環工單元操作”，高立圖書有限公司 (2002)。
[11]Bart Van der Bruggen, Carlo Vandecasteele, Tim Van Gestel, Wim Doyen, Roger Leysen,“A review of pressure-driven membrane processes in wastewater treatment and drinking water production”, Environmental Progress, Vol. 25, No.1, p.p.46~48 (2003).
[12]盧文章、楊子岳，“石化廢水回收再生節流減廢效益兼具”，節水季刊，第25 期，經濟部水利署節約用水資訊網 (2002)。
[13]Dalla Costa, R.F., Klein, C.W., Bernardes, A.M., Zoppas Ferreira, J., “Evaluation of the electrodialysis process for the treatment of metal finishing wastewater”, Journal of the Brazilian Chemical Society, Vol.13, no.4, pp.540-547 (2002)
[14]Choi, K.H., Jeoung, T.Y., “Removal of Zinc Ions in Wastewater by Electrodialysis”, Journal of Chemical Engineering, Korean, Vol. 19, no.1, pp.107-113 (2002)
[15]Mohtada Sadrzadeh, Amir Razmi, Toraj Mohammadi, “Separation of different ions from wastewater at various operating conditions using electrodialysis”, Separation and Purification Technology, Vol.54, pp.147-156 (2006)
[16]J. Lambert, M. Avila-Rodriguez, G. Durand and M. Rakib, “Separation of sodium ions from trivalent chromium by electrodialysis using monovalent cation selective membranes”, Journal of Membrane Science, Vol.280, pp.219-225 (2007)
[17]翁郁翔，“以溴化四丁基銨鹽電解-電透析合成醋酸四丁基銨鹽及該鹽之精製”，碩士論文，國立中央大學化學工程與材料工程研究所 (2004)。
[18]鄭文權，“海鹽在臺灣，四面環海的先天優勢?”，科學發展，402期，第6-13頁(2006)。
[19]Hung, T.C. and T.T.Wang，“A Study on the Behavior of Cation on Ion Exchange.”,Desalination,21 (1977)
[20]黃進益，“電化學的原理及應用”，高立圖書有限公司 (1998)。
[21]Gwenael C., Daniel B., “Modification of ion-exchange membrane used for separation of protons and metallic cations and characterization of the membrane by current–voltage curves”, Journal of Colloid and Interface Science,Canada,Vol. 281 (2005)
[22]蔡明谷，“研究電透析技術處理重金屬廢水之效率及其物化機制－以含銅廢水為例”，碩士論文，朝陽科技大學環境工程與管理系(2006)。
[23]CEDI University, http://www.cediuniversity.com/
[24]Smagin, V.N., N.N. Zhurov, D.A. Yaroshevsky and O.V. Yevdokimov, “Optimization of Electrodialysis Process at Elevate Temperatures”, Desalination, Vol.46, p.p.253-262 (1983)
[25]楊家豪，“部分因子設計法評估兩段式電透析處理含鉻電鍍廢水之研究”，碩士論文，國立台北科技大學環境規劃與管理研究所 (2005)。
[26]Mohammadi, T., Moheb, A., Sadrzadeh, M., and Razmi, A., “Separation of copper ions by electrodialysis using Taguchi experimental design. ” Desalination, 169(1), (2004)
[27]El Midaoui, A., Elhannouni, F., Taky, M., Chay, L., Menkouchi Sahli, M. A., Echihabi, L., and Hafsi, M.,“Optimization of nitrate removal operation from ground water by electrodialysis. ” Separation and Purification Technology, 29(3), (2002)
[28]揚叢印，”結合電過濾/電透析技術處理CMP廢水並同步產製電解水之研究”，博士論文，國立中山大學環境工程研究所(2003)
[29]鄭建南、陳見財，” 製造業放流水回收再利用案例探討”， 土木水利，第4卷，第2期 (2001)
[30]梁德明，＂電透析薄膜回收處理技術探討＂，廢水三級處理相關技術與實務講習會，財團法人，中技社綠色技術發展中心(2003)