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系統識別號 U0002-0803201309254600
中文論文名稱 太陽能驅動薄膜蒸餾海水淡化系統之生命週期評估
英文論文名稱 A Study on the life Cycle Assessment of Solar-driven Membrane Distillation Desalination System
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 水資源及環境工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Water Resources and Environmental Engineering
學年度 101
學期 1
出版年 102
研究生中文姓名 游晉懿
研究生英文姓名 Chin-I Yu
學號 699480140
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2013-01-10
論文頁數 100頁
口試委員 指導教授-高思懷
委員-李育明
委員-胡憲倫
中文關鍵字 太陽能  海水淡化系統  GaBi  生命週期評估 
英文關鍵字 Solar energy  desalination system  GaBi  life cycle assessment (LCA) 
學科別分類 學科別應用科學環境工程
中文摘要 海水淡化技術是一種非常耗費能資源取得淡水的方式,而利用太陽能做為驅動海水淡化系統之能量來源是希望藉此能減少海水淡化技術之能資源消耗,本研究是對於太陽能驅動薄膜蒸餾海水淡化廠進行生命週期評估,研究範圍設定於生命週期-使用階段,評估海淡廠在使用階段時各個程序之環境衝擊,將評估結果提供給設計團隊以達到預先改善之效果。
本研究之生命週期評估主要是針對前處理製程、中心薄膜蒸餾製程以及末端處理製程進行評估,主要研究的項目為設備所消耗之能資源、海水淡化過程中所投入之藥劑及藥量,而評估之方法是根據國際ISO 14040、ISO 14044的生命週期規範,然後藉由德國PE公司研發的LCA運算軟體-GaBi 5來計算Eco-indicator 99衝擊指標,找出各個製程之衝擊值。
結果顯示,太陽能驅動薄膜海水淡化廠每日生產1,000噸淡水所消耗電量為5,662 kWh,各個部份分別為前處理2,350 kWh/day、中心薄膜過濾2,805 kWh/day、末端處理508 kWh/day。藥劑使用部份:次氯酸鈣用量為129.9 kg;HCl用量為6.1 kg;氫氧化鈉用量為0.11kg。以各個製程對環境衝擊高低為:中心薄膜蒸餾製程>前處理製程>末端處理製程。以每日生產1,000噸淡水對環境衝擊主要三項,分別為可吸入性無機物〔Respiratory (inorganic)〕181 Pt,接著為化石燃料〔Fossil fuels〕80.1 Pt,其次為氣候變遷〔Climate Change〕26.2 Pt。
英文摘要 Desalination system can get fresh water from seawater, but it is extremely energy consumption. However, use of solar energy driven desalination system can decrease the energy consumption. The aim of this study is to assess the life cycle assessment (LCA) of the solar-driven membrane distillation desalination plant. The scope of the LCA was set in the operation stage of the plant. The environmental impact of the every stages in the plant were assessed, the results will be offered to the research group of the solar-driven membrane distillation desalination system.
In this study, desalination system was separated into three divisons. There were pre-treatment process, centre membrane filtration process, end-of-pipe treatment process. The main items of this study included the energy consumption of the equipment, and the quantity of chemicals usage during the treatment process. The assessment method is based on ISO 14040 and ISO 14044 environmental management guideline. GaBi 5 software was used to calculate the environmental impact at each stage.
The results indicated that producing 1,000 ton/day of fresh water needs total power consumption of 5,662 kWh which included pre-treatment 2,350 kWh/day, centre membrane filtration 2,805 kWh/day, and end-of-pipe treatment 508 kWh/day. Chemicals consumption were Calcium hypochlorite (Ca(OCl)2) 129.9 kg, Hydrochloric acid (HCl) 6.1 kg, Sodium hydroxide (NaOH) 0.11 kg. The order of environmental impact were:centre membrane filtration process> pre-treatment process> end-of-pipe treatment process. The major three environmental impacts were respiratory (inorganic) 181 Pt, fossil fuels 80.1 Pt, climate change 26.2 Pt respectively.
論文目次 第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究目的 2
1.3 論文組織與架構 3
第二章 文獻回顧 4
2.1 生命週期評估起源與應用 4
2.2 生命週期評估軟體介紹 9
2.3 薄膜蒸餾概述 13
2.4 太陽能技術概述 19
2.5 集光型太陽能驅動史特靈引擎之薄膜蒸餾海水淡化系統 24
第三章 研究方法 26
3.1 研究流程 26
3.2 目標與範疇界定 27
3.2.1 研究目標 27
3.2.2 範疇界定 28
3.2.3 定義功能單位 29
3.2.4 研究假設 29
第四章 結果與討論 31
4.1 生命週期盤查 31
4.1.1 系統界限 31
4.1.2 前處理製程 32
4.1.3 中心薄膜蒸餾製程 40
4.1.4 末端處理製程 47
4.2 生命週期衝擊評估 52
4.2.1 前處理製程 52
4.2.2 中心薄膜蒸餾製程 60
4.2.3 末端處理製程 65
4.3 綜合討論 70
4.3.1 整座海水淡化廠之環境衝擊 70
4.3.2 各階段設備之環境衝擊 81
第五章 結論與建議 95
參考文獻 99

圖目錄
圖2-1 ISO生命週期標準整併情形 5
圖2-2生命週期架構圖(ISO 14040,2006) 6
圖2-3 Gabi 4操作介面 12
圖2-4薄膜蒸餾原理 14
圖2-5直接接觸薄膜蒸餾法 16
圖2-6空氣間隙薄膜蒸餾法 16
圖2-7氣體掃掠薄膜蒸餾法 17
圖2-8真空薄膜蒸餾法 18
圖2-9平板式集熱器構造圖 20
圖2-10真空管集熱器原理 20
圖2-11聚焦式集熱器原理 21
圖2-12熱儲存槽內含熱交換器 21
圖2-13熱儲存槽內不含熱交換器 22
圖2-14熱儲存槽內含分隔板 22
圖2-15史特靈引擎運作流程 23
圖2-16史特靈引擎運用光線示意圖 24
圖2-17史特靈引擎模組 24
圖2-18集光型太陽能驅動史特靈引擎之薄膜蒸餾海水淡化系統流程圖 25
圖3-1研究架構 27
圖3-2研究範圍 28
圖3-3太陽能驅動薄膜蒸餾海水淡化系統製程範圍 29
圖4-1整體流程圖 31
圖4-2前處理流程圖 34
圖4-3中心薄膜蒸餾製程流程圖 41
圖4-4末端處理製程流程圖 48
圖4-5前處理製程 GaBi流程圖 53
圖4-6中心薄膜蒸餾製程 GaBi流程圖 61
圖4-7末端處理製程 GaBi流程圖 66
圖4-8整座海水淡化廠之標準化圖 74
圖4-9整座海水淡化廠之權重圖 77
圖4-10各階段之百分比圖 80
圖4-11前處理製程之權重後損害評估百分比圖 85
圖4-12中心薄膜蒸餾製程之權重後損害評估百分比圖 90
圖4-13末端處理製程之權重後損害評估百分比圖 94

表目錄
表4-1各程序水量 35
表4-2前處理各幫浦所消耗能源 36
表4-3 UF系統所消耗能量 37
表4-4加藥機所消耗能量 37
表4-5加藥機所消耗能量 38
表4-6自清式過濾器所消耗能量 38
表4-7前處理投藥量 40
表4-8中心薄膜蒸餾製程各程序水量 42
表4-9中心薄膜蒸餾幫浦所消耗電量 43
表4-10中心薄膜蒸餾高壓幫浦所消耗電量 44
表4-11中心薄膜蒸餾加熱器所消耗能量 44
表4-12中心薄膜蒸餾加藥機所消耗能量 45
表4-13中心薄膜蒸餾系統所消耗藥劑及藥量 46
表4-14末端處理製程各程序水量 50
表4-15末端處理各幫浦所消耗能源 51
表4-16沉澱池所消耗能量 51
表4-17前處理製程之特徵化數據 55
表4-18前處理製程之標準化數據 57
表4-19前處理製程之權重數據 59
表4-20中心薄膜蒸餾製程之特徵化數據 62
表4-21中心薄膜蒸餾製程之標準化數據 63
表4-22中心薄膜蒸餾製程之權重數據 64
表4-23末端處理製程之特徵化數據 67
表4-24末端處理製程之標準化數據 68
表4-25末端處理製程之權重數據 69
表4-26整座海水淡化廠之特徵化數據 71
表4-27整座海水淡化廠之標準化數據 73
表4-28整座海水淡化廠之權重數據 76
表4-29整座海水淡化廠之百分比數據 78
表4-30前處理製程之設備權重數據 84
表4-31中心薄膜蒸餾製程之設備權重數據 89
表4-32末端處理製程之設備權重數據 93
參考文獻 Banat, F. A., & Simandl, J. (1998), "Desalination by membrane distillation: a parametric study"
Basini, L., D'Angelo, G., Gobbi, M., Sarti, G., & Gostoli, C. (1987), "A desalination process through sweeping gas membrane distillation", Desalination, 64, 245-257.
Ben Bacha, H., Dammak, T., Ben Abdalah, A., Maalej, A., & Ben Dhia, H. (2007), "Desalination unit coupled with solar collectors and a storage tank: modelling and simulation", Desalination, 206(1), 341-352.
ISO, I. (2006), "14044: environmental management—life cycle assessment—requirements and guidelines", International organization for standardization.
ISO, I. S. O. (2006), "14040 Environmental management-Life cycle assessment-Principles and Framework", International organization for standardization.
Lawson, K. W., & Lloyd, D. R. (1996a), "Membrane distillation. I. Module design and performance evaluation using vacuum membrane distillation", Journal of membrane Science, 120(1), 111-121.
Lawson, K. W., & Lloyd, D. R. (1996b), "Membrane distillation. II. Direct contact MD", Journal of membrane Science, 120(1), 123-133.
Lawson, K. W., & Lloyd, D. R. (1997), "Membrane distillation", Journal of membrane Science, 124(1), 1-25.
Martinez-Diez, L., Florido-Diaz, F., & Vazquez-Gonzalez, M. (1999), "Study of evaporation efficiency in membrane distillation", Desalination, 126(1), 193-198.
PE-INTERNATIONAL. (2006)," GaBi 4 Manual"
Smolders, K., & Franken, A. (1989), "Terminology for membrane distillation", Desalination, 72(3), 249-262.
Tiwari, G. (2002), "Solar energy: fundamentals, design, modeling and applications,"Narosa.
Tiwari, G., & Ghosal, M. (2005), "Renewable energy resources: basic principles and applications,"Alpha Science International Limited.
Wang, L. K., Chen, J. P., Hung, Y. T., & Shammas, N. K. (2010), "Membrane and desalination technologies,"Humana Press.
方瑞麟 (2004),「薄膜蒸餾式海淡設備之流道分析」,國立成功大學機械工程學系研究所碩士論文。
王文山、吳炯達、張維釗、蔡仲育 (2011),「南竿三期海淡廠BTO案之興建及營運綜合研析」。
呂穎彬 (1996),「生命週期評估簡介」,環境工程會刊。
呂穎彬 (2002),「生命週期評估資料庫及運用現況」,環保月刊第2卷(第一期):95-106。
李育明 (2008),「生命週期評估簡介」,財團法人台灣產業服務基金會。
李佳禾 (2004),「生命週期評估與環境績效分析研究-以人造纖維產品為例」,國立成功大學環境工程學系研究所碩士論文。
林建勳 (2010),「太陽能驅動薄膜蒸餾系統之模式建立及控制」,長庚大學化工與材料工程學系研究所碩士論文。
邱宏茂 (2003),「在薄膜海淡系統中前處理對薄膜結垢的影響」,國立成功大學機械工程學系研究所碩士論文。
柯佳君 (2006),「結合生命週期評估與生態效益之研究-PU合成樹脂廠之案例」,朝陽科技大學環境工程與管理學系研究所碩士論文。
胡湘玲 (2009),「太陽能源」,天下文化出版社。
許順珠 (1996a),「LCA資料品質之實施架構(上)」,ISO-14000速報,第18期。
許順珠 (1996b),「LCA資料品質之實施架構(下)」,ISO-14000速報,第19期。
陳茂景 (2009),「循環經濟型綠電廠技術發展」,中工高雄會刊,第17卷。
黃丁林 (2003),「STN-LCD產業污染盤查分析之研究」,朝陽科技大學環境工程與管理學系研究所碩士論文。
楊欣瑜 (2003),「生命週期成本評估於TFT-LCD產業之應用研究」,朝陽科技大學環境工程與管理學系研究所碩士論文。
經濟部水利署 (2006a),「民間參與桃園海水淡化廠先期計畫書」。
經濟部水利署 (2006b),「民間參與馬祖海水淡化廠可行性評估(核定本)」。
經濟部水利署 (2006c),「民間參與馬祖海水淡化廠先期計畫書(核定本)」。
經濟部水利署 (2007),「民間參與桃園海水淡化廠可行性評估」。
經濟部標準檢驗局 (2008a),「CNS 14040環境管理-生命週期評估-原則與架構」。
經濟部標準檢驗局 (2008b),「CNS 14044 環境管理-生命週期評估-要求事項與指導綱要」。
劉家豪 (2004),「IC製造業產品生命週期分析」,國立成功大學環境工程學系研究所碩士論文。
蔡誌銘 (2011),「太陽能驅動薄膜蒸餾海水淡化系統之模擬與實驗研究」,淡江大學化學工程與材料工程學系研究所碩士論文。
魏鈺峰 (2005),「行動電話之生命週期評估研究」朝陽科技大學環境工程與管理學系研究所碩士論文。
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