[[alternative]]A study on the life cycle assessment of solar-driven membrane distillation desalination system

碩士[[abstract]]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。[[abstract]]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.[[tableofcontents]]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[[note]]學號: 699480140, 學年度: 10