溫泉水質結垢預防與處理綱要
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溫泉水質結垢預防與處理綱要
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2008永續溫泉研討會<br />
溫泉水質結垢預防與處理<br />
萬孟瑋 博士<br />
嘉南藥理科技大學<br />
溫泉產業研究所<br />
溫泉研究發展中心<br />
綱 要<br />
2008永續溫泉研討會<br />
溫泉結垢與水質組成之影響機制<br />
沉澱積垢潛勢分析<br />
不同溫泉引用方式之礦物沉澱與水質模式分析<br />
結論<br />
溫泉管線結垢的影響<br />
超音波震盪技術抑制溫泉水結垢<br />
超音波的清洗原理<br />
超音波抑制結垢實驗<br />
結論<br />
2
溫泉結垢與水質組成之<br />
影響機制<br />
台灣的溫泉<br />
2008永續溫泉研討會<br />
3<br />
2008永續溫泉研討會<br />
符合溫泉基準之溫泉水及水蒸氣(含溶於溫<br />
泉水中之氣體)。<br />
溫泉水包括自然湧出或人為抽取之溫水、<br />
冷水及水蒸氣(含溶於溫泉水中之氣體),在<br />
地表量測之溫度高於或等於30℃者;若溫<br />
度低於30℃之泉水,其水質符合溫泉水質<br />
成分標準者,亦視為溫泉。<br />
4
台灣的溫泉種類<br />
按化學性質分類,主要可分為:<br />
2008永續溫泉研討會<br />
碳酸氫鹽泉或碳酸鹽泉:主要分布於變質岩<br />
區,如中央山脈地區。<br />
硫酸鹽泉:主要分布於火成岩區,如大屯山地<br />
區。<br />
氯化物泉:主要分布於沉積岩區或海底溫泉地<br />
區。<br />
混合型溫泉:如硫酸鹽氯化泉或氯化物碳氫鹽<br />
泉等,主要分布於沉積岩區。<br />
5<br />
2008永續溫泉研討會<br />
溫泉結垢 - 寶來國蘭飯店<br />
大眾池<br />
6
台灣溫泉管線結垢<br />
2008永續溫泉研討會<br />
台灣地區位處於環太平洋地震帶上,地層<br />
活動相當頻繁,形成台灣高密度之溫泉露<br />
頭,此一優良的地理條件造就了台灣溫泉<br />
產業的蓬勃發展。<br />
台灣的碳酸氫鹽泉普遍存在結垢的問題,<br />
在溫泉運送途中碳酸鈣等離子結晶析出並<br />
沉積在管壁,導致管線不堪使用,增加溫<br />
泉業者的經營成本。<br />
7<br />
2008永續溫泉研討會<br />
溫泉管線與設施之礦物結垢情形<br />
寶來溫泉管線管垢 金山溫泉管線管垢<br />
瑞穗溫泉管線管垢<br />
知本溫泉管線管垢<br />
8
結垢的原因<br />
2008永續溫泉研討會<br />
溫泉結垢是影響溫泉取水、引水設施正常<br />
輸送之重要問題之一。<br />
溫泉水中常見的陰離子為氯離子、碳酸氫<br />
離子及硫酸根離子,根據其相對含量可將<br />
台灣溫泉分為三類,即以氯離子為主的氯<br />
化物泉,以碳酸根離子為主的碳酸氫鹽泉<br />
(在台灣這類溫泉最為普遍),及以硫酸根離<br />
子為主的硫酸鹽泉。<br />
結垢的原因 (續)<br />
9<br />
2008永續溫泉研討會<br />
溫泉水之輸送管結垢層的化學組成比較複<br />
雜,是由多種化合物混合組成,但都以某<br />
些化學成份為主,可分成碳酸鈣垢、硫酸<br />
鈣垢、矽酸鹽垢和氧化鐵垢幾類,而其中<br />
又以碳酸鈣垢為主要垢層。<br />
由碳酸鹽溫泉沉澱潛勢分析所得之結果顯<br />
示,多數溫泉中過飽和之礦物主要為方解<br />
石 (Calcite) 、 白雲石(Dolomite) 、 針鐵礦<br />
(Goethite) 、 赤鐵礦(Hematite) 、 菱鐵礦<br />
(Siderite)、霰石(Aragonite)等。<br />
10
台灣的碳酸鹽泉<br />
根據嘉南藥理科大與工<br />
研院的研究,台灣主要<br />
的溫泉區中以碳酸鹽泉<br />
為主的溫泉區有:烏來<br />
溫泉、礁溪溫泉、清泉<br />
溫泉、泰安溫泉、東埔<br />
溫泉、廬山溫泉、谷關<br />
溫泉、四重溪溫泉、寶<br />
來不老溫泉等;均普遍<br />
存在溫泉導致管線結垢<br />
之情形 。<br />
2008永續溫泉研討會<br />
11<br />
2008永續溫泉研討會<br />
溫泉結垢與水質組成之影響<br />
機制<br />
台灣地區部份溫泉設施管線經常由於礦物結垢嚴<br />
重而造成管線阻塞,影響溫泉資源使用之成本,<br />
並常造成相關水量取用與計量設備之損壞。<br />
為了解結垢礦物之形成機制,以PHREEQC程式進<br />
行溫泉水對於溫泉管線與設備之沉澱與結垢潛勢<br />
分析。<br />
為驗證潛勢分析之結果,本研究另採取數個溫泉<br />
區溫泉管線之結垢礦物進行X光繞射分析,並配<br />
合進行不同狀況下之水質改變與礦物沉澱之化學<br />
模式分析,以了解結垢礦物之可能生成機制。<br />
12
沉澱積垢潛勢分析<br />
2008永續溫泉研討會<br />
對於特定礦物之沉澱結垢潛勢以飽和指數(Saturation index,<br />
SI)表示,飽和指數SI之表示方式如下:<br />
中 IAP為礦物離子活性(ion activity)之積,KT為礦物在特定<br />
溫度T下之反應平衡常數。<br />
因此,若SI>0,代表水溶液對此特定礦物呈現過飽和之狀<br />
態,礦物易於此一水溶液中沉澱析出而形成積垢。若<br />
SI=0,則水溶液對此礦物呈現飽和狀態。若SI
2008永續溫泉研討會<br />
分析所得之過飽和礦物名稱<br />
與件數<br />
礦物中文名稱<br />
礦物英文名稱<br />
化學式<br />
過飽和件數<br />
(工研院資料)<br />
過飽和件數<br />
(本研究資料)<br />
方解石<br />
Calcite<br />
CaCO 3<br />
17/48<br />
6/22<br />
白雲石<br />
Dolomite<br />
Ca,Mg (CO 3 ) 2<br />
15/48<br />
8/22<br />
針鐵礦<br />
Goethite<br />
FeO(OH)<br />
43/48<br />
19/22<br />
赤鐵礦<br />
Hematite<br />
Fe 2 O 3<br />
43/48<br />
21/22<br />
菱鐵礦<br />
Siderite<br />
FeCO 3<br />
14/48<br />
1/22<br />
霰石<br />
13/48<br />
5/22<br />
15<br />
Aragonite<br />
CaCO 3<br />
2008永續溫泉研討會<br />
各類型溫泉中過飽合之礦物<br />
相種類及件數<br />
件數<br />
45<br />
40<br />
35<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
Na-HCO3<br />
Na-Cl<br />
Ca-HCO3<br />
Ca-SO4<br />
Na-SO4<br />
Calcite Dolomite Goethite Hematite Siderite Aragonite<br />
16
2008永續溫泉研討會<br />
本研究碳酸氫鈉型溫泉中各種<br />
礦物相之過飽和與未飽和件數<br />
件數<br />
45<br />
40<br />
35<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
過飽和<br />
未飽和<br />
NaHCO 3型溫泉<br />
Aragonite Calcite Dolomite Goethite Hematite Siderite<br />
17<br />
2008永續溫泉研討會<br />
碳酸氫鈉(NaHCO 3)型溫泉<br />
3 )型溫泉<br />
沉澱結垢情形<br />
寶來石洞溫泉管線未出<br />
現管垢<br />
寶來某溫泉業者管線管垢嚴重(該<br />
段管線連接儲存池與SPA氣泡池,<br />
使用約兩個月)<br />
18
X光繞射分析礦物結垢<br />
2008永續溫泉研討會<br />
為驗證潛勢分析之結果,本研究計畫採取<br />
數個溫泉區結垢礦物進行X光繞射分析,分<br />
析樣本共3組,分別為:<br />
(1)花蓮瑞穗溫泉(CH01):樣本取自溫泉池<br />
之排水出口之結垢,此結垢目視呈現淡黃<br />
色,初步以稀釋醋酸滴於其上測試,表面<br />
呈現冒泡現象,初步判斷主要組成成分為<br />
碳酸鹽礦物。<br />
19<br />
2008永續溫泉研討會<br />
X光繞射分析礦物結垢 (續)<br />
(2)知本東台飯店(CH02) :樣本取自溫泉儲存槽附<br />
近之地面管線,目視呈現白色,並有明顯可見之<br />
結晶,質地堅硬。<br />
(3)寶來國蘭山莊(CH04) :取自於溫泉儲存池與<br />
SPA池中間管路,根據業者表示,儲存池以上至<br />
溫泉露頭之管線段並無此結垢產生,而此段管線<br />
約使用兩個月,結垢礦物之厚度約為2.5公分,呈<br />
現白色,有環狀層理。<br />
20
2008永續溫泉研討會<br />
花蓮瑞穗溫泉礦物X光繞射送測樣本 台東知本溫泉礦物X光繞射送測樣本<br />
寶來國蘭山莊管垢X光繞射送測樣本<br />
花蓮瑞穗溫泉礦物X光繞射分析結果<br />
花蓮瑞穗溫泉礦物 光繞射分析結果<br />
I ( cps)<br />
1500<br />
1000<br />
500<br />
0<br />
Fig. 2. The X-ray diffraction analysis of final result and spectra of sample Ch02<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
X-ray generator:<br />
3KW<br />
Target : 1.54050 A (Cu)<br />
Monochromator:<br />
Use<br />
kV:<br />
35 kv<br />
mA:<br />
15 mA<br />
Sampling Width:<br />
0.020 deg<br />
Scanning Speed: 5.000<br />
deg/min<br />
Mesuring Date:<br />
2004.11.09<br />
Operating Date:<br />
2004.11.16<br />
A A<br />
10 20 30 40 50 60 70<br />
I ( cps)<br />
A<br />
A<br />
A<br />
I ( cps)<br />
1000<br />
Fig. 4. The X-ray diffraction analysis of final result and spectra of sample Ch04<br />
500<br />
0<br />
21<br />
2008永續溫泉研討會<br />
Fig. 1. The X-ray diffraction analysis of final result and spectra of sample Ch01<br />
寶來國蘭山莊管垢X光繞射分析結果<br />
3000<br />
2000<br />
1000<br />
0<br />
C<br />
C<br />
C C<br />
A<br />
A<br />
?<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
X-ray generator:<br />
3KW<br />
Target : 1.54050 A (Cu)<br />
Monochromator:<br />
Use<br />
kV:<br />
35 kv<br />
mA:<br />
15 mA<br />
Sampling Width:<br />
0.020 deg<br />
Scanning Speed: 5.000<br />
deg/min<br />
Mesuring Date:<br />
2004.11.09<br />
Operating Date:<br />
2004.11.16<br />
A<br />
AA<br />
10 20 30 40 50 60 70<br />
A<br />
A<br />
A<br />
A<br />
22<br />
台東知本溫泉礦物X光繞射分析結果<br />
X-ray generator:<br />
3KW<br />
Target : 1.54050 A (Cu)<br />
Monochromator:<br />
Use<br />
kV:<br />
35 kv<br />
mA:<br />
15 mA<br />
Sampling Width:<br />
0.020 deg<br />
Scanning Speed: 5.000<br />
deg/min<br />
Mesuring Date:<br />
2004.11.09<br />
Operating Date:<br />
2004.11.16<br />
10 20 30 40 50 60 70
23<br />
2008永續溫泉研討會<br />
X光繞射分析結論<br />
X光繞射分析結論<br />
0.38<br />
-0.51<br />
-0.64<br />
方解石<br />
Calcite<br />
寶來國蘭<br />
山莊<br />
CH04<br />
-0.83<br />
-0.85<br />
-0.97<br />
該樣品<br />
僅含一<br />
種礦物<br />
相<br />
霰石<br />
Aragonite<br />
知本東台<br />
飯店<br />
CH02<br />
1.71<br />
0.72<br />
0.59<br />
可能含<br />
有少許<br />
Calcite<br />
霰石<br />
Aragonite<br />
花蓮瑞穗<br />
溫泉<br />
CH01<br />
SI<br />
Dolomite<br />
SI<br />
Calcite<br />
SI<br />
Aragonite<br />
備註<br />
可能之礦物<br />
種類<br />
取樣位置<br />
標本<br />
編號<br />
24<br />
2008永續溫泉研討會<br />
X光繞射分析結論 (續)<br />
X光繞射分析結論 (續)<br />
比較反應模擬分析與礦物X光繞射分析之<br />
結果,瑞穗溫泉之泉質對霰石以及方解<br />
石、白雲石等碳酸鹽礦物相均呈現過飽和<br />
之狀態。<br />
礦物分析之結果也呈現:<br />
瑞穗、知本等地溫泉結垢以霰石為主要礦物<br />
相。<br />
寶來溫泉之結垢則以方解石為主。
2008永續溫泉研討會<br />
不同溫泉引用方式之礦物沉澱<br />
與水質模式分析<br />
(a)溫泉水於密閉系統下經由熱交換升溫或降溫<br />
(利用寶來溫泉水質分析資料進行模擬分析)<br />
(b) 溫泉水曝氣自然降溫<br />
(利用寶來溫泉水質分析資料進行模擬分析)<br />
(c) 溫泉水與地表水混合降溫等狀況<br />
(利用知本中油一號井之溫泉水與地表水水質<br />
分析資料進行模擬分析)<br />
25<br />
2008永續溫泉研討會<br />
(a)密閉系統下降溫之模擬分析<br />
寶來溫泉水於密閉系統下升降溫之每公升溫泉水中礦物含量變化<br />
mg/l<br />
2<br />
1.8<br />
1.6<br />
1.4<br />
1.2<br />
1<br />
0.8<br />
0.6<br />
0.4<br />
0.2<br />
0<br />
CaCO3<br />
MgCO3<br />
Fe(OH)3<br />
30 35 40 45 50 55 60 65 70<br />
溫度( o C)<br />
26
2008永續溫泉研討會<br />
(a)密閉系統下降溫之模擬分析<br />
寶來溫泉水於密閉系統下升降溫之陰離子濃度變化<br />
mg/l<br />
1200<br />
1000<br />
800<br />
600<br />
400<br />
200<br />
0<br />
Cl-<br />
SO4--<br />
HCO3-<br />
30 35 40 45 50 55 60 65 70<br />
溫度( o C)<br />
27<br />
2008永續溫泉研討會<br />
(a)密閉系統下降溫之模擬分析<br />
寶來溫泉水於密閉系統下升降溫之陽離子濃度變化<br />
mg/l<br />
200<br />
180<br />
160<br />
140<br />
120<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
Na+<br />
Mg++<br />
Ca++<br />
30 35 40 45 50 55 60 65 70<br />
溫度( o C)<br />
28
mg/l<br />
35<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
CaCO3<br />
MgCO3<br />
Fe(OH)3<br />
30 35 40 45 50 55 60 65 70<br />
溫度( o C)<br />
2008永續溫泉研討會<br />
(b)曝氣條件下降溫沉澱積垢分析<br />
寶來溫泉水於曝氣條件下升降溫之每公升溫泉水中礦物含量變化<br />
29<br />
2008永續溫泉研討會<br />
(b)曝氣條件下降溫沉澱積垢分析<br />
寶來溫泉水於曝氣條件下升降溫之陰離子濃度變化<br />
mg/l<br />
1200<br />
1000<br />
800<br />
600<br />
400<br />
200<br />
0<br />
Cl-<br />
SO4--<br />
HCO3-<br />
30 35 40 45 50 55 60 65 70<br />
溫度( o C)<br />
30
2008永續溫泉研討會<br />
(b)曝氣條件下降溫沉澱積垢分析<br />
寶來溫泉水於曝氣條件下升降溫之陽離子濃度變化<br />
mg/l<br />
200<br />
180<br />
160<br />
140<br />
120<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
30 35 40 45 50 55 60 65 70<br />
溫度( o C)<br />
Na+<br />
Mg++<br />
Ca++<br />
31<br />
2008永續溫泉研討會<br />
寶來溫泉水於曝氣(開放系統)與密閉系統下升<br />
降溫之每公升溫泉水中碳酸鹽礦物含量比較<br />
mg/l<br />
35<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
CaCO3-開放系統<br />
MgCO3-開放系統<br />
CaCO3-密閉系統<br />
MgCO3-密閉系統<br />
0<br />
30 35 40 45 50 55 60 65 70<br />
溫度( o C)<br />
32
2008永續溫泉研討會<br />
(c)溫泉水與地表水混合沉澱<br />
積垢潛勢分析<br />
知本原中油地熱一號井<br />
知本溫泉區業者之管線<br />
結垢情形<br />
33<br />
2008永續溫泉研討會<br />
溫泉與地表水混合模擬樣本<br />
水質組成<br />
樣本名稱<br />
pH值<br />
溫度<br />
Na<br />
K<br />
Ca<br />
Mg<br />
Fe<br />
Cl -<br />
S<br />
HCO 3 -<br />
地表山泉水<br />
6.8<br />
28.3 o C<br />
41.8 mg/l<br />
6.3 mg/l<br />
77.0 mg/l<br />
17.4 mg/l<br />
0.1 mg/l<br />
13.7 mg/l<br />
72.3 mg/l<br />
229.0 mg/l<br />
80.1<br />
1794.0<br />
76.3 mg/l<br />
NA<br />
0.2 mg/l<br />
0.1 mg/l<br />
310.5 mg/l<br />
52.4 mg/l<br />
1893.3 mg/l<br />
o 地熱井溫泉水<br />
8.4<br />
C<br />
34
2008永續溫泉研討會<br />
知本溫泉水與地表水混合之每公升溫泉水中<br />
礦物含量變化(橫軸代表溫泉水含量比例)<br />
mg/l<br />
35<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
0 20 40 60 80 100<br />
混合比(%)<br />
結 論<br />
CaCO3<br />
MgCO3<br />
FeCO3<br />
CaSO4<br />
35<br />
2008永續溫泉研討會<br />
溫泉沉澱潛勢分析所得之結果顯示,多數溫泉中<br />
過飽和之礦物主要為方解石(Calcite)、白雲石<br />
(Dolomite)、針鐵礦(Goethite)、赤鐵礦<br />
(Hematite)、菱鐵礦(Siderite)、霰石(Aragonite)<br />
等。<br />
潛勢分析結果顯示方解石與白雲石並不見得一定<br />
會由Na-HCO 3 型溫泉中沉澱形成結垢。因此,若<br />
只單純依據現行溫泉泉質分類來決定可能結垢與<br />
否,與結垢之構成礦物成分;將可能造成誤判。<br />
36
結 論 (續)<br />
2008永續溫泉研討會<br />
曝氣將增加溫泉水中之結垢沉澱,因此在計量設<br />
備之選擇與裝設上,特別是碳酸氫鈉型溫泉,需<br />
考慮曝氣之結果,以防止可能之碳酸鹽類礦物之<br />
沉澱結垢於計量設備與管線中,造成量測之誤<br />
差,甚而破壞計量設備。<br />
溫泉水與地表水混合模擬的結果顯示 ,溫泉中之<br />
碳酸鹽類礦物結垢沉澱,在溫泉與地表水以50%-<br />
50%比例混合時有最大含量。<br />
因此在溫泉設施中,計量設備應要求裝設於任何<br />
可能混入地表水裝置或管線之上游處。原則上應<br />
盡量靠近溫泉井或溫泉露頭,以減少因地表水混<br />
入或曝氣而產生之沉澱結垢。<br />
溫泉管線結垢的影響<br />
37<br />
2008永續溫泉研討會<br />
38
2008永續溫泉研討會<br />
台東知本 – 溫泉管線結垢<br />
39<br />
2008永續溫泉研討會<br />
花蓮安通 - 溫泉管線結垢<br />
40
2008永續溫泉研討會<br />
南投廬山 - 溫泉管線結垢<br />
41<br />
2008永續溫泉研討會<br />
國內現行之管線結垢處理技術<br />
長久下來未清除之沉積物會導致水管的運<br />
送效率降低,且有水管爆裂危險。<br />
現在溫泉業者所使用的方法都不盡理想:<br />
更換溫泉管線的頻率頻繁:高頻率的更換管<br />
線,增加了溫泉業者的經營成本,且廢棄之管<br />
線亦造成環境污染。<br />
傳統抗垢技術:使用化學抑制劑(如:有機磷)<br />
會改變溫泉水的成分組成,對環境也有毒害。<br />
42
超音波震盪技術抑制<br />
溫泉水結垢<br />
聲音特性之認識<br />
2008永續溫泉研討會<br />
43<br />
2008永續溫泉研討會<br />
日常生活中我們可以體會到聲音總是有三個表徵<br />
量,即音量的大小、音調的高低與音色的不同。<br />
以物理觀念來看,聲波就是一種能量的傳遞,所<br />
以可用壓力(pressure)及強度(intensity)兩種觀念來<br />
計量。<br />
單位為dB,分貝。<br />
聲音的傳播是一種能量的傳遞,同時這種傳播是<br />
要有介質(media)的存在。一般而言,聲音傳遞速<br />
度為:固體>液體>氣體。<br />
44
何謂「超音波」?<br />
2008永續溫泉研討會<br />
超音波為頻率超過18 kHz的穿過一種媒介的<br />
聲波,此種媒介可能是空氣或是液體,因<br />
超音波震動頻率超過人耳所能接收的音波<br />
範圍,所以人類無法直接感受到它。<br />
就因超音波所產生的物理性震動,相對危<br />
害性也較其他化學性質技術來的優越;那<br />
為什麼超音波有如此好的成效呢?<br />
超音波能量的自然印證<br />
45<br />
2008永續溫泉研討會<br />
46
超音波的清洗原理<br />
2008永續溫泉研討會<br />
當超音波傳入清洗液,由於超音波的高速震<br />
盪,當此液體媒介開始接受交替的循環,超音<br />
波所產生的抗拉壓力超過流體的抗拉的力量,<br />
將會形成一個『泡洞』(bubble cavity)。<br />
這些『泡洞』會在液體中產生幾種現象:<br />
消散回到液體中。<br />
成長為可共振的大小和使其振動的大小。<br />
當壓力到一定程度時,持續的擴張而在正壓的區域<br />
受到擠壓與閉合,這種現象為空穴效應<br />
(cavitation)。<br />
超音波的清洗原理 (續)<br />
47<br />
2008永續溫泉研討會<br />
空穴效應所導致的泡洞崩潰會產生放射、<br />
衝擊波和局部性的高溫(最大到5000K)和高<br />
壓(最大到1000 atm)。<br />
因此超音波清洗技術才會有清洗快、效果<br />
好、具殺菌效果、更不會接觸或損傷物體<br />
表面等優點。<br />
48
超音波的清洗原理 (續)<br />
超音波震盪技術<br />
2008永續溫泉研討會<br />
49<br />
2008永續溫泉研討會<br />
現今日常生活中超音波技術的應用,除了大眾熟<br />
知醫療所用的超音波檢測(高頻率、低功率)外,<br />
超音波亦是一種有效之清潔及高效能氧化技術(低<br />
頻率、高功率)。<br />
從精密的半導體科技到常見眼鏡行的眼鏡清洗<br />
機,都是應用超音波所產生的物理性震盪,作為<br />
技術的延伸,且在其相關研究仍然不斷的拓展及<br />
創新。<br />
50
2008永續溫泉研討會<br />
超音波震盪技術抑制溫泉水結垢<br />
超音波技術因其特殊的物理性震動,擁有反應<br />
快、處理成效佳、具有殺菌的效果,也不會接觸<br />
或損傷物體表面等優點。<br />
若能利用超音波傳入液體時,所產生的空穴效應<br />
(cavitation),這些的微細氣泡經瞬間的崩潰及再<br />
生,即有極大的壓力產生(約有數百大氣壓產<br />
生),並透過吸引或擾動的反應:<br />
可增加溫泉水中的離子的溶解能力。<br />
抑制或減緩溫泉水中離子解離沉澱的時間。<br />
達到抑制結垢的最終目的。<br />
溫泉設施防垢技術研究<br />
寶來溫泉管線結垢情況<br />
超音波抗垢試驗器<br />
磁化抗垢實驗平台<br />
51<br />
2008永續溫泉研討會<br />
52
研究架構圖<br />
20KHz 超音波振盪器<br />
2008永續溫泉研討會<br />
53<br />
2008永續溫泉研討會<br />
超音波抑制結垢實驗流程圖<br />
蠕動pump<br />
尖端式超音<br />
波震盪器<br />
尖端式超音波<br />
震盪器<br />
處理儲槽<br />
流量計<br />
補充鈣離子濃度<br />
(0.053M Na 2 CO 3 及CaCl 2 )<br />
晶<br />
種<br />
槽<br />
溫泉水樣循環方向<br />
補充鈣離子濃度<br />
反應儲槽<br />
NaHCO 3 +<br />
CaCl 2<br />
pH計<br />
54
抑制碳酸鈣結垢之研究<br />
以pH值為結垢現象之認定指標<br />
pH值<br />
8.2<br />
8.1<br />
8<br />
7.9<br />
7.8<br />
有無使用超音波pH值比較圖<br />
溫度25度-CT/Ca=5-加藥<br />
2008永續溫泉研討會<br />
0 50 100 150 200<br />
時間(分鐘)<br />
C T 為總無機物含量<br />
無使用超音波pH值 有使用超音波pH值<br />
55<br />
C Ca 為總鈣離子含量<br />
2008永續溫泉研討會<br />
抑制碳酸鈣結垢之研究 (續)<br />
以pH值為結垢現象之認定指標<br />
pH值<br />
8.2<br />
8.1<br />
8<br />
7.9<br />
7.8<br />
7.7<br />
有無使用超音波pH值比較圖<br />
溫度45度-CT/Ca=1-加藥<br />
0 50 100 150 200<br />
時間(分鐘)<br />
無超音波pH值 超音波pH值<br />
C T 為總無機物含量<br />
C Ca 為總鈣離子含量<br />
56
pH值<br />
8.1<br />
8<br />
7.9<br />
7.8<br />
7.7<br />
7.6<br />
7.5<br />
7.4<br />
7.3<br />
2008永續溫泉研討會<br />
抑制碳酸鈣結垢之研究 (續)<br />
CT/Ca=1 溫度25度 添加5公克 5晶種 不加藥實驗<br />
有無使用超音波pH值比較圖<br />
0 50 100 150<br />
時間(分鐘)<br />
200 250 300<br />
無使用之pH值 使用之pH值<br />
pH值<br />
8.7<br />
8.6<br />
8.5<br />
8.4<br />
8.3<br />
8.2<br />
8.1<br />
CT/Ca=5 溫度25度 添加5公克晶種不加藥空白實驗<br />
有無使用超音波pH值比較<br />
57<br />
0 50 100 150<br />
時間(分鐘)<br />
200 250 300<br />
無使用之pH值 使用之pH值<br />
不同濃度之模擬水樣使用超音波震盪之pH值比較圖<br />
(CT/Ca=1及CT/Ca=5於溫度25℃下,不補充濃離子濃度)<br />
尖端式超音波震盪器<br />
實驗條件<br />
頻率:20KHz、功率:5W<br />
震盪時間:震盪10分鐘、停止10分鐘<br />
水樣濃度:C T /Ca=1<br />
模擬溫度:45℃<br />
流量:0.5 L/m<br />
循環時間:180分鐘<br />
2008永續溫泉研討會<br />
記錄時間:每5分鐘觀察一次pH值、ORP、導電<br />
度之變化。<br />
58
pH值<br />
抑制碳酸鹽結垢之研究<br />
CT/Ca=1 溫度45度 添加5公克晶種 不補充濃度實驗<br />
有無使用超音波pH值比較圖<br />
8.05<br />
8<br />
7.95<br />
7.9<br />
7.85<br />
7.8<br />
7.75<br />
7.7<br />
us<br />
0 50 100 150 200 250 300<br />
時間(分鐘)<br />
12/4無使用超音波 pH值 12/3使用超音波 pH值<br />
pH值<br />
8<br />
7.9<br />
7.8<br />
7.7<br />
7.6<br />
7.5<br />
2008永續溫泉研討會<br />
CT/Ca=1 溫度45度 添加5公克晶種 不補充濃度實驗<br />
有無使用超音波pH值比較圖<br />
59<br />
0 50 100 150 200 250 300<br />
時間(分鐘)<br />
12/11無使用超音波 pH值 12/6 使用超音波 pH值<br />
CT/Ca=1 溫度45度 添加5公克晶種 不補充濃度實驗<br />
有無使用超音波 pH值比較圖<br />
CT/Ca=1 溫度45度 添加5公克晶種 不補充濃度<br />
實驗 有、無使用超音波 導電度比較圖<br />
1200<br />
1150<br />
1100<br />
1050<br />
0 50 100 150 200<br />
時間(分鐘)<br />
12/6使用超音波 導電度 12/10使用超音波 導電度<br />
無使用超音波 導電度<br />
400<br />
300<br />
200<br />
100<br />
2008永續溫泉研討會<br />
抑制碳酸鹽結垢之研究 (續)<br />
mv<br />
CT/Ca=1 溫度45度 添加5公克晶種 不補充濃度實驗<br />
有、無使用超音波 ORP比較圖<br />
60<br />
0 50 100<br />
時間(分鐘)<br />
150 200<br />
12/6使用超音波 ORP 12/10使用超音波 ORP<br />
無使用超音波 ORP<br />
CT/Ca=1 溫度45度 添加5公克晶種 不補充濃度實驗<br />
有、無使用超音波 導電度、ORP比較圖
結論<br />
2008永續溫泉研討會<br />
在常溫常壓下、封閉式之循環系統中,利用超音<br />
波震盪技術處理模擬溫泉水之結垢現象,實驗顯<br />
示超音波震盪確實對模擬水樣中結垢物之生成具<br />
有抑制的效果。<br />
但目前,超音波抑制溫泉水結垢還是實驗室之初<br />
步研究,還無法證明現場防垢技術是否可行。<br />
未來將整合其他規劃及技術,使本研究之結果更<br />
加完善,可供溫泉業者於現場建構操作平台,以<br />
確實達到抑制溫泉水結垢現象為最終目的。<br />
經濟部水利署<br />
感謝<br />
61<br />
2008永續溫泉研討會<br />
台灣溫泉研究發展中心捐助案:96、97年度<br />
溫泉資源永續利用前瞻性之技術研究(1/3、3/3)<br />
溫泉資源效能運用提昇技術研究<br />
嘉南藥理科技大學<br />
溫泉產業研究所<br />
溫泉研究發展中心<br />
鴻磁科技股份有限公司<br />
62
參考資料<br />
2008永續溫泉研討會<br />
工研院能資所(2003),「台灣溫泉水資源之調查<br />
及開發利用」期末報告,經濟部水利署。<br />
嘉南藥理科技大學(2004),「溫泉資源永續利用<br />
前瞻性之技術研究(3/1) 」期末報告,經濟部水利<br />
署。<br />
嘉南藥理科技大學(2006),「溫泉資源永續利用<br />
前瞻性之技術研究(3/3) 」期末報告,經濟部水利<br />
署。<br />
台灣溫泉研究發展中心(2007),「96年度台灣溫<br />
泉研究發展中心捐助案」期末報告,經濟部水利<br />
署。<br />
簡報結束<br />
敬請指教<br />
63<br />
2008永續溫泉研討會<br />
64
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