TW201323351A

TW201323351A - 以二氧化碳軟化高硬度廢水之處理裝置及方法

Info

Publication number: TW201323351A
Application number: TW100144367A
Authority: TW
Inventors: Fa-En Lin; ying-jie Liu; hong-qing Liu; Liang-You Jian; Liang-Zhao Lin
Original assignee: China Ecotek Corp
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2013-06-16
Also published as: TWI452019B

Abstract

一種以二氧化碳軟化高硬度廢水之處理裝置及方法，包括一用以輸送一高硬度的廢水之廢水供應單元、一用以提供所需水液之水液供應單元、一用以提供所需二氧化碳之二氧化碳供應單元、一與廢水供應單元上段處相連接之反應單元、一與廢水供應單元鄰近下段處相連接之固液分離單元，及一收集單元。藉水液供應單元所提供之水液及二氧化碳供應單元所提供之二氧化碳注入反應單元內，進而輸入廢水供應單元，以與廢水中的鈣離子反應生成碳酸鈣顆粒，利用收集單元分離承接碳酸鈣顆粒，使得已去除鈣離子的廢水能繼續循著廢水供應單元進入後續處理程序。

Description

以二氧化碳軟化高硬度廢水之處理裝置及方法

本發明是有關於一種廢水處理裝置及方法，特別是指一種以二氧化碳軟化高硬度廢水之處理裝置及方法。

轉爐吹鍊產生之轉爐氣主要使用濕式洗塵法，藉由文氏洗滌塔，將洗塵水排流至中央水場區進行處理，去除其中懸浮固體顆粒(Suspended Solid)、調整pH值，並降低水溫後而回流使用。由於吹煉過程中使用生石灰(CaO)，以致洗塵水中的鈣離子(Ca²⁺)含量偏高，容易造成管線結垢堵塞。目前的解決方式，是由現場操作人員巡檢時，以人工手動添加碳酸鈉(Na₂CO₃)，利用其中碳酸根(CO₃ ^2-)與鈣離子反應生成碳酸鈣(CaCO₃)後可於沉澱池沉澱去除。理論去除量為1公克碳酸鈉可去除0.48公克鈣離子。

然而以手動添加藥劑方式，碳酸鈉濃度變化幅度大，較難維持穩定之處理水質，而投入碳酸鈉之處理方式，不僅價格高昂，且會使其中鈉離子殘留於處理水中，造成導電度提高，進而影響後續處理或再利用之價值，因此有必要發展一自動處理方法，穩定處理水質，且降低處理成本。

因此，本發明之一目的，即在提供一種以二氧化碳軟化高硬度廢水之處理裝置，使其可自動處理，穩定去除廢水中的鈣離子，同時不會增加處理水之導電度，進而能利於後續處理單元之操作維護。

本發明之另一目的，即在提供一種鈣離子去除率高，且處理成本低廉之以二氧化碳軟化高硬度廢水之處理方法。

於是，本發明以二氧化碳軟化高硬度廢水之處理裝置，與一提供高硬度的廢水之廢水供應單元相連接，該處理裝置包括一用以提供所需水液之水液供應單元、一用以提供所需二氧化碳之二氧化碳供應單元、一反應單元，及一固液分離單元。

其中，該反應單元具有一輸入部及一與該廢水供應單元相連接之輸出部，該水液供應單元所提供之水液及該二氧化碳供應單元所提供之二氧化碳是由該輸入部注入該反應單元內，於混合後由該輸出部輸入該廢水供應單元，以與廢水中的鈣離子反應生成碳酸鈣顆粒結晶。

該固液分離單元與該廢水供應單元相連接，用以分離出該等碳酸鈣顆粒。

另一方面，本發明以二氧化碳軟化高硬度廢水之處理方法，包括：

(a)將二氧化碳溶解於水液中而形成一混合液；

(b)將該混合液注入一高硬度的廢水中，以使二氧化碳與廢水中的鈣離子反應生成碳酸鈣顆粒結晶；及

(c)自廢水中分離出該等碳酸鈣顆粒，藉此完成廢水中的鈣離子去除作業。

本發明之功效在於以二氧化碳添加於高硬度廢水中，使得二氧化碳與廢水中的鈣離子反應生成碳酸鈣顆粒，予以分離去除後，可使廢水軟化，同時不會增加處理水之導電度，進而能利於後續處理單元之操作維護。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱圖1，本發明以二氧化碳軟化高硬度廢水之處理裝置之一較佳實施例，包括一廢水供應單元21、一水液供應單元22、一二氧化碳供應單元23、一反應單元24、一固液分離單元25，及一收集單元26。

廢水供應單元21一端是設置於一轉爐(圖未示)之出口下方，能用以承接轉爐之洗塵水，此洗塵水屬高硬度之廢水。而廢水供應單元21另一端則往後續處理程序伸置架設。為便於說明，定義廢水供應單元21鄰近轉爐的部份為上段211，而相反端則為下段212。

水液供應單元22包含有一盛裝有水液之原水桶221、一連接於該原水桶221與該反應單元24間之輸送管路222、一設於輸送管路222且用以自原水桶221抽取水液並輸送至該反應單元24中之循環水泵浦223、一原水熱井224，及一能自該原水熱井224抽取水液並輸入該原水桶221之原水泵浦225。

特別說明的是，原水桶221內的水液補充並不限於利用原水熱井224及原水泵浦225，例如原水熱井224及原水泵浦225省略不用時，也可利用加水車以水管直接將水液輸入原水桶221，當然也可以是其他補充水液方式。

在本實施例中，該二氧化碳供應單元23是以二氧化碳鋼瓶做說明，其可以利用一溶氣泵浦(圖未示)將二氧化碳注入該反應單元24內，或是藉噴射注氣(eject)方式將二氧化碳注入該反應單元24內，本實施例是以後者做說明。此外，該二氧化碳供應單元23所提供之二氧化碳也可以是由工業廢氣所產生。

該反應單元24可以是流體化床或曝氣槽，在本實施例中是以前者做說明。該反應單元24具有一位於下端之輸入部241，及一位於上端且連接至該廢水供應單元21上段211處之輸出部242。該反應單元24中並填裝有石英砂作為結晶反應用種砂，以成為流體化結晶反應床。該水液供應單元22所提供之水液及該二氧化碳供應單元23所提供之二氧化碳是由該輸入部241注入該反應單元24內。

固液分離單元25是一濃縮沉澱池，其設於鄰近廢水供應單元21下段212處。而收集單元26是用以承接該固液分離單元25的輸出物料。

特別說明的是，固液分離單元25與收集單元26之間還可連設有一控制泵浦27，藉以控制收集單元26的物料輸出量。

另外，本發明以二氧化碳軟化高硬度廢水之處理裝置還可包括一連設於該二氧化碳供應單元23與該反應單元24之間的酸鹼值控制單元28，用以監測該反應單元24內的酸鹼值，進而能控制該二氧化碳供應單元23對於該反應單元24的二氧化碳注入量。

參閱圖1、2，本發明藉由上述裝置所實施之以二氧化碳軟化高硬度廢水之處理方法，包含有下列步驟：首先在步驟31中，是啟動循環水泵浦223抽取原水桶221內的水液循輸送管路222經由反應單元24之輸入部241輸入反應單元24中，同時二氧化碳供應單元23也將二氧化碳注入該反應單元24內，使得二氧化碳溶解於水液中而形成一混合液，該酸鹼值控制單元28並會監測該反應單元24內的酸鹼值(即pH值)，當測得該反應單元24內的pH值較低時，該酸鹼值控制單元28會控制二氧化碳供應單元23減少對於反應單元24的二氧化碳注入量，相反地，當測得該反應單元24內的pH值較高時，該酸鹼值控制單元28會控制二氧化碳供應單元23增加對於反應單元24的二氧化碳注入量。

值得一提的是，二氧化碳的注入量愈高，則溶解於水液中並形成碳酸的比例愈高，所述混合液之pH值降低，極限值約至6。另外，二氧化碳的添加量過高，而自原水桶221內所抽取的水液中鈣硬度較低時，則會導致所述混合液之pH值過低，反而造成後續已結晶或沉積之碳酸鈣再溶出。

接著進行步驟32，將上述混合液由反應單元24之輸出部242注入廢水供應單元21內的高硬度的廢水中，可使二氧化碳與廢水中的鈣離子(Ca²⁺)反應生成碳酸鈣顆粒(CaCO₃)。之後進行步驟33，已濃縮結晶之碳酸鈣顆粒進而隨著廢水以重力流方式循廢水供應單元21，於固液分離單元25中分離後，藉由收集單元26收集後去除，而未結晶之懸浮碳酸鈣顆粒則可隨廢水中原有之污泥沉澱去除。另外，通過固液分離單元25且已經去除鈣離子而軟化之廢水則循廢水供應單元21繼續後續處理程序。

特別說明的是，藉由反應單元24內填裝有石英砂，因而當二氧化碳溶於水中形成碳酸根離子(CO₃ ^2-)後與鈣離子結合形成碳酸鈣，而石英砂可作為碳酸鈣顆粒結晶之核種，使碳酸鈣顆粒附著於核種上形成結晶顆粒，而可有去除碳酸鈣之效果。此外，由於本實施例中的高爐洗塵水因水中鈣含量異常偏高，並有極高之結垢傾向，因此於反應單元24內，藉由種砂提供大量表面積，而使洗塵水中鈣離子結晶於種砂上，而有部分去除之效果，因此進一步提升鈣硬度去除率。

進一步以實際的實驗數據說明本發明所能產生之效果。

首先說明的是，圖3及圖4中所謂「原水」是指自原水桶221所汲出的水液，而所謂「產水」則是指通過固液分離單元25且已經去除鈣離子而軟化之廢水。

圖3為原水與產水鈣硬度變化及去除率之比較圖，如圖所示，當原水鈣硬度達1000mg/L以上時，對於鈣硬度之去除率仍可達90%或以上而有良好之成效，顯示藉由通入二氧化碳對原水中鈣硬度軟化之技術確實可行。

參閱圖4，為原水與產水導電度及鈣硬度變化之比較圖，當原水導電度約為4500 μS/cm時，產水導電度約2500～3000 μS/cm。

特別說明的是，在長時間監測過程中，更發現當原水導電度高達8000 μS/cm，則產水導電度可降低至3500~4000 μS/cm；平均來說，依本發明之操作測試，產水導電度約可降低30~50%。

在實驗過程中，原水鈣硬度降低至50mg/L以下，導電度亦降至4000~4500 μS/cm，於8月17及18日測試時，為模擬高硬度原水，並測試較低之二氧化碳添加量，而於原水中添加氯化鈣(CaCl₂)增加原水鈣硬度。

較低之二氧化碳添加量，無法提供足夠鹼度使水中鈣離子沉澱，因此去除率約為30%，產水之鈣硬度在150~300mg/L間。

以添加碳酸鈉方式去除之鈣硬度，理論去除量為1gNa₂CO₃可去除0.48gCa²⁺；而添加二氧化碳之理論去除量為1gCO₂可去除0.9gCa²⁺(假設完全溶解)。

目前依二氧化碳注氣量計算其與鈣硬度去除比例約為1 mg CO₂可去除0.9~1.3mg Ca²⁺(水溫50℃，水壓1.58 atm)，視原水鈣硬度與二氧化碳溶解效率而有所不同，而去除比率高於理論值之部分推測原因為實驗進行過程時，二氧化碳於廢水供應單元21中因擾動或阻塞等因素，影響二氧化碳於廢水供應單元21中之停留時間較長，出水端二氧化碳未完全排出，進水端仍持續有注入，因而計算時去除率有所提升。

再者，在成本方面，習知方法所使用之碳酸鈉每公斤約12~15元，而本發明採用之二氧化碳鋼瓶經換算後二氧化碳每公斤18元，以去除每公斤鈣硬度進行計算，使用碳酸鈉需25元(以每公斤12元計算)；若採用二氧化碳時，則為20元，因此本發明之使用成本明顯較低。

綜上所述，本發明以二氧化碳軟化高硬度廢水之處理裝置及方法藉由上述構造設計，使其可自動處理，以二氧化碳添加於轉爐之洗塵水中，使得二氧化碳與廢水中的鈣離子反應生成碳酸鈣顆粒，已濃縮結晶之碳酸鈣顆粒以重力流方式於固液分離單元25中分離後，藉由收集單元26收集後去除，而未結晶之懸浮碳酸鈣顆粒則可隨廢水中原有之污泥沉澱去除，藉此可使屬高硬度廢水之洗塵水去除鈣離子而軟化，同時不會增加處理水之導電度，且處理成本低廉，進而能利於後續處理單元之操作維護，故確實能達成上述本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

21．．．廢水供應單元

211．．．上段

212．．．下段

22．．．水液供應單元

221．．．原水桶

222．．．輸送管路

223．．．循環水泵浦

224．．．原水熱井

225．．．原水泵浦

23．．．二氧化碳供應單元

24．．．反應單元

241．．．輸入部

242．．．輸出部

25．．．固液分離單元

26．．．收集單元

27．．．控制泵浦

28．．．酸鹼值控制單元

31~33．．．步驟

圖1是一架構示意圖，本發明以二氧化碳軟化高硬度廢水之處理裝置之一較佳實施例；

圖2是一流程圖，本發明以二氧化碳軟化高硬度廢水之處理方法之較佳實施例；

圖3是原水與產水鈣硬度變化及去除率之比較圖；及

圖4是原水與產水導電度及鈣硬度變化之比較圖。