TW201540667A - 自含氨廢水中純化濃縮回收氨再利用方法 - Google Patents

Abstract

一種「自含氨廢水中純化濃縮回收氨再利用方法」，係先將含氨廢水中固態雜質過濾，再經金屬離子應用離子交換樹脂捕捉移除，再將含氨廢水進行加壓，補充蒸發熱能，進一步應用噴霧擴張表面積蒸發模式，讓廢水中氨蒸發，經氣液分離裝置，讓氨能得到純化及濃縮目的，氣相大部份氨氣與水氣由上方移出，透過純化冰水循環水吸收，把蒸出氨氣捕捉，經捕捉吸收可提昇冰水含氨濃度，達到市售產品標準，能直接銷售再利用。而其處理後的廢水達到脫氨目的，可排放，或進一步再回製程中應用，減少水資源浪費，提昇生產效益，達到節能減排目標，能有效防止含氨廢水重金屬汙染及氨氮排放危害，能為產業所利用。

Description

自含氨廢水中純化濃縮回收氨再利用方法

本發明係與含氨廢水中純化濃縮回收氨再利用方法相關，特別在氨的純化濃縮提純氨水濃度與脫除重金屬離子技術相關，如何防止二次汙染及資源化目標，讓回收利用可達市售標準商品，實現無害化再生使用技術。

現今科技產業中均有大量使用氨，我們從LED、面板、太陽能電池(光伏)、半導體產業、PCB產業中均有大量使用，相對在使用後則形成大量的含氨廢水，而其含氨廢水中存有重金屬離子，形成汙染環境的風險，重金屬不去除直接回收有汙染擴大風險。而目前回收作業上往往忽略這項因素，不知不覺造成環境上破壞。在目前含氨廢水回收氨的處理，將氨蒸發出來的方法，主要有吹脫法及蒸氨法來進行處理(是全面性處理廢水)，運用過多熱能讓氨在廢水中蒸發，運用於較高濃度的廢水，往往需要大設備及較多能源，分析說明如下：

一.吹脫法處理

利用載體(空氣或水蒸氣)通入廢水中應用氣液介面，經由氣相與液相接觸，使水中溶解游離的氨，透過氣液介面向氣相轉移。吹脫法一般有兩個主要設備，吹脫池(移出)及吹脫塔(吸附)兩種設備，在操作時需要大量氣體打入廢水中，水中會隨該氣體使氨移 出，而後端氣體吸附裝置必須足夠吸附能力，其吸附是大量空氣及氨混合氣體(設備大)，或高溫水蒸氣及氨(吸附需有大冷凝系統)，相對成本高，一般僅用於高濃度含氨廢水回收氨，經濟效益有限。

二.蒸氨法處理

主要是利用額外熱能直接對廢水加熱，把氨從廢水中蒸發出來，蒸發需要大量熱能。完全利用熱把廢水中氨蒸發出來，需要有較高溫度，溫度愈高水蒸氣多且溫度高對後段吸附則需要大能源損耗，一樣僅限於高濃度含氨廢水處理應用，該設備裝設空間需要很大，投資高且效率低。

由上述可知含氨廢水的處理需要有大量能源且設備成本高，需要有大的處理場所，需要外加能源或載體，形成過多損耗，如何有效率、低成本把廢水中氨提純濃縮，達到市場化標準是當前環保一大難題。

本發明主要目的，防止含氨廢水中重金屬離子汙染環境，特別在回收程序中加以去除，讓氨回收資源化且無害化，預防環境汙染，提高可再利用範圍。

本發明另一主要目的，將廢水中氨加以氣化、純化及濃縮(將大分子雜質遺留在液相)，去除雜質提高回收氨的品質及濃度，提高回收產品價值，讓其符合市售商品規格，提昇回收效益，讓工廠有投資意願。

本發明另一主要目的，將廢水中的氨蒸出，應用高效率節 能方法降低氨回收能源損耗，特別應用擴大表面積模式，讓含氨廢水表面積能有效極大化，特別應用了加壓噴霧蒸發模式，讓含氨廢水霧化，讓氨能快速移出液相，進一步透過氣液分離槽把氣液相分開，讓大部份的氨能由氣相移出，達到純化及濃縮目的，再將氣化部份透過循環水冷凝補捉(利用文氏管原理吸附)把氨溶於冰水中，隨時間累積吸收，可達市售商品濃度規格，實現商品化目標。

本發明另一主要目的，利用能源轉移技術，降低回收氨處理成本，特別建置熱泵系統，應用熱泵冷熱交換優勢(熱輸出端溫度40℃~80℃，冷輸出端溫度0℃~20℃)，讓熱輸出端能量提供給廢水中氨蒸發熱能，滿足蒸發前加熱需求。而另一冷輸出端提供循環冰水冷卻效果，將氨溶於水所產生熱能帶走，讓氨快速溶於水中，達到有效捕捉。

為達上述目的特別建置了全新的處理回收資源化方案，應用氨蒸發條件將氨自廢水中蒸出，讓氨脫離水達到純化目的，一般大分子雜物會留在液相，不會隨氨蒸出，因而對氨形成純化及濃縮作用。特別從蒸發條件上進行系統的設計，蒸發除了基本熱能外還有氣壓及表面積，壓力愈低愈容易蒸發。而另一個是表面積，擴大表面積易可達到快速蒸發效果，因而在系統中建置了加壓霧化來增加表面積，利用循環冰水建立文氏管負壓吸收效果，讓廢水中氨能快速蒸發出來，進一步經以純化循環冰水吸收氨，透過吸收濃度會逐漸上升，可達市售產品規格，達到商品化目的。

其實施程序說明如下(如圖一所示)，

程序(一)、過濾除渣

將廢氨水進行除渣，去除水中懸浮物及固體物，將水中雜 質攔截下來，可透過逆洗方式將固體雜質移出。

程序(二)、重金屬離子吸附

利用離子交換樹脂吸附，去除廢水中重金屬離子，防止氨回收使用有二次汙染風險，該吸附金屬離子可以利用還原劑將金屬離子化合物移出系統外，讓含氨廢水得到進一步去除雜質及純化。

程序(三)、加壓及昇溫

讓含氨廢水透過加壓泵動力進行輸送，而在進行過程中透過熱泵及熱交換器提供蒸氨所需能量讓氨加溫，其溫度設定在40℃~80℃，可增加氨的脫除效果，提高設備處理能力。

程序(四)、噴霧蒸發

利用高壓透過噴嘴讓含氨廢水表面積擴大化(形成霧狀)，讓氨能快速蒸發移出液相，而大部份氨與部份水蒸發，形成氨的純化與濃縮效果，大分子不易氣化分子則會留在液相，進一步氣化則讓氨得到純化，更進一步提昇氨與水濃度比例，形成了氨濃縮效果。

程序(五)、氣液分離

透過緩衝氣液分離槽，大分子量雜質及水凝結成液相之脫氨後廢水，由氣液分離槽下方移出，而氨及部份水氣化由上方引出。

程序(六)、循環冰水吸收

其冷凝溫度設定在0℃~20℃，吸收氨形成再生氨水，氣相 的氨氣及水氣可以用循環水循環吸附，運用文氏管原理形成負壓吸附作用，可將氣化物能快速吸收，形成再生氨水，該再生氨水會因循環時間增加，增加再生氨水濃度，進而達到市售商品濃度標準，能直接售出或進一步再濃縮形成液氨，達到資源化目的。

程序(七)、濃度檢測

針對吸收槽中氨水進行濃度監測，當氨水濃度檢查符合商品規格時即可直接再利用，為確保資源回收之再生品質，引出再生氨水後再補充純水吸收氨。

程序(八)、出貨行銷

當品質檢查合格後，可將再生氨水引出系統儲存於暫存槽內等待出貨。

針對上述氣液分離槽中液相廢水為脫氨廢水，已經脫除大部份氨，能簡易處理後排放，更可將脫氨廢水直接回生產製程中再利用，如作廢氨氣排放處理洗滌水、循環吸收水或清潔用水，提昇水再利用率，達到節能減排目標。而其前段昇溫廢氨水蒸發設定為40℃~80℃及後段冰水循環水氨氣冷卻吸收為0℃~20℃，則可共同一組熱泵達到能源有效轉換方式，減少能源損耗，達到清潔處理之目標。

1‧‧‧含氨廢水

2‧‧‧脫氨廢水

3‧‧‧純水

4‧‧‧吸氨循環冰水

5‧‧‧高濃度純化氨水

6‧‧‧除雜質含氨廢水

10‧‧‧過濾器

11‧‧‧過濾器脫附裝置

12‧‧‧殘渣收集槽

13‧‧‧固態殘渣

20‧‧‧離子交換樹脂吸附槽

21‧‧‧脫附逆洗裝置

22‧‧‧金屬化合物收集槽

23‧‧‧金屬化合物

24‧‧‧還原劑

25‧‧‧除雜質含氨廢水收集槽

30‧‧‧加溫熱交換器

40‧‧‧氣液分離槽

41‧‧‧噴霧蒸發器

42‧‧‧氣液分離槽氣相出口

T1‧‧‧加熱溫控表

T2‧‧‧冷卻溫控表

P‧‧‧壓力表

P1‧‧‧含氨廢水輸入泵

P2‧‧‧加壓泵

P3‧‧‧脫氨廢水輸出泵

P4‧‧‧循環冰水輸送泵

P5‧‧‧高濃度純化氨水輸出泵

Q‧‧‧濃度計

L1‧‧‧蒸發器液位計

L2‧‧‧循環冰水液位計

L3‧‧‧高濃度純化氨水液位計

L4‧‧‧脫氨廢水液位計

43‧‧‧氣液分離槽液相出口

44‧‧‧氨氣

45‧‧‧水氣

50‧‧‧冷凝循環吸收槽

51‧‧‧文氏管

52‧‧‧純水補充閥

53‧‧‧高濃度純化氨水收集槽

54‧‧‧高濃度純化氨水輸出裝置

55‧‧‧排放裝置

60‧‧‧冷卻熱交換器

70‧‧‧熱泵系統

80‧‧‧脫氨廢水收集槽

81‧‧‧脫氨廢水收集裝置

圖1、含氨廢水中純化濃縮回收再利用流程圖。

圖2、廢氨水回收純化系統圖。

如圖二所示，將工廠中含氨廢水1透過含氨廢水輸入泵P1引入過濾器10中，將固態殘渣13遺留在過濾器10上，該過濾器10上固態殘渣13可利用過濾器脫附裝置11，將固態殘渣13脫附移入殘渣收集槽12中。通過過濾器10的廢氨水再流入離子交換樹脂吸附槽20中，將廢氨水中金屬離子吸附，形成除雜質含氨廢水6再流入除雜質含氨廢水收集槽25中，達到初級純化目的，該金屬離子化合物可透過還原劑24及脫附逆洗裝置21，將吸附金屬離子脫附出來，形成金屬化合物23，導入金屬化合物收集槽22中。

除雜質含氨廢水6經加壓泵P2加壓引入加溫熱交換器30中加熱，吸收蒸發氨所需要的熱能，可使用熱泵熱端輸出溫度約40℃~80℃的熱能，再經過噴霧蒸發器41將除雜質含氨廢水6霧化以增加蒸發表面積，讓除雜質含氨廢水6中氨能快速蒸發氣化，透過氣液分離槽40讓大部份氨氣44及水氣45的氣體，由氣液分離槽氣相出口42引出，而液相由氣液分離槽液相出口43引出，形成脫氨廢水2。

純水3透過純水補充閥52引入冷凝循環吸收槽50，藉由循環冰水輸送泵P4抽取，經冷卻熱交換器60形成0℃~20℃冰水，對氨有吸附及冷凝形成吸氨循環冰水4。透過吸氨循環冰水4循環而形成文氏管51作用下，可讓氣液分離槽40中蒸發的氣體快速牽引吸入冷凝循環吸收槽50冷凝及吸 附。吸氨循環冰水4中氨含量會逐漸上升，氨濃度可由濃度計Q加以測量，當濃度達到市售標準氨水時，可由高濃度純化氨水輸出泵P5引出導入高濃度純化氨水收集槽53中暫存準備出貨。

針對氣液分離槽40中脫氨廢水2可以由脫氨廢水輸出泵P3引出到脫氨廢水收集槽80中，進一步回收再利用或經簡易處理排放，達到有效回收再利用目的及無害化處理模式。

針對加溫及冷卻需求，可利用熱泵70熱端輸出40℃~80℃及冷端輸出0℃~20℃來進行能源交換運作。

Claims (6)

1. 一種自含氨廢水中純化濃縮回收氨再利用方法的程序如下：1.過濾除渣。2.重金屬離子吸附。3.加壓及昇溫。4.噴霧蒸發。5.氣液分離。6.循環冰水吸收。7.濃度檢測。8.出貨行銷。
2. 如權利要求(一)範圍內，其中過濾除渣的方法是利用逆洗方式將固態殘渣移出。
3. 如權利要求(一)範圍內，其中金屬離子吸附方式，是利用金屬離子交換樹脂來吸附金屬離子，在吸附飽和時可利用還原劑洗滌脫除，讓金屬離子交換樹脂活化再使用。
4. 如權利要求(一)範圍內，噴霧蒸發係擴張含氨廢水表面積，透過高壓泵提高水的動能，經霧化噴頭將含氨廢水霧化，形成霧化小分子，讓氨能快速蒸出，達到脫氨目的。
5. 如權利要求(一)範圍內，循環冰水透過循環運動形成文氏管作用，能將氣液分離槽蒸出氨快速吸引過來，可增加冷卻及溶氨效率。
6. 如權利要求(一)範圍內，熱泵提供系統加熱及冷卻。