TW201638024A - 水資源處理系統及方法 - Google Patents

Abstract

本發明係為一種水資源處理系統及方法，用來淨化處理水資源，包括有第一處理子系統及第二處理子系統。第一處理子系統包括至少一前驅滲透(Forward Osmosis, FO)處理單元，其注入水源及驅動液以進行前驅滲透處理，及混凝單元(coagulation unit)，其中水源係與前驅滲透處理單元之輸入口及混凝單元流體連通，前驅滲透處理單元之輸出口係與混凝單元流體連通。第二處理子系統包括膠凝單元(flocculation unit)，其中膠凝單元之輸入口係與混凝單元之輸出口流體連通，及沉降單元(sedimentation unit)，其中沉降單元之輸入口係與膠凝單元之輸出口流體連通，以釋出乾淨的水源及產生沉降物。

Description

水資源處理系統及方法

本發明係為一種水資源處理系統及方法，用以淨化工業或家庭污水，或是自然界水源，以排出乾淨的水源予江河大海，或是分散輸送乾淨的水源予用戶使用，特別是一種採用前驅滲透處理之方式淨化水源的水資源處理系統及方法。

隨著自來水資源的普及，一般的家庭皆是使用自來水資源，自來水資源的來源是源自自來水廠，為了讓每個家庭的民眾都有乾淨的自來水可用，自來水在自來水廠係經過多次的沉澱、過濾、消毒等處理過程(例如：紫外線裝置照射之消毒方式)，終而送到用戶家中。而在處理過程當中，仍會耗費許許多多的耗材、消毒藥劑(例如：氯氣)及電力等等。此外，工業上及家庭排放的廢水也必須先經過水質的淨化，才可以將廢水從工廠排放至江河大海，亦是今日生活的重要課題。是故，如何用更經濟有效率的方式進行水資源的淨化處理，乃是業界不斷在追求的目標。

由於上述原因，近年來，薄膜分離技術因具有選擇性高、操作簡易、節省能源及易於放大等優點，因而被廣泛應用於各種產業的水處理之中。然而，傳統的薄膜分離技術仍然要耗費相當的能源來進行加壓操作，且常有阻塞等問題，無論在成本或效益上仍有相當大的改善空間。

本發明的目的之一即為追求更有效率且經濟的水資源處理方法。

本發明的另一目的為改善原有薄膜分離技術應用在污水或原水的處理上所面臨的問題。

本發明係為一種水資源處理系統，其包括：第一處理子系統及第二處理子系統。第一處理子系統包括前驅滲透處理單元及混凝單元，前驅滲透處理單元包括進入水部、分隔薄膜部及驅動液部。第二處理子系統包括膠凝單元及沉降單元。

系統提供的水源由進入水部輸送至前驅滲透處理單元，並因進入水部及驅動液部之化學勢能的差異，低濃度水源自進入水部流經分隔薄膜部來到驅動液部的高濃度水源以稀釋，而隔離出雜質留存於進入水部。驅動液部之液體濃度的化學勢能則是由一個驅動液槽提供槽內之驅動液至驅動液部而來。接著，驅動液部之液體濃度適當後，就使水源流向混凝單元，且至混凝單元並流向第二處理子系統之膠凝單元及沉降單元，藉以輸出一水源及一沉降物。

本發明係為一種水資源處理系統及方法，用來淨化處理水資源，此水資源係為污水(例如：工業廢水或家庭廢水)或是原水(例如：水庫、地表水、海水精製及地下水)。請參考圖1，係為本發明之水資源處理系統10應用於污水淨化廠的第一實施例圖。其中本發明之水資源處理系統第一實施例包括有前置處理子系統1、第一處理子系統2、第二處理子系統3及第三處理子系統4。

前置處理子系統1用以接得待處理之污水水源9，以進行前置處理，包括有篩除單元(screening unit)11係對進入水(inflow water)之水源進行超微篩除處理，以篩除水源中的雜質，並且前置處理子系統1與第一處理子系統2流體連通。

第一處理子系統2包括一前驅滲透(Forward Osmosis, FO)處理單元21、混凝單元(coagulation unit)22、驅動液槽(draw solution tank)23、第一控制裝置241及第二控制裝置242。前驅滲透處理單元21係自篩除單元11取得水源，並且由第一控制裝置241控制自前置處理子系統1之水源至前驅滲透處理單元21之輸入口的流體量，另一方面，除了注入水源以外，亦自注入驅動液槽23之驅動液以進行前驅滲透處理，並且驅動液係為氯化鐵、鋁系混凝劑、鐵系混凝劑、二價、三價無機鹽類、聚電解質、或是界面活性劑所組成之群組中之至少一者。前驅滲透處理單元21包括一或多個前驅滲透處理裝置(圖1僅以一個前驅滲透處理裝置形成的前驅滲透處理單元21為例示)，各前驅滲透處理裝置係包括進入水部(inflow water part)211、分隔薄膜部(separation membrane part)212及驅動液部(draw solution part)213。因此，水源係流動至進入水部211，其係與前驅滲透處理單元21之輸入口流體連通，而驅動液槽23槽內之驅動液流至驅動液部213，並且第二控制裝置242控制自驅動液槽23提供驅動液至驅動液部213的流體量。驅動液槽23輸出口係與驅動液部213流體連通。且進入水部211及驅動液部213間係以分隔薄膜部212隔開。當水源在進入水部211因為濃度之化學勢能之高低差別，過濾出顆粒及懸浮物，而流經分隔薄膜部212後，流動至驅動液部213，再經過驅動液槽23流經混凝單元22後，流至第二處理子系統3。因此，這前驅滲透處理單元21屬於耗材，並須在使用時限內更換。混凝單元22係自篩除單元11取得水源，其中前驅滲透處理單元21之輸入口與混凝單元22流體連通。

第二處理子系統3包括有膠凝單元(flocculation unit)31及沉降單元(sedimentation unit)32。其中膠凝單元31之輸入口係與混凝單元22之輸出口流體連通。沉降單元32之輸入口係與膠凝單元31之輸出口流體連通，以輸出水源及沉降物。因此可將沉降單元32頂部之水源直接排出自然界之江河大海中，並將沉降單元32底部之沉降物流放至第三處理子系統4。

第三處理子系統4其係為沉降物處理單元，並與第二處理子系統流體連通以處理沉降單元32之沉降物。第三處理子系統4包括有沉降槽41、乾燥床41’及脫水機42。在沉降單元32底部之沉降物依需求排送至沉降槽41或乾燥床41’，以做沉澱或乾燥處理。沉降槽41頂部的水源(具有一部份的沉降物，俗稱淤泥)則排至脫水機42，以將沉降物中的水分排乾，而經乾燥床41’或脫水機42乾燥後之沉澱物，則由廢棄物處理單位6運送丟棄。

請參考圖2，係為本發明之水資源處理系統應用於食用水淨水廠的實施例圖。本實施例與第一實施例之差異，除了所接水源9為原水之外，主要在於沉降單元32之頂部的水源並非直接排出江河大海中，而是排至第四處理子系統5，其係與第二處理子系統3流體連通，以處理第二處理子系統3所輸出的水源，水源並流經於其之過濾單元(filtering unit)51 及消毒單元(disinfection unit)52，而後水源流經分發器61以分散輸送水源，使成家庭用水。而另一個差異則在於注入驅動液槽23之驅動液係為氯化鋁、鋁系混凝劑、鐵系混凝劑、二價、三價無機鹽類、聚電解質、或是界面活性劑所組成之群組中之至少一者。

如圖3所示，本發明之水資源處理方法係可包括有下列步驟：

(A)提供第一處理子系統2，包括前驅滲透處理單元21及混凝單元22，且前驅滲透處理單元21之輸出口係與混凝單元22流體連通；

(B)提供第二處理子系統3，包括膠凝單元31及沉降單元32，其中膠凝單元31之輸入口係與混凝單元22之輸出口流體連通，且沉降單元32之輸入口係與膠凝單元31之輸出口流體連通；以及

(C)將水源9同時流體連通至前驅滲透處理單元21之輸入口及混凝單元22之輸入口，並自沉降單元32之輸出口得致經第一處理子系統2及第二處理子系統3處理後之水。

而步驟(C)中更包含以下步驟：

(C0)在水源9及第一處理子系統2之間另提供前置處理子系統1，使水源9之水在進入第一處理子系統前先經過篩除單元11等的前置處理。

(C1)以第一控制裝置241控制自水源9至前驅滲透處理單元21之輸入口的流體量。

(C2)以第二控制裝置242控制自驅動液槽23提供驅動液至驅動液部213的流體量。

(C3)水源9的水一部分進入混凝單元22，另一部分則自進入水部211通過分隔薄膜部212到達驅動液部213，且流動至驅動液槽23，再流回混凝單元22。藉此步驟，可過濾出顆粒及懸浮物等等，因此這前驅滲透處理單元屬於耗材，並須在使用時限內更換。

(C4)水源9的水再流動至第二處理子系統3之膠凝單元31及沉降單元32，且膠凝單元31之輸入口係與混凝單元22之輸出口流體連通，沉降單元32之輸入口係與膠凝單元31之輸出口流體連通。

(C5)沉降單元32自頂部釋出水源，且底部為沉降物。沉降單元32係為將水源釋於江河大海或是釋出予第四處理子系統5，以其之過濾單元51對水源9的水進行過濾，以及以其之消毒單元52對該水源進行消毒。

(C6)沉降單元32底部之沉降物流向第三處理子系統4，其係為沉降物處理單元，並與第二處理子系統流體連通以處理沉降單元32之沉降物。第三處理子系統4包括有沉降槽41、乾燥床41’及脫水機42。在沉降單元32底部之沉降物依需求排送至沉降槽41或乾燥床41’，以做沉澱或乾燥處理。沉降槽41頂部的水源(具有一部份的沉降物，俗稱淤泥)則排至脫水機42，以將沉降物中的水分排乾，而經乾燥床41’或脫水機42乾燥後之沉澱物則由廢棄物處理單位6運送丟棄。

綜合上述，本發明將正滲透技術應用於污水及原水等之淨化系統的水資源處理，不僅大幅降低此類水資源處理的費用，提昇操作效率，相較於傳統薄膜技術更省能源，且不需加壓操作，更省去處理阻塞問題的麻煩。

上述之具體實施例是用來詳細說明本發明之目的、特徵及功效，對於熟悉此類技藝之人仕而言，根據上述說明，可能對該具體實施例作部份變更及修改，其本質未脫離出本發明之精神範疇者，皆應包含在本案的申請專利範圍中，宜先陳明。

10‧‧‧水資源處理系統
1‧‧‧前置處理子系統
11‧‧‧篩除單元
2‧‧‧第一處理子系統
21‧‧‧前驅滲透處理單元
211‧‧‧進入水部
212‧‧‧分隔薄膜部
213‧‧‧驅動液部
22‧‧‧混凝單元
23‧‧‧驅動液槽
241‧‧‧第一控制裝置
242‧‧‧第二控制裝置
3‧‧‧第二處理子系統
31‧‧‧膠凝單元
32‧‧‧沉降單元
4‧‧‧第三處理子系統
41‧‧‧沉降槽
41’‧‧‧乾燥床
42‧‧‧脫水機
5‧‧‧第四處理子系統
51‧‧‧過濾單元
52‧‧‧消毒單元
6‧‧‧廢棄物處理單位
61‧‧‧分發器
9‧‧‧水源
A~C‧‧‧水資源處理方法之各實施步驟
C0~C3‧‧‧步驟C之子步驟

圖1係為本發明之水資源處理系統的第一實施例圖。 圖2係為本發明之水資源處理系統的第二實施例圖。 圖3係為本發明之水資源處理方法的示意圖。

1‧‧‧前置處理子系統

11‧‧‧篩除單元

2‧‧‧第一處理子系統

21‧‧‧前驅滲透處理單元

211‧‧‧進入水部

212‧‧‧分隔薄膜部

213‧‧‧驅動液部

22‧‧‧混凝單元

23‧‧‧驅動液槽

241‧‧‧第一控制裝置

242‧‧‧第二控制裝置

3‧‧‧第二處理子系統

31‧‧‧膠凝單元

32‧‧‧沉降單元

4‧‧‧第三處理子系統

41‧‧‧沉降槽

41’‧‧‧乾燥床

42‧‧‧脫水機

6‧‧‧廢棄物處理單位

61‧‧‧分發器

9‧‧‧水源

10‧‧‧水資源處理系統

Claims (23)

1. 一種水資源處理系統，用來淨化處理一水源，其包括： 一第一處理子系統，其包括： 一前驅滲透(Forward Osmosis, FO)處理單元，其具一驅動液並連接該水源以進行前驅滲透處理；及 一混凝單元(coagulation unit)，其中該水源係與該前驅滲透處理單元之輸入口及該混凝單元流體連通，而該前驅滲透處理單元之輸出口則與該混凝單元流體連通；及 一第二處理子系統，其包括： 一膠凝單元(flocculation unit)，其中該膠凝單元之輸入口係與該混凝單元之輸出口流體連通；及 一沉降單元(sedimentation unit)，其中該沉降單元之輸入口係與該膠凝單元之輸出口流體連通，以產生一輸出水及一沉降物。
2. 如申請專利範圍第1項所述之水資源處理系統，更包括一前置處理子系統，分別與該水源及該第一處理子系統流體連通，且該前置處理系統係連接於該第一處理子系統與該水源之間。
3. 如申請專利範圍第2項所述之水資源處理系統，其中該前置處理子系統至少包括一篩除單元(screening unit)，係對進入水(inflow water)之該水源進行超微篩除處理，以篩除該水源中的雜質。
4. 如申請專利範圍第1項所述之水資源處理系統，其中該前驅滲透處理單元係包括一或多個前驅滲透薄膜裝置，各該前驅滲透薄膜裝置係包括： 一進入水部(inflow water part)，其係與該前驅滲透處理單元之該輸入口流體連通； 一分隔薄膜部(separation membrane part)；及 一驅動液部(draw solution part)，其中該分隔薄膜部係配置於該進入水部及該驅動液部之間；及 一驅動液槽(draw solution tank)，其用以提供該槽內之該驅動液至該驅動液部，其中該驅動液槽輸出口係與該驅動液部流體連通。
5. 如申請專利範圍第1項所述之水資源處理系統，更包括一第一控制裝置，其用以控制自該水源至該前驅滲透處理單元之輸入口的流體量。
6. 如申請專利範圍第2項所述之水資源處理系統，更包括一第二控制裝置，其用以控制自該驅動液槽提供該驅動液至該驅動液部的流體量。
7. 如申請專利範圍第1-6項之任一項所述之水資源處理系統，其中該水源係為污水，且該前驅滲透處理單元之該驅動液係選自由氯化鐵、鋁系混凝劑、鐵系混凝劑、二價、三價無機鹽類、聚電解質、或是界面活性劑所組成之群組中之至少一者。
8. 如申請專利範圍第7項所述之水資源處理系統，其中該第二處理子系統，其包括 一膠凝單元，輸入口係與該混凝單元之輸出口流體連通；及 一沉降單元，輸入口係與該膠凝單元之輸出口流體連通，以於頂部輸出水源及於底部輸出沉降物。
9. 如申請專利範圍第8項所述之水資源處理系統，其中更包括一第三處理子系統，其係為與該第二處理子系統流體連通。
10. 如申請專利範圍第9項所述之水資源處理系統，其中該第三處理子系統係包括一乾燥床，以將該沉降單元底部之沉降物排送至該乾燥床，做沉澱或乾燥處理，並且乾燥後之沉澱物由廢棄物處理單位運送丟棄。
11. 如申請專利範圍第9項所述之水資源處理系統，其中該第三處理子系統係包括相連通之一沉降槽及一脫水機，以將該沉降單元底部之沉降物排送至該沉降槽，以做沉澱或乾燥處理，並將該沉降槽頂部的水源排至該脫水機，排乾沉降物中的水分，並且乾燥後之沉澱物由廢棄物處理單位運送丟棄。
12. 如申請專利範圍第1-6項之任一項所述之水資源處理系統，其中該水源係為原水，且該前驅滲透處理單元之該驅動液係選自由氯化鋁、鋁系混凝劑、鐵系混凝劑、二價、三價無機鹽類、聚電解質、或是界面活性劑所組成之群組中之至少一者。
13. 如申請專利範圍第12項所述之水資源處理系統，其中該第二處理子系統，包括 一膠凝單元，輸入口係與該混凝單元之輸出口流體連通；及 一沉降單元，輸入口係與該膠凝單元之輸出口流體連通，以於頂部輸出水源及於底部輸出沉降物。
14. 如申請專利範圍第13項所述之水資源處理系統，其中更包括一第三處理子系統，其係為與該第二處理子系統流體連通。
15. 如申請專利範圍第14項所述之水資源處理系統，其中該第三處理子系統係包括一乾燥床，以將該沉降單元底部之沉降物排送至該乾燥床，做沉澱或乾燥處理，並且乾燥後之沉澱物由廢棄物處理單位運送丟棄。
16. 如申請專利範圍第14項所述之水資源處理系統，其中該第三處理子系統係包括相連通之一沉降槽及一脫水機，以將該沉降單元底部之沉降物排送至該沉降槽，以做沉澱或乾燥處理，並將該沉降槽頂部的水源排至該脫水機，排乾沉降物中的水分，並且乾燥後之沉澱物由廢棄物處理單位運送丟棄。
17. 如申請專利範圍第16項所述之水資源處理系統，更包括一第四處理子系統，以處理該輸出水，其係包括 一過濾單元(filtering unit)，與該第二處理子系統流體連通；及 一消毒單元(disinfection unit)，與該過濾單元流體連通，並輸出處理後之該輸出水至一分發器，以分散輸送水源。
18. 一種水資源處理方法，用來淨化處理水資源，其包括： (A)提供一第一處理子系統，包括一前驅滲透處理單元之及一混凝單元，且該前驅滲透處理單元之輸出口係與該混凝單元流體連通； (B)提供一第二處理子系統，包括一膠凝單元及一沉降單元，其中該膠凝單元之輸入口係與該混凝單元之輸出口流體連通，且該沉降單元之輸入口係與該膠凝單元之輸出口流體連通；以及 (C)將一水源同時流體連通至該前驅滲透處理單元之輸入口及該混凝單元之輸入口，並自該沉降單元之輸出口得致經該第一處理子系統及該第二處理子系統處理之水。
19. 如申請專利範圍第18項所述之水資源處理方法，其中該步驟(A)之該前驅滲透處理單元係包括一或多個前驅滲透處理裝置，各該前驅滲透處理裝置係包括： 一進入水部(inflow water part)，其係與該前驅滲透處理單元之該輸入口流體連通； 一分隔薄膜部(separation membrane part)；及 一驅動液部(draw solution part)，其中該分隔薄膜部係配置於該進入水部及該驅動液部之間；及 一驅動液槽(draw solution tank)，其用以提供該槽內之該驅動液至該驅動液部，其中該驅動液槽輸出口係與該驅動液部流體連通。
20. 如申請專利範圍第18項所述之水資源處理方法，其中該水源係為污水，且該前驅滲透處理單元之該驅動液係為選自由氯化鐵、鋁系混凝劑、鐵系混凝劑、二價、三價無機鹽類、聚電解質、界面活性劑所組成之群組中之至少一者。
21. 如申請專利範圍第18項所述之水資源處理方法，其中該水源係為原水，且該前驅滲透處理單元之該驅動液係為選自由氯化鋁、鋁系混凝劑、鐵系混凝劑、二價、三價無機鹽類、聚電解質、界面活性劑所組成之群組中之至少一者。
22. 如申請專利範圍第18-21項之任一項所述之水資源處理方法，其中該步驟(C)更包括(C1)以一第一控制裝置控制自該水源至該前驅滲透處理單元之該輸入口的流體量。
23. 如申請專利範圍第18-22項之任一項所述之水資源處理方法，其中該步驟(C)更包括(C2)以一第二控制裝置控制自該驅動液槽提供該驅動液至該驅動液部的流體量。