1354653 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於-種倒極式電透析處理方法，特別是 指一種能產製出達自來水水質之回收水以供再利用之含石夕 廢水的倒極式電透析處理方法。 【先前技術】 於水資源之回收處理再生技術上，其中用以針對廢水 中所含鹽類的去除，主要是以離子交換樹脂（i〇n_excha喂 Resin)、多段療餾（Multi_stage他化此仙扣⑽）、逆滲透 (Reverse Osmosis，簡稱 R〇)與電透析（Electr〇diaiysis，簡稱 ED)專方式為較普遍。 以電透析法來說，是適用於處理含有中、高濃度鹽類 且處理量大的廢水’其處理機制是在於利用水中陽離子〇 能穿透陽離子交換膜，而水中陰離子只能穿透陰離子交換 膜’配合外加直流電場以驅使陰、陽離子分別移向陽、陰 極移動（即反離子遷移效應），以得到一股淡水與一股濃水p 淡水部分便是經懸碳化而可科时利用。而所謂倒極 式電透析法（Electrodialysis Reverse，簡稱EDR)，是對傳统
電透析法作進一步修正，利用定時切換直流電正負極與内 部導流方向，以減少薄膜阻塞狀況與酸洗次數，而得延長 其使用壽命。目前，傳統電透析法與倒極式電透析法等2 廣泛地商業化運用於純水預處理、飲用水處理、工業製裎 廢水（如電鍍廢水、含漿料廢水…）回收處理、鹹水（如= 川水、井水、地下水··.）淡化處理’與無機酸/有機酸/重金Z 1354653 回收處理等領域。 不過’對於酸驗值通常介於5〜9間的切廢水來說， 其中的梦3里主要疋以—氧化梦（Sl〇2)或正碎酸⑻(⑽)4)等 電中性塑態存在，不論是利用傳統電透析法或是倒極式電 透析法，皆無法將之有效去除，並容易於電極上產生矽酸 鹽類結垢的狀況，以致嚴重影響脫鹽/濃縮效率與出水水質 。故-般說來’傳統電透析法或是倒極式電透析法並不適 用於含矽濃度較高的廢水回收處理，例如半導體晶圓製造 廠的化學機械研磨廢水，於運用範疇上因而受到限制。 有鑑於此，本案申請人乃利用由預過濾、初階edr、 酸驗值調整與二階EDR等連續單元所構成的廢水處理系統 ，使處理知之回收水已能符合自來水水質標準，而予再利 用於如工業冷卻用水、飲用水源…等高階用途，整體能達到 系統穩定性佳、水回收率高、脫鹽率佳、處理成本低廉、 佔地空間小且適用範疇廣等功效。 【發明内容】 因此，本發明之目的，即在提供一種總脫鹽率達％% 、水回收率達75%、回收水品質佳、處理成本較低、穩定 性佳且適用範疇廣之含矽廢水的倒極式電透析處理方法。 於是，本發明含矽廢水的倒極式電透析處理方法，是 依序包含下列步驟：（a)將一含矽廢水進行過濾使其呈澄 /月狀，（b )再讓呈澄清狀之含矽廢水進行初階倒極式電透 析處理’以先去除其所含之非矽離子，並得一股待處理之 淡水體；（c)接著，將該淡水體的酸鹼值調整至介於丨〇〜12 1354653 間，使其所含正矽酸轉換成矽酸鹽離子；及（d)最後使 該淡水體進行二階倒極式電透析處理，以脫除其所含之矽 酸鹽離子與非矽離子，並得一股可回收再利用之淡水體。 本發明之功效在於，利用初階EDR以先脫除該含矽廢 水中的非矽離子，再將所產生之淡水體的酸驗值調整至介 於10〜12間，使所含矽以矽酸鹽離子型態存在，並續於進 行二階EDR時被移除，整體能達到穩定性佳、總脫鹽率高 、回收水品質佳 '處理成本低，且適用範疇廣等效。 【實施方式】 有關本發明之前述及其他技術内容、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。 如圖1與圖2所*，本發明之含石夕廢水的倒極式電透 析處理方法的該較佳實施例，是用以對約7·2 CMD(m3,切 ，立方公尺/天）的中鋼含矽廢水進行連續操作4〇天之脫鹽
淡化處理’不僅料75%的水回收效率，所產之回收水: 質亦已能符合台灣省自來水水質標準，而適合供予高階用 途（如冷卻用水、飲用水源…）再使用。其中，有關中鋼含 矽廢水（以下稱原廢水）與各階段產水的水質結果，是包 含酸驗值㈣、導電度、㈣子（Ca2+)、氯離子（cr)、硫酸 根離子（SO?·)與邦〇等檢測項目，而導電度的單位是微西 門 / 公分（micro-siemens/centimeter , " s/cm)，Ca2+、〇、 so,與si等的單位是毫克/公升（mg/L)，詳見表i。 該含石夕廢水的倒極式電透析處理方法是依序包含步驟 (a)〜（d)。首先’步驟（a)是對原廢水進行過濾，濾除 其中的懸浮固體、有機物與雜質等，以呈現澄清狀態。主 要是，讓原廢水先經過砂濾程序，濾除粒徑介於5〜3〇〇微 米間的懸浮固體微粒，之後，續於濾徑介於3〜2〇 A m間的自動清洗過濾器中進行再過濾，以進一步濾除水 中殘存的微細顆粒、有機物與雜。完成上述過滤程序 後原廢水便近呈澄清狀。本實施例中，所採用砂濾程序 是，遽除粒徑大於2〇鋒的懸浮固體微粒；該自動清洗過 慮，=;慮t為3 /z m，濾、水量為2 〇立方公尺/小時（m3/hr)， 田％程達2·5公尺或是持續過濾時間達2小時之際，便會 ^行自動清洗動作，以恢復遽膜的過濾效率，此時，所需 '月洗水里約100公升（L)且清洗時間約達5分鐘。 接者，步驟（b)是將經預過濾處理之原廢水導送入第 一座電透析裝置2 +，並配合定期的倒極操作，以進行一 階倒極式電透析之脫鹽淡化處理。 其中，該電透析裝置2為三極三段型者，並包含三對 電極..且（每對電極組具有一陽極21與一陰極Μ)，以及多 數間隔交錯排列於陽、陰極21、22間的陰、陽離子交換膜 24 ’該夕數陰、陽離子交換膜23、24是區隔出六個分 J供陽自極21、22容納的極室25，以及多數個間隔交錯 排列於該六極室25間的淡室26與濃室27;本實施例中， 陰、陽離子交換膜23、24是為異相型者。另外，該電透析 裝置2也可以是一極一段型、一極多段型、二極二段型， 或四極四段型’如同該技術領域中具有通常知識者所熟知 1354653 ，有關電透析之極段配置方式是隨著原水水質、出水之水 質與水量…等考量而有所差異，於此不再贅述。 於實際操作過程中，該電透析裝置2是連續操作2〇天 ，所設定之操作條件如下：電壓$ 125伏特、電流為的安 培、倒極頻率為丨次/每小時，酸洗頻率/時間為每操作7天 便以5%鹽酸清洗3〇分鐘，另外，必須同時於極室25中持 續通入極水（即電解液），透過極水之流動，能使陽、陰極Μ 、22於電透析過程中所產生的化學反應產物（如酸鹼、氣 體、沉澱物…等）不斷地排出，其中，極水是於極室乃間 不斷的循環流動，並;^排放廢棄。因此，將原廢水導送 入該電透析裝置2的淡室26中後，在通電外加電場的作用 下，水中的陰、陽離子會分別往陽、陰極21、22移動，陽 離子（如Ca2+、Mg2+)與陰離子（如F_、C1_、S〇42-)便 會分別穿過陽、陰離子交換膜24、23而進入濃室27内， 藉此反離子遷移效應以達到有效脫鹽之目的，從而處理得 第一股淡水體（自淡室26排出者，其水質可見表丨）與第 一股濃水體（自濃室27排出者）。該淡水體將繼續進行後 續水質處理，而§亥濃水體則會迴流、導送回濃室27中以反 覆電透析。 至此，就該淡水體的水質表現看來，可知原廢水經由 一階倒極式電透析程序後，於處理成效上是已能去除9〇% 以上的非矽離子（如Ca2+、Mg2+、CP等），脫鹽率則達85 續而’步驟（c )是對一階倒極式電透析程序所產得的 9 1354653 淡水體進行酸鹼值調整。主要是，添加入濃度為45%的氫 氧化鈉水溶液（NaOH^o )，使該淡水體的酸鹼值由原本的 6.1 (見表1 )調整至約10〜12間’目的在於讓水中以正矽 酸（Si(OH)4)型態存.在的矽，於鹼性環境中轉換成以矽酸 鹽離子（SiO(OH)3 )型態存在；同時，於驗性環境下該
淡水體中所殘存之極微量的Ca2+、Mg2+等會與來自於Na0H 之OH發生共沉澱效應，反應生成碳酸齊（匸冗〇3)與氫氧 化鎮（Mg(OH)2)等相當少量的沉殿物，而利用共沉澱效應 亦能移除水中部份的二氧化矽（Si〇2)與矽酸鹽。本實施例 中，是將一階倒極式電透析程序所產得淡水體的酸鹼值調 整至11。 最後，於步驟（d)是將已調整過酸鹼值的淡水體繼續 導送入相同之極段配置與結構設計的第二座電透析裝置2 中，並配合定期的倒極操作，以使該淡水體接續進行二階 倒極式電透析之脫鹽淡化處理。而不同處僅在於，此時所 施加的電流值為3安培。 於將該淡水體導送入該電透析裝置2之淡室26中後， 水中陽離子（如Ca2+、Mg2+)與陰離子（如F_、α一、 S〇42_、SiO(OH)r)同樣會分別穿過陽、陰離子交換膜24 、23而進入濃室27中，以脫鹽處理得第二股淡水體（其水 質可見表1)與第二股濃水體。此時，所得到之淡水體水質 明顯是優於自來水水質標準者’可回收再利用於高階用途 ，而所得濃水體則同樣是迴流以反覆電透析。 10 1354653 續40天之二階段倒極式電透析處理後，所回收得淡水體的 各項水質項目表現皆是優於自來水水質標準者，於處理成
效上，其導電度去除率是達96% (見圖3)、Ca2+去除率是 達99% (見圖4)、cr去除率是達99% (見圖5)、S〇42-去除率是達91% (見圖6)，且Si去除率是達53% (見圖7 )，特別是，水回收效率達75%且總脫鹽率96%。所以， 整體月&達到系統穩性佳、水回收率高、脫鹽率佳、處理 成本低廉、佔地空間小且適用範疇廣等功效。
表 1 項目 PH 導電度 (u S/cm) Ca2+ (mg/L) cr (mg/L) SO42' (mg/L) Si fmg/L) 原廢水 8 2838 179 577 354 9.2 —階EDR之淡水體 6.1 440 11 20 139 8.5 二階EDR之淡水體 7.2 112 2.6 4.6 30.5 4.3 自來水7k質標準 7.2 377 44 29 57 4.8 去除率（％) 96 99 99 91 53 如圖3〜圖7所示，並請對照表1，可知原廢水經由連 歸納上述，本發明含矽廢水的倒極式電透析處理方法 ，利用一階EDR以先脫除該含矽廢水中的非矽離子，再將 所產得淡水體的酸驗值調整至介％ 1()〜12間，使其中含石夕 乂夕1鹽離子型4存在，並續於進行二階edr時被移除， 整體能達到穩定性佳、總脫鹽率高、回收水品質佳、處理 地空間小且適用㈣廣等…實可達到本 惟以上所述者，僅為本發明之較佳實 能以此限定本發明眘竑夕々々面 ° 田不 _ 乾圍’即大凡依本發明申士主直4丨丨 範圍及發明說明赞月申明專利 3内谷所作之簡早的等效變化與修飾，皆仍 11 S ) 1354653 屬本發明專利涵蓋之範圍内。 【圖式簡單說明】 圖1是一流程圖，說明本發明含麥廢水的倒極式電透 析處理方法的一較佳實施例； 圖2是一結構配置圖，說明該較佳實施例的一電透析 裝置； 圖3是一曲線圖，說明該較佳實施例之各階段處理水 之導電度變化； 圖4是一曲線圖，說明該較佳實施例之各階段處理水 之鈣離子濃度變化； 圖5是一曲線圖，說明該較佳實施例之各階段處理水 之氯離子濃度變化； 圖6是一曲線圖’說明該較佳實施例之各階段處理水 之硫酸根離子濃度變化；以及 圖7是一曲線圖’說明該較佳實施例之各階段處理水 之矽濃度變化。 12 1354653 【主要元件符號說明】 2 電透析裝置 21 陽極 22 陰極 23 陰離子交換膜 24 陽離子交換膜 25 極室 26 淡室
27 濃室
13