TWI419842B - 多段式廢水處理回收系統 - Google Patents

Description

多段式廢水處理回收系統

本發明係指一種多段式廢水處理回收系統，尤指一種具有三個或以上的廢水處理單元並利用流量控制裝置達到防止廢水處理單元阻塞之多段式廢水處理回收系統。

逆滲透(reverse osmosis,RO)過濾技術為現有水質淨化科技當中常見的技術之一。逆滲透過濾技術能有效地過濾水中的鹽類、礦物質、重金屬、細菌與化學殘留物質，並具有95%以上的過濾效果，因此逆滲透廢水處理技術已被廣泛的應用在海水淡化系統、電子超純水精練系統、生化製藥、洗腎治療、化妝品生產製程以及工業廢水處理回收系統等。利用逆滲透過濾技術之逆滲透處理單元藉由在容器中間設置一逆滲透膜，阻隔兩側具有不相同濃度之液體，而逆滲透處理單元在使用上，透過在高濃度液體處施加一大於其滲透壓之壓力，使具有高濃度的液體流往低濃度液體處，且由於逆滲透膜具有極為細小之孔洞，僅只有水分子與極少部分的雜質能夠穿過，達到過濾液體中雜質的效果。

習知利用逆滲透過濾技術之廢水處理回收系統多為兩段式，即待處理之廢水首先透過一第一階段的逆滲透處理單元進行第一次的處理與回收，其中藉由第一階段之逆滲透處理單元回收所產出的水稱之為產水，且產水會被收集然後再利用，而在第一階段未被逆滲透處理單元回收而尚需處理之廢水則流往第二階段的逆滲透處理單元並再一次的進行處理與回收，且第二階段之逆滲透處理單元回收所產出的產水會與第一階段之逆滲透處理單元回收所產出的產水匯集以供再利用。然而，流往第二階段逆滲透處理單元之廢水需要具有一定以上的流量，否則廢水在流量不足的狀況下往往會造成逆滲透處理單元中的逆滲透膜遭到雜質的阻塞，影響整體的回收效率。習知的逆滲透廢水處理系統為了增加流往逆滲透處理單元之水流量，利用回流管的設置將第二階段未能處理之廢水再重新導入第一階段的逆滲透處理單元以增加系統的整體流量，然而回流管的設計除了需要在廢水處理回收系統上加裝額外的管線外，其所能增加之整體流量有限，無法有效的避免逆滲透膜的阻塞。

本發明之主要目的在於提供一種多段式廢水處理回收系統，以解決習知廢水處理回收系統在解決逆滲透膜阻塞時所面臨的問題。

為達上述目的，本發明提供一種多段式廢水處理回收系統包括一廢水進水管、一產水匯流管、一廢水排放管、複數個廢水處理單元、至少一第一流量控制裝置以及至少一第二流量控制裝置。本發明之廢水進水管係用以供待處理廢水之輸入，產水匯流管係用以匯集處理後之回收水，廢水排放管係用以排放處理後之濃縮水。此外，廢水處理單元係連接於廢水進水管與廢水排放管之間，其中廢水處理單元至少包括一第一廢水處理單元用以進行一第一階段廢水處理、一第二廢水處理單元用以進行一第二階段廢水處理與一第三廢水處理單元用以進行一第三階段廢水處理，第一廢水處理單元包括一第一進水管、一第一產水管與一第一廢水管，第二廢水處理單元包括一第二進水管、一第二產水管與一第二廢水管，第三廢水處理單元包括一第三進水管、一第三產水管與一第三廢水管，第一進水管與廢水進水管連接，第一產水管與產水匯流管連接，第一廢水管與第二進水管連接，第二產水管與產水匯流管連接，第二廢水管與第三進水管連接，第三產水管與產水匯流管連接，第三廢水管與廢水排放管連接。本發明之第一流量控制裝置係設置於第一產水管與產水匯流管之間，用以控制第一產水管之流量，以及第二流量控制裝置係設置於第二產水管與產水匯流管之間，用以控制第二產水管之流量。

本發明之多段式廢水處理回收系統利用三個或以上的廢水處理單元，可有效提升廢水回收率。此外，藉由將第一流量控制裝置設置於第一產水管與產水匯流管之間，以及將第二流量控制裝置設置於第二產水管與產水匯流管之間，可減少第一產水管與第二產水管流往產水匯流管之水量，藉此間接增加流往第三廢水處理單元之水量。在第一產水管與第二產水管所能通過產水匯流管的水量受到流量控制裝置的操作下，分配至第三廢水處理單元之廢水流量與流速皆能得到提升，進而有效降低各廢水處理單元內之逆滲透膜阻塞的發生。

為使熟習本發明所屬技術領域之一般技藝者能更進一步了解本發明，下文特列舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，詳細說明本發明的構成內容及所欲達成之功效。

請參考第1圖，第1圖繪示了本發明之多段式廢水處理回收系統1之架構示意圖。如第1圖所示，本發明之多段式廢水處理回收系統1包括一廢水進水管10、一產水匯流管20、一廢水排放管30、複數個廢水處理單元40、至少一第一流量控制裝置50以及至少一第二流量控制裝置60。廢水進水管10係用以供待處理廢水之輸入，產水匯流管20係用以匯集處理後之回收水，而廢水排放管30係用以排放處理後之濃縮水。此外，廢水處理單元40係連接於廢水進水管10與廢水排放管30之間，其中廢水處理單元40至少包括一第一廢水處理單元41用以進行一第一階段廢水處理、一第二廢水處理單元42用以進行一第二階段廢水處理與一第三廢水處理單元43用以進行一第三階段廢水處理。第一廢水處理單元41包括一第一進水管71、一第一產水管72與一第一廢水管73，第二廢水處理單元42包括一第二進水管81、一第二產水管82與一第二廢水管83，第三廢水處理單元43包括一第三進水管91、一第三產水管92與一第三廢水管93。第一進水管71與廢水進水管10連接，第一產水管72與產水匯流管20連接，第一廢水管73與第二進水管81連接；第二產水管82與產水匯流管20連接，第二廢水管83與第三進水管91連接；第三產水管92與產水匯流管20連接，第三廢水管93與廢水排放管30連接。本發明之多段式廢水處理回收系統1之第一廢水處理單元41、第二廢水處理單元42與第三廢水處理單元43分別包括至少一廢水處理模組，且廢水處理模組係為一逆滲透廢水處理模組，但並不以此為限。

請參考第2圖，第2圖繪示了本發明之一較佳實施例之逆滲透廢水處理模組900之廢水處理示意圖。如第2圖所示，本發明之逆滲透廢水處理模組900包括一逆滲透膜910、一產水容置空間920與一廢水容置空間930，其中逆滲透膜910係設置於產水容置空間920與廢水容置空間930之間，且逆滲透膜910具有多個水分子大小般的孔洞(圖未示)。當存放於廢水容置空間930內之雜質濃度較高之溶液與存放於產水容置空間920內之雜質濃度較低之溶液由逆滲透膜所分隔時，雜質濃度較低的溶液之溶劑(水分子)會自然地流往廢水容置空間930以使廢水容置空間930內之溶液能與產水容置空間920內之溶液達到濃度平衡(equilibrium)，而當雜質濃度較低的溶液之溶劑流往廢水容置空間930時，廢水容置空間930之水平面則會高於產水容置空間920之水平面，形成一稱之為滲透壓之壓力差。而本發明之逆滲透廢水處理模組900係利用在廢水容置空間930當中施加一大於其滲透壓之壓力P，使位於廢水容置空間930之溶劑在壓力的迫使之下能穿過逆滲透膜910並流往產水容置空間920內，藉此達到淨水的作用。本發明所使用之逆滲透膜910能在讓溶劑在自由穿透的情況下，將有機雜質過濾，但並不以此為限，例如本發明所使用之逆滲透膜910亦可為過濾重金屬、礦物質等其它雜質之膜層。從廢水容置空間930穿透逆滲透膜910之溶劑(產水)會被回收再利用，而停留在廢水容置空間930內之雜質濃度較高之液體(廢水)則將再次被導入另一逆滲透廢水處理模組900進行處理，或是被視為濃縮水而排放(圖未示)。

請參考第3圖，第3圖繪示了本發明第一較佳實施例之多段式廢水處理回收系統2之示意圖。如第3圖所示，本實施例之多段式廢水處理回收系統2包括一廢水進水管100、一產水匯流管200、一廢水排放管300、複數個廢水處理單元400、至少一第一流量控制裝置500以及至少一第二流量控制裝置600。廢水處理單元400至少包括一第一廢水處理單元410、一第二廢水處理單元420與一第三廢水處理單元430，其中第一廢水處理單元410包括一第一進水管412、一第一產水管414與一第一廢水管416，第二廢水處理單元420包括一第二進水管422、一第二產水管424與一第二廢水管426，第三廢水處理單元430包括一第三進水管432、一第三產水管434與一第三廢水管436。第一進水管412與廢水進水管100連接，第一產水管414與產水匯流管200連接，第一廢水管416與第二進水管422連接；第二產水管424與產水匯流管200連接，第二廢水管426與第三進水管432連接；第三產水管434與產水匯流管200連接，第三廢水管436與廢水排放管300連接。本實施例之多段式廢水處理回收系統2之第一廢水處理單元410、第二廢水處理單元420與第三廢水處理單元430係分別為一逆滲透處理單元，且各第一廢水處理單元410、第二廢水處理單元420與第三廢水處理單元430係包括至少一個廢水處理模組800。

本發明之第一流量控制裝置500係設置於第一產水管414與產水匯流管200之間用以控制第一產水管414之流量，第二流量控制裝置600係設置於第二產水管424與產水匯流管200之間用以控制第二產水管424之流量。在本實施例中，第一流量控制裝置500包括一第一閥門510以及一第一流量指示計520，第二流量控制裝置600包括一第二閥門610以及一第二流量指示計620，其中第一閥門510與第二閥門610係為手動閥門，但並不以此為限，例如亦可為電動閥門或其它各種型式之閥門。此外，本發明之第一流量指示計520與第二流量指示計620係分別用於監測第一產水管414與第二產水管424之流量，使第一閥門510與第二閥門610能被有效的控制與操作，且本實施例之第一流量指示計520與第二流量指示計620係分別設置於第一閥門510與第二閥門610之前(產水係先經過第一流量指示計520再流經第一閥門510，以及先經過第二流量指示計620再流經第二閥門610)，但並不以此為限，第一流量指示計520與第二流量指示計620亦可分別設置於第一閥門510與第二閥門610之後。此外，在經過第三階段廢水處理之後而尚未被處理之濃縮水最終係由廢水排放管300排出。值得說明的是，本實施例之多段式廢水處理回收系統為三段式，但是在實際的應用上並不以三段式為限，而可使用多於三階段的廢水處理階段。當本實施例之多段式廢水處理回收系統為多於三段式時，第一流量控制裝置500與第二流量控制裝置600之設置亦可隨之對應增加，以各別控制每一廢水處理階段之產水匯流至產水匯流管200之流量，以避免因流量不足所造成之逆滲透膜阻塞問題。

本實施例藉由第一流量控制裝置500之第一閥門510與第二流量控制裝置600之第二閥門610限縮第一產水管414與第二產水管424流往產水匯流管200之流量，使流往第三廢水處理單元430之廢水流量能控制在一定的程度以上，避免第三廢水處理單元430內之廢水處理模組800因流量不足而造成逆滲透膜之阻塞。舉例而言，在本實施例中，從第三廢水處理單元430所排放出之濃縮水之流量大體上較佳大於每小時3.67立方公尺，但不以此為限而可依照廢水處理模組800的規格不同加以變更。此外，本實施例之第一廢水處理單元410、第二廢水處理單元420與第三廢水處理單元430在廢水處理模組800之數目比大體上為4:2:1。例如，本實施例之第一廢水處理單元410具有4個廢水處理模組800，第二廢水處理單元420具有2個廢水處理模組800以及第三廢水處理單元430具有1個廢水處理模組800，但廢水處理模組800的實際數目與分配比例並不以此為限。此外，經由產水匯流管200所匯流之產水與廢水排放管300所排放之濃縮水之流量比大體上介於87.5:12.5至92.5:7.5之間，且較佳為90:10，但不以此為限。例如當經由廢水進水管100進入廢水處理單元400之流量為每小時100立方公尺時，從廢水排放管300所排放出之濃縮水流量係大體上介於每小時7.5至12.5立方公尺，而從產水匯流管200所匯流之產水流量則大體上介於每小時87.5至92.5立方公尺。值得說明的是，本實施例之多段式廢水處理回收系統2較佳可不設置用以將廢水排放管300所排放出之濃縮水重新導入第一廢水回收單元410之回流管線，且在此狀況下可節省設備成本。

請參考第4圖，第4圖繪示了本發明第二較佳實施例之多段式廢水處理回收系統3示意圖。本實施例與前述之實施例使用相同符號標注相同元件，並僅針對相異處進行說明。如第4圖所示，不同於前述之第一較佳實施例，本發明第二較佳實施例之多段式廢水處理回收系統3之第一流量控制裝置500與第二流量控制裝置600分別包括一第一可替換管線710以及一第二可替換管線720，並分別搭配一第一流量指示計520與一第二流量指示計620以進行產水流量的監控。在施行上，本實施例之第一流量控制裝置500與第二流量控制裝置600可分別利用不同管徑尺寸之第一可替換管線710以及第二可替換管線720取代第一較佳實施例中所使用的第一閥門510與第二閥門610，以分別控制第一產水管414與第二產水管424之產水流量。舉例而言，第一可替換管線710之管徑可大於第二可替換管線720之管徑，但不以此為限，而可視流量設計的不同變更第一可替換管線710與第二可替換管線720之管徑大小。在第一產水管414與第二產水管424之產水流量受到控制的情況下，本實施例之多段式廢水處理回收系統3亦能達到與前述實施例所述之相同的功效。此外，第一廢水處理單元410、第二廢水處理單元420與第三廢水處理單元430所使用的廢水處理模組800的實際數目與分配比例，並不以第4圖所繪示之為限，而可依多段式廢水處理回收系統3的需求加以變更。

綜上所述，本發明之多段式廢水處理回收系統利用三個或以上的廢水處理單元，可有效提升廢水回收率。此外，本發明之多段式廢水處理回收系統係藉由設置第一流量控制裝置於第一產水管與產水匯流管之間，以及設置第二流量控制裝置於第二產水管與產水匯流管之間，達到縮限第一產水管與第二產水管流往產水匯流管之水量，以間接增加流往第三廢水處理單元之水量。在第一產水管與第二產水管所能通過產水匯流管的水量受到流量控制裝置的操作下，分配至第三廢水處理單元之廢水流量與流速皆能得到提升，進而有效降低各廢水處理單元內之逆滲透膜阻塞的發生。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

P．．．壓力

1、2、3．．．多段式廢水處理回收系統

10、100．．．廢水進水管

20、200．．．產水匯流管

30、300．．．廢水排放管

40、400．．．廢水處理單元

41、410．．．第一廢水處理單元

71、412．．．第一進水管

72、414．．．第一產水管

73、416．．．第一廢水管

42、420．．．第二廢水處理單元

81、422．．．第二進水管

82、424．．．第二產水管

83、426．．．第二廢水管

43、430．．．第三廢水處理單元

91、432．．．第三進水管

92、434．．．第三產水管

93、436．．．第三廢水管

50、500．．．第一流量控制裝置

510．．．第一閥門

520．．．第一流量指示計

60、600．．．第二流量控制裝置

610．．．第二閥門

620．．．第二流量指示計

710．．．第一可替換管線

720．．．第二可替換管線

800．．．廢水處理模組

900．．．逆滲透廢水處理模組

910．．．逆滲透膜

920．．．產水容置空間

第1圖繪示了本發明之多段式廢水處理回收系統之架構示意圖。

第2圖繪示了本發明之逆滲透廢水處理模組之廢水處理示意圖。

第3圖繪示了本發明第一較佳實施例之多段式廢水處理回收系統示意圖。

第4圖繪示了本發明第二較佳實施例之多段式廢水處理回收系統示意圖。

1．．．多段式廢水處理回收系統

10．．．廢水進水管

20．．．產水匯流管

30．．．廢水排放管

40．．．廢水處理單元

41．．．第一廢水處理單元

42．．．第二廢水處理單元

43．．．第三廢水處理單元

50．．．第一流量控制裝置

60．．．第二流量控制裝置

71．．．第一進水管

72．．．第一產水管

73．．．第一廢水管

81．．．第二進水管

82．．．第二產水管

83．．．第二廢水管

91．．．第三進水管

92．．．第三產水管

93．．．第三廢水管

Claims (10)

1. 一種多段式廢水處理回收系統，包括：一廢水進水管，用以供待處理廢水之輸入；一產水匯流管，用以匯集處理後之產水；一廢水排放管，用以排放處理後之濃縮水；複數個廢水處理單元，連接於該廢水進水管與該廢水排放管之間，其中該廢水處理單元至少包括一第一廢水處理單元用以進行一第一階段廢水處理、一第二廢水處理單元用以進行一第二階段廢水處理與一第三廢水處理單元用以進行一第三階段廢水處理，該第一廢水處理單元包括一第一進水管、一第一產水管與一第一廢水管，該第二廢水處理單元包括一第二進水管、一第二產水管與一第二廢水管，該第三廢水處理單元包括一第三進水管、一第三產水管與一第三廢水管，該第一進水管與該廢水進水管連接，該第一產水管與該產水匯流管連接，該第一廢水管與該第二進水管連接，該第二產水管與該產水匯流管連接，該第二廢水管與該第三進水管連接，該第三產水管與該產水匯流管連接，該第三廢水管與該廢水排放管連接；至少一第一流量控制裝置，設置於該第一產水管與該產水匯流管之間，用以控制該第一產水管之流量；以及至少一第二流量控制裝置，設置於該第二產水管與該產水匯流管之間，用以控制該第二產水管之流量。
2. 如請求項1所述之多段式廢水處理回收系統，其中該第一廢水處理單元、該第二廢水處理單元與該第三廢水處理單元分別包括至少一廢水處理模組。
3. 如請求項2所述之多段式廢水處理回收系統，其中各該廢水處理模組分別為一逆滲透(reverse osmosis)廢水處理模組，且各該逆滲透廢水處理模組包括一逆滲透膜。
4. 如請求項2所述之多段式廢水處理回收系統，其中該第一廢水處理單元、該第二廢水處理單元與該第三廢水處理單元之廢水處理模組之數目比大體上為4：2：1。
5. 如請求項1所述之多段式廢水處理回收系統，其中經由該產水匯流管所匯流之產水與該廢水排放管所排放之濃縮水之流量比大體上介於87.5：12.5至92.5：7.5之間。
6. 如請求項1所述之多段式廢水處理回收系統，其中該第一流量控制裝置包括一第一閥門以及一第一流量指示計，且該第一流量指示計係用以監測該第一產水管之流量。
7. 如請求項1所述之多段式廢水處理回收系統，其中該第二流量控制裝置包括一第二閥門以及一第二流量指示計，且該第二流量指 示計係用以監測該第二產水管之流量。
8. 如請求項1所述之多段式廢水處理回收系統，其中該第一流量控制裝置包括一第一可替換管線，且該第二流量控制裝置包括一第二可替換管線。
9. 如請求項8所述之多段式廢水處理回收系統，其中該第一可替換管線與該第二可替換管線具有不同之管徑。
10. 如請求項8所述之多段式廢水處理回收系統，其中該第一可替換管線之管徑大於該第二可替換管線之管徑。