TWI421213B - 使用隔膜式電解法從混凝污泥中回收鋁鹽之方法與系統 - Google Patents

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Description

使用隔膜式電解法從混凝污泥中回收鋁鹽之方法與系統
本發明係與混凝污泥回收鋁鹽之技術有關，更詳而言之是指一種使用隔膜式電解法從混凝污泥中回收鋁鹽之方法與系統者。
按，習知淨水廠混凝程序通常會加入鋁系混凝劑，因此，排出之淨水污泥中會含有Al(OH)3 固體物。由於鋁為兩性物質，習知含鋁污泥之鋁鹽回收方式不外乎進行污泥之酸化或鹼化程序，相關方法及處理設備之技術如中華民國第I316510號、第I300058號、第I325847號、第M302575號等專利所示。
一般而言，當酸化PH＜2及鹼化PH＞12時，會產生最佳的鋁鹽回收效率，傳統酸化程序多採用無機酸一硫酸或鹽酸溶液，鹼化程序係採用氫氧化鈉溶液，不過具腐蝕性的強酸及強鹼操作時會產生相當的危險性。
本發明之主要目的即在提供一種使用隔膜式電解法從混凝污泥中回收鋁鹽之方法與系統，其利用隔膜電解所產生強酸水、強鹼水技術，可便利地移除、回收汙泥中的鋁鹽，且操作時無危險性者。
緣是，為達成前述之目的，本發明係提供一種使用隔膜式電解法從混凝污泥中回收鋁鹽之方法，其步驟至少包含有隔膜式電解：係將含鋁之混凝污泥與氯化鈉溶液分別置於一電解槽之陰、陽極槽內，該陰、陽極槽係以一質子膜相隔，並充份混合該陰、陽極槽內之混凝污泥與氯化鈉溶液以進行電解程序，而可產生強酸性及強鹼性電解水，並可於該陰、陽極槽內分別形成酸化與鹼化混凝污泥之反應，用以可分別獲致含Al3+ 之酸液與含Al(OH)4 - 之鹼液；及固液分離：利用一濾材過濾前述酸液及鹼液而分別收集Al3+ 濾液及Al(OH)4 - 濾液，留滯於該濾材之酸、鹼性污泥則加以混合形成中性污泥，再另行妥善處理。
進一步地，隔膜式電解之步驟中，係將等量的含鋁之混凝污泥加入氯化鈉溶液再進行電解程序。
進一步地，隔膜式電解之步驟中，該質子膜係固態電解質構成。
進一步地，隔膜式電解之步驟中，該陽極槽係產生pH＜2之強酸性電解水，該陰極槽係產生pH＞12的強鹼性電解水。
進一步地，隔膜式電解之步驟中，該陽極槽內之陽極不斷產生H+ 離子而與混凝污泥中Al(OH)3 反應生成Al3+ ，該陰極槽內之陰極係不斷產生OH- 離子而與污泥中Al(OH)3 反應生成Al(OH)4 - 。
進一步地，固液分離之步驟中，該濾材係不織布。
此外，本發明更提供一種使用隔膜式電解法從混凝污泥中回收鋁鹽之系統，包含有一電解槽，包含連通之一陰極槽與一陽極槽，該陰、陽極槽內分別設有一濾材及位於濾材內之陰、陽極；一質子膜，阻隔該陰極槽與一陽極槽；及數閥門，分別連通該陰、陽極槽。
進一步地，該質子膜係固態電解質構成。
進一步地，各該濾材概呈袋狀，該陰、陽極係伸入濾材。
進一步地，各該閥門係分別連通陰、陽極槽與濾材內部。
以下，茲舉本發明二較佳實施例，並配合圖式做進一步之詳細說明如後：
請參閱各圖所示，本發明一較佳實施例使用隔膜式電解法從混凝污泥中回收鋁鹽之方法100，係使用一系統10進行，該系統10包含有一電解槽12、一質子膜14與數閥門16。
該電解槽12，包含連通之一陰極槽22與一陽極槽24，該陰、陽極槽22、24內分別設有一濾材26、27及位於濾材26、27內之陰、陽極28、30。各該濾材26、27概呈袋狀，係不織布材質。該陰極28係鋅鉑鈦材質之陰極，該陽極30係石墨材質之陽極。該陰、陽極28、30並連接一直流電源供應器32。
該質子膜14，設置於該電解槽12內並阻隔陰極槽22與陽極槽24，係固態電解質構成。
各該閥門16、17、18、19，係分別連通該陰、陽極槽22、24與濾材26、27之內部。
此外，該陰、陽極槽22、24內更分別延伸設有一攪拌棒34、36(連接攪拌機)，各該攪拌棒34、36係分別伸入濾材26、27內部。
藉此，本發明該方法100之第一步驟係隔膜式電解110：係將固定濃度且等量之含鋁混凝污泥與氯化鈉(NaCl)溶液分別加入該陰、陽極槽22、24之濾材26、27內，再驅動各該攪拌棒34、36，以攪拌、充份混合混凝污泥與氯化鈉溶液，繼而打開該直流電源供應器32以進行電解程序，而可產生強酸性及強鹼性電解水，並可於該陰、陽極槽內分別形成酸化與鹼化混凝污泥之反應，俾強酸性電解水與污泥作用可生成Al3+ 溶液(氯化鋁溶液)，而強鹼性電解水與污泥作用可生成Al(OH)4 - 溶液(鋁酸鈉溶液)(陽極30不斷產生H+ 離子與混凝污泥中Al(OH)3 反應生成Al3+ ，陰極28不斷產生OH- 離子與污泥中Al(OH)3 反應生成Al(OH)4 - )。
本發明該方法100之第二步驟係固液分離120：係關閉各該直流電源供應器32與攪拌棒34、36，再打 開各該閥門18、19，以分別收集經各該濾材26、27過濾之Al3+ 濾液及Al(OH)4 - 濾液，待鋁鹽濾液回收完畢，關閉各該閥門18、19，再打開各該閥門16、17排放被各濾材26、27留滯之酸、鹼性污泥，經混合調成中性污泥，再另行妥善處理。
以下係本發明該方法100之實例：
進行該隔膜式電解110步驟時，可先取二份200g淨水廠之含鋁混凝污泥加入4000ml水，再分置於該陰、陽極槽22、24之濾材26、27中，並加入2%氯化鈉當電解質，啟動各該攪拌棒34、36以均勻攪拌，並以直流50V進行電解180分鐘，定時取樣測pH值。
結果由圖三可知，初期該陽極30之pH值隨時間快速下降，50分鐘後pH<2；而初期該陰極28之pH值隨時間快速升高，80分鐘後pH>12。基此，顯示該陰、陽極28、30的酸、鹼度都可達到鋁鹽適溶的階段。
而由圖四可知，該陰、陽極槽22、24確實可酸化、鹼化含鋁污泥，且鋁溶出量隨電解時間增加。
而進行該固液分離120之步驟後，該陽極槽24內經過濾材27過濾後測得濾液之鋁濃度為726.8mg/L，污泥溶出鋁量為13.7g/Kg(氧化鋁)。該陰極槽22內經過濾材26過濾後測得濾液之鋁濃度為465.9mg/L，污泥溶出鋁量為8.8g/Kg(氧化鋁)。剩餘之酸、鹼性 污泥經混合調勻後，其pH值為6.7，以上結果列於表一。
由上可知，本發明使用隔膜式電解法從混凝污泥中回收鋁鹽之方法與系統，係採用隔膜電解水的方式，陰陽兩槽間以固態電解質構成之質子膜相隔，致使電解過程產生之電解水可達到更酸、更鹼的程度，讓陽極槽產製的強酸性電解水pH<2和陰極槽產製的強鹼性電解水pH>12，同時酸化及鹼化含鋁污泥，且陽極不斷產生H+ 離子與污泥中Al(OH)3 反應生成Al3+ ，陰極因鋁析出的還原電位明顯大於氫的析出電位因此固態鋁無法在陰極表面析出，只有氫還原析出產生OH- 離子與污泥中Al(OH)3 反應生成Al(OH)4 - ，進而收集陽極槽的Al3+ 溶液與陰極槽的Al(OH)4 - 溶液達到回收鋁鹽的目的，且操作時無危險性，甚具實用價值；緣是，本發明確時符合發明專利之要件，爰依法提出申 請。
10‧‧‧系統
12‧‧‧電解槽
14‧‧‧質子膜
16‧‧‧閥門
22‧‧‧陰極槽
24‧‧‧陽極槽
26、27‧‧‧濾材
28、30‧‧‧陰、陽極
32‧‧‧直流電源供應器
34、36‧‧‧攪拌棒
100‧‧‧方法
110‧‧‧隔膜式電解
120‧‧‧固液分離
圖一係本發明一較佳實施例之流程圖。
圖二係本發明一較佳實施例之系統圖。
圖三係本發明之陰、陽極pH值隨電解時間變化圖。
圖四係本發明之污泥鋁溶出量(g/Kg，氧化鋁)隨電解時間之變化圖
100．．．方法
110．．．隔膜式電解
120．．．固液分離

Claims (7)

  1. 一種使用隔膜式電解法從混凝污泥中回收鋁鹽之方法，其步驟至少包含有：隔膜式電解：係將等量含鋁之混凝污泥與氯化鈉溶液分別置於一電解槽之陰、陽極槽內，該陰、陽極槽係以一質子膜相隔，並充份混合該陰、陽極槽內之混凝污泥與氯化鈉溶液以進行電解程序，電解所使用之電壓值係與混凝污泥中鋁含量有關，只需大於水的氧化還原電位，而可於該陰、陽極槽內分別形成酸化與鹼化混凝污泥之反應，及產生強酸性及強鹼性之電解水即可，該強酸性電解水之pH<2，該強鹼性電解水之pH>12，該陽極槽內之陽極不斷產生H+ 離子而與混凝污泥中Al(OH)3 反應生成Al3+ ，該陰極槽內之陰極係不斷產生OH- 離子而與污泥中Al(OH)3 反應生成Al(OH)4 - ，用以可分別獲致含Al3+ 之酸液與含Al(OH)4 - 之鹼液；及固液分離：利用一濾材過濾前述酸液及鹼液而分別收集Al3+ 濾液及Al(OH)4 - 濾液，留滯於該濾材之酸、鹼性污泥則加以混合形成中性污泥，再另行妥善處理。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，隔膜式電解之步驟中，該質子膜係固態電解質構成。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，固 液分離之步驟中，該濾材係不織布。
  4. 一種使用隔膜式電解法從混凝污泥中回收鋁鹽之系統，包含有：一電解槽，包含連通之一陰極槽與一陽極槽，該陰、陽極槽內分別設有一濾材及位於濾材內之陰、陽極；一質子膜，阻隔該陰極槽與一陽極槽；及數閥門，分別連通該陰、陽極槽。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之系統，其中，該質子膜係固態電解質構成。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之系統，其中，各該濾材概呈袋狀，該陰、陽極係伸入濾材。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之系統，其中，各該閥門係分別連通陰、陽極槽與濾材內部。
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王羅春等，"隔膜電解法處理EDTA廢水技術綜述"，上海電力學院學報，2007年12月第23卷第4期，第349-353頁。 *

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