TWI424971B - Electroplating wastewater conversion process of pure water - Google Patents

Description

電鍍廢水轉化純水製程

本發明是有關於一種工業廢水回收製程，特別是指一種電鍍廢水轉化純水製程。

由於近年來，水資源的匱乏，再加上台灣地狹人稠，平日生活起居所造成的家庭污水及工廠製造而產生的大量工業廢水對我們生存的環境造成很大的影響。在過去，尚未有明確的環保回收概念時，一般工業廢水大多直接排放或經過處理廢水中的有毒物質後排放，但在用水成本日益高昂且為了不浪費水資源的考量下，企業紛紛對工廠製程中可以回收的製程用水進行純化，得到的純水回收至產線再利用，降低用水成本與水資源浪費。

對於工業廢水常用的脫鹽方法通常有逆滲透、電透析、倒極式電透析，與離子交換樹脂等。

其中，逆滲透是一種薄膜分離技術，藉由逆滲透膜在壓力下使溶液中的溶劑與溶質分離的過程，在有鹽份的水中施加比自然滲透壓更大的壓力，使原水從濃度較高的一邊滲透到濃度較低的一邊，供水中的水分子與其它物質分離。

因為逆滲透膜上的孔隙極小(0.0001微米)，僅為細菌、病毒體的幾千分之一，故利用逆滲透所得之水即為純水，不含有任何礦物質及微量元素。但其缺點是因孔隙小，使逆滲透膜十分容易阻塞，不僅耗能且純水回收率也低，，比起其它脫鹽方法，逆滲透的處理時間較長，相同時間內所能處理的水量較少，所以在回收純水製程上並不適用，故需要再尋求其它更佳的解決方案。

電透析是以電力驅動正負離子並透過選擇性離子交換膜進行原水的脫鹽，也就是利用陽離子只能穿透陽離子交換膜，陰離子只能穿透陰離子交換膜的特性，在外加直流電場的作用下，使陰離子移向陽極，陽離子移向陰極，最後得到淡水與濃水。

而倒極式電透析是針對電透析技術作進一步修正，藉著定時將電透析的直流電正負極極性互換，能自動地清洗離子交換膜表面上的結垢，以增加電透析設備的穩定性、壽命，並減少化學藥品的用量。與逆滲透相比，有更佳的物理性與耐化性，對雜質、膠質，與細菌的容忍度亦較逆滲透高。

離子交換樹脂是將離子性官能基結合在樹脂上，使水中的陰、陽離子擴散至離子交換樹脂上與相同電荷的離子交換，之後使用再生液使經交換而結合於離子交換樹脂的陰、陽離子分離出，以達到去除或回收水中的陰、陽離子的目的。離子交換樹脂的優點在於對無機離子的去除能力甚優，且裝置簡單具再生能力。

此外，水中鹽類含量與上述脫鹽方法的操作成本及適用性有很大的關係。逆滲透適用於總固體溶解濃度超過百萬分之5000的水質；電透析與倒極式電透析適用於總固體溶解濃度為百萬分之500～5000的高濃度鹽類；離子交換樹脂適用於總固體溶解濃度低於百萬分之500的低濃度鹽類；而總固體溶解濃度超過百萬分之10000者則需要考慮其它方法去除水中鹽類。

由於各種工業廢水所含有的成分並不相同，而一般鋼鐵廠電鍍鋅產線在電鍍製程中產生的廢水通常會含有鐵氧化物、鹽類(大部分鹽類都可電離成陰、陽離子而溶解在水中)、有機物質等，為有效率且低成本地得到純水，需要針對廢水中的成分選擇適當的方法，以濾除水中的雜質而得到可回收再利用的純水。

因此，本發明之目的，即在提供一種可以完全去鐵、導電度低、水回收率高，且轉化水質達純水標準的電鍍廢水轉化純水製程。

於是，本發明電鍍廢水轉化純水製程包含一廢水混合步驟、一懸浮物過濾步驟，及一脫鹽步驟。

該廢水混合步驟是將多股電鍍製程廢水泵入混合成一廢水體。

該懸浮物過濾步驟是將該廢水體進行一進行鐵離子氧化的氧化調勻程序、一濾除懸浮固體和污泥的混凝沉澱程序，與一濾除殘餘懸浮微粒的砂濾程序，得到一澄清的待處理水體。

該脫鹽步驟是以一倒極式電透析程序與一離子交換樹脂程序去除該待處理水體的陰離子與陽離子，得到一純水體。

本發明之功效在於：用廢水混合步驟將多股產線廢水依比例混合後，以懸浮物過濾步驟先行進行濾除廢水中粒徑較大的懸浮固體及污泥等，最後待處理水體經脫鹽步驟去除水中的陰、陽離子，即可得到可回收至產線重覆使用的純水體。

有關本發明之前述及其他技術內容、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。

參閱圖1，本發明電鍍廢水轉化純水製程的一較佳實施例包含依序實施的一廢水混合步驟1、一懸浮物過濾步驟2，及一脫鹽步驟3。

該廢水混合步驟1以在鋼鐵廠的電鍍鋅產線進行電鍍鋅製程後排放，且分別暫存於酸洗洗滌廢水、熱浸槽洗滌廢水，及冷凝水暫存槽中的酸洗洗滌廢水、熱浸槽洗滌廢水，及冷凝水作為回收水源，並依實際各股廢水排水量的比例3：3：2，分別泵入具有液位控制的氧化調勻槽混合，在本實施例中，該酸洗洗滌廢水、熱浸槽洗滌廢水，及冷凝水分別以每分鐘9、9，及6公升的流速泵入風量為每分鐘1.7立方公尺的氧化調勻槽混合後得到一廢水體41。

參閱圖1、2，接下來繼續實行該懸浮物過濾步驟2，首先是進行氧化調勻程序21，先調整氧化調勻槽內該廢水體41的酸鹼值(pH)在6.8～8.5，並曝氣超過1小時以使該廢水體41的氧化還原電位(ORP)大於250毫伏特(mV)，使該廢水體41中的亞鐵離子(Fe²⁺ )氧化成鐵離子(Fe³⁺ )，與該廢水體41中原本即存在的鐵離子形成氫氧化鐵(Fe(OH)₃ )，達到去除該廢水體41中鐵離子的目的而得到一無鐵廢水體42，在此要說明的是，該無鐵廢水體42並非真正無鐵離子存在，而只是幾近無鐵離子存在；在本實施例中，最佳操作條件為酸鹼值控制在6.8、曝氣1小時，使氧化還原電位等於250毫伏特。

接著實行混凝沉澱程序22，再將該無鐵廢水體42快混1～3分鐘後，加入濃度百萬分之0.5～1.5(ppm)的陰離子高分子助凝劑且慢混3～8分鐘，之後靜置在沉澱池中0.5～2.5小時，使該無鐵廢水體42中的懸浮固體、鐵氧化物(包含氧化調勻程序21中形成的氫氧化鐵等)、有機物沉澱後流出，而得到一流出水體43，在本實施例中，最佳操作條件為快混2分鐘，添加濃度百萬分之1的陰離子高分子助凝劑且慢混5分鐘，後靜置1.5小時。

在實行氧化調勻程序21與混凝沉澱程序22的前與後該廢水體21與該流出水體23的變化如表一所示：

另外，實行氧化調勻程序21與混凝沉澱程序22後的水回收率的估算方式為：全鐵(T-Fe)最高值每公升120毫克(mg)形成氫氧化鐵後約為每公升230毫克，廢水其它的總懸浮量(S.S.)以每公升100毫克估算，每小時的水處理量以0.3公噸計算，則產生污泥乾重每小時0.1公斤，再以污泥含固率0.5%及每公升1.005公斤的比重估算，每小時會產生21公升的污泥水，故水回收率為(300-21)/300=93%。

再接著實行該懸浮物過濾步驟2的砂濾程序23，該流出水體43在流出沉澱池後，經砂濾去除水中粒徑是5～300微米(μm)的懸浮固體微粒，而得到一澄清的待處理水體44，在本實施例中，砂濾程序23最有效且經濟的懸浮固體微粒的粒徑約為20微米。

參閱圖1、3，得到該澄清的待處理水體44後，接著進行該脫鹽步驟3以去除該待處理水體44中的陽離子與陰離子。

該脫鹽步驟3實施時是先執行倒極式電透析程序31，將6套分別具有25對倒極式電透析膜片的小型倒極式電透析模組串聯、超過90%的水回收率、倒極頻率為每小時至少1次，且該等小型倒極式電透析模組的操作電壓為23～25伏特(V)，來實行該倒極式電透析程序31，以去除該待處理水體44中的陰離子與陽離子。

需要注意的是，當膜片壓力大於每平方公分1.5公斤時，需要對膜片進行酸洗40分鐘，在本實施例中，水回收率為90%，倒極頻率為每小時1次，且為以3%的鹽酸(HCl)進行酸洗。在該倒極式電透析程序31實行後會產生一供該離子交換樹脂程序32實行的淡水體45，及一流入廢水處理廠進行處理的第一濃水體46。

在實行倒極式電透析程序31的前與後，該待處理水體44、該淡水體45，與該第一濃水體46的變化如表二所示：

接著再實行離子交換樹脂程序32以對該淡水體45進一步去除水中殘留的陽離子與陰離子，該離子交換樹脂程序32使該淡水體45依序通過一活性碳吸附塔、一陽離子交換樹脂塔，及一陰離子交換樹脂塔(圖未示出)；更詳細地說，該淡水體45以每分鐘5公升的流速，先經過活性碳吸附塔去除該淡水體45中的有機物，之後，分別經過各裝25公升陽離子及陰離子交換樹脂塔，以分別去除水中經該倒極式電透析程序31後殘存的陽離子與陰離子，陽離子交換樹脂塔使用離子型態為鈉離子型(即含有可與陽離子交換的Na⁺ )、官能基為磺酸，且粒徑是0.55～0.65毫米(mm)，用以去除該淡水體45中的陽離子；而陰離子交換樹脂塔使用離子型態為氯離子型(即含有可與陰離子交換的Cl^- )、官能基為三級銨(Tertiary Amine，-(N(CH₃ )₂ )⁺ OH^- )、四級銨(Quaternary Amine，-(N(CH₃ )₃ )⁺ OH^- )，且粒徑是0.54～0.64毫米，用以去除該淡水體45中的陰離子。

經該離子交換樹脂程序32的水回收率為98%，且經該離子交換樹脂程序32後得到一符合純水要求的純水體48，及一第二濃水體47，需要一提的是，再生頻率為平均每20公噸的產水即需進行再生一次，陽離子交換樹脂塔使用的再生液為鹽酸；陰離子交換樹脂塔使用的再生液為氫氧化鈉溶液(NaOH)。

在實行該離子交換樹脂程序32前、後，該淡水體45與該純水體48的變化如表三所示：

綜上所述，本發明是針對鋼鐵廠電鍍鋅產線在電鍍製程中產生的廢水，依序進行該廢水混合步驟1、該懸浮物過濾步驟2，及該脫鹽步驟3，而得到可回收至產線再利用的該純水體48，且經過計算，實施至該懸浮物過濾步驟2的水回收率為93%，再經過該脫鹽步驟3的倒極式電透析程序31、離子交換樹脂程序32的水回收率為90%、98%，而最終得到純水的水回收率為82%，且最終得到的純水體確實完全去鐵、導電度低、水質符合純水水質標準，而可再回收至產線利用，或排放至外界亦不會造成環境的破壞，確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1．．．廢水混合步驟

2．．．懸浮物過濾步驟

21．．．氧化調勻程序

22．．．混凝沉澱程序

23．．．砂濾程序

3．．．脫鹽步驟

31．．．倒極式電透析程序

32．．．離子交換樹脂程序

41．．．廢水體

42．．．無鐵廢水體

43．．．流出水體

44．．．待處理水體

45．．．淡水體

46．．．第一濃水體

47．．．第二濃水體

48．．．純水體

圖1是一流程圖，說明本發明電鍍廢水轉化純水製程的一較佳實施例；

圖2是一流程圖，輔助說明圖1本發明電鍍廢水轉化純水製程之較佳實施例的一懸浮物過濾步驟；及

圖3是一流程圖，輔助說明圖1本發明電鍍廢水轉化純水製程之較佳實施例的一脫鹽步驟。

1．．．廢水混合步驟

2．．．懸浮物過濾步驟

3．．．脫鹽步驟

41．．．廢水體

44．．．待處理水體

48．．．純水體

Claims (8)

1. 一種電鍍廢水轉化純水製程，包含：一廢水混合步驟，將電鍍製程的酸洗洗滌水、熱洗水廢水，及冷凝水以3：3：2的流速比例泵入混合；一懸浮物過濾步驟，將該廢水體進行一進行鐵離子氧化的氧化調勻程序、一濾除懸浮固體和污泥的混凝沉澱程序，與一濾除殘餘懸浮微粒的砂濾程序，得到一澄清的待處理水體，其中，該氧化調勻程序是調整該廢水體的酸鹼值至6.8~8.5，並曝氣使該廢水體的氧化還原電位大於250毫伏特，進而使鐵離子形成氫氧化鐵，得到一無鐵廢水體；及一脫鹽步驟，以一倒極式電透析程序與一離子交換樹脂程序去除該待處理水體的陰離子與陽離子，得到一純水體。
2. 根據申請專利範圍第1項所述的電鍍廢水轉化純水製程，其中，該懸浮物過濾步驟的混凝沉澱程序是將該無鐵廢水體快混1~3分鐘後，添加濃度百萬分之0.5~1.5的陰離子高分子助凝劑後慢混3~8分鐘，再靜置0.5~2.5小時，讓該無鐵廢水體中的懸浮固體和氫氧化鐵沉澱後得到一流出水體。
3. 根據申請專利範圍第2項所述的電鍍廢水轉化純水製程，其中，該懸浮物過濾步驟的砂濾程序是將該流出水體經砂濾去除該流出水體中粒徑是5~300微米的懸浮微粒，得到該澄清的待處理水體。
4. 根據申請專利範圍第3項所述的電鍍廢水轉化純水製程，其中，該脫鹽步驟的倒極式電透析程序是控制倒極式電透析的水回收率逾90%，操作電壓為23~25伏特，倒極頻率每小時至少1次，並當膜壓力在每平分公分大於1.5公斤時進行酸洗，得到一淡水體。
5. 根據申請專利範圍第4項所述的電鍍廢水轉化純水製程，其中，該脫鹽步驟的離子交換樹脂程序是將該淡水體分別經過陽、陰離子交換樹脂塔去除陽離子與陰離子，其中，陽離子交換樹脂塔使用離子型態為鈉離子型、官能基為磺酸，且粒徑是0.55~0.65毫米，陰離子交換樹脂塔使用離子型態為氯離子型、官能基為三、四級銨，且粒徑是0.55~0.65毫米。
6. 根據申請專利範圍第5項所述的電鍍廢水轉化純水製程，其中，該脫鹽步驟還在執行離子交換樹脂程序時，首先將該淡水體經過活性碳吸附塔去除水中的有機物，再繼續經過陽、陰離子交換樹脂塔處理。
7. 根據申請專利範圍第6項所述的電鍍廢水轉化純水製程，其中，該脫鹽步驟的倒極式電透析程序還得到一流入廢水處理廠進行處理的第一濃水體。
8. 根據申請專利範圍第7項所述的電鍍廢水轉化純水製程，其中，該脫鹽步驟的離子交換樹脂程序還得到一第二濃水體。