TWI432382B - 含氨廢水的回收處理方法及其設備 - Google Patents

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Description

含氨廢水的回收處理方法及其設備
本發明是有關於一種廢水(waste water)的回收處理方法及其設備，且特別是有關於一種含氨(ammonia)廢水的回收處理方法及其設備。
隨著氣候變遷日益劇烈，全球各地發生澇災與旱災的機率也逐漸昇高，進而導致越來越不容易有效地保存與利用人類生存所不可或缺的乾淨水資源。更重要的是，全球人口數量急速成長與工業科技的迅速發展，導致人類對於環境污染日益嚴重，更使得水資源的保存與利用問題越來越惡化。因此，如何能夠有效地回收工業廢水(industrial waste water)中的污染物質，以降低污染物質對於環境的污染，已逐漸成為世界各國政府亟待解決的問題之一。
含有高濃度氨(ammonia，化學式為NH3 ，俗稱為氨氣或者是無水氨，anhydrous ammonia)的特殊廢水常見於光電半導體(optoelectronic semiconductor)、石油煉製(petroleum refining)、煉焦(coking)、肥料(fertilizer)、鋼鐵(iron and steel)和食品(foodstuff)等工業的製程廢水。高濃度氨具有腐蝕性(corrosiveness)、對於水生生物具有毒性並且對人體具有致癌性(carcinogenicity)及致基因突變性(mutagenic)等特性。因此，部分國家已經立法，或者是傾向於立法，來限制廢水中的含氮量。
目前市場上通常是利用生物厭氧處理製程(biological anaerobic treatment process)來對含氨廢水進行脫氮(denitrifacation)。然而，傳統生物厭氧處理製程的脫氮效率並不高。因此，亟需提供能夠更有效處理含氨廢水的設備與方法。
為了解決上述問題，本發明提供了一種含氨廢水的回收處理方法以及一種含氨廢水的回收處理設備，以提高含氨廢水的回收效率。
本發明提供一種含氨廢水的回收處理方法，其包括下列步驟。首先，在一含氨廢水中加入一酸性溶劑(acid solvent)，以形成一酸性廢水(acid waste water)，其中酸性廢水的酸鹼值低於6.5。接著，再利用一逆滲透膜(reverse osmosis membrane,RO membrane)將酸性廢水分離為一高濃度廢水以及一低濃度廢水。然後，再將高濃度廢水分離為一含陰離子(anions)廢水以及一含陽離子(cations)廢水，以回收含陽離子廢水。
在本發明的一實施例中，上述的含氨廢水的成分更包含過氧化氫(hydrogen peroxide，化學式為H2 O2 ，俗稱雙氧水)，並且在將酸性溶劑加入含氨廢水中之前，更包括利用一觸媒(catalyst)去除含氨廢水中的過氧化氫。其中，觸媒可為活性碳(activated carbon fibers,ACF)、二氧化錳(manganese dioxide，化學式為MnO2 )或者是鐵錳砂(manganese ore)。
在本發明的一實施例中，上述的高濃度廢水是利用一電透析模組或者是一離子交換樹脂(ion exchange resin)分離為含陰離子廢水以及含陽離子廢水。
本發明更提供一種含氨廢水的回收處理設備，其包括一酸鹼值調整槽(pH adjusting tank)、一逆滲透膜、一解離槽(ionization tank)以及一回收槽(collecting tank)，其中逆滲透膜配置於酸鹼值調整槽與解離槽之間，並且回收槽連通於解離槽。酸鹼值調整槽用以容納一含氨廢水，並且適於注入一酸性溶劑，以使含氨廢水形成一酸性廢水，其中酸性廢水的酸鹼值低於6.5。逆滲透膜用以將酸性廢水分離為一高濃度廢水以及一低濃度廢水。解離槽用以將高濃度廢水分離為一含陰離 子廢水以及一含陽離子廢水。回收槽用以回收含陽離子廢水。
在本發明的一實施例中，上述的含氨廢水的回收處理設備更包括一觸媒，而含氨廢水的成分更包含過氧化氫，並且酸鹼值調整槽配置於觸媒與逆滲透膜之間。而且，在將酸性溶劑注入含氨廢水中之前，先利用觸媒去除含氨性廢水中的過氧化氫。其中，觸媒為活性碳、二氧化錳或者是鐵錳砂。
在本發明的一實施例中，上述的解離槽中具有一電透析模組或者是一離子交換樹脂，並且高濃度廢水利用電透析模組或者是離子交換樹脂分離為含陰離子廢水以及含陽離子廢水。
在本發明的一實施例中，上述的解離槽連通於酸鹼值調整槽，用以將含陰離子廢水當作酸性溶劑注入酸鹼值調整槽中。
在本發明的一實施例中，上述的含氨廢水的回收處理設備更包括一貯存槽(storage tank)。貯存槽連通於酸鹼值調整槽，用以貯存酸性溶劑，並且適於將酸性溶劑注入酸鹼值調整槽中。
在本發明的一實施例中，上述的含氨廢水、酸性溶劑與含陰離子廢水的成分皆包含硫酸根離子(sulfate ion，化學式為SO4 2- )與氯離子(chlorine ion，化學式為Cl- )至少其中之一。
在本發明的一實施例中，上述的含氨廢水的成分更包含鈉離子(sodium ion，化學式為Na+ )與銨根離子(ammonium ion，化學式為NH4 + )至少其中之一。
相較於先前技術，本發明對於廢水中氨的回收效率會較高。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉多個實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
圖1繪示出根據本發明一個實施例的一種含氨廢水的回收處理方法的流程圖。請參考圖1所示，含氨廢水的回收處理方法包括下列步驟。首先，如步驟S110所示，在一含氨廢水中加入一酸性溶劑，以將原來呈鹼性的含氨廢水的酸鹼值調整至低於6.5，進而形成一酸性廢水。接著，如步驟S120所示，再利用逆滲透膜將酸性廢水分離為一高濃度廢水以及一低濃度廢水。然後，如步驟S130所示，再對高濃度廢水進行解離處理，以將高濃度廢水分離為一含陰離子廢水以及含氨的一含陽離子廢水。如此一來，如步驟S140所示，便能回收含氨的含陽離子廢水。
更詳細而言，氨可能會以帶正電的銨根離子(NH4+ )形式存在於溶液中。由於酸性液體會使逆滲透膜帶正電，因而會有利於逆滲透膜排斥同樣是帶正電的銨根離子，進而在高濃度廢水中保留更多的銨根離子。因此，於此實施例中會先進行步驟S110，以藉由酸性溶劑將原來呈鹼性的含氨廢水調整為酸性廢水。接著，在進行步驟S120，以利用逆滲透膜將酸性廢水分離為高濃度廢水以及低濃度廢水時，便能夠提高高濃度廢水中的銨根離子含量。此時，銨根離子含量極低的低濃度廢水便能夠回收再利用，或者是排放至廢水處理廠進行後續的一般廢水處理製程。
然後，如步驟S130所示，再利用一電透析模組或者是一離子交換樹脂來對高濃度廢水進行解離處理，以將高濃度廢水分離為含陰離子廢水以及含陽離子廢水。然後，便能如步驟S140所示回收含氨的含陽離子廢水。相較於先前技術以生物厭氧製程來對含氨廢水進行脫氮，此實施例以先濃縮再解離的方式來處理含氨廢水，能夠具有較高的氨回收效率。
值得注意的是，為了簡化上述製程中的低濃度廢水、含陰離子廢水以及含陽離子廢水等副產物的後續處理作業，酸性溶劑中所含有的陰離子成分最好是與含氨廢水中所含有的主要陰離子成分相同，以避免上述副產物中的主要成分太過複雜。
更詳細而言，來自於半導體產業或者是其他產業的含氨廢水的主要成分通常不會只包含有銨根離子，可能還會包含有硫酸根離子或者是氯離子等陰離子。舉例來說，含氨廢水的主要成分可為硫酸銨(ammonium sulphate，化學式為(NH4 )2 SO4 )廢水或者是氯化銨(ammonium chloride，化學式為NH4 Cl)廢水。此時，酸性溶劑的主要成分便可為硫酸(sulfuric acid，化學式為H2 SO4 )溶液或者是氫氯酸(hydrochloric acid，化學式為HCl，俗稱鹽酸)溶液。
另外，當含氨廢水的主要成分包含有硫酸根離子或者是氯離子時，在步驟S130中所產生的含陰離子廢水的主要成分中，亦會包含有硫酸根離子與氯離子至少其中之一。此時，含陰離子廢水便可被當作用來調整含氨廢水酸鹼值的酸性溶劑，以進行重複利用。
除此之外，於此實施例中，含氨廢水的成分更可包含鈉離子。因此，在回收含陽離子廢水時，除了可回收到氨之外，更可一併回收到鈉化合物(sodium compound)。
圖2繪示出根據本發明另一個實施例的一種含氨廢水的回收處理方法的流程圖。請參考圖2所示，此實施例中的含氨廢水的回收處理方法與前一實施例中的含氨廢水的回收處理方法相似，二者不同之處在於此實施例中的含氨廢水的主要成分更包含過氧化氫。因此，在進行步驟S110，以在將酸性溶劑注入含氨廢水中而形成酸性廢水之前，更包括進行步驟S100，以利用一觸媒去除含氨廢水中的過氧化氫。其中，觸媒可為活性碳、二氧化錳或者是鐵錳砂。其他步驟與前一實施例相同，於此不再贅述。
為了讓本技術領域中具有通常知識者能夠更容易理解上述含氨廢水的回收處理方法。以下將以具體實施例進一步揭露一種含氨廢水的回收處理設備。然而，上述含氨廢水的回收處理方法並非只能利用下述含氨廢水的回收處理設備才能進行。
圖3繪示出根據本發明一個實施例的一種含氨廢水的回收處理設 備的結構示意圖。請參考圖3所示，含氨廢水的回收處理設備100a包括一個酸鹼值調整槽110、一個逆滲透膜120、一個解離槽130以及一個回收槽140。其中，逆滲透膜120配置於酸鹼值調整槽110與解離槽130之間，並且回收槽140連通於解離槽130。
酸鹼值調整槽110用以容納含氨廢水，並且適於注入酸性溶劑，以將原來呈鹼性的含氨廢水調整為酸性廢水。然後，再利用逆滲透膜120將酸性廢水分離為高濃度廢水以及低濃度廢水。其中，氨含量極低的低濃度廢水能夠回收再利用，或者是排放至廢水處理廠進行後續的一般廢水處理製程，而氨含量極高的高濃度廢水則會注入解離槽130中，以利用解離槽130中的電透析模組或者是離子交換樹脂進一步分離為含陰離子廢水以及含陽離子廢水。之後，再將含陽離子廢水注入回收槽140進行回收。相同地，相較於先前技術以生物厭氧製程來對含氨廢水進行脫氮，此實施例以先濃縮再解離的方式來處理含氨廢水，能夠具有較高的回收效率。
另外，當含氨廢水的主要成分還包含有硫酸根離子或者是氯離子等陰離子時，可選擇上述陰離子的氫化物(如硫酸與氫氯酸)來做為酸性溶劑的主要成分，以便簡化低濃度廢水、含陰離子廢水以及含陽離子廢水等副產物的後續處理作業。而且，於此實施例中，解離槽130亦可連通於酸鹼值調整槽110。此時，還能夠直接將含陰離子廢水當做用來調整含氨廢水酸鹼值的酸性溶劑來注入酸鹼值調整槽110中，以進行重複利用。
值得注意的是，部分的陰離子會在上述製程中隨著低濃度廢水被排放掉，因此含陰離子廢水中的陰離子含量可能不足以在後續製程中將含氨廢水調整至所需酸鹼值。因此，此實施例中的含氨廢水的回收處理設備100a更可包括連通於酸鹼值調整槽110，並且用以貯存酸性溶劑的一個貯存槽150，以便根據需求量將酸性溶劑從貯存槽150注入酸鹼值調整槽110中。
此外，含氨廢水的回收處理設備100a還可包括複數個泵浦160、170以及180。其中，泵浦160可連接於酸鹼值調整槽110與逆滲透膜120之間，用以將酸性廢水從酸鹼值調整槽110輸送至逆滲透膜120。再者，泵浦170可連接於逆滲透膜120與解離槽130之間，用以將高濃度廢水從逆滲透膜120注入解離槽130。另外，泵浦180則可連接於貯存槽150與酸鹼值調整槽110之間，用以將酸性溶劑從貯存槽150注入至酸鹼值調整槽110。
除此之外，於此實施例中，含氨廢水的成分更可包含鈉離子。因此，在回收含陽離子廢水時，除了可回收到氨之外，更可一併回收到鈉化合物。
圖4繪示出根據本發明另一個實施例的一種含氨廢水的回收處理設備的結構示意圖。請參考圖4所示，此實施例中的含氨廢水的回收處理設備100b與前一實施例中的含氨廢水的回收處理設備100a相似，二者不同之處在於此實施例中的含氨廢水的主要成分更包含過氧化氫，因此含氨廢水的回收處理設備100b更可包括一個觸媒190，並且酸鹼值調整槽110配置於觸媒190與逆滲透膜120之間。其中，觸媒190可為活性碳、二氧化錳或者是鐵錳砂，用以在將酸性溶劑注入含氨廢水中之前，先去除酸性廢水中的過氧化氫。其他元件的功能及連接關係與前一實施例相同，於此不再贅述。
綜合上述，由於酸性液體會使逆滲透膜帶正電，因而會有利於逆滲透膜排斥銨根離子，以便在高濃度廢水中保留更多的銨根離子。因此，本發明先將含氨廢水的酸鹼值調整為酸性，然後在利用逆滲透膜將酸性廢水分離為高濃度廢水以及低濃度廢水時，便能提高逆滲透膜對於銨根離子的回收效率。然後，再對高濃度廢水進行處理，以將其分離為含陰離子廢水以及含陽離子廢水。之後，便能回收含有氨的含陽離子廢水。因此，相較於先前技術，本發明對於氨的回收效率會較高。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100a、100b‧‧‧含氨廢水的回收處理設備
110‧‧‧酸鹼值調整槽
120‧‧‧逆滲透膜
130‧‧‧解離槽
140‧‧‧回收槽
150‧‧‧貯存槽
160、170、180‧‧‧泵浦
190‧‧‧觸媒
S100、S110、S120、S130、S140‧‧‧步驟
圖1繪示出根據本發明一個實施例的一種含氨廢水的回收處理方法的流程圖。
圖2繪示出根據本發明另一個實施例的一種含氨廢水的回收處理方法的流程圖。
圖3繪示出根據本發明一個實施例的一種含氨廢水的回收處理設備的結構示意圖。
圖4繪示出根據本發明另一個實施例的一種含氨廢水的回收處理設備的結構示意圖。
S110、S120、S130、S140‧‧‧步驟

Claims (14)

  1. 一種含氨廢水的回收處理方法，包括：在一含氨廢水中加入一酸性溶劑，以形成一酸性廢水，其中該酸性廢水的酸鹼值低於6.5；利用一逆滲透膜將該酸性廢水分離為一高濃度廢水以及一低濃度廢水；以及將該高濃度廢水分離為一含陰離子廢水以及一含陽離子廢水，以回收該含陽離子廢水。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的含氨廢水的回收處理方法，其中該含氨廢水的成分更包含過氧化氫，並且在將該酸性溶劑加入該含氨廢水中之前，更包括利用一觸媒去除該含氨廢水中的該過氧化氫。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的含氨廢水的回收處理方法，其中該觸媒為活性碳、二氧化錳或者是鐵錳砂。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的含氨廢水的回收處理方法，其中該高濃度廢水是利用一電透析模組或者是一離子交換樹脂分離為該含陰離子廢水以及該含陽離子廢水。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的含氨廢水的回收處理方法，其中該含氨廢水、該酸性溶劑與該含陰離子廢水的成分皆包含硫酸根離子與氯離子至少其中之一。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的含氨廢水的回收處理方法，其中該含氨廢水的成分更包含鈉離子與銨根離子至少其中之一。
  7. 一種含氨廢水的回收處理設備，包括：一酸鹼值調整槽，用以容納一含氨廢水，並且適於注入一酸性溶劑，以使該含氨廢水形成一酸性廢水，其中該酸性廢水的酸鹼值低於6.5； 一逆滲透膜，用以將該酸性廢水分離為一高濃度廢水以及一低濃度廢水；一解離槽，該逆滲透膜配置於該酸鹼值調整槽與該解離槽之間，並且該解離槽用以將該高濃度廢水分離為一含陰離子廢水以及一含陽離子廢水；以及一回收槽，連通於該解離槽，用以回收該含陽離子廢水。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的含氨廢水的回收處理設備，更包括一觸媒，並且該含氨廢水的成分更包含過氧化氫，其中該酸鹼值調整槽配置於該觸媒與該逆滲透膜之間，並且在將該酸性溶劑注入該含氨廢水中之前，先利用該觸媒去除該含氨廢水中的該過氧化氫。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的含氨廢水的回收處理設備，其中該觸媒為活性碳、二氧化錳或者是鐵錳砂。
  10. 如申請專利範圍第7項所述的含氨廢水的回收處理設備，其中該解離槽中具有一電透析模組或者是一離子交換樹脂，並且該高濃度廢水利用該電透析模組或者是該離子交換樹脂分離為該含陰離子廢水以及該含陽離子廢水。
  11. 如申請專利範圍第7項所述的含氨廢水的回收處理設備，其中該解離槽連通於該酸鹼值調整槽，用以將該含陰離子廢水當作該酸性溶劑注入該酸鹼值調整槽中。
  12. 如申請專利範圍第7項所述的含氨廢液的回收處理設備，更包括一貯存槽，連通於該酸鹼值調整槽，用以貯存該酸性溶劑，並且適於將該酸性溶劑注入該酸鹼值調整槽中。
  13. 如申請專利範圍第7項所述的含氨廢水的回收處理設備，其中該含氨廢水、該酸性溶劑與該含陰離子廢水的成分皆包含硫酸根離子與氯離子至少其中之一。
  14. 如申請專利範圍第7項所述的含氨廢水的回收處理設備，其中該含氨 廢水的成分更包含鈉離子與銨根離子至少其中之一。
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