TWI519349B - 一種利用壓縮空氣以減少再生液及廢水之設備及其方法 - Google Patents

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Description

一種利用壓縮空氣以減少再生液及廢水之設備及其方法
本發明提供一種離子交換樹脂塔的省水方法及設備，可使用在電路板、食品、醫藥、電鍍、陽極處理等之槽液與水洗液等廢水進行去礦物質和自來水之去離子，特別適合減少廢水排放及回收再生液中的資源。
傳統的離子交換樹脂床系統，利用離子交換技術，可以從水中去除或回收的雜質，並且將雜質的集中，使得廢水水量可以減少。操作依次循環使用，包括四個步驟：通液交換(service)、逆洗(backwash)、再生(regeneration)及洗淨(rinse)，其使用過程中產生的再生廢水，通常陽離子會達到18BV和陰離子會達到14.7BV。
常用的再生劑包含鹵水，濃度5-20%的酸和鹼；再生劑與通液交換後的離子交換樹脂反應，再生劑中會含有雜質離子，特別是使用離子交換樹脂來去除金屬電鍍清洗水之重金屬雜質時，清洗水中銅或鎳的濃度由幾ppm的濃度，通液交換並再生後，會轉移至再生液中，濃度可達1~5克/升。
就理論言，以當量的酸或鹼即可達完全再生。但由於樹脂對離子選擇性的差別、樹脂中的微小孔隙及管線、樹脂塔中殘留的水，故一般必須高出數倍量的再生劑方可達到再生的目的。
如美國專利5,776,340，已經揭露一種有效回收清洗水的裝置與方 法，能夠有效節省清洗水，但是上述專利無法節省再生劑的使用並提高再生劑回收物的濃度，因此，仍有需要改善之處，來降低整體製程成本，並且能夠減少排出之廢水對於環境之污染。
針對現有的離子交換樹脂床系統，本發明之目的在於提供一種廢水處理與資源循環再利用的方法，節省傳統離子交換樹脂再生劑及純水的用量，並且能夠回收欲回收之金屬離子或物質，增進離子交換樹脂的經濟效率。
為達上揭目的，本發明是一種利用壓縮空氣以減少再生液及廢水之設備及其方法，包含有依序進行以下步驟：(a)通液交換(service)：將廢水/自來水進入離子交換樹脂塔，使欲吸收物質被離子交換樹脂吸附；(b)排空1：利用壓縮空氣由離子交換樹脂塔上方進氣，將塔中的廢水/自來水或再生液排空；(c)排空2：利用多次由離子交換樹脂塔上方的純水進水/壓縮空氣排空等二步驟的循環，將離子交換樹脂塔中的殘水或再生液進一步排空；(d)洗淨及逆洗(rinse & backwash)：利用純水由離子交換樹脂塔先進行上方進水(洗淨)，再進行下方進水(逆洗)，將殘留在離子交換樹脂塔中的廢水/自來水或再生液清洗乾淨；(e)重覆(b)排空1步驟；(f)重覆(c)排空2步驟；(g)再生(regeneration)：由離子交換樹脂塔底部，先利用文氏管吸取濃的再生劑至所需比例，再向上打入再生劑；(h)重覆(b)排空1步驟；(i)重覆(c)排空2步驟；(j)洗淨(rinse)：利用純水由離子交換樹脂塔上方進水，將殘留在離子交換樹脂塔中的再生液清洗乾淨；(k)重覆(b)排空1步驟；(l)重覆(c)排空2步驟；(m)若有第2劑以上再生劑時，重覆(g)至(l)步驟。
本發明，以第8段步驟(b)排空1以及以第8段步驟(c)排空2及(d)清洗步驟，讓離子交換樹脂塔可以產生類似洗衣機脫水/洗淨的效果。
於較佳實施例中，步驟(a)離子交換樹脂所指之離子交換樹脂，可以是強酸性陽離子交換樹脂、弱酸性陽離子交換樹脂、強鹼性陽離子交換樹脂、弱鹼性陽離子交換樹脂、螯合樹脂(chelating resin)或吸收樹脂(absorber resin)等。
於較佳實施例中，步驟(g)所使用的再生劑可以包含鹵水、濃度5-20%的酸或鹼、有機溶劑等，所需的再生劑/離子交換樹脂之體積比，可以小於1，再生劑在補充濃再生劑後，可以重覆使用1至5次。
於較佳實施例中，吸收含銅、鎳的水洗水，步驟(g)再生劑中含有的銅或鎳，可達35~50克/升的水準。
於較佳實施例中，本發明提供一種能夠用較少的逆洗及洗淨的水量，在4至6BV清洗水即能完成離子交換樹脂的再生的方法。
於較佳實施例中，步驟(c)排空2，清洗用之純水量為樹脂量的0.1%至40%，然後壓縮空氣進入，直到離子交換樹脂塔內全部液體排空，再重覆進行純水進水/壓縮空氣排空等2步驟。
於較佳實施例中，通液交換及再生後期，離子交換樹脂塔應進行內循環，使未吸收雜質之樹脂完全反應。
本發明另提供一種利用壓縮空氣以減少再生液及廢水之設備，其包括一壓縮空氣源、一再生劑槽、一純水源槽、一廢水/自來水槽、一離子交換樹脂塔、一水洗水回收槽及一廢水處理廠；其中該壓縮空氣源、該再生劑槽、該純水源槽、該水洗水回收槽及該廢水/自然水槽係與該離子交換樹脂塔之上方連接，且該離子交換樹脂塔之下方係與該純水源槽、再生劑槽、該水洗水回收槽及該廢水處理廠連接。
1‧‧‧廢水/自來水槽
2‧‧‧離子交換樹脂塔
3‧‧‧壓縮空氣源
4‧‧‧再生劑槽
5‧‧‧純水源
6‧‧‧廢水處理廠
7‧‧‧再生劑回收儲槽
8‧‧‧委外清運
9‧‧‧水洗水回收槽
〔圖1〕係說明根據本發明之的示意圖
有關本發明為達成上述目的，所採用之技術手段及其功效，茲舉出可行實施例，並且配合圖式說明如下： 首先，請參閱第一圖，本發明利用壓縮空氣以減少再生液及廢水之設備及其方法係專供使用離子交換樹脂之製程，可用於回收處理並減少再生廢水。應用本發明於化學鍍鎳廢水以回收硫酸鎳之較佳實例，包含有依序進行以下步驟：包括有化學鍍鎳廢槽液、水洗液等，至少一種廢水及混合廢水，如圖中所示之化學鎳廢水1及水洗水回收槽9中之廢水，化學鍍鎳廢槽液含有鎳離子4.5至6.5g/L、次亞磷酸鈉及有機酸螫合劑等成份，清洗水含鎳量約100-300ppm。
清洗水及化學鎳廢水進入離子交換樹脂塔2後，使其吸附至飽和，之後離子交換樹脂塔2應進行內循環，使未吸收雜質之離子交換樹脂完全反應。為減少再生劑用量及提升欲回收物質濃度，其中該步驟(g)再生之初期再生劑排水，應排至廢水處理廠6或水洗水回收槽9，以減少清洗水進入再生劑中。
將離子交換樹脂塔2中之廢水排至水洗水回收槽9，再以純水3、壓縮空氣4進行排空/清洗至乾淨為止。
以硫酸、氫氧化鈉為再生劑4，並以文氏管吸取再生劑，並製造所需濃度的再生液。
再生液進入離子交換樹脂塔2，以內循環方式進行再生後，處理後廢水排至廢水處理廠6或再生液回收槽4，再以純水3、壓縮空氣4進行排空/清 洗至乾淨為止。含低濃度欲回收物質的水排至水洗水回收槽9，即可在再生液回收儲槽7中，得到高濃度的硫酸鎳(含鎳量35-50g/l)，可委外清運8回收做製造硫酸鎳原料。
茲舉出本發明之第一實施例：由美上鎂科技股份有限公司提供之廢水實施測試實驗，處理項目為：報廢化學鍍鎳槽液，鎳離子濃度4.9g/L，以不稀釋的方式，依本發明技術實施作測試實驗，處理量12L/min，以滴定分析含鎳量：
註：第97分鐘時，停止產水，開始內循環
註：
(1)第2次使用之再生劑，為第1次再生後，再添加硫酸後重覆使用。
(2)以硫酸為再生劑，再生30分鐘，處理量12L/min
(1)‧‧‧廢水/自來水槽
(2)‧‧‧離子交換樹脂塔
(3)‧‧‧壓縮空氣源
(4)‧‧‧再生劑槽
(5)‧‧‧純水源
(6)‧‧‧廢水處理廠
(7)‧‧‧再生劑回收儲槽
(8)‧‧‧委外清運
(9)‧‧‧水洗水回收槽

Claims (9)

  1. 一種利用壓縮空氣以減少再生液及廢水之方法，包含有依序進行以下步驟：(a)通液交換(service)：將廢水/自來水進入離子交換樹脂塔，使欲吸收物質被離子交換樹脂吸附；(b)排空1：利用壓縮空氣由離子交換樹脂塔上方進氣，將離子交換樹脂塔中的廢水/自來水或再生液排空；(c)排空2：利用多次由離子交換樹脂塔上方的純水進水/壓縮空氣排空二步驟的循環，將離子交換樹脂塔中的殘水或再生液進一步排空；(d)洗淨及逆洗：利用純水由離子交換樹脂塔先進行上方進水，再進行下方進水，將殘留在離子交換樹脂塔中的廢水/自來水或再生液清洗乾淨；(e)重覆(b)排空1步驟；(g)再生(regeneration)：由離子交換樹脂塔底部，先利用文氏管吸取濃的再生劑，再向上打入再生劑，再生之初期再生劑排水，係排至廢水處理廠或水洗水回收槽；(h)重覆(b)排空1步驟；(i)重覆(c)排空2步驟；(j)洗淨(rinse)：利用純水由離子交換樹脂塔上方進水，將殘留在離子交換樹脂塔中的再生液清洗乾淨；以及(k)重覆(b)排空1步驟。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之利用壓縮空氣以減少再生液及廢水之方法，其中該步驟(c)排空2，清洗用之純水量為樹脂用量的0.01%至50%的，然 後壓縮空氣進入，排空液體0.1~1200秒，再重覆1至50次進行純水進水/壓縮空氣排空等二步驟。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之利用壓縮空氣以減少再生液及廢水之方法，該方法更包括使用第2劑以上再生劑重複進行(g)至(k)步驟。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之利用壓縮空氣以減少再生液及廢水之方法，其中該步驟(a)離子交換樹脂所指之離子交換樹脂是強酸性陽離子交換樹脂、弱酸性陽離子交換樹脂、強鹼性陽離子交換樹脂、弱鹼性陽離子交換樹脂、螯合樹脂(chelating resin)或吸收樹脂(absorber resin)。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之利用壓縮空氣以減少再生液及廢水之方法，其中該步驟(g)再生所使用的再生劑包含鹵水、酸、鹼或有機溶劑，該步驟(g)包括：用文氏管添加再生劑或直接加至再生劑槽，所需的再生劑/離子交換樹脂之體積比小於1。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之利用壓縮空氣以減少再生液及廢水之方法，其中步驟(a)通液交換(service)及步驟(g)再生係採內循環的方式。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之利用壓縮空氣以減少再生液及廢水之方法，其中該步驟(b)排空1、步驟(c)排空2、步驟(d)清洗及逆洗及步驟(j)清洗之排水，含有欲回收物質者係排至水洗水回收槽，並於下次步驟(a)通液交換(service)時處理。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之利用壓縮空氣以減少再生液及廢水之方法，其中該步驟(g)再生時所使用的再生劑補充方法，係用文氏管吸取濃再生劑稀釋至固定比例，文氏管流入端流入的是純水或已再生過的再生劑，吸取端為濃的未使用的再生劑，泵浦係安裝於文氏管前面或後面。
  9. 一種利用壓縮空氣以減少再生液及廢水之設備，其包括一壓縮空氣源、一再生劑槽、一純水源槽、一廢水/自來水槽、一離子交換樹脂塔、一水洗水回收槽及一廢水處理廠；其中該壓縮空氣源、該再生劑槽、該純水源槽、該水洗水回收槽及該廢水/自然水槽係與該離子交換樹脂塔之上方連接，且該離子交換樹脂塔之下方係與該純水源槽、該再生劑槽、該水洗水回收槽及該廢水處理廠連接。
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