TWI620718B

TWI620718B - 電觸媒及電透析之廢水脫色裝置

Info

Publication number: TWI620718B
Application number: TW106112806A
Authority: TW
Inventors: 章日行; 祝銘佑
Original assignee: 朝陽科技大學
Priority date: 2017-04-17
Filing date: 2017-04-17
Publication date: 2018-04-11
Also published as: TW201838926A

Abstract

本發明係包括一陽極室、第一濃極室、一淡極室、第二濃極室、陰極室及一曝氣部。陽極室設一陽極觸媒板並供入廢水；曝氣部係對陽極室供氣。當對廢水進行曝氣及電觸媒反應，係將廢水中的複數個較大分子物體分解成複數個較小分子物體；再將廢水依序導入陰極室與淡極室中，而進行電透析反應，使淡極室內複數個帶有陰離子與陽離子之較小分子物體，分別朝第一濃極室與第二濃極室移動，當達預定處理時間；即可由淡極室內導出之一處理後之水。故，本案兼具處理成本相對低廉、對環境無負面影響、處理效果佳，處理時間短且操作簡易等優點。

Description

電觸媒及電透析之廢水脫色裝置

本發明係有關一種電觸媒及電透析之廢水脫色裝置，尤指一種兼具處理成本相對低廉、對環境無負面影響、處理效果佳，處理時間短且操作簡易之電觸媒及電透析之廢水脫色裝置。

國內舉凡印刷業、製革業、印染整理業等產業，製程常使產生之廢水具有高色度之特性，縱使經處理後仍難以符合排放標準，且有礙觀瞻並容易引起公眾疑慮。由於造成廢水顏色之分子物體結構特殊，傳統之生物處理方法往往無法將其有效去除，且不同產業其廢水特性也不盡相同，更是增加處理難度，遂盼能有一共同方法處理之，也就是以單一方法只調整操作條件，便能用於不同種類廢水之脫色技術。以染整廢水為例，目前常見之脫色方法有添加次氯酸鈉(NaCIO)、脫色劑、臭氧高級處理技術等。於放流水中添加次氯酸鈉雖能部分有效去除色度，但會使得水中有效餘氯增加，若廢水或排放水體中含有有機物，將反應形成三鹵甲烷，進而對水體生態造成影響。脫色劑為高分子物體聚合物，雖不致增加水中有效餘氯，但其成份對生態之影響亦尚待釐清。而臭氧處理技術則有成本高昂之缺點。另外，也有業者利用單獨之電觸媒技術來處理廢水，其中電觸媒技術主要作為降解廢水中有機污染物，脫色之效果有限。此外，單獨之電透析技術也已發展多年，然而，此方法主要為分離水中帶電離子。特別是應用於海水淡化，原理是將海水中之鈉離子與氯離子分離，以便得到低鈉離子及低氯離子之淡水。有鑑於此，必需研發出可解決上述習用缺點之技術。

本發明之目的，在於提供一種電觸媒及電透析之廢水脫色裝置，其兼具處理成本相對低廉、對環境無負面影響、處理效果佳，與處理時間短且操作成本較傳統技術低等優點。特別是，本發明所欲解決之問題係在於傳統尚無電觸媒及電透析之廢水脫色裝置等問題。解決上述問題之技術手段係提供一種電觸媒及電透析之廢水脫色裝置，其包括：一直流供電部，係具有一正極及一負極，分別用以供應一正極電及一負極電；一電透析反應部，係依序設一陽極室、一第一陽離子交換膜、一第一濃極室、一第一陰離子交換膜、一淡極室、一第二陽離子交換膜、一第二濃極室、一第二陰離子交換膜及一陰極室；該陽極室係設一陽極觸媒板，其係電性連結該正極；該陰極室係電性連結該負極；一曝氣部，係設一供氣部及一曝氣導管；該曝氣導管係設於該陽極室內，並位於該陽極觸媒板下方；該供氣部用以經該曝氣導管，而從該陽極室下方向上供氣，而可排出複數氣泡；一管路部，係具有一第一管、一第二管、一第三管、一第四管及一第五管；該第一管係連通該陽極室，該第二管係連通該陽極室及該陰極室；該第三管係連通該陰極室及該淡極室；該第四管係連通該淡極室及外界；該第五管係連通該第一濃極室、該第二濃極室及外界；藉此，該第一管係用以將一含有複數個較大分子物體之廢水導入該陽極室，配合該曝氣部進行曝氣及電觸媒反應，在該電觸媒反應中，該複數個較大分子物體被分解成複數個較小分子物體，該複數個較小分子物體係由複數個帶有陰離子之較小分子物體與複數個帶有陽離子之較小分子物體組成；並經該第二管導入該陰極室；再經該第三管流入該淡極室中，以進行電透析反應，在進行該電透析反應中，該淡極室內之該複數個帶有陰離子之較小分子物體，係受該陽極室吸引，而能穿過該第一陰離子交換膜，但無法穿過該第一陽離子交換膜，進而被限制於該第一濃極室中；該淡極室內之該複數個帶有陽離子之較小分子物體，係受該陰極室吸引，而能穿過該第二陽離子交換膜，但無法穿過該第二陰離子交換膜，進而被限制於該第二濃極室中，並當進行該電透析反應進行達預定處理時間，即可由該第四管導出該淡極室內之一處理後之水，並於該第一濃極室及該第二濃極室形成一雜液。本發明之上述目的與優點，不難從下述所選用實施例之詳細說明與附圖中，獲得深入瞭解。茲以下列實施例並配合圖式詳細說明本發明於後：

參閱第1、第2及第3圖，本發明係為一電觸媒及電透析之廢水脫色裝置，其包括一直流供電部10、一電透析反應部20、一曝氣部30及一管路部40。關於該直流供電部10，係具有一正極11及一負極12，分別用以供應一正極電及一負極電。關於該電透析反應部20，係依序設一陽極室20A、一第一陽離子交換膜20B、一第一濃極室20C、一第一陰離子交換膜20D、一淡極室20E、一第二陽離子交換膜20F、一第二濃極室20G、一第二陰離子交換膜20H及一陰極室20I。該陽極室20A係設一陽極觸媒板21，其係電性連結該正極11；該陰極室20I係電性連結該負極12。關於該曝氣部30，係設一供氣部31及一曝氣導管32(如第4及第5圖所示)。該曝氣導管32係設於該陽極室20A內，並位於該陽極觸媒板21下方。該供氣部31用以經該曝氣導管32，而從該陽極室20A下方向上供氣，而可排出複數氣泡90(如第5及第6圖所示)。關於該管路部40，係具有一第一管40A、一第二管40B、一第三管40C、一第四管40D及一第五管40E。該第一管40A係連通該陽極室20A；該第二管40B係連通該陽極室20A及該陰極室20I；該第三管20C係連通該陰極室20I及該淡極室20E；該第四管40D係連通該淡極室20E及外界；該第五管40E係連通該第一濃極室20C、該第二濃極室20G及外界。藉此，該第一管40A係用以將一含有複數個較大分子物體81(參閱第7A圖)之廢水83導入該陽極室20A，配合該曝氣部30進行曝氣及電觸媒反應，在該電觸媒反應中，該複數個較大分子物體81被分解成複數個較小分子物體82(如第7B圖所示)，該複數個較小分子物體82係由複數個帶有陰離子之較小分子物體82A與複數個帶有陽離子之較小分子物體82B組成；並經該第二管40B導入該陰極室20I；再經該第三管40C流入該淡極室20E中，以進行電透析反應，在進行該電透析反應中(如第8圖所示)，該淡極室20E內之該複數個帶有陰離子之較小分子物體82A，係受該陽極室20A吸引，而能穿過該第一陰離子交換膜20D，但無法穿過該第一陽離子交換膜20B，進而被限制於該第一濃極室20C中；該淡極室20E內之該複數個帶有陽離子之較小分子物體82B，係受該陰極室20I吸引，而能穿過該第二陽離子交換膜20F，但無法穿過該第二陰離子交換膜20H，進而被限制於該第二濃極室20G中，並當進行該電透析反應進行達預定處理時間，即可由該第四管40D導出該淡極室20E內之一處理後之水85；同時，該第一濃極室20C及該第二濃極室20G形成一濃度較該淡極室20E高之雜液84。實務上，該陰極室20I內係設一陰極板22，其係電性連結該負極12。該陽極觸媒板21可為二氧化銥材質。本發明可又包括一第一泵51、一第二泵52、一第三泵53及一第四泵54。關於該第一泵51，係設於該第一管40A上，用以輔助導引將含有該複數個較大分子物體81之該廢水83導入該陽極室20A。關於該第二泵52，係設於該第二管40B上，用以輔助導引將含有該複數個較小分子物體82之該廢水83導入該陰極室20I。關於該第三泵53，係設於該第三管40C上，用以輔助導引將含有該複數個較小分子物體82之該廢水83，從該陰極室20I導入該淡極室20E。關於該第四泵54，係設於該第五管40E上，用以輔助導引將該雜液84排出該第一濃極室20C及該第二濃極室20G。本發明可又包括一回收槽60，該第五管40E係一端連通該第一濃極室20C及該第二濃極室20G，且另端連通該回收槽60。藉此，該第一濃極室20C及該第二濃極室20G形成之該雜液84。該雜液84具有直接排出、預定時間排出、循環擾動其中至少一種處理方式，其中： [a] 直接排出：於進行該電透析反應過程中，該雜液84係直接經該第五管40E排至該回收槽60。 [b] 預定時間排出：當進行該電透析反應進行一段時間(即該雜液84之濃度變高)，即經該第五管40E排至該回收槽60。 [c] 循環擾動：對應此處理方式，形成一迴路，其路徑包括：該第一濃極室20C及該第二濃極室20G→該第五管40E→該回收槽60→再連通該第一濃極室20C及該第二濃極室20G。這樣的設計，係藉由該雜液84，再利用為該第一濃極室20C及該第二濃極室20G產生擾動，有較佳之電透析效果，同樣的到達一預定時間後(即濃度變高)，再排出。本發明之重點在於，結合電觸媒、曝氣與電透析之基本原理，只需通電便可進行廢水脫色，茲分述如下： [a] 電觸媒(Electrocatalysis)：該正極11及該負極12分別對該陽極室20A之該陽極觸媒板21與該陰極室20I之該陰極板22供電。達成先以該陽極觸媒板21對該廢水83進行電觸媒處理，使該複數個較大分子物體81(如第7A圖所示)被分解成複數個較小分子物體82(如第7B圖所示)，此時廢水顏色已經淡化。 [b] 曝氣：該供氣部31經該曝氣導管32，而從該陽極室20A下方，向上供氣而排出複數氣泡90(如第5及第6圖所示)而可對該陽極室20A內之該廢水83進行擾動，以增強電觸媒之反應效率。 [c] 電透析(Electrodialysis)：在進行該電透析反應中(如第8圖所示)，該淡極室20E內之該複數個帶有陰離子之較小分子物體82A，係受該陽極室20A之該陽極觸媒板21吸引，而能穿過該第一陰離子交換膜20D，但無法穿過該第一陽離子交換膜20B，進而被限制於該第一濃極室20C中。同樣的，該淡極室20E內複數個帶有陽離子之較小分子物體82B，係受該陰極室20I之該陰極板22吸引，而能穿過該第二陽離子交換膜20F，但無法穿過該第二陰離子交換膜20H，進而被限制於該第二濃極室20G中。參閱第9圖，係為導電度(EC)對應時間之曲線圖，其呈下降趨勢。如第10圖所示，係酸鹼值(pH)對應時間之曲線圖，雖有鹼化現象但仍在合理範圍。再請參閱第11圖，其為化學需氧量(COD)對應時間之曲線圖，有效降低COD至放流水標準。至於第12圖，其由右至左分別為廢水處理前、處理中與處理後之示意圖，可明確看出，處理後之廢水已相當乾淨。本發明之優點及功效可歸納如下： [1] 處理成本相對低廉。公知臭氧處理技術向來有成本高昂之缺點。本技術係結合電觸媒與電透析之基本原理，只需通電，便可進行廢水脫色。故，成本相對低廉。 [2] 對環境無負面影響。常見之脫色方法有添加次氯酸鈉(NaClO)、脫色劑、臭氧高級處理技術等。於放流水中添加次氯酸鈉或脫色劑雖能有效去除色度，但有影響水體生態環境之疑慮。而本案則革除這些缺點。故，對環境無負面影響。 [3] 處理效果佳。本案可進行串聯多階段的處理模式，有效處理高濃度色料廢水，甚至可處理色料廢水至接近無色透明。故，處理效果佳。 [4] 處理時間短且操作簡易。本案巧妙的利用電觸媒先將有色之較大分子物體降解(或分解)成較小分子物體，再理用電透析法將較小分子物體透過陽離子交換膜與陰離子交換膜，集中於特定區間(即本案之第一濃極室及第二濃極室)中。故，處理時間短且操作簡易。以上僅是藉由較佳實施例詳細說明本發明，對於該實施例所做的任何簡單修改與變化，皆不脫離本發明之精神與範圍。

10‧‧‧直流供電部

11‧‧‧正極

12‧‧‧負極

20‧‧‧電透析反應部

20A‧‧‧陽極室

20B‧‧‧第一陽離子交換膜

20C‧‧‧第一濃極室

20D‧‧‧第一陰離子交換膜

20E‧‧‧淡極室

20F‧‧‧第二陽離子交換膜

20G‧‧‧第二濃極室

20H‧‧‧第二陰離子交換膜

20I‧‧‧陰極室

21‧‧‧陽極觸媒板

22‧‧‧陰極板

30‧‧‧曝氣部

31‧‧‧供氣部

32‧‧‧曝氣導管

40‧‧‧管路部

40A‧‧‧第一管

40B‧‧‧第二管

40C‧‧‧第三管

40D‧‧‧第四管

40E‧‧‧第五管

51‧‧‧第一泵

52‧‧‧第二泵

53‧‧‧第三泵

54‧‧‧第四泵

60‧‧‧回收槽

81‧‧‧較大分子物體

82‧‧‧較小分子物體

82A‧‧‧帶有陰離子之較小分子物體

82B‧‧‧帶有陽離子之較小分子物體

83‧‧‧廢水

84‧‧‧雜液

85‧‧‧處理後之水

90‧‧‧氣泡

第1圖係本發明之示意圖第2圖係本發明之主要裝置之俯視圖第3圖係第2圖之簡化之示意圖第4圖係第1圖之局部剖視圖第5圖係第4圖之其他角度之示意圖第6圖係第5圖之局部放大之示意圖第7A圖係本發明之有色之較大分子物體之示意圖第7B圖係第7A圖之有色之較大分子物體分解成較小分子物體之示意圖第8圖係本發明之進行分子物體脫色之示意圖第9圖係導電度(EC)對應時間之曲線圖第10圖係酸鹼值(pH)對應時間之曲線圖第11圖係化學需氧量(COD)對應時間之曲線圖第12圖係廢水處理前、廢水處理中與廢水處理後之實體照片

Claims

一種電觸媒及電透析之廢水脫色裝置，係包括：一直流供電部，係具有一正極及一負極，分別用以供應一正極電及一負極電；　一電透析反應部，係依序設一陽極室、一第一陽離子交換膜、一第一濃極室、一第一陰離子交換膜、一淡極室、一第二陽離子交換膜、一第二濃極室、一第二陰離子交換膜及一陰極室；該陽極室係設一陽極觸媒板，其係電性連結該正極；該陰極室係電性連結該負極；　一曝氣部，係設一供氣部及一曝氣導管；該曝氣導管係設於該陽極室內，並位於該陽極觸媒板下方；該供氣部用以經該曝氣導管，而從該陽極室下方向上供氣，而可排出複數氣泡；　一管路部，係具有一第一管、一第二管、一第三管、一第四管及一第五管；該第一管係連通該陽極室，該第二管係連通該陽極室及該陰極室；該第三管係連通該陰極室及該淡極室；該第四管係連通該淡極室及外界；該第五管係連通該第一濃極室、該第二濃極室及外界；　藉此，該第一管係用以將一含有複數個較大分子物體之廢水導入該陽極室，配合該曝氣部進行曝氣及電觸媒反應，在該電觸媒反應中，該複數個較大分子物體被分解成複數個較小分子物體，該複數個較小分子物體係由複數個帶有陰離子之較小分子物體與複數個帶有陽離子之較小分子物體組成；並經該第二管導入該陰極室；再經該第三管流入該淡極室中，以進行電透析反應，在進行該電透析反應中，該淡極室內之該複數個帶有陰離子之較小分子物體，係受該陽極室吸引，而能穿過該第一陰離子交換膜，但無法穿過該第一陽離子交換膜，進而被限制於該第一濃極室中；該淡極室內之該複數個帶有陽離子之較小分子物體，係受該陰極室吸引，而能穿過該第二陽離子交換膜，但無法穿過該第二陰離子交換膜，進而被限制於該第二濃極室中，並當進行該電透析反應進行達預定處理時間，即可由該第四管導出該淡極室內之一處理後之水；同時，該第一濃極室及該第二濃極室形成一濃度較該淡極室高之雜液。
如申請專利範圍第１項所述之電觸媒及電透析之廢水脫色裝置，其中，該陰極室內係設一陰極板，其係電性連結該負極。
如申請專利範圍第１項所述之電觸媒及電透析之廢水脫色裝置，其中，該陽極觸媒板係為二氧化銥材質。
如申請專利範圍第１項所述之電觸媒及電透析之廢水脫色裝置，其又包括一第一泵，係設於該第一管上，用以輔助導引，而將含有該複數個較大分子物體之該廢水導入該陽極室。
如申請專利範圍第１項所述之電觸媒及電透析之廢水脫色裝置，其又包括一第二泵，係設於該第二管上，用以輔助導引，而將含有該複數個較小分子物體之該廢水導入該陰極室。
如申請專利範圍第１項所述之電觸媒及電透析之廢水脫色裝置，其又包括一第三泵，係設於該第三管上，用以輔助導引，而將含有該複數個較小分子物體之該廢水，從該陰極室導入該淡極室。
如申請專利範圍第１項所述之電觸媒及電透析之廢水脫色裝置，其又包括一第四泵，係設於該第五管上，用以輔助導引，而將該雜液排出該第一濃極室及該第二濃極室。
如申請專利範圍第７項所述之電觸媒及電透析之廢水脫色裝置，其又包括一回收槽，該第五管係一端連通該第一濃極室及該第二濃極室，且另端連通該回收槽；藉此，該第一濃極室及該第二濃極室形成之該雜液，係具有直接排出、預定時間排出、循環擾動其中至少一種處理方式，其中：　[a] 直接排出：於進行該電透析反應過程中，該雜液係直接經該第五管排至該回收槽；　[b] 預定時間排出：當進行該電透析反應進行一段時間，即經該第五管排至該回收槽；　[c] 循環擾動：此處理方式具有一迴路，其路徑依序連通該第一濃極室及該第二濃極室、該第五管、該回收槽、再連通該第一濃極室及該第二濃極室；而藉由該雜液，再利用為該第一濃極室及該第二濃極室產生擾動，有較佳之電透析效果，同樣到達一預定時間後，再排出。