TWI653198B - 一種薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理方法與系統 - Google Patents

一種薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理方法與系統 Download PDF

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Abstract

一種薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理系統包 括第一pH調節槽、芬頓反應槽、H2O2吹除槽、第二pH調節槽、貯留槽、及薄膜槽。一種有機汙染物處理方法將芬頓反應與薄膜過濾耦合在一起。

Description

一種薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理方法 與系統
本發明是有關於環境技術，且更具體而言是有關於一種將芬頓反應(Fenton reaction)與薄膜過濾(membrane filtration)耦合之有機汙染物處理方法與系統。
芬頓氧化是用於對例如廢水中的三氯乙烯(Trichloroethylene，TCE)及四氯乙烯(全氯乙烯(Perchloroethylene，PCE))等汙染物進行氧化的高級氧化製程(advanced oxidation process，AOP)。芬頓氧化中所使用的化學試劑被稱為芬頓試劑一由HJH芬頓(HJH Fenton)在19世紀90年代開發出的過氧化氫與亞鐵觸媒的溶液。
在芬頓反應製程中，必須存在過渡金屬(例如鐵)形式的觸媒才能起始所述反應。在以下製程中由過氧化氫將鐵(II)氧化成鐵(III)，進而形成羥基自由基及氫氧離子： Fe2++H2O2 → Fe3++HO‧+OH- (1)
藉由此製程所產生的自由基為強效的、非選擇性氧化劑。 利用芬頓試劑對有機化合物進行氧化是快速的、會放熱的，且主要將汙染物氧化為二氧化碳及水。
在傳統的芬頓氧化製程中，需連續添加亞鐵離子來維持所述反應。因此，在將pH調節至8至9之間之後，過量的三價鐵離子藉由沈澱及沈降而自所述系統移除。圖1所示傳統的芬頓氧化系統100包括：第一pH調節槽110，用於藉由添加酸性試劑來調節待處理的廢水的pH值並對廢水投加亞鐵試劑；芬頓反應槽120，用於向投加有亞鐵試劑的廢水中添加H2O2並使得能夠進行芬頓反應；H2O2吹除槽130，用於吹除未反應的H2O2及在芬頓反應期間產生的氣泡；第二pH調節槽140，用於接收鹼性試劑以調節經空氣吹除的廢水的pH值；凝聚劑投料槽(coagulant dosage tank)150，用於接收凝聚劑試劑以形成固體；以及沈降槽160，用於使固體沈澱。
在實際工業應用中，基於重力的固液分離具有以下缺點：
1.鐵錯合物及高級氧化製程副產物通常以不容易下沈的微小的針形絮凝體(pin-floc)形式存在。必須添加額外的化學藥品(例如聚丙烯醯胺(polyacrylamide，PAM)或其他絮凝劑(flocculant))來促進重力分離。
2.在芬頓反應期間所產生的氣泡可附著至絮凝體而造成浮力，進而阻礙沈降。作為一種解決方案，需要單獨的空氣吹除槽。
3.因重力沈降的限制而使流出物品質變差。
微過濾製程及超過濾製程是重力沈降的優異的替代形式，乃因高pH範圍使鐵錯合物能夠以不溶性形式存在，所述不溶性形式可容易被薄膜截留以產生相較於重力沈降而言更佳的流出物品質。當已在薄膜表面上形成被濾除的鐵錯合物的活性層以藉由電荷斥力來提供增強的鐵錯合物濾除時尤其如此。然而，此種活性層(其亦為薄膜結垢層)可在產水壓力(負壓)不受抑制時使所述製程不可持續。因此，迫切需要利用適宜的預防措施(藉由維護清洗)來操作微過濾或超過濾以減輕結垢。
先前已研究並報告了將薄膜過濾耦合至芬頓氧化是對傳統系統的有效改進。然而，研究是非常有限的，且主要局限於對模式汙染物進行處理的高度受控的實驗室規模的實驗。更相關的中試規模(pilot-scale)研究要么利用薄膜過濾作為對下游芬頓製程的預處理，或者在非代表性實驗的運行持續時間方面存在偏頗並且無法表現出穩定的薄膜效能。
本發明的一個態樣提供一種薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理系統。在一個實施例中，所述薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理系統包括：第一pH調節槽，用於接收流入物，其中所接收的所述流入物含有有機汙染物；其中所述第一pH調節槽接收酸性試劑以調節所接收的所述流入物的pH值並接收亞鐵試劑以投加於所接收的所述流入物中；芬頓反應槽，與所述第一pH調節槽流體耦合；其中所述芬頓反應槽接收來自所述第一 pH調節槽的經pH調節的且投加有亞鐵的流入物、以及H2O2；藉此使所接收的所述H2O2與亞鐵試劑在所述芬頓反應槽中進行芬頓反應以生成‧OH經基自由基；H2O2吹除槽，與所述芬頓反應槽流體耦合；其中所述H2O2吹除槽接收經芬頓反應處理的所述流入物且對所述流入物內的未反應的H2O2進行吹除；第二pH調節槽，與所述H2O2吹除槽流體耦合；其中所述第二pH調節槽接收來自所述H2O2吹除槽的H2O2被吹除的所述流入物並接收鹼性試劑以調節H2O2被吹除的所述流入物的pH值；貯留槽，與所述第二pH調節槽流體耦合；其中所述貯留槽接收來自所述第二pH調節槽的經pH調節的所述流入物並容置提升構件；以及薄膜槽，經由所述提升構件與所述貯留槽流體耦合；其中所述薄膜槽容置微過濾薄膜或超過濾薄膜，將來自所述貯留槽的經pH調節的所述流入物過濾成濾液及固體，其中濾液為水，並截留所述固體。
在所述薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理系統的另一實施例中，由所述第一pH調節槽接收的所述酸性試劑選自由常用酸構成的群組。
在所述薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理系統的另一實施例中，所述第一pH調節槽中的經調節的所述流入物的所述pH值介於2至6範圍內。
在所述薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理系統的另一實施例中，所述第一pH調節槽中的經調節的所述流入物的所述pH值介於3至4範圍內。
在所述薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理系統的另一實施例中，所述亞鐵試劑為硫酸亞鐵。
在所述薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理系統的另一實施例中，所述芬頓反應在以下化學劑量比率範圍下起作 用：
在所述薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理系統的另一實施例中，所述未反應的H2O2是由鼓風機藉由安裝於所述H2O2吹除槽的基部處的擴散器來吹除。
在所述薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理系統的另一實施例中，所述第二pH調節槽中所使用的所述鹼性試劑為氫氧化鈉。
在所述薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理系統的另一實施例中，所述第二pH調節槽中的所述經調節的流入物的所述pH值介於7至10的範圍內。
在所述薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理系統的另一實施例中，所述第二pH調節槽中的經調節的所述流入物的所述pH值介於6至8範圍內。
在所述薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理系統的另一實施例中，來自所述薄膜槽的所述固體被再循環至所述第一pH調節槽；且其中再循環速率介於50%至700%的流入物流速的範圍內，所述流入物流速為進入所述第一pH調節槽的流入物的流速。在再一實施例中，所述再循環速率介於300%至500%的流 入物流速的範圍內。
在所述薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理系統的另一實施例中，其更包括生成水槽，所述生成水槽與所述薄膜槽流體耦合以接收所述水；其中所述生成水槽中的所述水用於對所述微過濾薄膜或所述超過濾薄膜進行反洗。在再一實施例中，所述反洗是藉由依序進行酸性清洗及鹼性清洗來執行。在又一實施例中，所述酸性清洗使用水與常用酸的混合物，且所述鹼性清洗使用水與次氯酸鈉的混合物。
本發明的另一態樣提供一種薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理方法。在一個實施例中，所述薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理方法包括：自外部源接收流入物，所述流入物含有有機汙染物；藉由酸性試劑來調節所接收的所述流入物的pH值且對所接收的所述流入物投加亞鐵試劑；向經pH調節的且投加有亞鐵的所述流入物中添加H2O2以進行芬頓反應；對來自經芬頓反應處理的所述流入物中殘留的所述H2O2進行吹除；藉由鹼性試劑來調節H2O2被吹除的所述流入物的所述pH值；藉由過濾薄膜對經鹼性試劑處理的所述流入物進行過濾以生成濾液及固體，其中濾液為水並將所述固體截留於薄膜槽中；以再循環方式將來自所述薄膜槽的固體再循環至藉由酸性試劑來調節所接收的所述流入物的pH值且對所接收的所述流入物投加亞鐵試劑的所述步驟；以及對所述過濾薄膜進行反洗。
在所述薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理方法 的另一實施例中，所述酸性試劑選自由本行業中的常用酸構成的群組。
在所述薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理方法的另一實施例中，經pH調節的所述流入物的所述pH值介於2至6範圍內。
在所述薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理方法的另一實施例中，經pH調節的所述流入物的所述pH值介於3至4範圍內。
在所述薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理方法的另一實施例中，使用以下化學劑量比率範圍：及
在所述薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理方法的另一實施例中，用於對H2O2被吹除的所述流入物的所述pH值進行調節的鹼性試劑為氫氧化鈉。
在所述薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理方法的另一實施例中，經鹼性試劑處理的所述流入物的所述pH值介於7至10範圍內。
在所述薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理方法的另一實施例中，經鹼性試劑處理的所述流入物的所述pH值介於6至8範圍內。
在所述薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理方法的另一實施例中，所述再循環速率介於50%至700%的流入物流速 的範圍內，所述流入物流速為進入所述第一pH調節槽的廢水的流速。
在所述薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理方法的另一實施例中，所述再循環速率介於300%至500%的流入物流速的範圍內，所述流入物流速為進入所述第一pH調節槽的廢水的流速。
在所述薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理方法的另一實施例中，對所述過濾薄膜進行反洗的步驟是藉由依序進行酸性清洗及鹼性清洗來執行。
在所述薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理方法的另一實施例中，所述酸性清洗使用水與常用酸的混合物，且所述鹼性清洗使用水與次氯酸鈉的混合物。
在所述薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理方法的另一實施例中，其更包括對所述過濾薄膜的表面進行空氣清洗。
結合附圖閱讀本發明的較佳實施例的以下詳細說明，本發明的目的及優點將變得顯而易見。
100‧‧‧芬頓氧化系統
110、210‧‧‧第一pH調節槽
120、220‧‧‧芬頓反應槽
130、230‧‧‧H2O2吹除槽
140、240‧‧‧第二pH調節槽
150‧‧‧凝聚劑投料槽
160‧‧‧沈降槽
200‧‧‧薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理系統
250‧‧‧貯留槽
260‧‧‧薄膜槽
270‧‧‧生成水槽
300‧‧‧薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理方法
310、320、330、340、350、360、370、380、390‧‧‧步驟
現在將參考附圖來闡述根據本發明的較佳實施例，其中相同的參考編號標示相同的元件。
圖1示出傳統的芬頓反應氧化系統的功能性方塊圖。
圖2示出根據本發明實施例的薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理系統的功能性方塊圖。
圖3示出根據本發明實施例的薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理方法的流程圖。
圖4為示出在不同的芬頓試劑劑量下化學需氧量的絕對去除值的驅勢點圖。
圖5為示出在不同的薄膜清洗方案下薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理系統的操作壓力的曲線圖。
圖6為示出薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理系統在第9至第14個清洗周期之間的操作壓力的穩定性的曲線圖。
參考對本發明某些實施例的以下詳細說明，可更容易理解本發明。
在本申請案通篇中，若引用公開案，則該些公開案的揭露內容全文併入本申請案供參考，以更充分地闡述本發明所屬技術的現狀。
本發明提供一種薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理系統。簡言之，薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理系統能夠將有機汙染物的兩階段處理(即，芬頓氧化階段及薄膜過濾階段)進行整合。所述過濾可為微過濾或超過濾。薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理系統藉由芬頓反應來影響‧OH羥基自由基的生成以對流入物中的有機物質提供強但無選擇性的氧化降解。
現在參考圖2，其提供根據本發明實施例的薄膜過濾與芬 頓氧化結合的有機汙染物處理系統的功能性方塊圖。如圖2所示，薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理系統200包括第一pH調節槽210、芬頓反應槽220、H2O2吹除槽230、第二pH調節槽240、貯留槽250、薄膜槽260、及生成水槽270。
第一pH調節槽210經由流入物幫浦接收流入物，其中所接收的流入物是來自外部源(圖中未示出)且含有有機汙染物。可藉由本發明得到有效處理的示例性流入物包括來自工業製程(例如但不限於石化生產、制革廠生產、及製藥生產)的廢水流。該些廢水流因流入物中富含複雜的化學結構而具有低的生物降解性特性，所述低的生物降解性表現為低的生化需氧量(biochemical oxygen demand，BOD)對化學需氧量(chemical oxygen demand，COD)比率(通常被稱為B/C比率)。接著，第一pH調節槽210經由酸計量幫浦(acid metering pump)來接收酸性試劑，其中所述酸性試劑調節所接收的流入物的pH值。適用於本發明的酸性試劑包括本行業中最常用的酸。在某些實施例中，pH值介於2至6範圍內，較佳地介於3至4範圍內。第一pH調節槽210亦經由亞鐵計量幫浦接收亞鐵試劑並進行充分地混合。硫酸亞鐵主要因其成本低及易於得到而在芬頓反應中幾乎排他性地用作亞鐵試劑。
芬頓反應槽220與第一pH調節槽210流體耦合，並自第一pH調節槽210接收經pH調節的且投加有亞鐵的流入物；接著，芬頓反應槽220經由H2O2幫浦接收H2O2，其中所接收的H2O2與亞鐵試劑(來自上游的第一pH調節槽210)在芬頓反應槽220中 進行芬頓反應，以生成‧OH羥基自由基，進而對經pH調節的流入物中的有機汙染物提供強但無選擇性的氧化降解。流入物中的鐵錯合物、汙染物、及氧化副產物若為膠體或懸浮固體(統稱為「固體」)的形式，則是在芬頓反應之後形成的；在某些實施例中，芬頓氧化系統在以下化學劑量比率範圍下運行：及0.1→5。
H2O2吹除槽230與芬頓反應槽220流體耦合，並自芬頓反應槽220接收在芬頓反應條件下經過處理的流入物；由鼓風機藉由安裝於H2O2吹除槽230的基部處的擴散器來吹除自芬頓反應槽220接收的流入物內的未反應的H2O2。
第二pH調節槽240與H2O2吹除槽230流體耦合，並自H2O2吹除槽230接收H2O2被吹除的流入物；接著，第二pH調節槽240經由鹼計量幫浦接收鹼性試劑。為了對所接收的H2O2被吹除的流入物進行pH調節，較佳使用鹼性鈉珠形式或液體形式的氫氧化鈉，其中鹼性試劑調節所接收的H2O2被吹除的流入物的pH值。在某些實施例中，pH值介於7至10範圍內，較佳地介於6至8範圍內。
貯留槽250與第二pH調節槽240流體耦合，並自第二pH調節槽240接收經pH調節的流入物；其中貯留槽250貯留所接收的經pH調節的流入物並容置提升幫浦，所述提升幫浦將經pH調節的流入物提升至薄膜槽中，以克服重力流動的缺乏並提供緩衝體積來使貯留槽250與薄膜槽260液壓耦合。提升幫浦的操 作由定位於下游薄膜槽260內的液位感測器(level sensor)來控制，當薄膜槽260內的水位達到操作者所規定的水位時，所述水位感測器會關閉提升幫浦。
薄膜槽260經由提升幫浦與貯留槽250流體耦合，其中薄膜槽260容置在化學上耐受極端酸性條件及鹼性條件的微過濾薄膜或超過濾薄膜(其實例為利用熱致相分離技術所製造的聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene Fluoride，PVDF)薄膜)。對薄膜槽260內的薄膜表面進行空氣清洗是由鼓風機來提供，且對於控制薄膜表面上的汙垢積聚的程度(在本行業中被稱為薄膜結垢的現象)而言至關重要。有利的是使薄膜結垢現象保持受控以使薄膜系統具有操作穩定性並使與(當薄膜結垢現象變得嚴重時執行的)薄膜清洗相關聯的化學藥品消耗最小化。薄膜槽260截留固體並生成濾液，即水。來自薄膜槽260的水經由產水幫浦送至生成水槽270中，其中生成水槽270中的水將部分地用於經由反洗幫浦對薄膜進行反洗；在某些實施例中，所述水可分別經由酸計量幫浦及次氯酸鈉計量幫浦與酸或次氯酸鈉進行混合，以執行酸性清洗或鹼性清洗。接著，所述固體可作為過量的固體而經由泄除幫浦(wasting pump)被排出或經由再循環幫浦返回至第一pH調節槽210；在某些實施例中，再循環速率介於50%至700%的流入物流速(其為進入第一pH調節槽的廢水的流速)的範圍內，且較佳地介於300%至500%範圍內；因此，芬頓反應槽220中的總固體含量增加。芬頓反應槽220中的較高的固體含量會增強汙染物去除，減少化學 藥品消耗，並降低總汙泥生成量。
本發明亦提供一種薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理方法。簡言之，所述薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理方法將芬頓反應與薄膜過濾整合於一起。
現在參考圖3，其提供根據本發明實施例的薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理方法300的流程圖。如圖3所示，所述薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理方法300包括： 自外部源接收流入物，所述流入物含有有機汙染物的步驟310；示例性流入物包括來自工業製程(例如但不限於石化生產、制革廠生產、及製藥生產)的廢水流；該些廢水流因流入物中富含複雜的化學結構而具有低的生物降解性特性，所述低的生物降解性表現為低的生化需氧量(BOD)對生物需氧量(COD)比率(通常被稱為B/C比率)； 藉由酸性試劑來調節所接收的流入物的pH值且對所接收的流入物投加亞鐵試劑的步驟320；其中所述酸性試劑包括本行業中最常用的酸；在某些實施例中，經pH調節的流入物的pH值介於2至6範圍內，較佳地介於3至4範圍內；其中所述亞鐵試劑較佳為硫酸亞鐵； 向經pH調節的且投加有亞鐵的流入物中添加H2O2以進行芬頓反應的步驟330；芬頓反應生成‧OH羥基自由基，以對經pH調節的且投加有亞鐵的流入物中的有機汙染物提供強但無選擇性的氧化降解；流入物中的鐵錯合物、汙染物、及氧化副產物若為膠 體或懸浮固體形式(被統稱為「固體」)，則是在芬頓反應之後形成的；在某些實施例中，使用以下化學劑量比率範圍：及； 對來自經芬頓反應處理的流入物中殘留的H2O2進行吹除的步驟340；在某些實施例中，由鼓風機藉由擴散器對未反應的H2O2進行吹除； 藉由鹼性試劑來調節H2O2被吹除的流入物的pH值的步驟350；鹼性試劑包括為鹼性鈉珠形式或液體形式的氫氧化鈉；在某些實施例中，經鹼性試劑處理的流入物的pH值介於7至10範圍內，較佳地介於6至8範圍內； 藉由過濾(即，微過濾或超過濾)薄膜對經鹼性試劑處理的流入物進行過濾，以生成濾液及固體的步驟360；其中所述濾液為水，且所述固體由容置所述過濾薄膜的薄膜槽截留； 將來自薄膜槽的固體再循環至步驟320的步驟370；在某些實施例中，再循環速率介於50%至700%的流入物流速(其為進入第一pH調節槽的廢水的流速)的範圍內，較佳地介於300%至500%的範圍內；因此，芬頓反應的總固體含量增加；芬頓反應中的較高的固體含量會增強汙染物去除，降低化學藥品消耗，並降低總汙泥生成量； 對過濾薄膜的表面進行空氣清洗的步驟380；在某些實施例中，所述空氣清洗是由鼓風機來執行；就控制薄膜表面上的汙垢積聚的程度而言此至關重要；以及 對過濾薄膜進行反洗的步驟390；在某些實施例中，來自步驟360的濾液(即，水)可部分地用於對薄膜進行反洗；在某些實施例中，在用於酸性反洗或鹼性反洗之前將水與酸或次氯酸鈉混合。
提供以下實例僅是為了說明本發明的原理；並非旨在限制本發明的範圍。
實例
實例1-固體再循環的效果
已操作如圖1所示的傳統芬頓氧化試驗系統及如圖2所示的薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理系統來處理同一廢水流入物流。其操作條件匯總於表1中。
圖4為示出在不同的芬頓試劑劑量下化學需氧量的絕對去除值的趨勢點圖。如圖4所示，實驗資料表明，薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理系統對於同一化學劑量而言(在化學需氧量去除方面)優於傳統的芬頓製程，且甚至在進行進一步的劑量最佳化時亦維持上述效能。
化學需氧量去除增強的原因可被理解為：使鐵(III)錯合物及固體再循環回至上游芬頓反應器會使其溶解以形成三價鐵離子，所述三價鐵離子會催化類芬頓氧化製程(Fenton-like oxidation process)。非專利先前技術已對類芬頓反應進行了檢查，表現出化學需氧量去除率降低了10%，但在本發明(薄膜耦合芬頓製程)的情形中，三價鐵物質的循環性截留-再循環-溶解過程直接轉變成在去除效果上10%妥協的前提下而減少亞鐵觸媒劑量的效果。循環截留-再循環-溶解的概念可進一步參考圖3來說明；其中步驟370利用再循環幫浦將在步驟360中已截留的三價鐵固體再循環回至步驟320，以使得所截留的三價鐵物質可經由步驟320中的酸溶解而變為可用的。因此，利用在較早的時間投加至薄膜過濾與芬頓氧 化結合的有機汙染物處理系統中的三價鐵離子對步驟320中的經pH調節的且投加有亞鐵的流入物進行補充。由於亞鐵離子及三價鐵離子兩者可分別參與步驟330內的芬頓氧化及類芬頓氧化，因此三價鐵離子的重新利用使得對新的亞鐵劑量的需要降低。當來自步驟350的經鹼性試劑處理的流入物在步驟360中藉由微過濾薄膜或超過濾薄膜進行過濾且三價鐵固體藉由步驟370而再次再循環至上游時，所述循環會重複進行。
然而，長期的運作已證明，性能上10%的妥協並不存在，且即使在劑量降低條件下，長期效能相較於傳統系統而言亦會提高。所述偏差可被解釋為因在高濃度條件下由鐵物質形成的固體而增強了吸附性去除。斷言在所述兩個系統之間存在固體含量的差異，其中單程(once-through)傳統芬頓製程的混合液懸浮固體顆粒(mixed liquor suspended solid，MLSS)讀數的平均值為500毫克/升，而所述薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理系統處於2000ppm至10,000ppm的範圍。
實例2-適宜的薄膜清洗方案的效果
在薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理系統操作的初始階段，假設僅酸清洗便足以去除薄膜結垢，所述薄膜結垢在邏輯上假設以鐵錯合物附著(即，無機結垢)為主。然而，在短期結垢控制研究中，發現僅酸清洗並不夠，且已發現，鹼清洗(在酸清洗之後)對於消除有機結垢而言非常關鍵。具體而言，經由兩個化學計量幫浦(一個化學計量幫浦用於添加酸，且另一化學計量幫 浦用於添加次氯酸鈉)向清洗的水流中添加相應的清洗試劑。此種水流是由反洗幫浦來產生且在反方向上流至薄膜系統中，以提供使得能夠沖洗掉所附著的汙染物(位於薄膜表面上)的驅動力一在本行業中被稱為化學反洗的製程。在酸性清洗期間，僅酸計量幫浦及反洗幫浦運行，以在進入薄膜系統之前產生0.5%至2%的最終濃度。鹼性清洗在酸性清洗完成之後立即開始，其中次氯酸鈉計量幫浦與反洗幫浦一起運行以形成250ppm的最終濃度。在鹼性清洗結束時，薄膜系統恢復正常的水生成操作。結垢研究的結果揭露於圖5中，其中酸清洗、次氯酸鹽清洗、及鹼清洗的組合能夠穩定操作壓力(其中結垢速率已自~1.2千帕/天至1.5千帕/天的初始速率變為0.09千帕/天，降低了近似90%)，且亦降低薄膜清洗的頻率(自1次/天降至1次/3天)。
此方案在任何先前技術中尚未論述，且成功地達成了基於薄膜的芬頓製程的長期穩定性。對於1次/3天的給定的清洗頻率，圖6中的圖示出了第9個清洗周期至第14個清洗周期的長期壓力穩定性。顯而易見地，在酸清洗之後引入鹼清洗會對結垢現象提供顯著的穩定性，其中每一次清洗均能夠恢復初始的TMP(15 千帕)。
本發明相較於先前技術的其中一個關鍵差異在於本發明不是單程製程。再循環幫浦已使得來自薄膜槽的固體可以規定的循環速率再循環至上游芬頓反應階段。與藉由薄膜過濾階段有效地截留固體相結合後，所述系統在較高但可控制的固體含量下運行(藉由固體泄除率來控制；此是經由泄除幫浦自薄膜槽內去除所累積的固體來實現)-這方式提供了一個基於物料平衡計算的工程控制模式.本發明具有以下前所未有的優點：
1)藉由促進類芬頓氧化而減少化學藥品消耗：當經再循環的固體在上游芬頓反應階段中經歷酸化、進而使鐵錯合物部分地溶解以得到三價鐵離子時，達成化學藥品消耗的減少。該些三價鐵離子可參與類芬頓氧化，進而減少使用新劑量的亞鐵鹽作為觸媒的需要。
2)化學藥品消耗的減少亦直接減少固體生成，降低下游固體廢物處理及處置的成本。
3)藉由吸附製程來增加汙染物去除。
儘管已參考具體實施例闡述了本發明，然而應理解，所述實施例僅為說明性的，且本發明並非因此受到限制。本發明的替代性實施例將對本發明所屬技術中具有通常知識者變得顯而易見。此種替代實施例被視為亦囊括於本發明的精神及範圍內。因此，本發明的範圍由隨附申請專利範圍來闡述，且由前述說明來支持。

Claims (28)

  1. 一種薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理系統，包括：第一pH調節槽，用於接收流入物，其中所接收的所述流入物含有有機汙染物；其中所述第一pH調節槽接收酸性試劑以調節所接收的所述流入物的pH值並對所接收的所述流入物中投加亞鐵試劑；芬頓反應槽，與所述第一pH調節槽流體耦合，其中所述芬頓反應槽接收來自所述第一pH調節槽的經pH調節的且投加有亞鐵的所述流入物、以及H2O2，藉此所接收的所述H2O2與所述亞鐵試劑在所述芬頓反應槽中進行芬頓反應以生成‧OH羥基自由基；H2O2吹除槽，與所述芬頓反應槽流體耦合，其中所述H2O2吹除槽接收經芬頓反應處理的所述流入物且對所述流入物內的未反應的H2O2進行吹除；第二pH調節槽，與所述H2O2吹除槽流體耦合，其中所述第二pH調節槽接收來自所述H2O2吹除槽的H2O2被吹除的所述流入物並接收鹼性試劑以調節H2O2被吹除的所述流入物的pH值；貯留槽，與所述第二pH調節槽流體耦合，其中所述貯留槽接收來自所述第二pH調節槽的經pH調節的所述流入物並容置提升構件；以及薄膜槽，經由所述提升構件與所述貯留槽流體耦合，其中所述薄膜槽容置微過濾薄膜或超過濾薄膜，將來自所述貯留槽的經 pH調節的所述流入物過濾成濾液及固體，其中所述濾液為水，並截留所述固體，且所述薄膜槽與所述第一pH調節槽流體耦合以將來自所述薄膜槽的所述固體依再循環速率再循環至所述第一pH調節槽。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理系統，其中由所述第一pH調節槽接收的所述酸性試劑選自由本行業中的常用酸構成的群組。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理系統，其中所述第一pH調節槽中的經調節的所述流入物的所述pH值介於2至6範圍內。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理系統，其中所述第一pH調節槽中的經調節的所述流入物的所述pH值介於3至4範圍內。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理系統，其中所述亞鐵試劑為硫酸亞鐵。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理系統，其中所述芬頓反應在以下化學劑量比率範圍下起作用：及。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理系統，其中所述未反應的H2O2是由鼓風機藉由安裝於所述H2O2吹除槽的基部處的擴散器來吹除。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的薄膜過濾與芬頓氧化結 合的有機汙染物處理系統，其中所述第二pH調節槽中所使用的所述鹼性試劑為氫氧化鈉。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理系統，其中所述第二pH調節槽中的經調節的所述流入物的所述pH值介於7至10範圍內。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理系統，其中所述第二pH調節槽中的經調節的所述流入物的所述pH值介於6至8範圍內。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理系統，其中所述再循環速率介於50%至700%的流入物流速的範圍內，所述流入物流速為進入所述第一pH調節槽的流入物的流速。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理系統，其中所述再循環速率介於300%至500%的流入物流速的範圍內。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理系統，更包括生成水槽，所述生成水槽與所述薄膜槽流體耦合以接收所述水；其中所述生成水槽中的所述水用於對所述微過濾薄膜或所述超過濾薄膜進行反洗。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理系統，其中所述反洗是藉由依序進行酸性清洗及鹼性清洗來執行。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理系統，其中所述酸性清洗使用水與酸的混合物，且所述鹼性清洗使用水與次氯酸鈉的混合物。
  16. 一種薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理方法，包括：自外部源接收流入物，所述流入物含有有機汙染物；藉由酸性試劑來調節所接收的所述流入物的pH值，且對所接收的所述流入物投加亞鐵試劑；向經pH調節的且投加有亞鐵的所述流入物中添加H2O2以進行芬頓反應；在與芬頓反應分離的H2O2吹除槽中，對來自經芬頓反應處理的所述流入物中殘留的所述H2O2進行吹除；藉由鹼性試劑來調節H2O2被吹除的所述流入物的所述pH值；藉由過濾薄膜對經鹼性試劑處理的所述流入物進行過濾，以生成濾液並將固體截留在容置所述過濾薄膜的薄膜槽內，其中所述濾液為水；以再循環速率將所述固體再循環至藉由酸性試劑來調節所接收的所述流入物的pH值且對所接收的所述流入物投加亞鐵試劑的步驟；以及對所述過濾薄膜進行反洗。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理方法，其中所述酸性試劑選自由常用酸構 成的群組。
  18. 如申請專利範圍第16項所述的薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理方法，其中經酸性試劑處理的所述流入物的所述pH值介於2至6範圍內。
  19. 如申請專利範圍第16項所述的薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理方法，其中經酸性試劑處理的所述流入物的所述pH值介於3至4範圍內。
  20. 如申請專利範圍第16項所述的薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理方法，其中使用以下化學劑量比率範圍：及。
  21. 如申請專利範圍第16項所述的薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理方法，其中用於對H2O2被吹除的所述流入物的所述pH值進行調節的所述鹼性試劑為氫氧化鈉。
  22. 如申請專利範圍第16項所述的薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理方法，其中經鹼性試劑處理的所述流入物的所述pH值介於7至10範圍內。
  23. 如申請專利範圍第16項所述的薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理方法，其中經鹼性試劑處理的所述流入物的所述pH值介於6至8範圍內。
  24. 如申請專利範圍第16項所述的薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理方法，其中所述再循環速率介於50%至700%的流入物流速的範圍內，所述流入物流速為進入第一pH調 節槽的廢水的流速。
  25. 如申請專利範圍第16項所述的薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理方法，其中所述再循環速率介於300%至500%的流入物流速的範圍內，所述流入物流速為進入第一pH調節槽的廢水的流速。
  26. 如申請專利範圍第16項所述的薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理方法，其中所述對所述過濾薄膜進行反洗的步驟是藉由依序進行酸性清洗及鹼性清洗來執行。
  27. 如申請專利範圍第26項所述的薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理方法，其中所述酸性清洗使用水與酸的混合物，且所述鹼性清洗使用水與次氯酸鈉的混合物。
  28. 如申請專利範圍第16項所述的薄膜過濾與芬頓氧化結合的有機汙染物處理方法，更包括對所述過濾薄膜的表面進行空氣清洗。
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