TWI661994B - 廢氣與廢水之共同處理方法 - Google Patents

Abstract

一種廢氣與廢水之共同處理方法，其包括對廢氣進行脫硫處理，並使用脫硫處理後的水溶液進行廢水處理，以去除廢水中的二氧化矽。

Description

廢氣與廢水之共同處理方法

本發明是有關於一種廢氣與廢水的共同處理方法，且特別是有關於一種將廢氣脫硫產生的廢棄水溶液，用於去除廢水中二氧化矽的共同處理方法。

一般而言，可使用鍋爐燃燒，將燃料中的化學能轉變為熱能。此熱能可再將水蒸發成為高溫高壓的蒸汽，以提供各式的製程，例如：石化製程、紡織業製程加熱，或各種乾燥製程的熱量來源。另外，所述蒸汽也可推動汽輪機(Turbine)等原動機來帶動壓縮機、泵或發電機等大型轉動設備。

鍋爐多使用化石燃料進行燃燒，故在過程當中易產生包含硫氧化物的廢氣。此廢氣需經過脫硫處理，以避免高濃度的硫氧化物排放至空氣中，造成空氣汙染、酸雨等問題。然而，在上述脫硫處理中會產生大量的廢棄水溶液，此廢棄水溶液又需進一步處理後才能排放。

另一方面，用以冷卻管路或設備之冷卻水塔常產生大量的冷卻水。此冷卻水具有高硬度(例如含有大量的 鈣鎂離子)，也含有高濃度的二氧化矽。因此，排放冷卻水(或稱廢水)前需先進行二氧化矽的去除。上述二氧化矽的去除需額外添加大量的處理試劑，故處理成本較高。

因此，目前亟需提出一種上述廢氣與廢水的共同處理方法，其可於廢氣處理後，將所述廢棄水溶液用於廢水的處理。

本發明的一個態樣在於提供一種廢氣與廢水之共同處理方法。在一些實施例中，此方法包括進行脫硫步驟，使含硫氧化物之廢氣與鎂離子水溶液混合，以形成第一混合溶液與處理氣體。廢氣具有第一濃度的硫氧化物，處理氣體具有第二濃度的硫氧化物，且第二濃度低於第一濃度。所述第一混合溶液包含第一沉澱物與鎂離子。接著，過濾第一混合溶液，以去除第一沉澱物並形成過濾液。然後，混合過濾液與廢水，以形成第二混合溶液，其中廢水包含二氧化矽。之後，調整第二混合溶液之pH值為10至11，以形成第三混合溶液。所述第三混合溶液包含第二沉澱物。接下來，過濾第三混合溶液，以去除第二沉澱物並獲得處理水。

依據本發明的一些實施例，上述使含硫氧化物之廢氣與鎂離子水溶液混合的步驟更包含使廢氣溶於水，以以形成水溶液；以及，混合所述水溶液與鎂離子水溶液。

依據本發明的一些實施例，所述脫硫步驟更包含去除處理氣體中的液滴。

依據本發明的一些實施例，所述第一混合溶液的鎂離子具有大於1500ppm之濃度。

依據本發明的一些實施例，混合過濾液與廢水的步驟包括混合體積比為0.2：1至1：1的過濾液與廢水。

依據本發明的一些實施例，第一沉澱物包含硫酸鎂。

依據本發明的一些實施例，第二沉澱物包含矽酸鎂。

依據本發明的一些實施例，第二濃度為小於或等於33ppm。

依據本發明的一些實施例，處理水具有第三濃度的二氧化矽，且第三濃度小於50ppm。

依據本發明的一些實施例，所述共同處理方法更包含對處理水進行超過濾處理及/或逆滲透處理。

100‧‧‧方法

110‧‧‧進行脫硫步驟，使含硫氧化物之廢氣與鎂離子水溶液混合，以形成第一混合溶液與處理氣體

120‧‧‧過濾第一混合溶液，以去除第一沉澱物並形成過濾液

130‧‧‧混合過濾液與廢水，以形成第二混合溶液

140‧‧‧調整第二混合溶液之pH值為10至11，以形成第三混合溶液

150‧‧‧過濾第三混合溶液，以去除第二沉澱物並獲得處理水

200‧‧‧裝置

201‧‧‧廢氣

202‧‧‧硫氧化物

203‧‧‧鎂離子水溶液

204‧‧‧處理氣體

210‧‧‧槽體

212‧‧‧通入口

214‧‧‧排出口

220、230‧‧‧通入管

240‧‧‧多孔板

250‧‧‧第一液體噴灑裝置

260‧‧‧除霧板

270‧‧‧第二液體噴灑裝置

280‧‧‧散氣盤

290‧‧‧攪拌裝置

300‧‧‧第一過濾系統

310‧‧‧第一槽體

320‧‧‧廢水來源

330‧‧‧第二槽體

340‧‧‧第二過濾系統

350‧‧‧超過濾裝置

360‧‧‧逆滲透裝置

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下：

[圖1]為根據本發明一些實施例所述的廢氣和廢水的共同處理方法的示意流程圖。

[圖2]為進行脫硫步驟之裝置的示意剖面圖。

[圖3]為用於本發明之廢水與廢氣共同處理方法的系統示意圖。

本發明的目的在於提供一種廢氣與廢水的共同處理方法。此處理方法可先處理含有硫氧化物的廢氣，之後使用處理廢氣產生的廢棄水溶液處理廢水，以去除廢水中的二氧化矽。本發明的處理方法整合廢氣與廢水的處理，使處理過程中產生的中間物可再被利用，並且可達到良好的廢氣及廢水處理效能。此外，本發明調整廢水處理時的鎂離子與二氧化矽之濃度比值，以達到良好的二氧化矽去除率並維持低鎂離子殘留率。

本發明此處所稱之廢氣中包含硫氧化物(SO_x，其中x>0)。在一些實施例中，廢氣可包括但不限於發電時，由鍋爐燃燒燃料所產生的廢氣。

本發明此處所稱之廢棄水溶液係指被用於廢氣處理後的鎂離子水溶液。

本發明此處所稱之廢水中包含二氧化矽。在一些實施例中，廢水可包括但不限於冷卻水(例如來自於冷卻水塔)。一般而言，冷卻水中除了包含高濃度(例如高於160ppm)的二氧化矽外，也包含大量的鈣離子和鎂離子。

請參考圖1和圖2。圖1為根據本發明一些實施例所述的廢氣和廢水的共同處理方法100的示意流程圖。圖2為進行脫硫步驟之裝置200的示意剖面圖。如步驟110所示，進行脫硫步驟，使含硫氧化物之廢氣與鎂離子水溶液混合，以形成第一混合溶液與處理氣體。所述第一混合溶液中可包括第一沉澱物與鎂離子。所述第一沉澱物可例如為硫化 鎂(MgS)，其可由鎂離子水溶液中的部分鎂離子和硫氧化物所形成，而其他部分的鎂離子則留在第一混合溶液中。在一些實施例中，第一混合溶液中的鎂離子濃度可例如為大於1500ppm。在一些實施例中，廢氣具有第一濃度的硫氧化物，而經與鎂離子反應的處理氣體具有第二濃度的硫氧化物，且第二濃度低於第一濃度。在一些實施例中，第二濃度可例如小於或等於33ppm。

在一些實施例中，脫硫步驟可使用裝置200進行。如圖2所示，裝置200可包含槽體210。所述槽體210包含通入口212、排出口214、通入管220、通入管230、一或多個多孔板240、第一液體噴灑裝置250、除霧板260、第二液體噴灑裝置270、散氣盤280以及攪拌裝置290。所述通入口212設置於槽體210的側壁上並接近槽體210的底部，而排出口214可設置於槽體210的頂部。廢氣201可自通入口212通入，而經處理後的處理氣體204可自排出口214排出。所述通入管220和通入管230分別相對設置於槽體210側壁近底部處。在一些實施例中，通入管220可提供鎂離子來源，例如可從通入管220投入氫氧化鎂。在另一些實施例中，通入管230可提供水，以於槽體210的底部形成鎂離子水溶液203。所述第二液體噴灑裝置270設置於通入口212處。在一實施例中，第二液體噴灑裝置270可通入水，以於廢氣201從通入口212通入時，使廢氣201的硫氧化物202與水反應，形成水溶液。此水溶液可與鎂離子水溶液203中的鎂離子反應，從而形成硫化鎂。

多孔板240設置於通入口212上方，而第一液體噴灑裝置250設於多孔板240上方。此多孔板240可使第一液體噴灑裝置250所噴出的液體以及流經之廢氣201均勻分散，以增加液體與待處理的廢氣201(或硫氧化物202)之接觸機會。在一些實施例中，第一液體噴灑裝置250中的液體為鎂離子水溶液203。在一些實施例中，可例如使用循環系統，使槽體210的底部之鎂離子水溶液203可被抽取至第一液體噴灑裝置250，並藉由第一液體噴灑裝置250從較高處噴灑鎂離子水溶液203，以提高廢氣處理效能。

除霧板260設置於第一液體噴灑裝置250上方。當廢氣201通過除霧板260時，除霧板260可進一步去除廢氣中的液滴，提高廢氣處理效能。在一些實施例中，散氣盤280可設置於接近槽體210的底部，以通入空氣並對鎂離子水溶液203進行攪拌。此外，攪拌裝置290可設置於槽體210的底部，以增加鎂離子水溶液203的擾動，提高鎂離子和硫氧化物202的反應效率。

請一併參考圖3，其繪示用於本發明之廢水與廢氣共同處理方法的系統示意圖。接下來，如步驟120所示，過濾第一混合溶液，以移除第一沉澱物並獲得過濾液。在一些實施例中，裝置200可例如與第一過濾系統300連通。所述第一過濾系統300可例如包括沉降區以及過濾區(未繪示)。在一些實施例中，過濾第一混合溶液的步驟可例如包括將第一混合溶液靜置於沉降區，以藉由沉降作用移除一部份的沉澱物。接著，過濾第一混合溶液的步驟可更包括將沉 降後的第一混合溶液通過網篩，以進一步去除沉澱物。

如圖3所示，第一過濾系統300可例如與第一槽體310連通，此第一槽體310可用於存放過濾液。在一些實施例中，第一槽體310可設有閥門(未繪示)，以調節過濾液的流量，利於後述廢水的處理。

然後，如步驟130所示，混合過濾液與廢水，以形成第二混合溶液。如圖3所示，在一些實施例中，第一儲存槽310與廢水來源320可分別與第二槽體330連通，以於第二槽體330中混合過濾液與廢水，並形成第二混合溶液。在一些例子中，廢水來源320可例如為冷卻水塔。在一些實施例中，廢水來源320的廢水所含之二氧化矽含量不小於160ppm。較佳地，此二氧化矽含量可為160ppm至230ppm。當所述廢水的二氧化矽含量小於160ppm時，處理液之鎂離子殘留率過高。在一些實施例中，過濾液和廢水可例如以0.2：1至1：1的體積比混合形成第二混合溶液。倘若過濾液的使用量過少，無法充分去除廢水中的二氧化矽。另一方面，倘若過濾液的使用量過多，經廢水處理的處理液中鎂離子殘留率過高。在另一些實施例中，第二混合溶液中的鎂離子濃度和二氧化矽濃度的比值可為1至5。當鎂離子濃度和二氧化矽濃度的比值落於上述範圍時，可達到良好的二氧化矽去除率及較低的鎂離子殘留率。在一些實施例中，此處理方法的鎂離子來源完全來自於過濾液，而不需額外添加鎂離子至第二混合溶液中。在另一些實施例中，也可額外添加鎂離子至第二混合溶液中。

接下來，如步驟140所示，調整第二混合溶液的pH值為10至11，形成第三混合溶液。在一些實施例中，可例如於第二槽體330中加入鹼性物質，以調整第二混合溶液的pH值。所述鹼性物質可包括但不限於氫氧化鈉。倘若上述pH值小於10，二氧化矽的去除效率不佳。另一方面，倘若上述pH值高於11，增加藥劑成本。再者，過高的pH值會增加淨化處理液(例如使用逆滲透膜)時的困擾，雖然許多市售的逆滲透膜標榜可在pH 2至pH 11之間使用，但事實上，當pH值大於11時，其處理效果不彰。

然後，如步驟150所示，過濾第三混合溶液，以去除第二沉澱物並獲得處理水。所述第三混合溶液包括第二沉澱物。此第二沉澱物包括矽酸鎂。如圖3所示，第二槽體330可與第二過濾系統340連通。第二過濾系統340可與第一過濾系統300相同，即包括沉降區與過濾區。使用第二過濾系統340，對第三混合溶液進行沉降和網篩後，去除第二沉澱物。

在一些實施例中，第二過濾系統340可進一步與超過濾裝置350連通，以進一步淨化處理水。在另一些實施例中，超過濾裝置350可進一步與逆滲透裝置360連通，以進一步淨化處理水。在一些實施例中，超過濾裝置350與逆滲透裝置360的安裝順序可相反。在又一些實施例中，在超過濾裝置350和逆滲透裝置360前、之間或後可安裝其他常見的過濾裝置。在一些實施例中，處理水具有第三濃度的二氧化矽，且第三濃度小於50ppm。較佳地，處理水之二 氧化矽的第三濃度可小於5ppm。更佳地，處理水之二氧化矽的第三濃度可小於1ppm(即代表未檢出)。在一些實施例中，處理水的鎂離子殘留率低於55%。在又一些實施例中，處理水的鎂離子殘留率低於40%。在另一些實施例中，處理水的鎂離子殘留率低於25%。此處所稱之鎂離子殘留率係以100%扣除去除率後所得，去除率之定義請容後述。

實施例1

於如圖2所示的裝置200中通入含硫氧化物(濃度為1100ppm)的廢氣，使廢氣與裝置200中的鎂離子水溶液203反應。經處理後的處理氣體204中的硫氧化物濃度為33ppm。

與廢氣反應後的鎂離子水溶液(即第一混合溶液)經過濾沉澱物後，形成過濾液。此過濾液包含105ppm的二氧化矽、180ppm的鈣離子以及1582ppm的鎂離子。

接著，提供廢水，其包含210ppm的二氧化矽、376ppm的鈣離子和61ppm的鎂離子。將上述過濾液與此廢水以體積比0.2：1的比例混合，以形成第二混合液。然後，將上述混合液的pH值調整至10。在調整pH值後，溶液中產生沉澱物。移除沉澱物後，即可獲得處理水。關於實施例1的處理水中的二氧化矽、鈣離子、鎂離子及其各自的去除率悉如表1所示。所述去除率係指處理水的各成分含量與第二混合溶液的各成分含量的差異，相對於第二混合溶液各成分含量的佔比。

實施例2至6與比較例1至6

實施例2至6與比較例1至6係使用與實施例1相同的方法進行，不同的是，實施例2至6與比較例1至6調整pH值或過濾液與廢水之間的體積比。關於實施例2至6與比較例1至6的實施條件以及結果悉如表1和表2所示。

比較例7

比較例1係直接對實施例1的過濾液進行pH值的調整，而未將過濾液與廢水混合。關於比較例1的評價結果悉如表3所示。

比較例8至10

比較例8至10係使用與比較例7相同的方式進行，不同的是，比較例8至10改變調整的pH值。關於比較例8至10的實施條件與結果悉如表3所示。

比較例11

比較例11是直接對實施例1的廢水進行pH值的調整，而未將過濾液與廢水混合。關於比較例11的結果悉如表4所示。

比較例12至14

比較例12至14係使用與比較例7相同的方式進行，不同的是，比較例8至10改變調整的pH值。關於比較例8至10的實施條件與結果悉如表4所示。

根據上表1可知，使用本發明的廢氣與廢水的共同處理方法，可在廢氣脫硫後，將剩餘的鎂離子溶液用於去除廢水中二氧化矽。此種方法的二氧化矽去除率高，也可維持較低的鎂離子殘留率。更重要的是，此方法是整合廢氣與廢水的處理，並有效地再利用廢氣脫硫所產生的廢棄水溶液，故減少廢氣與廢水各自的處理工序，同時也減少成本。

然而，如表2所示，若未將第二混合溶液調整至pH10以上，二氧化矽的去除效率不佳，鎂離子殘留率也相對較高。此外，特別說明的是，表2之去除率的負值可視為去除效果不穩定或不佳。另一方面，表3的比較例7至10可代表以高濃度的鎂離子去除二氧化矽的例子，雖然可達高二氧化矽去除率，但鎂離子殘留率過高。此外，如表4的比較例11至14所示，若直接調整廢水的pH值而未添加廢氣脫硫的過濾液，廢水中濃度過低的鎂離子致使二氧化矽的去除率不佳。此外，比較例7至14並未整合廢氣與廢水的處理，較不符合經濟效益。

另一方面，從表1至表4中鈣離子的含量變化可得知，去除二氧化矽的主要因素為pH值和鎂離子濃度。相對於鎂離子，鈣離子對於二氧化矽的去除率貢獻較少。然而，去除二氧化矽的同時也可同時降低鎂離子含量(即達到低鎂離子殘留率)，故將廢氣脫硫的廢棄水溶液用於廢水處理仍利於廢棄水溶液和處理水之後續處理。

應用本發明的廢氣與廢水的共同處理方法，整合廢氣與廢水之處理，可再利用廢氣處理產生的廢棄水溶液，達到良好的廢水處理效果並簡化製程。

雖然本發明已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (10)

1. 一種廢氣與廢水之共同處理方法，包括：進行一脫硫步驟，使含硫氧化物之一廢氣與鎂離子水溶液混合，以形成一第一混合溶液與一處理氣體，其中該廢氣具有一第一濃度的該硫氧化物，該處理氣體具有一第二濃度的該硫氧化物，該第二濃度低於該第一濃度，且該第一混合溶液包含一第一沉澱物與鎂離子；過濾該第一混合溶液，以去除該第一沉澱物並形成一過濾液；混合該過濾液與一廢水，以形成一第二混合溶液，其中該廢水包含二氧化矽；調整該第二混合溶液之pH值為10至11，以形成一第三混合溶液，其中該第三混合溶液包含一第二沉澱物；以及過濾該第三混合溶液，以去除該第二沉澱物並獲得一處理水。
2. 如申請專利範圍第1項所述之廢氣與廢水之共同處理方法，其中使該含硫氧化物之該廢氣與該鎂離子水溶液混合的步驟更包含：使該廢氣溶於水，以形成一水溶液；以及混合該水溶液與該鎂離子水溶液。
3. 如申請專利範圍第1項所述之廢氣與廢水之共同處理方法，其中該脫硫步驟更包含去除該處理氣體中的液滴。
4. 如申請專利範圍第1項所述之廢氣與廢水之共同處理方法，其中該第一混合溶液的該鎂離子具有大於1500ppm之一濃度。
5. 如申請專利範圍第1項所述之廢氣與廢水之共同處理方法，其中混合該過濾液與該廢水的步驟包括混合一體積比為0.2：1至1：1的該過濾液與該廢水。
6. 如申請專利範圍第1項所述之廢氣與廢水之共同處理方法，其中該第一沉澱物包含硫酸鎂。
7. 如申請專利範圍第1項所述之廢氣與廢水之共同處理方法，其中該第二沉澱物包含矽酸鎂。
8. 如申請專利範圍第1項所述之廢氣與廢水之共同處理方法，其中該第二濃度為小於或等於33ppm。
9. 如申請專利範圍第1項所述之廢氣與廢水之共同處理方法，其中該處理水具有一第三濃度的二氧化矽，且該第三濃度小於50ppm。
10. 如申請專利範圍第1項所述之廢氣與廢水之共同處理方法，更包含對該處理水進行一超過濾處理及/或一逆滲透處理。