TWI705942B - 具有創能及節能功效之含油廢水處理方法與設備 - Google Patents

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Abstract

本創作為一種具有創能及節能功效之含油廢水處理方法，至少包含下 列步驟：提供具有第一COD值之含油廢水；對含油廢水進行酸化破乳處理，藉以使得含油廢水分離成上層溶液及下層溶液；對下層溶液進行第一混凝沉澱處理，藉以形成沉澱物及上層澄清溶液；以及以生物製劑對上層澄清溶液進行接觸曝氣處理步驟。藉此，本創作可獲得具有符合進流標準之第二COD值之進流溶液。

Description

具有創能及節能功效之含油廢水處理方法與設備
本創作是一種廢水處理方法及設備，且特別是一種具有創能及節能功效之含油廢水處理方法與設備。
世界各國含油違法排放廢水事件逐年增加，主要原因在於含油廢水處理技術及費用過高。金屬及其合金在切削、成形、研磨加工等過程中，通常使用一種潤滑油，用來冷卻潤滑刀具及工件，這種液體稱為切削液。由於，切削液需要時常更換，否則工件的加工效果不好，也因此產生大量切削廢水。由於，切削液中油類物質的含量較多，油類物質不溶於水，且油的密度比水小，因此，若不經處理直接排入其他水體中，油類物質將會漂浮在水面上，水中的空氣含量就會受到影響，而導致水中動植物的死亡。長期下來，水體將會變質且產生惡臭氣味，最終導致水體環境的污染。
本創作的目的係提供一種具有創能及節能功效之含油廢水處理方法與設備，用以解決傳統技術的問題。
為了達成上述目的，本創作提供了一種具有創能及節能功效之含油廢水處理方法，至少包含下列步驟：提供具有第一COD值之含油廢水；對含油廢水進行酸化破乳處理，藉以使得含油廢水分離成上層溶液及下層溶液；對下層溶液進行第一混凝沉澱處理，藉以形成沉澱物及上層澄清溶液；以及以生物製劑對上層澄清溶液進行接觸曝氣處理步驟，藉以獲得具有符合進流標準之第二COD值之進流溶液。
其中，於進行第一混凝沉澱處理之後與進行曝氣處理步驟之前還包含對上層澄清溶液進行厭氧處理步驟。
其中，生物製劑為等比例混合之枯草桿菌(Bacillus subtilis)、納豆菌、乳酸菌、酵母菌、光合菌及硝化菌。
其中，酸化破乳處理的pH值為3。
其中第一混凝沉澱處理係添加混凝劑，混凝劑為聚合氯化鋁(PAC)及氯化鈣(CaCl2)。
其中，第一混凝沉澱處理係添加30ml/L的聚合氯化鋁(PAC)及4g/L的氯化鈣(CaCl2)。
其中，第一混凝沉澱處理的pH值為9。
其中，於進行第一混凝沉澱處理之後與進行曝氣處理步驟之前還包含對上層澄清溶液進行第二混凝沉澱處理，藉以獲得另一上層澄清溶液，再對此另一上層澄清溶液進行接觸曝氣處理步驟，藉以獲得進流溶液。
其中，第二混凝沉澱處理係添加40ml/L的聚合氯化鋁(PAC)及6ml/L的聚丙烯醯胺(PAM)。
本創作更提供一種具有創能及節能功效之含油廢水處理設備，用以執行前述之含油廢水處理方法，此含油廢水處理設備至少包含：一酸化破乳處理槽，用以對一含油廢水進行一酸化破乳處理，藉以使得含油廢水分離成一上層溶液及一下層溶液；複數個混凝沉澱處理槽，用以對下層溶液進行一第一混凝沉澱處理，藉以形成一沉澱物及一上層澄清溶液；以及一接觸曝氣處理槽，用以讓一生物製劑對上層澄清溶液進行一接觸曝氣處理步驟，藉以獲得具有符合一進流標準之一第二COD值之一進流溶液。
承上所述，依本創作之具有創能及節能功效之含油廢水處理方法與設備，其可具有一或多個下述優點：
(1)有效處理含油廢水，降低COD值，提高COD去除率。
(2)有效處理含油廢水，故可節省處理過程所需能源。
(3)經處理後，廢水符合進流水標準。
(4)經處理後之廢渣(懸浮固體物)，可作為燃料，用以提供能源，達到創能之功效。
S10、S20、S30、S40:步驟
1:酸化破乳處理槽
11:上層溶液
12:下層溶液
2:混凝沉澱處理槽
21:沉澱物
22:上層澄清溶液
3:接觸曝氣處理槽
圖1為本創作的具有創能及節能功效之含油廢水處理方法的運作流程圖。
圖2為本創作的含油廢水處理之設備系統示意圖。
為利瞭解本創作之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本創作配合圖式，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本創作實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本創作於實際實施上的權利範圍。此外，為使便於理解，下述實施例中的相同元件係以相同的符號標示來說明。且圖式所示的組件的尺寸比例僅為便於解釋各元件及其結構，並非用以限定。
另外，在全篇說明書與申請專利範圍所使用的用詞，除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露的內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本創作的用詞將於下或在此說明書的別處討論，以提供本領域技術人員在有關本創作的描述上額外的引導。
關於本文中如使用“第一”、“第二”等，並非特別指稱次序或順位的意思，亦非用以限定本創作，其僅僅是為了區別以相同技術用語描述的組件或操作而已。
其次，在本文中如使用用詞“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等，其均為開放性的用語，即意指包含但不限於。
請參閱圖1，圖1係繪示本創作的一種具有創能及節能功效之含油廢水處理方法的運作流程圖。本創作係以酸化破乳處理法、混凝沉澱法及接觸曝氣法降低切削液廢水中的生化需氧量(COD)的數值，以符合工業區汙水廠的進流水標準(例如800mg/L)。如圖1所示，本創作係提出一種含油廢水處理之方法，至少包含下列步驟：步驟S10：提供含油廢水；步驟S20：對含油廢水進行酸化破乳處理，使得含油廢水分離成上層溶液及下層溶液；步驟S30：對下層溶液進 行第一混凝沉澱處理，藉以形成沉澱物及上層澄清溶液；以及步驟S40：以生物製劑對上層澄清溶液進行接觸曝氣處理，藉以獲得符合進流標準之進流溶液。其中，本創作更可選擇性於進行第一混凝沉澱處理(步驟S30)之後與進行接觸曝氣處理(步驟S40)之前對第一混凝沉澱處理所得的上層澄清溶液進行第二混凝沉澱處理，藉以獲得另一上層澄清溶液，再對此另一上層澄清溶液進行接觸曝氣處理步驟。其中，本創作更可選擇性於進行第一混凝沉澱處理(步驟S30)及/或第二混凝沉澱處理之後與進行接觸曝氣處理(步驟S40)之前對混凝沉澱處理所得的上層澄清溶液進行厭氧處理。同理，本創作還可於第二混凝沉澱處理之後，進行第三混凝沉澱處理。
本創作之具有創能及節能功效之含油廢水處理設備，係用以執行前述之含油廢水處理方法。請參見圖2，圖2為本創作的含油廢水處理之設備系統示意圖。如圖2所示，本創作之含油廢水處理設備至少包含：酸化破乳處理槽1，用以對含油廢水進行酸化破乳處理(步驟S20)，藉以使得含油廢水分離成上層溶液11及下層溶液12；複數個混凝沉澱處理槽2，用以對下層溶液12進行一第一混凝沉澱處理(步驟S30)及第二混凝沉澱處理，藉以形成沉澱物21及上層澄清溶液22；以及接觸曝氣處理槽3，用以讓一生物製劑對上層澄清溶液22進行一接觸曝氣處理步驟，藉以獲得具有符合一進流標準之一第二COD值之一進流溶液。其中，每2公升之上層澄清溶液22例如添加5毫升之生物製劑。上述接觸曝氣處理槽3中可放置過濾材料，例如多孔性陶瓷材料，舉例來說為百佳生化公司陶瓷濾材，型號為S-101。
詳言之，本創作可例如將COD值為36,000mg/L(甚至達72,000mg/L)的切削油廢水的原液體進行複合處理，藉由降低COD值至約620mg/L，以 符合工業區汙水廠的進流水標準(800mg/L)，實現廢水有效排放，其中本創作亦可處理COD值為72,000mg/L的含油廢水(原液體)。在本創作之實驗中，含油廢水的原液體係來自台灣台南市永康工業區各工具機公司代處理之切削油含油廢水，原液體為乳白色，上層有黑色固體漂浮，含有較多棕白色油類，其pH值介於8~10之間。
金屬表面處理業包含熱處理業、切削業及電鍍業，製程中使用大量的切削油及潤滑油。乳化液是目前生產中使用最廣泛的一種切削液，它們的基本成分都是由油、水和各種化學添加劑配製而成。生產中常用的切削液有切削油、乳化液和水溶液三大類。切削油之潤滑性和防銹性好，但冷卻和清洗性較差，切削時在切削區會形成油霧，造成環境污染，同時油資源消耗多，生產成本高。水基切削液的冷卻和清洗性較好，但防銹性較差。乳化液具有一定的潤滑性、冷卻性、清洗性和防銹性，是目前生產中使用最廣泛的一種切削液。乳化液的組成是用礦物油、乳化劑(如石油磺酸鈉、磺化蓖麻油等)及添加劑預先配製好的乳化油，加水稀釋而成，乳化劑是一種表面活性劑，它的分子是由極性基團和非極性基團兩部分組成可將油溶解於水中。乳化液中含乳化油少，即濃度低的(如濃度為3%~5%)，冷卻和清洗作用較好，適於粗加工和磨削；濃度高的(如濃度為10%~20%)，潤滑作用較好，適於精加工(如拉削和鉸孔等)。為了進一步提高乳化液的潤滑性能，還可加入一定量的氯、硫、磷等極壓添加劑，配製成極壓乳化液。這些切削後的金屬清洗時使用大量的清水，因此會產生含油的乳化廢水。除此之外，熱處理時淬火處理程序產生的廢氣，也常使用濕式洗滌塔進行廢氣處理，因而產生含油的乳化廢水。這些含油的乳 化廢水為水包油乳化狀態，其常見之含油量為1~10%左右，其餘均為水分。這些廢水都具有高COD及高懸浮固體物(SS)且生物難分解之性質。
在本創作的具有創能及節能功效之含油廢水處理方法之一種實施例中，為了獲得較佳去除率，首先提供含油廢水(切削油廢水)的原液體(步驟S10)。接著，對此含油廢水進行酸化破乳處理(步驟S20)。表1係以含油廢水的原液體各1升，調整5種不同pH值，進行酸化破乳處理，藉以獲得不同pH值的COD去除率。其中，本創作的酸化破乳處理係先以180RPM的攪拌速度快速混合20分鐘，待靜置30分鐘後，使得含油廢水分離成上層溶液及下層溶液，然後量測含油廢水(下層溶液)的COD值。由表1可知，利用不同pH值進行酸化破乳處理之後，由於pH值為3時，COD去除率較其他pH值高，且可達54%，因此含油廢水的pH值應調整為3。其中，調整pH值的方式係將1L的含油廢水的原液體置於1L燒杯中，且加入濃鹽酸以調節pH值。
本創作中COD的量測方式如下：水中化學需氧量檢測方法-重鉻酸鉀迴流法，根據2007年8月1日台灣環署檢字第0960058228號公告。方法概要為：水樣加入過量重鉻酸鉀溶液，在約50%硫酸溶液中迴流，剩餘之重鉻酸鉀，以硫酸亞鐵銨溶液滴定，由消耗之重鉻酸鉀量，即可求得水樣中化學需氧量(Chemical Oxygen Demand，簡稱COD)，此表示樣品中可被氧化有機物的含量。
Figure 108133392-A0305-02-0009-1
在步驟S20中，本創作進一步對含油廢水經過酸化破乳處理(步驟S20)後所分離出的下層溶液進行第一混凝沉澱處理(又稱，一次混凝沉澱處理)。表2係以含油廢水的原液體各1升，添加不同劑量(10ml、20ml、30ml、40ml、50ml、60ml)的聚合氯化鋁(PAC)，再加入氯化鈣CaCl2(4g/L)，且快速混合(100RPM)1分鐘搭配慢速混合(50RPM)20分鐘，待沉澱30分鐘後，量測其上層澄清溶液的COD值，藉以計算獲得COD去除率。由表2可知，添加不同的PAC劑量後，可發現PAC劑量增加時，COD去除效果也會增加，直至PAC劑量為30ml/L時，COD去除率可達54%。但是，當PAC劑量超過30ml/L時，COD去除效果並不會有明顯增加，COD去除率相差不大，其原因在於當PAC過量時，膠體微粒之間的距離會使得膠體微粒間的凡德瓦力產生變化。在水中的PAC的膠體微粒凡德瓦力明顯高於產生水分子撞擊的布朗運動。因此，在適當的PAC加藥量下，COD去除率雖可成正比關係，但是過量的加藥量時，則會呈反比關係。所以，為了考量成本，本創作選用的PAC劑量較佳為30ml/L。
Figure 108133392-A0305-02-0010-2
表3係以含油廢水的原液體各1升，改變不同pH值，切削油廢水之COD去除效果。先調整不同pH值(pH為4、5、6、7、8、9)，加入PAC(30ml/L)及CaCl2(4g/L)，以及快速混合(100RPM)1分鐘搭配慢速混合(50RPM)20分鐘，然後沉澱30分鐘後，量測其上層澄清溶液的COD值，藉以獲得COD去除率。經由表3，可得知在改變不同pH值的情況下，當pH值為4及pH值為9時，所得之COD 去除率效果最好，分別可達到51%及53%。由於，pH值為9時，較接近含油廢水原液體的pH值(8.7)，因此在混凝沉澱處理中，較佳之pH值為9。
Figure 108133392-A0305-02-0011-3
此外，本創作也可選擇性在第一混凝沉澱處理(步驟S30)之後，進行第二次混凝沉澱處理(步驟S50)(又稱，二次混凝沉澱處理)。如表4所示，本創作針對表2及表3所得最佳結果，進行混凝沉澱處理，其中PAC為30ml/L，CaCl2為4g/L，pH值為9，以及快速混合(100RPM)1分鐘搭配慢速混合(50RPM)20分鐘，待靜置30分鐘後，取上層溶液，分裝成10杯(每杯的量500ml)。取其中5杯，進行2次混凝沉澱，調整不同PAC劑量(20ml/L、30ml/L、40ml/L、50ml/L、60ml/L)，再加入PAM(6ml/L)，接著快速混合(100RPM)1分鐘搭配慢速混合(50RPM)20分鐘，待靜置30分鐘後量測其上層澄清溶液的COD值，藉以獲得COD去除率(如表4所示)。由表4可知，切削油廢水經過二次混凝沉澱時，當PAC加入40ml/L時，COD去除率最佳，可達到64%。
Figure 108133392-A0305-02-0011-5
Figure 108133392-A0305-02-0012-6
另外，10杯中的其餘5杯，則固定PAC劑量值，且調整不同PAM值為2ml/L、4ml/L、6ml/L、8ml/L及10ml/L後，快速混合(100RPM)1分鐘搭配慢速混合(50RPM)20分鐘，然後靜置30分鐘後，量測COD值(如表5所示)。由表5可得知，切削油廢水經過二次混凝沉澱處理時，當PAC為40ml/L且PAM為6ml/L時，COD去除率最佳，可達到60%。故，選定6ml/L的PAM為最佳值。
Figure 108133392-A0305-02-0012-7
由表1可知，酸化破乳處理(步驟S20)的pH值較佳為3。因此，本創作將含油廢水的pH值調整為3，並以180RPM的攪拌速度快速混合20分鐘，待靜置30分鐘後，用虹吸取下層溶液，以量測COD值。由表2與表3可知，第一混凝沉澱處理(步驟S30)的較佳混凝劑為PAC(30ml/L)及CaCl2(4g/L)，pH值調整為9，且快速混合(100RPM)1分鐘搭配慢速混合(50RPM)20分鐘，然後沉澱30分鐘後，量測其上層澄清溶液的COD值。由表4及表5可知，對第一混凝沉澱處理所得的上層澄清溶液進行第二混凝沉澱處理的較佳混凝劑為PAC(30ml/L)及PAM(6ml/L)，且快速混合(100RPM)1分鐘搭配慢速混合(50RPM)20分鐘，然後沉澱30分鐘後，量測其上層澄清溶液的COD值，所得結果如表6所示。由表6可得知， 依據本創作之處理方法，經過酸化破乳處理及兩次混凝沉澱處理之後，切削油廢水的COD總去除率可達95%。
Figure 108133392-A0305-02-0013-8
本創作的處理方法更於酸化破乳處理及兩次混凝沉澱處理之後，進一步進行接觸曝氣法處理(即，好氧處理)(步驟S40)，其中此接觸曝氣法處理更添加生物製劑，其中每2公升之待處理溶液(例如上述之上層澄清溶液22)較佳為添加5毫升液態之生物製劑。生物製劑為例如具有油脂分解特性之油分解菌，較佳為等比例混合之枯草桿菌(Bacillus subtilis)、納豆菌、乳酸菌、酵母菌、光合菌及硝化菌，其中上述之等比例係例如指相同體積比例，即枯草桿菌、納豆菌、乳酸菌、酵母菌、光合菌及硝化菌之體積比實質為1：1：1：1：1：1，且較佳為將購自陽田生物科技公司每克10的8次方個菌數之菌進行液態培養三天，再加以等比例混合為生物製劑。此油分解菌種的來源較佳為市售，但除了市售，也可例如從油脂汙染地或已發酵推肥篩選，或者市售與植菌兩者混合。此外，也可同時導入多孔性陶瓷濾材增加反應效率。在本創作中，生物製劑也可例如經 由植菌步驟獲得，亦即將曝氣槽之汙泥(含油廢水處理之活性汙泥)，植種到接觸曝氣處理的曝氣槽中，且汙泥約占曝氣槽的容積約1/5以上。每日流入曝氣槽內的有機物量與曝氣槽內污泥量的比值較佳為0.2~0.5kg BOD5/kg MLVSS-day，溶氧量為2~4mg/L，營養源含磷量為0.5~1mg/L。表7至表9中所提及之人工廢液係以COD：N：P為100：5：1之比例，分別以蔗糖、氯化銨及磷酸二氫鉀配置。
由表7可得知，不同濃度的人工廢水分別經過汙泥植種後，COD去除率皆能達到90%以上。
Figure 108133392-A0305-02-0014-9
由表8可知接觸曝氣法處理切削油廢水，另添加氮源(氯化銨及磷酸二氫鉀COD：N：P為100：5：1)，先從低濃度開始，濃度增加COD去除率變差。當COD值提升至3,000mg/L時，COD去除率只能達48%之去除率，出流COD只能達到1,560mg/L，仍未符合工業區汙水廠進流水標準800mg/L。
Figure 108133392-A0305-02-0014-10
Figure 108133392-A0305-02-0015-11
Figure 108133392-A0305-02-0015-12
表8利用接觸曝氣法處理切削油廢水，另添加氮源(氯化銨及磷酸二氫鉀COD：N：P為100：5：1)，出流的COD值只能達到1,560mg/L。然而如表9所示，若加入本創作之生物製劑，則出流的COD值可為560mg/L，已符合工業區汙水廠進流水標準800mg/L。
綜上所述，依本創作之具有創能及節能功效之含油廢水處理方法與設備，其可具有一或多個下述優點：(1)有效處理含油廢水，降低COD值，提高COD去除率。(2)有效處理含油廢水，故可節省處理過程所需能源。(3)經處理後，廢水符合進流水標準。(4)經處理後之廢渣(懸浮固體物)，可作為燃料，用以提供能源，達到創能之功效。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本創作之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
S10、S20、S30、S40:步驟

Claims (10)

  1. 一種具有創能及節能功效之含油廢水處理方法，至少包含下列步驟：提供具有一第一COD值之一含油廢水；對該含油廢水進行一酸化破乳處理，藉以使得該含油廢水分離成一上層溶液及一下層溶液；對該下層溶液進行一第一混凝沉澱處理，藉以形成一沉澱物及一上層澄清溶液；以及以一生物製劑對該上層澄清溶液進行一接觸曝氣處理步驟，藉以獲得具有符合一進流標準之一第二COD值之一進流溶液，其中該生物製劑為枯草桿菌、納豆菌、乳酸菌、酵母菌、光合菌及硝化菌。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之具有創能及節能功效之含油廢水處理方法，其中於進行該第一混凝沉澱處理步驟之後與進行該接觸曝氣處理步驟之前還包含對該上層澄清溶液進行一第二混凝沉澱處理，藉以獲得另一上層澄清溶液，再對該另一上層澄清溶液進行該接觸曝氣處理步驟，藉以獲得該進流溶液。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之具有創能及節能功效之含油廢水處理方法，其中於進行該第一混凝沉澱處理步驟之後與進行該接觸曝氣處理步驟之前還包含對該上層澄清溶液進行一厭氧處理步驟。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之具有創能及節能功效之含油廢水處理方法，其中該生物製劑為以相同體積比例混合之枯草桿菌、納豆菌、乳酸菌、酵母菌、光合菌及硝化菌。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之具有創能及節能功效之含油廢水處理方法，其中該酸化破乳處理的pH值為3。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之具有創能及節能功效之含油廢水處理方法，其中該第一混凝沉澱處理係添加一混凝劑，該混凝劑為聚合氯化鋁(PAC)及氯化鈣(CaCl2)。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之具有創能及節能功效之含油廢水處理方法，其中該第一混凝沉澱處理係添加30ml/L的聚合氯化鋁(PAC)及4g/L的氯化鈣(CaCl2)。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之具有創能及節能功效之含油廢水處理方法，其中該第一混凝沉澱處理的pH值為9。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之具有創能及節能功效之含油廢水處理方法，其中該第二混凝沉澱處理係添加40ml/L的聚合氯化鋁(PAC)及6ml/L的聚丙烯醯胺(PAM)。
  10. 一種具有創能及節能功效之含油廢水處理設備，用以執行如申請專利範圍第1項所述之含油廢水處理方法，該含油廢水處理設備至少包含：一酸化破乳處理槽，用以對一含油廢水進行一酸化破乳處理，藉以使得該含油廢水分離成一上層溶液及一下層溶液；複數個混凝沉澱處理槽，用以對該下層溶液進行一第一混凝沉澱處理，藉以形成一沉澱物及一上層澄清溶液；以及一接觸曝氣處理槽，用以讓一生物製劑對該上層澄清溶液進行一接觸曝氣處理步驟，藉以獲得具有符合一進流標準之一第二COD值之一進流溶液。
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