TWI761276B - 具有高效節能之切削油廢水處理方法 - Google Patents

Abstract

一種具有高效節能之切削油廢水處理方法，包含：提供具有一第一COD值之一切削油廢水；對該切削油廢水進行一酸化破乳處理，藉以使得該切削油廢水分離成一上層溶液及一下層溶液；以及對該下層溶液進行一費頓法處理及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，其中該另一上層澄清溶液係具有符合一進流標準之一第二COD值。

Description

具有高效節能之切削油廢水處理方法

本發明是有關於一種廢水處理方法，特別是有關於一種具有高效節能之切削油廢水處理方法。

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。

有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之一目的就是在提供一種具有高效節能之切削油廢水處理方法，以解決傳統技術的問題。

為達前述目的，本發明提出一種具有高效節能之切削油廢水處理方法，包含：提供具有一第一COD值之一切削油廢水；對該切削油廢水進行一酸化破乳處理，藉以使得該切削油廢水分離成一上層溶液及一下層溶液；以及對該下層溶液進行一費頓法處理及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，其中該另一上層澄清溶液係具有符合一進流標準之一第二COD值。

其中在對該下層溶液進行該費頓法處理及該第一混凝沉澱處理之步驟中，該下層溶液係先進行該費頓法處理，再進行該第一混凝沉澱處理。

其中該酸化破乳處理的pH值為3，並以180RPM攪拌速度快速混合20分鐘，且靜置30分鐘。

其中該費頓法處理的pH值為3，添加75mL/L雙氧水(H₂O₂)及100mL/L硫酸亞鐵(FeSO₄)，並以150RPM攪拌速度快速混合40分鐘。

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)作為混凝劑。

其中該第一混凝沉澱處理的pH值為9，並以150RPM攪拌速度快速混合1分鐘，以50RPM攪拌速度快速混合20分鐘，且靜置30分鐘。

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)作為混凝劑。

其中該第二混凝沉澱處理係以150RPM攪拌速度快速混合1分鐘，以50RPM攪拌速度快速混合20分鐘，且靜置30分鐘。

承上所述，依本發明之具有高效節能之切削油廢水處理方法，其可具有一或多個下述優點：

(1)有效處理切削油廢水，降低COD值，提高COD去除率。

(2)有效處理切削油廢水，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。

茲為使鈞審對本發明的技術特徵及所能達到的技術功效有更進一步的瞭解與認識，謹佐以較佳的實施例及配合詳細的說明如後。

S10、S20、S30、S40:步驟

圖1為本發明的一種具有高效節能之切削油廢水處理方法的運作流程圖。

為利瞭解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合圖式，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，未必為本發明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、侷限本發明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。

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。某些用以描述本發明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發明的描述上額外的引導。

關於本文中如使用“第一”、“第二”、“第三”等，並非特別指稱次序或順位的意思，亦非用以限定本發明，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為本發明的一種具有高效節能之切削油廢水處理方法的運作流程圖。本發明係以酸化破乳處理法、費頓法及混凝沉澱法來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，本發明係提出一種具有高效節能之切削油廢水處理方法，至少包含下列步驟：步驟S10：提供切削油廢水；步驟S20：對切削油廢水進行酸化破乳處理，使得切削油廢水分離成上層溶液及下層溶液；步驟S30：對下層溶液進行費頓法處理及第一混凝沉澱處理，藉以形成沉澱物及上層澄清溶液；以及步驟S40：對經費頓法處理及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，其中該另一上層澄清溶液係具有符合一進流標準之一第二COD值。

詳言之，本發明可例如將COD值為29,656mg/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764mg/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。在本發明之實驗中，切削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。

在本發明的具有高效節能之切削油廢水處理方法之一種實施例中，為了獲得較佳去除率，首先提供切削油廢水(含油廢水)的原液體(步驟S10)。接著，對此切削油廢水進行酸化破乳處理(步驟S20)。表1係以切削油廢水的原液體各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，本發明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，使得切削油廢水分離成上層溶液及下層溶液，然後量測切削油廢水(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%，因此切削油廢水的pH值應調整為3。其中，調整pH值的方式係將1L的切削油廢水的原液體置於1L燒杯中，且加入濃鹽酸以調節pH值。

本發明中COD的量測方式如下：水中化學需氧量檢測方法一重鉻酸鉀迴流法，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。

在步驟S30中，本發明進一步對切削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係以切削油廢水的原液體各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(150RPM)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，本發明選用的PAC劑量較佳為30ml/L。

表3係以切削油廢水的原液體各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(150RPM)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，較接近切削油廢水原液體的pH值(8.7)，因此在混凝沉澱處理中，較佳之pH值為9。

此外，本發明在費頓法處理及第一混凝沉澱處理(步驟S30)之後，進行第二次混凝沉澱處理(步驟S40)(又稱，二次混凝沉澱處理)。如表4所示，本發明針對表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(150RPM)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(150RPM)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%。

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(150RPM)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。

由表1可知，酸化破乳處理(步驟S20)的pH值較佳為3。因此，本發明將切削油廢水的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(150RPM)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(40ml/L)及PAM(6ml/L)，且快速混合(150RPM)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。

接著，探討酸化破乳後先經費頓法再混凝處理(F1至F3組)或先經混凝處理再費頓法處理(F4組)的COD去除率。

在F1組中，先經費頓法再混凝處理，參數條件：取廢水調pH=3酸化破乳處理20分，虹吸取下層液體再調pH=3，加H₂O₂(35重量%)=75mL/L，FeSO₄(10重量%)100mL/L，進行費頓法處理40分實驗，最後調pH=9再加PAC 30mL/L，CaCl₂ 4g/L，取濾液測COD。

在F2組中，先經費頓法再混凝處理，參數條件：取廢水調pH=3酸化破乳處理20分，虹吸取下層液體再調pH=3，加H₂O₂=37.5mL/L，FeSO₄(10重量%)50mL/L，進行費頓法處理40分實驗，最後調pH=9再加PAC 30mL/L，CaCl₂ 4g/L，取濾液測COD。

在F3組中，先經費頓法再混凝處理，參數條件：取廢水調pH=3酸化破乳處理20分，虹吸取下層液體再調pH=3，加H₂O₂=18.5mL/L，FeSO₄(10重量%)25mL/L，進行費頓法處理40分實驗，最後調pH=9再加PAC 30mL/L，CaCl₂ 4g/L，取濾液測COD。

在F4組中，先經混凝再費頓法處理，參數條件：取廢水調pH=3酸化破乳處理20分，先以PAC30mL/L，CaCl₂ 4g/L，按混凝步驟：快混150RPM，1分，慢混50RPM，20分，沉澱30分。過濾再進行費頓法處理40分，調pH=3，加H₂O₂(35重量%)=37.5mL/L，FeSO₄(10重量%)50mL/L，取濾液測COD。

以上4種實驗皆固定，費頓法處理(150RPM快速混合反應40分)，混凝步驟(快混150RPM，1分)，(慢混50RPM，20分)，沉澱30分。過濾後測COD，用重鉻酸鉀法測上層液COD。

通常情況下，2價的鐵離子的主要作用是加速化學反應，H₂O₂強氧化作用也是在降解有機物的過程中能夠得到體現。對於那些不太容易被降解的有機物來說，它的穩定性都是比較高的，主要是因為他們含有鈍化基團，氧 化的過程相對比較難以實現，不過我們選擇的氧化劑Fenton的氧化能力是非常強的，並且能夠進一步加強H₂O₂的氧化效果及速度。對於那些自由的羥基在對污染物進行氧化的過程中，可以對其進行降解，最終達到生成等級較低的有機物的目的。

實驗結果如表6所示，通過表6，能夠看出廢水先去乳化虹吸取下層液體，調pH=3破乳處理20分，再調pH=3，加H₂O₂=75mL/L，FeSO₄(10重量%)100mL/L，進行費頓法處理40分實驗，過濾取濾液調pH=9再加PAC 30mL/L，CaCl₂ 4g/L，靜置過濾測得COD去除率92.7%(F1組)。即切削油廢水經酸化破乳處理後，先經費頓法再進行混凝處理，其COD去除率較高。

最後，探討酸化破乳、費頓法及一次、二次混凝沉澱複合處理切削油廢水的COD去除效果。實驗先經酸化破乳、費頓法及混凝處理處理條件：取廢水先酸化去乳化(調pH=3破乳(快混180RPM，20分鐘，靜置30分鐘))，虹吸取下層液體測COD；下層液體再調pH=3，加H₂O₂(35重量%)=75mL/L，FeSO₄(10重量%)100mL/L，進行費頓法處理(150RPM快速反應40分)，過濾取濾液測COD；製作一次混凝沉澱(加入PAC 30ml/L，CaCl₂ 4g/L，pH調至9)，經快混150RPM，1分鐘，慢混50RPM，20分鐘，靜置30分鐘測COD，及二次混凝(加 入PAC 40mL/L，PAM 6mL/L)，經快混150RPM，1分鐘，慢混50RPM，20分鐘，靜置30分鐘，取上澄液測COD。由表7得知，綜合所有實驗最佳結果，本發明採用複合法處理廢切削液，切削油廢水的COD總去除率達到97.4%，能夠有效降低切削液廢水中的COD含量，符合工業區汙水廠進流水標準800mg/L，可為工業化處理含油廢水提供參考。

綜上所述，依本發明之具有高效節能之切削油廢水處理方法，其可具有一或多個下述優點：(1)有效處理切削油廢水，降低COD值，提高COD去除率。(2)有效處理切削油廢水，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。任何未脫離本發明之精神與範疇，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 (6)

1. 一種具有高效節能之切削油廢水處理方法，由下列步驟組成：提供具有一第一COD值之一切削油廢水；對該切削油廢水進行一酸化破乳處理，藉以使得該切削油廢水分離成一上層溶液及一下層溶液；以及對該酸化破乳處理後所得之該下層溶液進行一費頓法處理及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，其中在對該下層溶液進行該費頓法處理及該第一混凝沉澱處理之步驟中，該下層溶液係先進行該費頓法處理，再進行該第一混凝沉澱處理，其中該費頓法處理的pH值為3，添加75mL/L雙氧水(H₂O₂，35重量%)及100mL/L硫酸亞鐵(FeSO₄，10重量%)，並以150RPM攪拌速度快速混合反應40分鐘；以及對該費頓法處理及該第一混凝沉澱處理後所得之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，其中該另一上層澄清溶液係具有符合一進流標準之一第二COD值。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具有高效節能之切削油廢水處理方法，其中該酸化破乳處理的pH值為3，並以180RPM攪拌速度快速混合20分鐘，且靜置30分鐘。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具有高效節能之切削油廢水處理方法，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)作為混凝劑。
4. 如申請專利範圍第3項所述之具有高效節能之切削油廢水處理方法，其中該第一混凝沉澱處理的pH值為9，並以150RPM攪拌速度快速混合1分鐘，以50RPM攪拌速度快速混合20分鐘，且靜置30分鐘。
5. 如申請專利範圍第1項所述之具有高效節能之切削油廢水處理方法，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)作為混凝劑。
6. 如申請專利範圍第5項所述之具有高效節能之切削油廢水處理方法，其中該第二混凝沉澱處理係以150RPM攪拌速度快速混合1分鐘，以50RPM攪拌速度快速混合20分鐘，且靜置30分鐘。

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