TWI779847B - 含溶解性鹽類或酸類排水的處理方法 - Google Patents

含溶解性鹽類或酸類排水的處理方法 Download PDF

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林育誼
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Abstract

本發明係提供一種含溶解性鹽類或酸類排水的處理方法，其係包含：(a) 排水注入步驟；(b) 前過濾處理步驟；(c) 電動力法分離步驟；(d) 處理水排放步驟；以及(e) 作為循環產品步驟。本發明之含溶解性鹽類或酸類排水的處理方法可應用於淨化排水，經淨化後之排水其中所含之無機鹽類濃度有效降低，屬於一綠色分離(Green Separation)技術。

Description

含溶解性鹽類或酸類排水的處理方法
本發明係關於一種含溶解性鹽類或酸類排水的處理方法，特別關於一種包含電動力法分離步驟之含溶解性鹽類或酸類排水的處理方法。
傳統之含鹽類之排水的處理方法，多係使用熱蒸發罐將含鹽排水中水分蒸發，留下鹽結晶固體，抑或是添加混凝劑將水中鹽類沉澱移除；含酸根離子之排水的處理方法，多係屬於透過化學酸鹼中和反應來提升排水之酸鹼值(pH)，這些技術需要持續添加化學藥劑，例如：氫氧化鈉、氫氧化鈣、氫氧化鎂等，因此，此類處理方式之藥劑成本較高，且處理後排水中恐生成沉澱(或污泥)，仍需加設一後端固液分離設施，並需考慮分離後固體污泥之清運，並不符合「綠色科技」原則。
有鑑於上述先前技術中之含鹽類之排水的處理方法及含酸根離子之排水的處理方法之缺點，本發明係提供一種含溶解性鹽類或酸類排水的處理方法。
本發明目的係在提供一新穎綠色分離方式，將待處理排水中所含之溶解性鹽類或酸類分離與濃縮，作為「綠色循環產品」，同時達到排水中和與淨化之效果，其特徵為使用一具能源效率之電動力法分離裝置，將排水中具污染疑慮之溶解性鹽類或酸類物質(例如硫酸根或其他有機酸類離子)濃縮成一股產品。本發明處理後之排水能符合放流水排放標準，直接排放至鄰近溪流或河川，且產生之濃縮產品可再作為綠色循環化學品，提供環境與經濟效益，達成循環經濟概念。
為達上述目的及其他目的，本發明係提供一種含溶解性鹽類或酸類排水的處理方法，其係包含： (a)  排水注入步驟，其係透過水泵設備或重力流的方式，將待處理之排水注入或引入一第一暫存槽； (b) 前過濾處理步驟，其係透過水泵設備，將該暫存槽中之待處理之排水輸送至一過濾設備以去除懸浮顆粒物，並產生一已去除懸浮顆粒物之待處理排水； (c)  電動力法分離步驟，其係將該已去除懸浮顆粒物之待處理排水透過水泵設備輸送至至少一電動力分離設施，並產生一處理後排水及一濃縮副產品； (d) 處理水排放步驟，其係將該處理後排水排出至一承受水體或回收再利用；以及 (e)  作為循環產品步驟，其係將該濃縮副產品引入一第二暫存槽， 其中，該至少一電動力分離設施包含： 一陽極電極，其係設置於該電動力分離設施中之一第一端； 一陰極電極，其係設置於該電動力分離設施中與該陽極電極相對之一第二端； 一模組單元，其係設置於該陽極電極與該陰極電極之間，組成包含： 一離子導體材料，其係為一具高孔隙之固定式薄片材料，該具高孔隙之固定式薄片材料係包含離子交換樹脂及聚合膠結材料； 一第一隔膜，其係鄰近於該離子導體材料之面對該陽極電極之一第一側設置； 一第二隔膜，其係鄰近於該離子導體材料之面對該陰極電極之一第二側設置，其中，該第一隔膜與該第二隔膜之間係定義一填充該離子導體材料之一離子交換室； 其中，該第一隔膜、該第二隔膜係獨立選自由陽離子交換薄膜、陰離子交換薄膜及雙極膜所組成之群組； 一第三隔膜，其係為雙極膜，且設置於該陽極電極與該模組單元之間，其中該模組單元與該第三隔膜之間係定義並未填充固態材料之一第一濃縮室； 一第四隔膜，其係為雙極膜，且設置於該陰極電極與該模組單元之間，其中該模組單元與該第四隔膜之間係定義並未填充固態材料之一第二濃縮室， 其中，該電動力分離設施之外壁係具有一注入口，其係可供該已去除懸浮顆粒物之待處理排水注入該離子交換室；一處理後排水排出口，其係可供該處理後排水自該離子交換室排出；一第一濃縮副產品排出口，其係可供該濃縮副產品自該第一濃縮室排出；以及一第二濃縮副產品排出口，其係可供該濃縮副產品自該第二濃縮室排出。
上述之處理方法，其中該模組單元之第一隔膜可為陰離子交換薄膜；以及該第二隔膜可為雙極膜。
上述之處理方法，其中可進一步包含： (f)  離子導體材料再生步驟，其係透過該陽極電極與該陰極電極所施加之電場，再生該離子導體材料。
上述之處理方法，其中該第一暫存槽可為一圓筒形儲槽、一滯留池或一沉澱槽。
上述之處理方法，其中該待處理之排水之溫度可介於攝氏8至65度之間。
上述之處理方法，其中該過濾設備可為一攔污柵、一Y型過濾器或一薄膜過濾器。
上述之處理方法，其中該(b) 前過濾處理步驟可去除該待處理之排水中之粒徑大於125 μm的懸浮顆粒物。
上述之處理方法，其中該電動力分離設施之操作電壓可介於 0.1 V/cell 至5.0 V/cell 之間。
上述之處理方法，其中該(c) 電動力法分離步驟可將該已去除懸浮顆粒物之待處理排水透過水泵設備輸送至並聯2至60個模組單元之電動力分離設施； 其中，該等模組單元係設置於該第三隔膜與該第四隔膜之間，且最靠近該第三隔膜的模組單元與該第三隔膜之間係定義並未填充固態材料之一第一濃縮室；最靠近該第四隔膜的模組單元與該第四隔膜之間係定義並未填充固態材料之一第二濃縮室；該電動力分離設施之外壁係具有複數個注入口，其係可供該已去除懸浮顆粒物之待處理排水注入該等模組單元的離子交換室；以及相鄰的模組單元之間係定義至少一並未填充固態材料之單元間濃縮室，且該電動力分離設施之外壁係具有至少一單元間濃縮副產品排出口，其係可供該濃縮副產品自該或該等單元間濃縮室排出。
上述之處理方法，其中該第二暫存槽可為一圓筒形儲槽、一滯留池或一沉澱槽。
本發明之含溶解性鹽類或酸類排水的處理方法係可於常溫、常壓下進行含溶解性鹽類或酸類排水的處理方法，有別於傳統污水處理程序(例如：混凝沉澱或酸鹼中和等)，本發明不需額外投入化學藥劑(例如：混凝試劑、酸劑或鹼劑)，本發明係直接使用一具能源效率之電動力分離設施，濃縮分離待處理排水中溶解性鹽類或酸類物質，並產生一處理後排水與一濃縮副產品，此處理後排水符合放流水標準，可排出至承受水體或是回收再利用；此濃縮副產品可作為綠色循環原料，供給作為其他產業之原物料。
本發明之含溶解性鹽類或酸類排水的處理方法有別於傳統污水處理程序，避免額外投入化學藥劑手段，轉而藉由一具能源效率之電動力分離設施，有效分離濃縮待處理排水中溶解性鹽類或酸類物質，並產製一處理後排水與一濃縮副產品，此濃縮副產品更可作為綠色資源，提供環境效益，並減少整體能資源使用成本。
為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，對本發明做一詳細說明，說明如後：
實施例1
如圖1所示，本實施例之含溶解性鹽類或酸類排水的處理方法，其係包含：(a) 排水注入步驟S101；(b) 前過濾處理步驟S102；(c) 電動力法分離步驟S103；(d) 處理水排放步驟S104；以及(e) 作為循環產品步驟S105。
其中，該(a) 排水注入步驟S101係透過水泵設備或重力流的方式，將待處理之排水注入或引入一第一暫存槽。於一較佳實施例中，該第一暫存槽可為一圓筒形儲槽、一滯留池或一沉澱槽，但本發明並不限於此，本發明所屬技術領域中具有通常知識者可依實際需求(例如：所欲達成之排水處理量)選擇適合的槽體。於一較佳實施例中，係將該待處理之排水之溫度控制在攝氏8至65度之間，以提升排水之淨化效率，但本發明並不限於此。
其中，該(b) 前過濾處理步驟係透過水泵設備，將該暫存槽中之待處理之排水輸送至一過濾設備以去除懸浮顆粒物，並產生一已去除懸浮顆粒物之待處理排水。於一較佳實施例中，該過濾設備係為一攔污柵、一Y型過濾器或一薄膜過濾器，但本發明並不限於此，本發明所屬技術領域中具有通常知識者可依實際需求(例如：待處理之排水中之懸浮顆粒物之含量、尺寸)選擇適合的過濾設備。於一較佳實施例中，該(b) 前過濾處理步驟係去除該待處理之排水中之粒徑大於125 μm的懸浮顆粒物，但本發明並不限於此，本發明所屬技術領域中具有通常知識者可依實際需求(例如：不同之排放標準)選擇適合的過濾層級。
其中，該(c) 電動力法分離步驟係將該已去除懸浮顆粒物之待處理排水透過水泵設備輸送至至少一電動力分離設施，並產生一處理後排水及一濃縮副產品。
如圖2所示，該至少一電動力分離設施10包含：一陽極電極11，其係設置於該電動力分離設施10中之一第一端。
該至少一電動力分離設施10亦包含：一陰極電極12，其係設置於該電動力分離設施10中與該陽極電極11相對之一第二端。
該至少一電動力分離設施10亦包含：一模組單元，其係設置於該陽極電極與該陰極電極之間。
該模組單元之組成包含：一離子導體材料13，其係為一具高孔隙之固定式薄片材料，該具高孔隙之固定式薄片材料係包含離子交換樹脂及聚合膠結材料。
該模組單元之組成亦包含：一第一隔膜14，其係鄰近於該離子導體材料13之面對該陽極電極11之一第一側設置。
該模組單元之組成亦包含：一第二隔膜15，其係鄰近於該離子導體材料13之面對該陰極電極12之一第二側設置，其中，該第一隔膜14與該第二隔膜15之間係定義一填充該離子導體材料13之一離子交換室131。實施例1中第一隔膜14係為陰離子交換薄膜；以及該第二隔膜15係為雙極膜，但本發明並不限於此，該第一隔膜14、該第二隔膜15可獨立選自由陽離子交換薄膜、陰離子交換薄膜及雙極膜所組成之群組。
該至少一電動力分離設施10亦包含：一第三隔膜16，其係為雙極膜，其係設置於該陽極電極11與該模組單元之間，其中該模組單元與該第三隔膜16之間係定義並未填充固態材料之一第一濃縮室161。
該至少一電動力分離設施10亦包含：一第四隔膜17，其係為雙極膜，且設置於該陰極電極12與該模組單元之間，其中該模組單元與該第四隔膜17之間係定義並未填充固態材料之一第二濃縮室171。
該電動力分離設施10之外壁係具有一注入口101，其係可供該已去除懸浮顆粒物之待處理排水注入該離子交換室131；一處理後排水排出口102，其係可供該處理後排水自該離子交換室131排出；一第一濃縮副產品排出口103，其係可供該濃縮副產品自該第一濃縮室161排出；以及一第二濃縮副產品排出口104，其係可供該濃縮副產品自該第二濃縮室171排出。
如圖2中之箭頭所示，已去除懸浮顆粒物之待處理排水係自圖2之下方經由該注入口101引入離子交換室131中。其中，部分已去除懸浮顆粒物之待處理排水自離子交換室131中穿過該第一隔膜14及該第二隔膜15進入該第一濃縮室161及該第二濃縮室171成為濃縮副產品，且該濃縮副產品係於後續之(e) 作為循環產品步驟中，自圖2之上方之該第一濃縮副產品排出口103或該第二濃縮副產品排出口104排出並引入一第二暫存槽(圖未示)。其中，部分已去除懸浮顆粒物之待處理排水經離子交換室131之處理後成為處理後排水，且該處理後排水係於後續之(d) 處理水排放步驟中，自圖2之上方之該處理後排水排出口102排出至一承受水體或回收再利用。
上述之離子導體材料係一具高孔隙之固定式薄片材料，較佳地，該高孔隙之固定式薄片材料之孔隙率係介於50%至98%之間，但本發明並不限於此，且該具高孔隙之固定式薄片材料係包含離子交換樹脂及聚合膠結材料。其中，可做為該離子交換樹脂之材料包含但不限於陰離子交換樹脂、陽離子交換樹脂、碳材料及生物炭；以及可做為該聚合膠結材料之材料包含但不限於聚乙烯、聚碳酸酯及聚對苯二甲酸乙二醇酯。如上所述，本發明含溶解性鹽類或酸類排水的處理方法中的(c) 電動力法分離步驟中係使用具高孔隙之固定式薄片材料作為「離子導體材料」，可加速設備於現場直接維護更新，且電動力分離性能與電流效率更高。
於一較佳實施例中，上述之該模組單元中該第一隔膜14可為陰離子交換薄膜；該第二隔膜15可為雙極膜。於上述較佳實施例中，於本發明之含溶解性鹽類或酸類排水的處理方法中的(c) 電動力法分離步驟中所使用之電動力分離設施中，自圖2之左側至右側，該第三隔膜16、該第一隔膜14、該第二隔膜15及該第四隔膜17的排列方式並非傳統之固定排列方式(即，陽離子交換薄膜-陰離子交換薄膜-陽離子交換薄膜-陰離子交換薄膜)，因此可處理水體的酸鹼值範圍更大，以中和或產製強酸性強鹼性水體。
於一較佳實施例中，本發明之含溶解性鹽類或酸類排水的處理方法中的(c) 電動力法分離步驟中所使用之電動力分離設施之操作電壓可介於0.1 V/cell 至5.0 V/cell 之間，但本發明並不限於此，本發明所屬技術領域中具有通常知識者可依實際需求(例如：待處理之排水之鹽度或酸鹼度)選擇適合的電壓。
於一較佳實施例中，該(c) 電動力法分離步驟可將該已去除懸浮顆粒物之待處理排水透過水泵設備輸送至並聯2至60個模組單元之電動力分離設施，但本發明並不限於此，本發明所屬技術領域中具有通常知識者可依實際需求(例如：所欲達成之排水處理量)選擇適合的電動力分離設施的數量。
其中，該(d) 處理水排放步驟係將該處理後排水排出至一承受水體或回收再利用。該處理後排水符合放流水標準，可排出至承受水體或回收再利用。
其中，該(e) 作為循環產品步驟係將該濃縮副產品引入一第二暫存槽，該濃縮副產品可作為綠色循環原料，供給作為其他產業之原物料。於一較佳實施例中，該第二暫存槽可為一圓筒形儲槽、一滯留池或一沉澱槽，但本發明並不限於此，本發明所屬技術領域中具有通常知識者可依實際需求(例如：所產生之濃縮副產品的量)選擇適合的槽體。
於一較佳實施例中，本發明之含溶解性鹽類或酸類排水的處理方法可進一步包含：(f) 離子導體材料再生步驟，其係透過該陽極電極與該陰極電極所施加之電場，再生該離子導體材料。藉此，該離子導體材料在該離子交換室可透過電場進行再生，於處理過程中不需要更換或而外加藥再生。
實施例2
實施例2之含溶解性鹽類或酸類排水的處理方法大致上係與實施例1相同，其差異僅在於其中該(c) 電動力法分離步驟係將該已去除懸浮顆粒物之待處理排水透過水泵設備輸送至並聯2個模組單元之電動力分離設施。
如圖3所示，實施例2之處理方法所使用的電動力分離設施20包含與實施例1之電動力分離設施10相同的陽極電極11、陰極電極12、第三隔膜16以及第四隔膜17。
相較於實施例1之處理方法所使用的電動力分離設施10，實施例2之處理方法所使用的電動力分離設施20係包含2個模組單元，且該等模組單元係以並聯之方式設置，且各別包含：一離子導體材料13、一第一隔膜14以及一第二隔膜15。
由圖3可見，該電動力分離設施20中，2個模組單元係設置於該第三隔膜16與該第四隔膜17之間，且最靠近該第三隔膜16的模組單元(即，圖3中較偏左側的模組單元)與該第三隔膜16之間係定義並未填充固態材料之一第一濃縮室161；最靠近該第四隔膜的模組單元(即，圖3中較偏右側的模組單元)與該第四隔膜17之間係定義並未填充固態材料之一第二濃縮室171；該電動力分離設施20之外壁係具有複數個注入口101，其係可供該已去除懸浮顆粒物之待處理排水注入該等模組單元的離子交換室131；以及相鄰的模組單元之間係定義並未填充固態材料之一單元間濃縮室181，且該電動力分離設施之外壁係具有一單元間濃縮副產品排出口105，其係可供該濃縮副產品自該單元間濃縮室181排出。
相較於實施例1，實施例2之處理方法所使用的電動力分離設施係包含2個模組單元，可進一步提升本發明之含溶解性鹽類或酸類排水的處理方法的效率。
實施例2之處理方法所使用的電動力分離設施係包含2個模組單元，但本發明並不限於此，於一較佳實施例中，本發明之處理方法所使用的電動力分離設施可包含3~60個模組單元，以更進一步提升本發明之含溶解性鹽類或酸類排水的處理方法的效率。於上述包含3~60個模組單元的情況下，相鄰的模組單元之間係定義複數個並未填充固態材料之單元間濃縮室，且該電動力分離設施之外壁係具有複數個單元間濃縮副產品排出口，其係可供該濃縮副產品自該等單元間濃縮室排出。更具體而言，以包含10個模組單元的情況為例，於此情況下，該電動力分離設施將具有9組相鄰的模組單元，且9組相鄰的模組單元將定義9個並未填充固態材料之單元間濃縮室；於此情況下，電動力分離設施之外壁將具有9個單元間濃縮副產品排出口，其係可供該濃縮副產品分別自9個單元間濃縮室排出。
據上，相較於先前技術，本發明之含溶解性鹽類或酸類排水的處理方法可避免額外投入化學藥劑之手段，轉而藉由一具能源效率之電動力分離設施，有效分離濃縮待處理排水中溶解性鹽類或酸類物質，並產製一處理後排水與一濃縮副產品，此濃縮副產品更可作為綠色資源，提供環境效益，並減少整體能資源使用成本。本發明之含溶解性鹽類或酸類排水的處理方法可應用於淨化排水，經淨化後之排水其中所含之無機鹽類濃度有效降低，屬於一綠色分離(Green Separation)技術。
本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。
S101:步驟 S102:步驟 S103:步驟 S104:步驟 S105:步驟 10:電動力分離設施 11:陽極電極 12:陰極電極 13:離子導體材料 14:第一隔膜 15:第二隔膜 16:第三隔膜 17:第四隔膜 20:電動力分離設施 101:注入口 102:處理後排水排出口 103:第一濃縮副產品排出口 104:第二濃縮副產品排出口 105:單元間濃縮副產品排出口 131:離子交換室 161:第一濃縮室 171:第二濃縮室 181:單元間濃縮室
［圖1］ 係為實施例1之含溶解性鹽類或酸類排水的處理方法的流程圖。 ［圖2］ 係為實施例1之含溶解性鹽類或酸類排水的處理方法中的(c) 電動力法分離步驟中所使用之電動力分離設施的示意圖。 ［圖3］ 係為實施例2之含溶解性鹽類或酸類排水的處理方法中的(c) 電動力法分離步驟中所使用之電動力分離設施的示意圖。
S101:步驟
S102:步驟
S103:步驟
S104:步驟
S105:步驟

Claims (10)

  1. 一種含溶解性鹽類或酸類排水的處理方法，其係包含： (a)  排水注入步驟，其係透過水泵設備或重力流的方式，將待處理之排水注入或引入一第一暫存槽； (b) 前過濾處理步驟，其係透過水泵設備，將該暫存槽中之待處理之排水輸送至一過濾設備以去除懸浮顆粒物，並產生一已去除懸浮顆粒物之待處理排水； (c)  電動力法分離步驟，其係將該已去除懸浮顆粒物之待處理排水透過水泵設備輸送至至少一電動力分離設施，並產生一處理後排水及一濃縮副產品； (d) 處理水排放步驟，其係將該處理後排水排出至一承受水體或回收再利用；以及 (e)  作為循環產品步驟，其係將該濃縮副產品引入一第二暫存槽， 其中，該至少一電動力分離設施包含： 一陽極電極，其係設置於該電動力分離設施中之一第一端； 一陰極電極，其係設置於該電動力分離設施中與該陽極電極相對之一第二端； 一模組單元，其係設置於該陽極電極與該陰極電極之間，組成包含： 一離子導體材料，其係為一具高孔隙之固定式薄片材料，該具高孔隙之固定式薄片材料係包含離子交換樹脂及聚合膠結材料； 一第一隔膜，其係鄰近於該離子導體材料之面對該陽極電極之一第一側設置； 一第二隔膜，其係鄰近於該離子導體材料之面對該陰極電極之一第二側設置，其中，該第一隔膜與該第二隔膜之間係定義一填充該離子導體材料之一離子交換室； 其中，該第一隔膜、該第二隔膜係獨立選自由陽離子交換薄膜、陰離子交換薄膜及雙極膜所組成之群組； 一第三隔膜，其係為雙極膜，且設置於該陽極電極與該模組單元之間，其中該模組單元與該第三隔膜之間係定義並未填充固態材料之一第一濃縮室； 一第四隔膜，其係為雙極膜，且設置於該陰極電極與該模組單元之間，其中該模組單元與該第四隔膜之間係定義並未填充固態材料之一第二濃縮室， 其中，該電動力分離設施之外壁係具有一注入口，其係可供該已去除懸浮顆粒物之待處理排水注入該離子交換室；一處理後排水排出口，其係可供該處理後排水自該離子交換室排出；一第一濃縮副產品排出口，其係可供該濃縮副產品自該第一濃縮室排出；以及一第二濃縮副產品排出口，其係可供該濃縮副產品自該第二濃縮室排出。
  2. 如請求項1所述之處理方法，其中該模組單元中該第一隔膜係為陰離子交換薄膜；以及該第二隔膜係為雙極膜。
  3. 如請求項1所述之處理方法，其中進一步包含： (f)  離子導體材料再生步驟，其係透過該陽極電極與該陰極電極所施加之電場，再生該離子導體材料。
  4. 如請求項1所述之處理方法，其中該第一暫存槽係為一圓筒形儲槽、一滯留池或一沉澱槽。
  5. 如請求項1所述之處理方法，其中該待處理之排水之溫度係介於攝氏8至65度之間。
  6. 如請求項1所述之處理方法，其中該過濾設備係為一攔污柵、一Y型過濾器或一薄膜過濾器。
  7. 如請求項1所述之處理方法，其中該(b) 前過濾處理步驟係去除該待處理之排水中之粒徑大於125 μm的懸浮顆粒物。
  8. 如請求項1所述之處理方法，其中該電動力分離設施之操作電壓係介於0.1 V/cell 至5.0 V/cell 之間。
  9. 如請求項1所述之處理方法，其中該(c) 電動力法分離步驟係將該已去除懸浮顆粒物之待處理排水透過水泵設備輸送至並聯2至60個模組單元之電動力分離設施； 其中，該等模組單元係設置於該第三隔膜與該第四隔膜之間，且最靠近該第三隔膜的模組單元與該第三隔膜之間係定義並未填充固態材料之一第一濃縮室；最靠近該第四隔膜的模組單元與該第四隔膜之間係定義並未填充固態材料之一第二濃縮室；該電動力分離設施之外壁係具有複數個注入口，其係可供該已去除懸浮顆粒物之待處理排水注入該等模組單元的離子交換室；以及相鄰的模組單元之間係定義至少一並未填充固態材料之單元間濃縮室，且該電動力分離設施之外壁係具有至少一單元間濃縮副產品排出口，其係可供該濃縮副產品自該或該等單元間濃縮室排出。
  10. 如請求項1所述之處理方法，其中該第二暫存槽係為一圓筒形儲槽、一滯留池或一沉澱槽。
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