TWM462743U - 用於改善水中濁度的電混凝設備 - Google Patents

Description

用於改善水中濁度的電混凝設備

本新型是有關於一種水處理設備，特別是指一種用於改善水中濁度的電混凝設備。

台灣地區水資源充沛，然而由於地勢陡峻的地理特色，導致水流湍急，再加上上游集水區水土保持不佳，在6~8月的高降雨量期間與颱風入侵期間，往往因為大量雨水沖刷山區地表，滾滾黃水流入水庫，導致水庫原水濁度瞬間暴漲，考驗了淨水場的水處理能力。當原水的濁度太高時，除了會影響到淨水場的出水品質外，也會對淨水場的水處理程序造成很大的干擾，甚至可能被迫停止進水，而發生自來水的供應中斷的情形，造成生活不便。

為了改善原水濁度，傳統的處理方式包含加入混凝劑進行的化學混凝處理、以過濾法濾除雜質的過濾處理法、結合快混槽與慢混槽的薄膜過濾，及藉由設置阻擋結構促進原水中的污泥沉降。

然而，上述的處理方式仍存有下列缺點：

一、添加化學混凝劑的處理方式由於要另外購買混凝劑，且如果原水濁度高，則所添加的混凝劑的劑量也要增 加，導致處理成本較高，且混凝劑形成的污泥量相對較高，後續還要處理所收集到的沉降污泥，不但較不環保也再次造成處理費用增加。

二、以過濾法或薄膜過濾法移除原水中雜質的方式，如果濁度過高時，容易阻塞濾孔，且過濾費時較久，處理效率不佳並會影響正常供水量，此外，過濾用的濾材通常為耗材，也會增加處理費用。

三、利用特定的阻擋結構或沉降槽促進原水雜質沉降以降低其濁度的方式，通常設置阻擋結構或沉降槽需要較大的設置空間，會增加設備成本，且仍需要較長的時間讓原水中的雜質沉降，導致處理效率不彰，且其處理能力無法負荷高濁度水的處理作業。

因此，本新型之目的，即在提供一種無需使用化學藥劑且容易控制混凝的操作時間，而能有效節省處理時間與提升處理效率的用於改善水中濁度的電混凝設備。

於是，本新型用於改善水中濁度的電混凝設備，適合去除一待處理水中的懸浮固體，包含一處理槽、一設置於該處理槽的電極單元，及一與該電極單元電連接的電壓控制器。

該處理槽包括一用於容裝該待處理水的容置空間。該電極單元包括相間隔地設置並分別延伸進入與該處理槽的容置空間中的一陰極電極及一陽極電極。該電壓控 制器與該電極單元的陰極電極與陽極電極電連接，以對該陰極電極與該陽極電極施加一操作電壓。

本新型之功效在於：藉由設置該電極單元與該電壓控制器，就能利用該電壓控制器對該陽極電極與陰極電極施加特定範圍的操作電壓，就能在不使用化學藥劑的情況下，使足夠的電壓通過該待處理水，以使水中造成濁度的懸浮固體快速混凝沉降並自該待處理水中移除，因而能在短時間內改善該待處理水的濁度，並節省處理費用與成本，確實能提供極佳的處理效率與濁度去除效果，且還具有能適用於處理高濁度原水的能力，而有更廣泛的實用價值。

2‧‧‧電混凝設備

3‧‧‧處理槽

31‧‧‧容置空間

4‧‧‧電極單元

41‧‧‧陰極電極

42‧‧‧陽極電極

5‧‧‧電壓控制器

100‧‧‧待處理水

本新型之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一示意圖，說明本新型用於改善水中濁度的電混凝設備的一個較佳實施例；圖2是一曲線圖，說明一低濁度待處理水經該較佳實施例以不同操作電壓處理後的電導度變化情形；圖3是一曲線圖，說明一高濁度待處理水經該較佳實施例以不同操作電壓處理後的電導度變化情形；圖4是一曲線圖，說明該低濁度待處理水經該較佳實施例以不同操作電壓處理後的濁度變化情形；圖5是一曲線圖，說明該高濁度待處理水經該較佳實施例以不同操作電壓處理後的濁度變化情形；及 圖6是一曲線圖，說明該高濁度待處理水與該低濁度待處理水在不同操作電壓下的懸浮固體去除率。

參閱圖1，為本新型用於改善水中濁度的電混凝設備2的一個較佳實施例，該較佳實施例適合去除一待處理水100中的懸浮固體，包含一處理槽3、一設置於該處理槽3的電極單元4，及一與該電極單元4電連接的電壓控制器5。

該處理槽3包括一用於容裝該待處理水100的容置空間31。

該電極單元4包括相間隔地設置並分別延伸進入與該處理槽3的容置空間31的一陰極電極41及一陽極電極42。該陰極電極41與該陽極電極42並與該待處理水100接觸。其中，該陰極電極41可選用任何可導電的材質製成，該陽極電極42較佳是選用鐵或鋁所製成。在本實施例中，為了讓該陽極電極42釋出的金屬離子與該待處理水中的懸浮固體結合而產生混凝效果，進而加速處理效率，是選用鋁作為該陽極電極42的材質。

該電壓控制器5與該電極單元4的陰極電極41與陽極電極42電連接，以對該陰極電極41與該陽極電極42施加一操作電壓，再透過該陰極電極41與陽極電極42使該操作電壓通過該等處理水100而進行電混凝處理。

其中，可依使用需求調整該電壓控制器5所產生的電壓範圍。較佳地，該電壓控制器5對該電極單元4 的陰極電極41與該陽極電極42所施加的操作電壓的範圍為10V~30V。通常隨著操作電壓的增加，可縮短電混凝的處理時間，因此若要縮短電混凝的處理時間，所施加操作電壓更佳為30V。

此外，還可藉由控制該操作電壓的施加時間(即對該待處理水100的通電時間)，調整該待處理水100的電導度(conductivity)與濁度(turbidity)。較佳是使該電壓控制器5對該電極單元4施加操作電壓的時間為30分鐘~60分鐘。如果要獲得更低的電導度與更佳的濁度去除效果，則最好使該電壓控制器5對該電極單元4施加操作電壓的時間為60分鐘。

藉由該電壓控制器5對該電極單元4的陰極電極41與陽極電極42施加操作電壓，能使該陽極電極42進行氧化反應而釋出金屬離子，並使該陰極電極41行還原反應電解水產生氫氣及氧氧根離子，進而生成金氫氧化物的膠羽，於該操作電壓的電場作用下，不帶電粒子會產生偶極化作用，而帶電粒子會朝向與本身電性相反之電極移動，該過程會促使帶相反電性之粒子互相吸引凝聚成較大顆粒，所形成的較大顆粒亦會受到電場影響再次產生偶極化效應，經由不斷地重複該過程，使得膠體顆粒越來越大，最終受重力影響而沉降。當以鋁材製成該陽極電極42時，在低pH的情況下，該陽極電極42會釋出Al³⁺ 與Al(OH)₃ 的離子，並在適當的pH條件下轉換為Al(OH)₃ ，最後聚合為Al(OH)_3n 的較大顆粒沉降。

<具體例1>

以下，分別比較上述的電混凝設備用於處理低濁度待處理水與高濁度待處理水的處理結果：

(1)配製一高濁度原水與一低濁度原水：取25L的自來來水，以曝氣機進行曝氣24小時以消除水中餘氯，接著，在水中加入過飽和的高嶺土顆粒，並攪拌24小時使高嶺土顆粒與水充分混合後，先靜置3小時使非懸浮固體沉澱為底泥，取靜置後的上層液為人工配製的原水，分別加水調配成3份濁度1000NTU的高濁度待處理水A，及3份濁度250NTU的低濁度待處理水B。

(2)以前述實施例中的電混凝設備2對待處理水A與待處理水B進行電混凝處理，其中，分別將該電壓控制器5的電壓調整為10V、20V與30V對前述的待處理水A與待處理水B進行電混凝處理，並分別在處理時間為30分鐘，與處理時間為60分鐘時取待處理水A與待處理水BD上層液，分析各項水質參數。

分析結果如下表-1與表-2所示：

進一步將表-1與表-2的結果依不同操作電壓下，電導度隨時間變化的情形整理為圖2與圖3，及依不同操作電壓下，濁度隨時間變化的情形整理為圖4與圖5，並利用懸浮固體濃度計算高濁度待處理水A與低濁度待處理水B於不同操作電壓下進行電混凝處理60分鐘後，與處理前相比的懸浮固體去除率，並將其結果繪製為如圖6所示的曲線圖。

如圖2與圖3所示，可看出不管是低濁度待處理水B(圖2)或高濁度待處理水A(圖3)，當以本新型的電混凝設備2(見圖1)進行處理時，其電導度隨時間的增加而下降，且當所施加的操作電壓為30 V時，其電導度的值皆為最低。另外，圖2與圖3的結果也顯示操作電壓對電混凝的效應為一重要影響因子，隨著操作電壓的增加，可縮短 電混凝的操作時間，當足夠的電壓通過待處理A或待處理水B時，由作為陽極電極42(見圖1)的鋁電極所溶出的金屬氧化物能將水中混濁分子混凝並中和電性，因而能降低水中的電荷，進而使所量測到的電導度下降。

如圖4與圖5所示，可看出不管是低濁度待處理水B(圖4)或高濁度待處理水A(圖5)，經電混凝反應後，水中濁度也是隨操作電壓越高而濁度越低，說明操作電壓越高其混凝效果越佳。其中，當低濁度待處理水B於操作操作電壓為30 V進行電混凝反應後，其濁度的去除率由通電30分鐘的69%增加至通電60分鐘的92%，而高濁度待處理水A於操作操作電壓為30 V進行電混凝反應後，其濁度的去除率由通電30分鐘的72%增加至通電60分鐘的98%，因此，本新型的電混凝設備2(見圖1)應用於處理高濁度原水時，應該能夠發揮比處理低濁度原水時更理想的混凝效果，故在面對原水出現高濁度的狀況時，本新型的電混凝設備將能發揮更大的效果。

為了更清楚了解低濁度待處理水B與高濁度待處理水A以電混凝設備處理後的效果，檢驗水中懸浮固體的去除狀況，由圖6的懸浮固體去除率(簡稱為SS去除率)的比較圖形可以說明，低濁度待處理水B隨著操作電壓增加其SS去除率也隨之下降，從10V時為83%至30V時的80%，但高濁度待處理水A則出現操作電壓增加而其SS去除率逐漸上升的現象，但若排除30V的測試結果，則呈現不論是高、低濁度待處理水A、B，其SS去除率皆隨操作 電壓增加而去除率上升，從圖4與圖5的濁度測試結果也印證此結果。

參閱圖1，綜合上述分析結果顯示，當操作電壓增加時，除了可縮短電混凝的操作時間，並可降低水中的電導度與濁度。且電混凝處理也相當有利於高濁度待處理水A，當操作電壓為30V時，低濁度待處理水B於通電60分鐘的濁度的去除率為92%，而高濁度待處理水A則高達98%。顯示本新型的電混凝設備2用於處理高濁度待處理水100時，能產生更佳的處理效益，故可應用於先移除高濁度待處理水100中的大部分懸浮固體，就能以更有效率的方式進行後續處理以達飲用水標準。此外，也能以本新型的電混凝設備與傳統的混凝處理方式相搭配，先以電混凝設備2對高濁度的待處理水進行初步處理，以提升整體的處理效率，並避免待處理水中大量的懸浮固體對後續處理程序的設備造成損害。

綜上所述，本新型用於改善水中濁度的電混凝設備2可獲致下述的功效及優點，故能達到本新型的目的：

一、配合上述分析結果顯示，本新型電處理設備2利用該電極單元4與該電壓控制器5，對該處理槽3中的待處理水100施加特定範圍的操作電壓，就能在不使用化學藥劑的情況下，藉由使操作電壓通過該待處理水100，使待處理水100中造成濁度的懸浮固體快速混凝沉降並自該待處理水100中移除，因而能在短時間內改善該待處理水100的濁度，並節省處理費用，確實能提供極 佳的處理效率與濁度去除效果。

二、電混凝與化學混凝同樣以破壞膠體顆粒之穩定性為目的，但電混凝設備2移除待處理水100中的懸浮固體的處理方式，相較於傳統的化學混凝處理，具有無需購置混凝劑的需求，產生的污泥量少且易過濾等優點，尤其是針對高濁度原水，使用本新型可以大幅降低處理成本、改善處理效率，及預防相關的水處理設備因懸浮固體過多而受損，使本新型還具有適用於處理高濁度原水的實用價值。

惟以上所述者，僅為本新型之較佳實施例而已，當不能以此限定本新型實施之範圍，即大凡依本新型申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本新型專利涵蓋之範圍內。

2‧‧‧電混凝設備

3‧‧‧處理槽

31‧‧‧容置空間

4‧‧‧電極單元

41‧‧‧陰極電極

42‧‧‧陽極電極

5‧‧‧電壓控制器

100‧‧‧待處理水

Claims (8)

1. 一種用於改善水中濁度的電混凝設備，適合去除一待處理水中的懸浮固體，包含：一處理槽，包括一用於容裝該待處理水的容置空間；一電極單元，包括相間隔地設置並分別延伸進入與該處理槽的容置空間中的一陰極電極及一陽極電極；及一電壓控制器，與該電極單元的陰極電極與陽極電極電連接，以對該陰極電極與該陽極電極施加一操作電壓。
2. 如請求項1所述的用於改善水中濁度的電混凝設備，其中，該電壓控制器對該電極單元的陰極電極與該陽極電極所施加的操作電壓的範圍為10 V~30V。
3. 如請求項2所述的用於改善水中濁度的電混凝設備，其中，該電壓控制器對該電極單元的陰極電極與該陽極電極所施加的操作電壓為30V。
4. 如請求項2所述的用於改善水中濁度的電混凝設備，其中，該電壓控制器對該電極單元施加操作電壓的時間為30分鐘~60分鐘。
5. 如請求項3所述的用於改善水中濁度的電混凝設備，其中，該電壓控制器對該電極單元施加操作電壓的時間為30分鐘~60分鐘。
6. 如請求項5所述的用於改善水中濁度的電混凝設備，其中，該電壓控制器對該電極單元施加操作電壓的時間為60分鐘。
7. 如請求項1所述的用於改善水中濁度的電混凝設備，其中，該電極單元的陽極電極是由鐵或鋁所製成。
8. 如請求項7所述的用於改善水中濁度的電混凝設備，其中，該電極單元的陽極電極是由鋁所製成。