TWM535228U - 揮發性廢水處理系統 - Google Patents

Description

揮發性廢水處理系統

本新型創作涉及廢水處理系統，尤其是處理含揮發性物質的廢水。

現今工業的廢水，常含有在工業製程中使用的溶劑、清潔劑或是在生產後殘餘的揮發性物質等，若未適當處理，廢水中的揮發性物質會經由溢散揮發後會變成氣體型態的有害廢氣瀰漫於空氣中，尤其是有機揮發性氣體(Volatile Organic Compound，VOC)。VOC對入體健康會產生極大的危害，產生頭暈、噁心、嘔吐、流淚、刺鼻、咳嗽等症狀，濃度過高時可導致中毒死亡，長期接觸時會導致肝、肺、呼吸道等疾病，容易導致癌症。另外，VOC通常揮發點及燃點低、且具有可燃燒的特性，當VOC濃度過高時，會有爆炸、燃燒的危險性。因而，對於VOC的處理，是現今在廢棄物處理中不得不慎重的一環。

參閱圖1A及圖1B，習用技術揮發性廢水處理系統的單元方塊圖。如圖1A所示，習用技術揮發性廢水處理系統500包含一氣液接觸反應器510及一吸附裝置520。氣液接觸反應器510為蒸餾塔、氣提塔等，能將揮發性廢水中的物質透過沸點不同的方式分離，並分離出揮發性氣體。吸附裝置520與氣液接觸反應器510連接，接收揮發性氣體。吸附裝置520中可以包含活性碳等以吸附揮發性氣體。這種實施方式，吸附揮發性物質 後的副產品仍需要委外清運，並進行再處理。副產品的處理是否會產生對於環境的不良效應仍有不確定性，且清運處理需要額外的成本。

除了上述的方式，目前也有利用生物分解的方式處理，雖然處理後產生的生物汙泥可以作為堆肥，但仍有場域中揮發性氣體濃度過高的疑慮。此外，生物分解的處理時間較長，且生物汙泥的暫存也需要大量的空間，副產品的清運成本也相當昂貴。

如圖1B所示，習用技術另一實施例之揮發性廢水處理系統500的包含氣液接觸反應器510及燃燒裝置530，此方式為對圖1A之實施例之改良。在此實施例中，是利用燃燒裝置530以燃燒反應直接將氣液接觸反應器510所分離出的揮發性氣體分解為氮氣、二氧化碳、水蒸氣等無害氣體，從而解決了副產品的問題。但是習用技術揮發性廢水處理系統500仍有氣液接觸反應器510的體積龐大、設備成本昂貴、耗能的問題。

此揭示的目的在於提供一種揮發性廢水處理系統，以解決習用上的問題，能縮減體積、減少設備建置成本。揮發性廢水處理系統包含一離心式氣液分離裝置及一高溫分解裝置。離心式氣液分離裝置包含一殼體、一離心筒槽、一廢水輸入端、一廢水輸出端、至少一氣體輸入端及一氣體輸出端。殼體中設置離心筒槽，殼體並具有至少一開口。廢水輸入端、氣體輸入端及氣體輸出端連通離心筒槽及殼體。廢水輸入端及氣體輸入端分別注入揮發性廢水及空氣至離心筒槽中，離心筒槽分離揮發性廢水離心為一揮發性氣體及一非揮發性廢水。非揮發性廢水由開口排出離心筒槽，再經由廢水輸出端排出殼體外。空氣帶動揮發性氣體從氣體輸出端排 出。高溫分解裝置接收空氣及揮發性氣體，高溫分解處理空氣及該發性氣體成一無害氣體後排出。

在一實施例中，高溫分解裝置係一燃燒裝置，燃燒裝置可以為直燃裝置或一觸媒燃燒裝置。觸媒燃燒裝置中包含複數個活性觸媒，觸媒能降低燃燒反應的活化能，使燃燒的溫度大幅降低，而達到節能之功效。進一步地，活性觸媒可以單獨設置，例如，形成蜂巢狀、或發泡狀的多孔性觸媒壁面。或者，活性觸媒可以設置成顆粒狀，設置於觸媒載體的表面。

在另一實施例中，高溫分解裝置係電漿裝置，透過電漿的高能量分解一空氣及一揮發性氣體成無害氣體。

在此，離心式氣液分離裝置高速旋轉離心時產生離心力能大於100重力場(100G)，從而能夠增加質傳效果，並縮減離心式氣液分離裝置的體積。

在一實施例中，揮發性廢水處理系統另包含一前處理槽。前處理槽連接該廢水輸入端，前處理槽中添加有一前處理藥劑，提升揮發性廢水中之至少一揮發性物質的蒸氣壓。例如，前處理槽中添加有液鹼能使得提升揮發性廢水中的氨離子(NH₄ ⁺)轉為氨氣(NH_3(g))，或者添加能促進沸點下降的物質，使整體揮發性蒸氣壓提升，以在離心分離時充分將揮發性廢水中的揮發性物質轉換成氣態的揮發性氣體。

一般而言，無害氣體包含氮、二氧化碳及水蒸氣，在一實施例中，揮發性廢水處理系統更包含一固碳裝置。固碳裝置連接高溫分解裝置，接收無害氣體，將無害氣體中的碳元素固化。例如，利用化學反應，如Ca(OH)₂+CO₂→CaCO₃+H₂O，進而能將產物再利用，並減少二氧化碳的排放量。

在一實施例中，揮發性廢水處理系統更包含一洗滌塔，洗滌塔連接氣體輸出端及高溫分解裝置，將空氣及揮發性氣體進行濕式洗滌後再輸入至高溫分解裝置。洗滌塔可以利用噴灑藥劑的濕式洗滌，去除揮發性氣體中的酸性揮發物質，例如，氯化氫(HCl)、二氧化硫(SO₂)、氫氟酸(HF)、氯氣(Cl₂)等。藉此可增加高溫分解裝置的使用壽命。

在上述實施態樣中，由於利用離心式氣液分離裝置，能較傳統的氣提塔、蒸餾塔的體積、設置成本及耗能大幅節省，同時具有更加的質傳效果。此外，可以利用高溫分解裝置直接將揮發性氣體分解為無害氣體，能大幅減少副產物，更能減少後續副產物的處理及清運費用。

1‧‧‧揮發性廢水處理系統

10‧‧‧離心式氣液分離裝置

11‧‧‧殼體

13‧‧‧離心筒槽

15a‧‧‧廢水輸入端

131‧‧‧開口

15b‧‧‧廢水輸出端

17a‧‧‧氣體輸入端

17b‧‧‧氣體輸出端

30‧‧‧高溫分解裝置

31‧‧‧活性觸媒

33‧‧‧觸媒載體

40‧‧‧固碳裝置

50‧‧‧前處理槽

60‧‧‧洗滌塔

500‧‧‧揮發性廢水處理系統

510‧‧‧氣液接觸反應器

520‧‧‧吸附裝置

530‧‧‧燃燒裝置

A‧‧‧空氣

G‧‧‧無害氣體

W‧‧‧揮發性廢水

W_L‧‧‧非揮發性廢水

W_G‧‧‧揮發性氣體

[圖1A]為習用技術揮發性廢水處理系統的單元方塊圖。

[圖1B]為習用技術另一揮發性廢水處理系統的單元方塊圖。

[圖2]為本新型創作一實施例揮發性廢水處理系統的單元方塊圖。

[圖3]為本新型創作之離心式氣液分離裝置的立體示意圖。

[圖4]為本新型創作之高溫分解裝置一實施例的單元示意圖

參閱圖2，本新型創作一實施例揮發性廢水處理系統的單元方塊圖。如圖2所示，揮發性廢水處理系統1包含離心式氣液分離裝置10及高溫分解裝置30。同時參閱圖3，本新型創作之離心式氣液分離裝置的立體示意圖。如圖3所示，離心式氣液分離裝置10包含一殼體11、一離心 筒槽13、一廢水輸入端15a、一廢水輸出端15b、至少一氣體輸入端17a及一氣體輸出端17b。

殼體11中設置離心筒槽13。離心筒槽13在底面或側面開設有至少一開口131。廢水輸入端15a、氣體輸入端17a及氣體輸出端17b連通殼體11及離心筒槽13。廢水輸出端15b連通殼體11。廢水輸入端15a及氣體輸入端17a分別輸入揮發性廢水W及空氣A至離心筒槽13中。

離心筒槽13高速旋轉產生離心作用，促使密度不同的物質產生不同的加速度，同時產生負壓效應及渦流現象，密度輕的物質被吸引朝上流動、密度重的物質向下流動，而使揮發性廢水W中的物質分層。另外，揮發性廢水W的液面與空氣A接觸，空氣A能形成一空氣流，促使揮發性廢水W中的揮發性物質在離心作用時快速地轉換為揮發性氣體W_G而提升質傳效果，快速地分離揮發性廢水W為一揮發性氣體W_G及一非揮發性廢水W_L。

非揮發性廢水W_L在離心作用時為液滴狀，能經由開口131排出離心筒槽13，再經過蓄積後由廢水輸出端15b排出殼體11之外。另外，空氣A帶動動揮發性氣體W_G從氣體輸出端17b排出。在此實施例中，廢水輸入端15a及氣體輸出端17b是位於離心筒槽13的上方、廢水輸出端15b位於殼體11的下方，而氣體輸入端17a位於離心筒槽13的側邊。在此僅為示例，但不限於此。

由於離心筒槽13高速旋轉產生的離心力大於100重力場(100G)，能提升在離心式氣液分離裝置10中物質的質傳速率，同時能夠縮減離心式氣液分離裝置10的體積以及設備的建置成本，而更符合經濟效應。

高溫分解裝置30接收空氣及揮發性氣體W_G，高溫分解處理空氣A及揮發性氣體W_G成一無害氣體G後排出至大氣，在此，無害氣體G係為水蒸氣、氮氣及二氧化碳為主。

高溫分解裝置30可以為燃燒裝置，例如直燃式燃燒爐，或者觸媒燃燒裝置。由於一般的有機性揮發氣體，再經過燃燒反應後，產物為水蒸氣及二氧化碳，能直接排放至大氣而不會產生固態的副產品。

參閱圖4，本新型創作之高溫分解裝置一實施例的單元示意圖。如圖4所示，高溫分解裝置30可進一步限定為觸媒燃燒裝置，藉由觸媒能夠降低燃燒反應的活化能，而使燃燒的溫度大幅降低。例如，傳統直燃式燃燒爐通常需達到700至800℃才能達到完全燃燒，觸媒燃燒裝置則可以降低至300至400℃，而有效地減少能量的消耗。觸媒燃燒裝置中包含複數個活性觸媒31，例如金(Au)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、鎢(W)等，可以形成發泡狀、蜂巢狀的多孔性觸媒壁面，而增加揮發性氣體W_G與觸媒的接觸面積。此外，活性觸媒31可以設置成顆粒狀，設置於觸媒載體33的表面，觸媒載體33可以為氧化鋁(Al₂O₃)、氧化鋯(ZrO₂)、氧化鈰(CeO)、氧化錳(Mn₂O₃)等。

高溫分解裝置30也可以為電漿裝置，利用高能尖端放電產生電漿，利用電漿的高能量直接裂解揮發性氣體W_G的結構，而與空氣A及揮發性氣體W_G反應成無害氣體G。

再次參見圖2，揮發性廢水處理系統1另包含一固碳裝置40。固碳裝置40連接高溫分解裝置30，接收無害氣體G，將無害氣體G中的二氧化碳固化。例如，如下述的化學反應反應式(1)、反應式(2)等將二氧化碳固化以減少二氧化碳的排放量，並能將產物再利用。

反應式(1)：Ca(OH)₂+CO₂→CaCO₃+H₂O

反應式(2)：NaOH+CO₂→NaHCO₃

再次參見圖2，揮發性廢水處理系統1另包含一前處理槽50。前處理槽50連接廢水輸入端15a，揮發性廢水W先在前處理槽50中進行前處理，再輸入離心式氣液分離裝置10中。前處理槽50中添加有一前處理藥劑，提升揮發性廢水W中之揮發性物質的蒸氣壓。例如，前處理槽中添加有液鹼能使得提升揮發性廢水W中的氨離子(NH₄ ⁺)轉為氨氣(NH_3(g))，或者添加能促進沸點下降的物質，使整體揮發性蒸氣壓提升，以在離心分離時充分將揮發性廢水W中的揮發性物質轉換成氣態的揮發性氣體W_G。

揮發性廢水處理系統更包含一洗滌塔60，洗滌塔60連接氣體輸出端17b及高溫分解裝置30，將空氣A及揮發性氣體W_G進行濕式洗滌後再輸入至高溫分解裝置30。洗滌塔60可以利用噴灑藥劑的濕式洗滌，去除揮發性氣體W_G中的酸性揮發物質，例如，氯化氫(HCl)、二氧化硫(SO₂)、氫氟酸(HF)、氯氣(Cl₂)等。藉此可增加高溫分解裝置30的使用壽命。

本新型創作上述的各實施例中，主要是利用離心式氣液分離裝置來進行氣液分離，以此方式能夠提升質傳的效果，此外，離心式氣液分離裝置較傳統的方式，具有體積小、設置費用便宜、耗能低等優點。在此，將離心式氣液分離裝置與高溫分解裝置結合，直接將揮發性氣體分解為無害氣體，沒有固態副產物的問題，而不需額外的處理及清運費用。

較佳實施例揭露如上所述，然其並非用以限定本新型創作，任何熟習相關技藝者，在不脫離本新型創作的範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本新型創作之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧揮發性廢水處理系統

10‧‧‧離心式氣液分離裝置

11‧‧‧殼體

15a‧‧‧廢水輸入端

13‧‧‧離心筒槽

15b‧‧‧廢水輸出端

17a‧‧‧氣體輸入端

17b‧‧‧氣體輸出端

30‧‧‧高溫分解裝置

40‧‧‧固碳裝置

50‧‧‧前處理槽

60‧‧‧洗滌塔

A‧‧‧空氣

G‧‧‧無害氣體

W‧‧‧揮發性廢水

W_G‧‧‧揮發性氣體

W_L‧‧‧非揮發性廢水

Claims (10)

1. 一種揮發性廢水處理系統，包含：一離心式氣液分離裝置，包含一殼體、一離心筒槽、一廢水輸入端、一廢水輸出端、一至少氣體輸入端及一氣體輸出端，該殼體中設置該離心筒槽，該離心筒槽包含至少一開口，該廢水輸入端、該氣體輸入端、及該氣體輸出端與該殼體及該離心筒槽連通，該廢水輸出端與該殼體連通，該廢水輸入端及該氣體輸入端分別將注入一揮發性廢水及一空氣至該離心筒槽，該離心筒槽高速旋轉將該揮發性廢水離心分離成一揮發性氣體及一非揮發性廢水，該空氣帶動該揮發性氣體一起從該氣體輸出端排出，該非揮發性廢水經由開口排出離心筒槽，再經由該廢水輸出端排出至該殼體外；及一高溫分解裝置，接收該空氣及該揮發性氣體，高溫分解處理該空氣及該揮發性氣體成一無害氣體後排出。
2. 如請求項1所述之揮發性廢水處理系統，其中該廢水輸入端及該氣體輸出端係連接於該離心筒槽的頂部，該氣體輸入端係連接於該離心筒槽的側邊、該廢水輸出端位於該殼體的底部。
3. 如請求項1至2中任一項所述之揮發性廢水處理系統，其中該開口係位於該離心筒槽的側邊或底面。
4. 如請求項1至2中任一項所述之揮發性廢水處理系統，其中該離心筒槽高速旋轉作動的離心力大於100重力場(100G)。
5. 如請求項1所述之揮發性廢水處理系統，其中該高溫分解裝置係一觸媒燃燒裝置，該觸媒燃燒裝置中包含複數個活性觸媒。
6. 如請求項5所述之揮發性廢水處理系統，其中該等活性觸媒係設置於一觸媒載體的表面。
7. 如請求項1所述之揮發性廢水處理系統，其中該高溫分解裝置為一電漿裝置，透過電漿分解該空氣及該揮發性氣體成該無害氣體。
8. 如請求項1所述之揮發性廢水處理系統，另包含一前處理槽，該前處理槽連接該廢水輸入端，該前處理槽中添加有一前處理藥劑，提升該揮發性廢水中之至少一揮發性物質的蒸氣壓。
9. 如請求項1所述之揮發性廢水處理系統，更包含一固碳裝置，該固碳裝置連接該高溫分解裝置，接收該無害氣體，將該無害氣體中的碳元素固化。
10. 如請求項1所述之揮發性廢水處理系統，更包含一洗滌塔，該洗滌塔連接該氣體輸出端及該高溫分解裝置，將該空氣及該揮發性氣體進行濕式洗滌後再輸入至該高溫分解裝置。