TW201414679A - 含氨廢水的回收處理方法及其設備 - Google Patents

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Ching-Lien Chen
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Abstract

本發明提供一種含氨廢水的回收處理方法，其包括下列步驟。先將含氨廢水調整為酸性廢水，再利用逆滲透膜從酸性廢水離析出高濃度廢水。然後，在高濃度廢水中加入鹼性溶劑以生成氨氣，再利用酸性溶劑與氨氣反應便能夠生成並且回收銨化合物。本發明更提供一種含氨廢水的回收處理設備。形成於第一酸鹼值調整槽中的酸性廢水經由逆滲透膜離析出高濃度廢水之後，再於第二酸鹼值調整槽中將高濃度廢水的酸鹼值調整為鹼性，以生成氨氣。然後，氨氣會在分離裝置中與酸性溶劑反應而生成銨化合物。之後，再將銨化合物回收於回收槽中。

Description

含氨廢水的回收處理方法及其設備
本發明是有關於一種廢水(waste water)的回收處理方法及其設備，且特別是有關於一種含氨(ammonia)廢水的回收處理方法及其設備。
隨著氣候變遷日益劇烈，全球各地發生澇災與旱災的機率也逐漸昇高，進而導致越來越不容易有效地保存與利用人類生存所不可或缺的乾淨水資源。更重要的是，全球人口數量急速成長與工業科技的迅速發展，導致人類對於環境污染日益嚴重，更使得水資源的保存與利用問題越來越惡化。因此，如何能夠有效地回收工業廢水(industrial waste water)中的污染物質，以降低污染物質對於環境的污染，已逐漸成為世界各國政府亟待解決的問題之一。
含有高濃度氨(ammonia，化學式為NH3，俗稱為氨氣或者是無水氨，anhydrous ammonia)的特殊廢水常見於光電半導體(optoelectronic semiconductor)、石油煉製(petroleum refining)、煉焦(coking)、肥料(fertilizer)、鋼鐵(iron and steel)和食品(foodstuff)等工業的製程廢水。高濃度氨具有腐蝕性(corrosiveness)、對於水生生物具有毒性並且對人體具有致癌性(carcinogenicity)及致基因突變性(mutagenic)等特性。因此，部分國家已經立法，或者是傾向於立法，來限制廢水中的含氮量。
目前市場上通常是利用生物厭氧處理製程(biological anaerobic treatment process)來對含氨廢水進行脫氮(denitrifacation)。然而，傳統生物厭氧處理製程的脫氮效率並不高。因此，亟需提供能夠更有效處理含氨廢水的設備與方法。
為了解決上述問題，本發明提供了一種含氨廢水的回收處理方法以及一種含氨廢水的回收處理設備，以提高含氨廢水的回收效率。
本發明提供一種含氨廢水的回收處理方法，其包括下列步驟。首先，在一含氨廢水中加入一第一酸性溶劑(acid solvent)，以形成一酸性廢水(acid waste water)。接著，再利用一逆滲透膜(reverse osmosis membrane,RO membrane)將酸性廢水離析為一高濃度廢水以及一低濃度廢水。然後，在高濃度廢水中加入一第一鹼性溶劑(alkaline solvent)，以在高濃度廢水中生成氨氣(ammonia gas)。之後，再利用一第二酸性溶劑與氨氣反應而生成一銨化合物(ammonium compound)，以回收銨化合物。
在本發明的一實施例中，上述的含氨廢水的成分更包含過氧化氫(hydrogen peroxide，化學式為H2O2，俗稱雙氧水)，並且在將第一酸性溶劑加入含氨廢水中之前，更包括利用一觸媒(catalyst)去除含氨廢水中的過氧化氫。其中，觸媒可為活性碳(activated carbon fibers,ACF)、二氧化錳(manganese dioxide，化學式為MnO2)或者是鐵錳砂(manganese ore)。而且，在利用觸媒去除含氨廢水中的過氧化氫之前，更可在含氨廢水中加入一第二鹼性溶劑，以使含氨廢水的酸鹼值(pH value)高於8.5。其中，含氨廢水、第一鹼性溶劑與第二鹼性溶劑的成分皆可包含鈉離子(sodium ion，化學式為Na+)與鉀離子(potassium ion，化學式為K+)至少其中之一。
在本發明的一實施例中，在上述利用第二酸性溶劑與氨氣反應而生成銨化合物的步驟之前，更包括利用一分離裝置(stripping device)從高濃度廢水中分離出氨氣的步驟。其中，分離裝置可為用來進行薄膜分離法(membrane stripping)的疏水***換膜(hydrophobicity membrane)或者是分離塔(stripping column)至少其中之一。而且， 在上述利用分離裝置從高濃度廢水中分離出氨氣之前，更可包括利用一過濾器(filter)過濾高濃度廢水中的雜質的步驟。
在本發明的一實施例中，在上述回收銨化合物之後，更包括利用一雙極膜電透析(electro-deionization with bipolar membrane,EDI with bipolar membrane)裝置或者是一離子交換樹脂(ion exchange resin)將銨化合物分離為一鹼性溶液以及一酸性溶液。其中，上述的鹼性溶液為氨水，並且上述的酸性溶液為硫酸、氫氯酸或者是磷酸。
本發明更提供一種含氨廢水的回收處理設備，其包括一第一酸鹼值調整槽(pH adjusting tank)、一逆滲透膜、一第二酸鹼值調整槽、一分離裝置以及一回收槽(collecting tank)，其中逆滲透膜連通於第一酸鹼值調整槽與第二酸鹼值調整槽之間，並且分離裝置連通於第二酸鹼值調整槽與回收槽之間。第一酸鹼值調整槽用以容納一含氨廢水，並且適於注入一第一酸性溶劑，以使含氨廢水形成一酸性廢水。逆滲透膜用以將酸性廢水離析為一高濃度廢水以及一低濃度廢水。第二酸鹼值調整槽用以容納高濃度廢水，並且適於注入一第一鹼性溶劑，以在高濃度廢水中生成氨氣。分離裝置用以從高濃度廢水中分離出氨氣，並且適於注入一第二酸性溶劑與氨氣反應而生成一銨化合物。回收槽用以回收銨化合物。
在本發明的一實施例中，上述的含氨廢水的回收處理設備更包括一第一貯存槽(storage tank)，其中第一貯存槽連通於第一酸鹼值調整槽，用以貯存第一酸性溶劑，並且適於將第一酸性溶劑注入第一酸鹼值調整槽中。
在本發明的一實施例中，上述的含氨廢水的回收處理設備更包括一第二貯存槽，其中第二貯存槽連通於第二酸鹼值調整槽，用以貯存第一鹼性溶劑，並且適於將第一鹼性溶劑注入第二酸鹼值調整槽中。
在本發明的一實施例中，上述的含氨廢水的回收處理設備更包括容納有一觸媒的一處理裝置(processing device)，而含氨廢水的成分更 包含過氧化氫，並且第一酸鹼值調整槽連通於處理裝置與逆滲透膜之間。而且，在將第一酸性溶劑注入含氨廢水中之前，可先利用觸媒去除含氨性廢水中的過氧化氫。其中，觸媒為活性碳、二氧化錳或者是鐵錳砂。另外，上述的含氨廢水的回收處理設備更可包括一第三酸鹼值調整槽，其中第三酸鹼值調整槽連通於處理裝置，並且適於注入一第二鹼性溶劑，以在利用觸媒去除含氨廢水中的過氧化氫之前，先將含氨廢水的酸鹼值調整至高於8.5。此外，上述的含氨廢水的回收處理設備更可包括一第三貯存槽，其中第三貯存槽連通於第三酸鹼值調整槽，用以貯存第二鹼性溶劑，並且適於將第二鹼性溶劑注入第三酸鹼值調整槽中。其中，含氨廢水、第一鹼性溶劑與第二鹼性溶劑的成分皆可包含鈉離子與鉀離子至少其中之一。
在本發明的一實施例中，上述的分離裝置為疏水***換膜或者是分離塔至少其中之一。
在本發明的一實施例中，上述的含氨廢水的回收處理設備更包括一過濾器，其中過濾器連通於第二酸鹼值調整槽與分離裝置之間，用以過濾高濃度廢水中的雜質。
在本發明的一實施例中，上述的含氨廢水的回收處理設備更包括一第四貯存槽。第四貯存槽連通於分離裝置，用以貯存第二酸性溶劑，並且適於將第二酸性溶劑注入分離裝置中。
在本發明的一實施例中，上述的酸性廢水的酸鹼值低於6.5。
在本發明的一實施例中，上述的第一鹼性溶劑將高濃度廢水的酸鹼值調整至高於9.5。
在本發明的一實施例中，上述的含氨廢水與第一鹼性溶劑的成分皆可包含鈉離子與鉀離子至少其中之一。
在本發明的一實施例中，上述的含氨廢水與第一酸性溶劑的成分皆包含硫酸根離子(sulfate ion，化學式為SO4 2-)、氯離子(chlorine ion， 化學式為Cl-)與磷酸根離子(phosphate ion，化學式為PO4 3-)至少其中之一。
在本發明的一實施例中，上述的第二酸性溶劑為硫酸(sulfuric acid，化學式為H2SO4)、氫氯酸(hydrochloric acid，化學式為HCl，俗稱鹽酸)與磷酸(phosphoric acid，化學式為H3PO4)至少其中之一。
在本發明的一實施例中，上述的含氨廢水的回收處理設備更包括連通於回收槽的一雙極膜電透析裝置或者是一離子交換樹脂，用以將銨化合物分離為一鹼性溶液以及一酸性溶液。其中，上述的鹼性溶液為氨水，並且上述的酸性溶液為硫酸、氫氯酸或者是磷酸。
相較於先前技術，本發明對於廢水中氨的回收效率會較高。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉多個實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
圖1繪示出根據本發明一個實施例的一種含氨廢水的回收處理方法的流程圖。請參考圖1所示，含氨廢水的回收處理方法包括下列步驟。首先，如步驟S110所示，在一含氨廢水中加入一第一酸性溶劑，以將原來呈鹼性的含氨廢水調整為微酸性(slightly acidic)，亦即將其酸鹼值調整至低於7，甚至是調整至低於6.5，進而形成一酸性廢水。接著，如步驟S120所示，再利用逆滲透膜將酸性廢水離析為一高濃度廢水以及一低濃度廢水。然後，如步驟S130所示，再於高濃度廢水中加入一第一鹼性溶劑，以在高濃度廢水中生成氨氣。之後，再如步驟S140所示利用一第二酸性溶劑與氨氣反應而生成一銨化合物。如此一來，便能經由回收銨化合物來回收含氨廢水中的氨。
更詳細而言，氨可能會以帶正電的銨根離子(ammonium ion，化學式為NH4 +)形式存在於溶液中。由於酸性液體會使逆滲透膜帶正電， 因而會有利於逆滲透膜排斥同樣是帶正電的銨根離子，進而在高濃度廢水中保留更多的銨根離子。因此，於此實施例中會先進行步驟S110，以藉由酸性溶劑將原來呈鹼性的含氨廢水調整為酸性廢水。接著，在進行步驟S120，以利用逆滲透膜將酸性廢水離析為高濃度廢水以及低濃度廢水時，便能夠提高高濃度廢水中的銨根離子含量。此時，銨根離子含量較低的低濃度廢水便能夠回收再利用，或者是排放至廢水處理廠進行後續的一般廢水處理製程。
然後，由於在鹼性環境下會有利於離子態的銨根離子(NH4 +)轉換成氣態的氨氣(NH3)。因此，於此實施例中會如步驟S130所示，再於高濃度廢水中加入第一鹼性溶劑，以將高濃度廢水的酸鹼值調整為鹼性，例如是調整至高於9.5，以在高濃度廢水中生成氨氣。然後，便能如步驟S140所示利用第二酸性溶劑與氨氣反應而生成銨化合物，以便經由回收銨化合物來回收含氨廢水中大部分的氨，而剩餘的廢水便會因為含氨量較低而能夠回收再利用，或者是排放至廢水處理廠進行後續的一般廢水處理製程。相較於先前技術以生物厭氧製程來對含氨廢水進行脫氮，此實施例依序經由濃縮、將離子態的銨根離子轉換成氨氣、利用酸性溶劑來吸收氨氣以形成銨化合物、然後再回收銨化合物的方式來處理含氨廢水，因而能夠具有較高的氨回收效率。
圖2繪示出圖1中的步驟S140的一種實施例的流程圖。請參考圖2所示，在一較佳實施例中，步驟S140例如是先將含有氨氣的高濃度廢水輸送至一過濾器來過濾掉高濃度廢水中的雜質(S142)，然後再將過濾過的高濃度廢水輸送至一分離裝置，以便從高濃度廢水中分離出氨氣(S144)。然後，再於氨氣排出分離裝置時利用第二酸性溶劑來吸附氨氣，以形成銨化合物(S146)。如此一來，便能夠經由回收銨化合物來回收含氨廢水中的氨(S148)。
在一個較佳實施例中，分離裝置能夠使用用來進行薄膜分離法的疏水***換膜。含有氨氣的高濃度廢水輸送至疏水***換膜之後，液態的廢水會被疏水***換膜阻擋，而氣態的氨氣則能夠通過疏水*** 換膜而與第二酸性溶劑進行反應。在另一個較佳實施例中，分離裝置還能夠使用分離塔。含有氨氣的高濃度廢水輸送至分離塔之後，液態的廢水會殘留於分離塔底部，而氣態的氨氣則會上升至分離塔的頂部而與第二酸性溶劑進行反應。
值得注意的是，為了簡化上述製程中的低濃度廢水以及排出氨氣之後的廢水等副產物的後續處理作業，第一酸性溶劑中所含有的陰離子成分最好是與含氨廢水中所含有的主要陰離子成分相同，以避免上述副產物中的主要成分太過複雜。同樣地，第一鹼性溶劑中所含有的陽離子成分亦最好是與含氨廢水中所含有的主要陽離子成分相同。另外，由於第二酸性溶劑是與氨氣直接反應，因此可以根據所欲生成的銨化合物來選擇酸性溶劑的成分，而可不需要遷就於含氨廢水中所含有的主要陰離子成分。
更詳細而言，來自於半導體產業或者是其他產業的含氨廢水的主要成分通常不會只包含有銨根離子(NH4 +)，可能還會包含有硫酸根離子(SO4 2-)、氯離子(Cl-)或者是磷酸根離子(PO4 3-)等陰離子。舉例來說，含氨廢水的主要成分可為硫酸銨(ammonium sulfate，化學式為(NH4)2SO4)廢水、氯化銨(ammonium chloride，化學式為NH4Cl)廢水或者是磷酸銨(ammonium phosphate，化學式為(NH4)3PO4)廢水。此時，第一酸性溶劑便可選用硫酸(H2SO4)溶液、氫氯酸(HCl)溶液與磷酸(H3PO4)溶液至少其中之一。
除此之外，於此實施例中，含氨廢水的主要成分還可包含硫酸鈉(sodium sulfate，化學式為Na2SO4)廢水與磷酸鈉(sodium phosphate，化學式為Na3PO4)廢水，因此其成分中更可能會包含有鈉離子(Na+)與鉀離子(K+)。此時，第一鹼性溶劑便可選用氫氧化鈉(sodium hydroxide，化學式為NaOH，俗稱苛性鈉，caustic soda)溶液與氫氧化鉀(potassium hydroxide，化學式為KOH，俗稱苛性鉀，potassium soda)溶液至少其中之一。
此外，在進行步驟S146時，若選用硫酸(H2SO4)溶液當成第二酸性溶劑，則銨化合物便會是硫酸銨((NH4)2SO4)。再者，若選用氫氯酸(HCl)溶液當成第二酸性溶劑，則銨化合物會是氯化銨(NH4Cl)。另外，若選用磷酸(H3PO4)溶液當成第二酸性溶劑，則銨化合物即為磷酸銨((NH4)3PO4)。
圖3繪示出根據本發明另一個實施例的一種含氨廢水的回收處理方法的流程圖。請參考圖3所示，此實施例中的含氨廢水的回收處理方法與前一實施例中的含氨廢水的回收處理方法相似，二者不同之處主要有兩點。
第一，此實施例中的含氨廢水的主要成分更包含過氧化氫。因此，在進行將第一酸性溶劑加入含氨廢水中而形成酸性廢水的步驟S110之前，更包括先進行步驟S105，以利用一觸媒去除含氨廢水中的過氧化氫。其中，觸媒可為活性碳、二氧化錳或者是鐵錳砂。另外，由於較高的酸鹼值會較有利於觸媒去除含氨廢水中的過氧化氫，但是含氨廢水可能僅呈弱鹼性，亦即其酸鹼值可能會僅介於7至8之間，因而使得觸媒去除過氧化氫的效率較低。因此，在進行步驟S105之前，更可先進行步驟S100，以在含氨廢水中加入一第二鹼性溶劑，以便使含氨廢水的酸鹼值高於8.5。
同樣地，為了簡化後續製程中的低濃度廢水以及排出氨氣之後的廢水等副產物的後續處理作業，第二鹼性溶劑中所含有的陽離子成分最好是與含氨廢水中所含有的主要陽離子成分相同，以避免上述副產物中的主要成分太過複雜。也就是說，當含氨廢水的主要成分包含硫酸鈉(Na2SO4)廢水與磷酸鈉(Na3PO4)廢水，以使其成分中包含鈉離子(Na+)與鉀離子(K+)時，第一鹼性溶劑與第二鹼性溶劑的主要成分皆可為氫氧化鈉(NaOH)溶液與氫氧化鉀(KOH)溶液至少其中之一。
第二，為了要有將硫酸銨((NH4)2SO4)、氯化銨(NH4Cl)或者是 磷酸銨((NH4)3PO4)等銨化合物進一步回收再利用，在步驟S140之後更可再利用一雙極膜電透析裝置或者是一離子交換樹脂來對銨化合物進行氧化還原反應，以將銨化合物分離為一鹼性溶液以及一酸性溶液(S150)。其中，鹼性溶液可為氨水，而酸性溶液則隨著銨化合物的成分變化而可為硫酸、氫氯酸或者是磷酸。其他步驟與前一實施例相同，於此不再贅述。
為了讓本技術領域中具有通常知識者能夠更容易理解上述含氨廢水的回收處理方法。以下將以具體實施例進一步揭露一種含氨廢水的回收處理設備。然而，上述含氨廢水的回收處理方法並非只能利用下述含氨廢水的回收處理設備才能進行。
圖4繪示出根據本發明一個實施例的一種含氨廢水的回收處理設備的結構示意圖。請參考圖4所示，含氨廢水的回收處理設備100a包括一個第一酸鹼值調整槽110a、一個逆滲透膜120、一個第二酸鹼值調整槽110b、一個分離裝置130以及一個回收槽140a。其中，逆滲透膜120會連通於第一酸鹼值調整槽110a與第二酸鹼值調整槽110b之間，並且分離裝置則會連通於第二酸鹼值調整槽110b與回收槽140a之間。
第一酸鹼值調整槽110a用以容納含氨廢水，並且適於注入第一酸性溶劑，以將原來呈鹼性的含氨廢水調整為酸性廢水。然後，再利用逆滲透膜120將酸性廢水離析為高濃度廢水以及低濃度廢水。其中，氨含量較低的低濃度廢水能夠回收再利用，或者是排放至廢水處理廠進行後續的一般廢水處理製程，而氨含量較高的高濃度廢水則會注入第二酸鹼值調整槽110b中。而且，第二酸鹼值調整槽110b中還能夠再注入第一鹼性溶劑，以在高濃度廢水中生成氨氣。
之後，含有氨氣的高濃度廢水可先利用連通於第二酸鹼值調整槽110b與分離裝置130之間的一過濾器150過濾掉其中的雜質，然後再輸送至疏水***換膜或者是分離塔等分離裝置130中，以從高濃度廢 水中分離出氨氣。其中，氨氣會在排出分離裝置130的過程中與注入的第二酸性溶劑反應而生成銨化合物，並且銨化合物會回收於回收槽140a中，而剩餘的廢水則會因為含氨量較低而能夠回收再利用，或者是排放至廢水處理廠進行後續的一般廢水處理製程。相同地，此時所形成的銨化合物的成分亦會隨著所選用的第二酸性溶劑的成分變化而可能為硫酸銨、氯化銨或者是磷酸銨。另外，相較於先前技術以生物厭氧製程來對含氨廢水進行脫氮，此實施例經由濃縮、將離子態的銨根離子轉換成氨氣、利用酸性溶劑來吸收氨氣以形成銨化合物、然後再回收銨化合物的方式來處理含氨廢水，因而能夠具有較高的氨回收效率。
另外，當含氨廢水的主要成分還包含有硫酸根離子(SO4 2-)、氯離子(Cl-)或者是磷酸根離子(PO4 3-)等陰離子時，可選擇主要成分含有上述陰離子的氫化物(如硫酸、氫氯酸與磷酸至少其中之一)來當成第一酸性溶劑。同樣地，當含氨廢水的主要成分還包含有鈉離子(Na+)或者是鉀離子(K+)等陽離子時，亦可選擇主要成分含有上述陽離子的氫氧化物(如氫氧化鈉與氫氧化鉀至少其中之一)來當成第一鹼性溶劑。如此一來，便能夠簡化低濃度廢水以及排出氨氣之後的廢水等副產物的後續處理作業。另外，由於第二酸性溶劑是與氨氣直接反應，因此可以根據所欲生成的銨化合物來選擇酸性溶劑的成分，而可不需要遷就於含氨廢水中所含有的主要陰離子成分。
而且，此實施例中的含氨廢水的回收處理設備100a更可包括複數個貯存槽160a、160b與160c。貯存槽160a連通於第一酸鹼值調整槽110a，並且用以貯存第一酸性溶劑，以便根據需求量將第一酸性溶劑從貯存槽160a注入第一酸鹼值調整槽110a中。再者，貯存槽160b連通於第二酸鹼值調整槽110b，並且用以貯存第一鹼性溶劑，以便根據需求量將第一鹼性溶劑從貯存槽160b注入第二酸鹼值調整槽110b中。另外，貯存槽160c則連通於分離裝置130，並且用以貯存第二酸性溶劑，以便根據需求量將第二酸性溶劑從貯存槽160c注入分離裝置 130中來吸附氨氣，以形成銨化合物。
此外，含氨廢水的回收處理設備100a還可包括複數個泵浦170a、170b、170c、170d、170e以及170f。其中，泵浦170a可連接於貯存槽160a與第一酸鹼值調整槽110a之間，用以將第一酸性溶劑從貯存槽160a注入至第一酸鹼值調整槽110a中，而泵浦170b則可連接於第一酸鹼值調整槽110a與逆滲透膜120之間，用以將酸性廢水從第一酸鹼值調整槽110a輸送至逆滲透膜120中。再者，泵浦170c可連接於逆滲透膜120與第二酸鹼值調整槽110b之間，用以將高濃度廢水從逆滲透膜120注入第二酸鹼值調整槽110b中，而泵浦170d則可連接於貯存槽160b與第二酸鹼值調整槽110b之間，用以將第一鹼性溶劑從貯存槽160b注入至第二酸鹼值調整槽110b中。
另外，泵浦170e可連接於第二酸鹼值調整槽110b與過濾器150之間，用以將含有氨氣的高濃度廢水從第二酸鹼值調整槽110b經由過濾器150注入分離裝置130中，而泵浦170f則可連接於貯存槽160c與分離裝置130之間，用以將第二酸性溶劑從貯存槽160c注入至分離裝置130中。值得注意的是，在其他未繪示的實施例中，當第一酸性溶劑與第二酸性溶劑的成分相同時，第一酸鹼值調整槽與分離裝置還能夠共用相同的貯存槽與泵浦來貯存與輸送酸性溶劑。
圖5繪示出根據本發明另一個實施例的一種含氨廢水的回收處理設備的結構示意圖。請參考圖5所示，此實施例中的含氨廢水的回收處理設備100b與前一實施例中的含氨廢水的回收處理設備100a相似，二者不同之處包括下列幾點。
第一，此實施例中的含氨廢水的主要成分更包含過氧化氫，因此含氨廢水的回收處理設備100b更可包括容納有觸媒的一個處理裝置180，並且第一酸鹼值調整槽110a連通於處理裝置180與逆滲透膜120之間。其中，觸媒可為活性碳、二氧化錳或者是鐵錳砂，用以在將第一酸性溶劑注入含氨廢水中之前，先去除含氨廢水中的過氧化氫。值 得注意的是，由於較高的酸鹼值會較有利於觸媒去除含氨廢水中的過氧化氫，但是含氨廢水可能僅呈弱鹼性，亦即其酸鹼值可能會僅介於7至8之間，因而使得觸媒去除過氧化氫的效率較低。因此，此實施例中的含氨廢水的回收處理設備100b還可包括一個第三酸鹼值調整槽110c、一個貯存槽160d以及一個泵浦170g。
於此實施例中，第三酸鹼值調整槽110c連通於處理裝置180，並且適於注入一第二鹼性溶劑，以在利用觸媒去除含氨廢水中的過氧化氫之前，先將含氨廢水的酸鹼值調整至高於8.5。再者，貯存槽160d連通於第三酸鹼值調整槽110c，用以貯存第二鹼性溶劑，而泵浦170g則連通於貯存槽160d與第三酸鹼值調整槽110c之間，用以將第二鹼性溶劑從貯存槽160d注入第三酸鹼值調整槽110c中。
同樣地，當含氨廢水的主要成分還包含有鈉離子(Na+)或者是鉀離子(K+)等陽離子時，亦可選擇上述陽離子的氫氧化物來做為第二鹼性溶劑的主要成分。如此一來，便能夠簡化低濃度廢水以及排出氨氣之後的廢水等副產物的後續處理作業。另外，在其他未繪示的實施例中，當第一鹼性溶劑與第二鹼性溶劑的成分相同時，第二酸鹼值調整槽與第三酸鹼值調整槽還能夠共用相同的貯存槽與泵浦來貯存與輸送鹼性溶劑。
第二，為了要有將包括硫酸銨、氫氯酸與磷酸至少其中之一的銨化合物進一步回收再利用，此實施例中的含氨廢水的回收處理設備100b還可包括另外兩個回收槽140b、140c、另一個泵浦170h以及一雙極膜電透析裝置190。其中，泵浦170h可連接於回收槽140a與雙極膜電透析裝置190之間，用以將銨化合物從回收槽140a注入至雙極膜電透析裝置190中。再者，雙極膜電透析裝置190能夠將銨化合物分離為一鹼性溶液以及一酸性溶液，然後再將鹼性溶液與酸性溶液分別輸送到這兩個回收槽140b、140c中。其中，鹼性溶液可為氨水，而酸性溶液則隨著銨化合物的成分變化而可為硫酸、氫氯酸或者是磷酸。除此之外，在其他實施例中，雙極膜電透析裝置190亦可以一離子交 換樹脂來取代。其他元件的功能及連接關係與前一實施例實質上相同，於此不再贅述。
綜合上述，由於酸性液體會使逆滲透膜帶正電，因而會有利於逆滲透膜排斥銨根離子，以便在高濃度廢水中保留更多的銨根離子。因此，本發明先將含氨廢水的酸鹼值調整為酸性，然後在利用逆滲透膜將酸性廢水離析為高濃度廢水以及低濃度廢水時，便能提高逆滲透膜對於銨根離子的回收效率。然後，再將高濃度廢水的酸鹼值調整為鹼性，以使離子態的銨根離子(NH4 +)轉換成氣態的氨氣。之後，再利用酸性溶劑來吸附並且氨氣，以生成銨化合物。如此一來，便能夠經由回收銨化合物來回收含氨廢水中大部分的氨，甚至是進一步從銨化合物中分離及回收氨水。因此，相較於先前技術，本發明對於氨的回收效率會較高。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100a、100b‧‧‧含氨廢水的回收處理設備
110a、110b、110c‧‧‧酸鹼值調整槽
120‧‧‧逆滲透膜
130‧‧‧分離裝置
140a、140b、140c‧‧‧回收槽
150‧‧‧過濾器
160a、160b、160c、160d‧‧‧貯存槽
170a、170b、170c、170d、170e、170f、170g、170h‧‧‧泵浦
180‧‧‧處理裝置
190‧‧‧雙極膜電透析裝置
S100、S105、S110、S120、S130、S140、S142、S144、S146、S148‧‧‧步驟
圖1繪示出根據本發明一個實施例的一種含氨廢水的回收處理方法的流程圖。
圖2繪示出圖1中的步驟S140的一種實施例的流程圖。
圖3繪示出根據本發明另一個實施例的一種含氨廢水的回收處理方法的流程圖。
圖4繪示出根據本發明一個實施例的一種含氨廢水的回收處理設備的結構示意圖。
圖5繪示出根據本發明另一個實施例的一種含氨廢水的回收處理設備的結構示意圖。
S110、S120、S130、S140‧‧‧步驟

Claims (33)

  1. 一種含氨廢水的回收處理方法，包括：在一含氨廢水中加入一第一酸性溶劑，以形成一酸性廢水；利用一逆滲透膜將該酸性廢水離析為一高濃度廢水以及一低濃度廢水；在該高濃度廢水中加入一第一鹼性溶劑，以在該高濃度廢水中生成氨氣；以及利用一第二酸性溶劑與該氨氣反應而生成一銨化合物，以回收該銨化合物。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的含氨廢水的回收處理方法，其中該含氨廢水的成分更包含過氧化氫，並且在將該第一酸性溶劑加入該含氨廢水中之前，更包括利用一觸媒去除該含氨廢水中的該過氧化氫。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的含氨廢水的回收處理方法，其中該觸媒為活性碳、二氧化錳或者是鐵錳砂。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的含氨廢水的回收處理方法，其中在利用該觸媒去除該含氨廢水中的該過氧化氫之前，更包括在該含氨廢水中加入一第二鹼性溶劑，以使該含氨廢水的酸鹼值高於8.5。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的含氨廢水的回收處理方法，其中該含氨廢水、該第一鹼性溶劑與該第二鹼性溶劑的成分皆包含鈉離子與鉀離子至少其中之一。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的含氨廢水的回收處理方法，其中該酸性廢水的酸鹼值低於6.5。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的含氨廢水的回收處理方法，其中該第一鹼性溶劑將該高濃度廢水的酸鹼值調整至高於9.5。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的含氨廢水的回收處理方法，其中該含氨廢水與該第一鹼性溶劑的成分皆包含鈉離子與鉀離子至少其中之一。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的含氨廢水的回收處理方法，其中在利用該第二酸性溶劑與該氨氣反應而生成該銨化合物之前，更包括利用一分離裝置從該高濃度廢水中分離出該氨氣。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的含氨廢水的回收處理方法，其中該分離裝置為疏水***換膜或者是分離塔至少其中之一。
  11. 如申請專利範圍第9項所述的含氨廢水的回收處理方法，其中在利用該分離裝置從該高濃度廢水中分離出該氨氣之前，更包括利用一過濾器過濾該高濃度廢水中的雜質。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的含氨廢水的回收處理方法，其中該含氨廢水與該第一酸性溶劑的成分皆包含硫酸根離子、氯離子與磷酸根離子至少其中之一。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的含氨廢水的回收處理方法，其中該第二酸性溶劑為硫酸、氫氯酸與磷酸至少其中之一。
  14. 如申請專利範圍第1項所述的含氨廢水的回收處理方法，其中在回收該銨化合物之後，更包括利用一雙極膜電透析裝置或者是一離子交換樹脂將該銨化合物分離為一鹼性溶液以及一酸性溶液。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的含氨廢水的回收處理方法，其中該鹼性溶液為氨水，並且該酸性溶液為硫酸、氫氯酸或者是磷酸。
  16. 一種含氨廢水的回收處理設備，包括：一第一酸鹼值調整槽，用以容納一含氨廢水，並且適於注入一第一酸性溶劑，以使該含氨廢水形成一酸性廢水；一逆滲透膜，連通於該第一酸鹼值調整槽，用以將該酸性廢水離析為一高濃度廢水以及一低濃度廢水； 一第二酸鹼值調整槽，連通於該逆滲透膜，用以容納該高濃度廢水，並且適於注入一第一鹼性溶劑，以在該高濃度廢水中生成氨氣；一分離裝置，連通於該第二酸鹼值調整槽，用以從該高濃度廢水中分離出該氨氣，並且適於注入一第二酸性溶劑與該氨氣反應而生成一銨化合物；以及一回收槽，連通於該分離裝置，用以回收該銨化合物。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的含氨廢液的回收處理設備，更包括一第一貯存槽，其中該第一貯存槽連通於該第一酸鹼值調整槽，用以貯存該第一酸性溶劑，並且適於將該第一酸性溶劑注入該第一酸鹼值調整槽中。
  18. 如申請專利範圍第16項所述的含氨廢液的回收處理設備，更包括一第二貯存槽，其中該第二貯存槽連通於該第二酸鹼值調整槽，用以貯存該第一鹼性溶劑，並且適於將該第一鹼性溶劑注入該第二酸鹼值調整槽中。
  19. 如申請專利範圍第16項所述的含氨廢水的回收處理設備，更包括容納有一觸媒的一處理裝置，並且該含氨廢水的成分更包含過氧化氫，其中該第一酸鹼值調整槽連通於該處理裝置與該逆滲透膜之間，並且在將該第一酸性溶劑注入該含氨廢水中之前，先利用該觸媒去除該含氨廢水中的該過氧化氫。
  20. 如申請專利範圍第19項所述的含氨廢水的回收處理設備，其中該觸媒為活性碳、二氧化錳或者是鐵錳砂。
  21. 如申請專利範圍第19項所述的含氨廢水的回收處理設備，更包括一第三酸鹼值調整槽，其中該第三酸鹼值調整槽連通於該處理裝置，並且適於注入一第二鹼性溶劑，以在利用該觸媒去除該含氨廢水中的該過氧化氫之前，先將該含氨廢水的酸鹼值調整至高於8.5。
  22. 如申請專利範圍第21項所述的含氨廢液的回收處理設備，更包括一第 三貯存槽，其中該第三貯存槽連通於該第三酸鹼值調整槽，用以貯存該第二鹼性溶劑，並且適於將該第二鹼性溶劑注入該第三酸鹼值調整槽中。
  23. 如申請專利範圍第21項所述的含氨廢水的回收處理設備，其中該含氨廢水、該第一鹼性溶劑與該第二鹼性溶劑的成分皆包含鈉離子與鉀離子至少其中之一。
  24. 如申請專利範圍第16項所述的含氨廢水的回收處理設備，其中該酸性廢水的酸鹼值低於6.5。
  25. 如申請專利範圍第16項所述的含氨廢水的回收處理設備，其中該第一鹼性溶劑將該高濃度廢水的酸鹼值調整至高於9.5。
  26. 如申請專利範圍第16項所述的含氨廢水的回收處理設備，其中該含氨廢水與該第一鹼性溶劑的成分皆包含鈉離子與鉀離子至少其中之一。
  27. 如申請專利範圍第16項所述的含氨廢水的回收處理設備，其中該分離裝置為疏水***換膜或者是分離塔至少其中之一。
  28. 如申請專利範圍第16項所述的含氨廢水的回收處理設備，更包括一過濾器，其中該過濾器連通於該第二酸鹼值調整槽與該分離裝置之間，用以過濾該高濃度廢水中的雜質。
  29. 如申請專利範圍第16項所述的含氨廢液的回收處理設備，更包括一第四貯存槽，其中該第四貯存槽連通於該分離裝置，用以貯存該第二酸性溶劑，並且適於將該第二酸性溶劑注入該分離裝置中。
  30. 如申請專利範圍第16項所述的含氨廢水的回收處理設備，其中該含氨廢水與該第一酸性溶劑的成分皆包含硫酸根離子、氯離子與磷酸根離子至少其中之一。
  31. 如申請專利範圍第16項所述的含氨廢水的回收處理設備，其中該第二酸性溶劑為硫酸、氫氯酸與磷酸至少其中之一。
  32. 如申請專利範圍第16項所述的含氨廢水的回收處理設備，更包括連通於該回收槽的一雙極膜電透析裝置或者是一離子交換樹脂，用以將該銨化合物分離為一鹼性溶液以及一酸性溶液。
  33. 如申請專利範圍第32項所述的含氨廢水的回收處理設備，其中該鹼性溶液為氨水，並且該酸性溶液為硫酸、氫氯酸或者是磷酸。
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