TWI671434B - 利用鹵水生產二氧化氯的方法及生產二氧化氯設備 - Google Patents

Abstract

一種利用鹵水生產二氧化氯的方法，包含以下步驟：提供一鹵水組分及一包含氫氧化鈉的第一鹼組分，其中，該鹵水組分包括至少一種由下列群組所組成的成分：一利用海水經一海水淡化處理所產生的鹵水及一利用該鹵水經一去除硫酸根及鈣離子的處理所產生的經處理鹵水；將該鹵水組分與至少部分的第一鹼組分混合並進行過濾處理，得到包含氯化鈉的濾液；將一包含該濾液的電解用組分進行一電解處理，生產二氧化氯及經電解處理的濾液。

Description

利用鹵水生產二氧化氯的方法及生產二氧化氯設備

本發明是有關於一種生產二氧化氯的方法，特別是指一種利用鹵水生產二氧化氯的方法。

由於生活及工業用水量不斷增加，以及全球氣候變遷的威脅日益顯著，導致缺水風險日增。目前除藉由雨水來供給生活用水或工業用水等水源外，藉由淡化海水來供給該水源已成為國際水資源利用的趨勢。雖淡化海水過程中可產生供給生活用水及工業用水等水源，但也會伴隨產出高鹽度鹵水。該鹵水的處理方式是直接排放至大海中。由於該鹵水具有大量的鹽類，會破壞海洋生態的平衡，繼而影響海洋中物種的生存、生長與繁殖。有鑒於此，為減少排放鹵水對海洋的生態環境造成影響，如何將該鹵水進行再利用，以提高該鹵水的應用價值是值得被研究及探討。

因此，本發明的第一目的，即在提供一種利用鹵水生產二氧化氯的方法。

於是，本發明利用鹵水生產二氧化氯的方法，包含以下步驟：提供一鹵水組分及一包含氫氧化鈉的第一鹼組分，其中，該鹵水組分包括至少一種由下列群組所組成的成分：一利用一海水經海水淡化處理所產生的鹵水及一利用該鹵水經一去除硫酸根及鈣離子的處理所產生的經處理鹵水；將該鹵水組分與至少部分的第一鹼組分混合並進行一過濾處理，得到一包含氯化鈉的濾液；將一包含該濾液的電解用組分進行一電解處理，生產二氧化氯及經電解處理的濾液。

本發明的功效在於：將該鹵水再利用以作為電解用組分，提高該鹵水的應用價值，並減少該鹵水對海洋生態的影響。

本發明的第二目的，即在提供一種生產二氧化氯設備。

本發明生產二氧化氯設備，包含一海水淡化裝置、一電解裝置、一混合槽、一過濾器及一輸送單元。該海水淡化裝置用於將一海水進行一海水淡化處理以產生一淡化水及一鹵水。該電解裝置用於將一電解用組分進行一電解處理以產生二氧化氯及一包含氫氧化鈉的鹼組分。該混合槽連接該海水淡化裝置及該電解裝置，且用來將該鹵水與該鹼組分混合，形成一混合物。該過濾器位於該混合槽的下游處，且用來過濾該混合物而獲得一包含氯化鈉的濾液。該輸送單元連接該過濾器及該電解裝置，且用來將作為該電解用組分的濾液輸送至該電解裝置。

參閱圖1，本發明利用鹵水生產二氧化氯的方法的第一實施例包含以下步驟：步驟(一)，提供一鹵水組分及一包含氫氧化鈉的第一鹼組分；步驟(二)，將該鹵水組分與至少部分的第一鹼組分混合並進行一過濾處理，得到一包含氯化鈉的濾液；步驟(三)，將一包含該濾液的電解用組分進行一電解處理，生產二氧化氯及經電解處理的濾液。本第一實施例利用一生產二氧化氯設備來進行，且該生產二氧化氯設備包含一海水淡化裝置1、一電解裝置2、一混合槽3、一過濾器4，及一輸送單元5。

在該步驟(一)中，該鹵水組分包括至少一種由下列群組所組成的成分：一利用一海水經海水淡化處理所產生的鹵水及一利用該鹵水經一去除硫酸根及鈣離子的處理所產生的經處理鹵水。

該海水淡化處理是利用該海水淡化裝置1來進行，以將一海水淡化並產生一淡化水及該鹵水。該海水選自於表層海水、中層海水、深層海水，或上述任意組合。在該第一實施例中，該海水為深度650米的海洋深層水。該海水淡化處理並無特別限制，採用以往用來淡化海水的海水淡化處理方式，舉例來說，該海水淡化處理為逆滲透處理或蒸餾處理等。該海水淡化裝置1例如但不限於逆滲透裝置或蒸餾裝置等。在該第一實施例中，該海水淡化處理為薄膜透析法，且該鹵水包含複數種鹽類及複數種離子，且該鹽類例如但不限於氯化鈉、氯化鎂、硫酸鎂、硫酸鈣、硫酸鉀、碳酸鈣或溴化鎂等，而該離子例如但不限於氯離子、鈉離子、鎂離子、硫酸根、鈣離子、鉀離子、碳酸氫根、溴離子、鍶離子等。

該去除硫酸根及鈣離子的處理目的在於避免因硫酸根或鈣離子與該電解裝置2的電極或電極上的塗層作用，或因硫酸根或鈣離子的存在於該電解處理的過程中產生不必要的析出物，而造成該電解裝置2的耗損，使得該電解裝置2使用期限變短。在該去除硫酸根及鈣離子的處理中，該硫酸根及該鈣離子的去除可利用離子交換樹脂膜來進行。除上述外，該硫酸根也可利用氯化鋇來進行，使該硫酸根轉變成硫酸鋇而析出，而該鈣離子也可利用碳酸鈉來進行，使該鈣離子轉變成碳酸鈣而析出。在該第一實施例中，該鹵水組分為該經處理鹵水，且該經處理鹵水是利用氯化鋇及碳酸鈉進行去除硫酸根及鈣離子的處理。

在該步驟(二)中，該鹵水組分與該第一鹼組分的混合利用該混合槽3來進行，且該混合槽3連接該海水淡化裝置1，而該過濾處理利用位於該混合槽3下游處的該過濾器4來進行。該混合槽3並無特別限制，只要能將該鹵水組分與該第一鹼組分混合即可，舉例來說，該混合槽3為一具有攪拌器的攪拌槽。該第一鹼組分的目的在於去除該鹵水組分中的鎂離子及鐵離子，以使該鎂離子及鐵離子分別轉變成氫氧化鎂及氫氧化鐵而析出，繼而避免因鎂及鐵的存在使得於該電解處理的過程中產生不必要的析出物，而造成該電解裝置2的耗損以及造成電壓下降，導致電能的耗損提升。該過濾處理目的在於將該鹵水組分中存在的懸浮物移除或將該鹵水組分與該第一鹼組分混合後所產生的析出物移除。該過濾器4並無特別限制，只要能將該懸浮物及該析出物移除即可。在該第一實施例中，將該第一鹼組分加入該鹵水組分中，並將pH控制在7至11間，以利該電解處理的進行，繼而提高二氧化氯的生產效益。

於該步驟(三)中，該電解處理利用該電解裝置2來進行，而該包含該濾液的電解用組分利用連接該過濾器4及該電解裝置2的輸送單元5輸送至該電解裝置2中。該電解裝置2界定出一陽極室210及一陰極室220，且包括一容置在該陽極室210的一陽極單元21、一容置在該陰極室220的陰極單元22，及一將該陽極室210及該陰極室220隔開的隔離膜單元23。該陽極室210具有一供該電解用組分進入的入液口10、一供該經電解處理的濾液排出的出液口20，及一供二氧化氯氣體排出的出氣口30。該陰極室220具有一排液口40。相對於該濾液，該經電解處理的濾液包含少量的氯化鈉、氯氣、次氯酸鹽及氯酸鹽。該次氯酸鹽例如次氯酸鈉。該氯酸鹽例如氯酸鈉。

參閱圖2，本發明利用鹵水生產二氧化氯的方法的第二實施例與該第一實施例不同在於：該電解用組分經該電解處理還生產一包含氫氧化鈉的第二鹼組分。將該第二鹼組分作為該第一鹼組分的來源。本發明第二實施例的好處在於當進行該電解處理後，直接使用該第二鹼組分作為該第一鹼組分，而不需由外界再提供該第一鹼組分，以降低生產成本，同時，以減少該第二鹼組分的排放處理費用，並減少因排放該第二鹼組分對環境造成的影響，而符合環保需求。

參閱圖3，本發明利用鹵水生產二氧化氯的方法的第三實施例與該第二實施例不同在於：還包含一將至少部分經電解處理的濾液與該濾液混合形成該電解用組分的混合步驟。該第三實施例的一變化態樣為在該混合步驟前對該至少部分經電解處理的濾液進行除氯處理的除氯步驟。該除氯處理目的在於避免進行該電解處理時形成過多的氯氣，使得二氧化氯的純度降低。該除氯處理可利用一包含亞氯酸鹽或硫代硫酸鹽的裝置(圖未示)來進行。該亞氯酸鹽例如但不限於亞氯酸鈉。該硫代硫酸鹽例如但不限於硫代硫酸鈉。為避免該經電解處理的濾液中的氯酸鹽影響於進行該電解處理時二氧化氯的生產效益以及為避免當需將該經電解處理的濾液排放至環境中時該經電解處理的濾液中的氯酸鹽對環境及人類的不良影響，該第三實施例的另一變化態樣為在該除氯步驟前對該至少部分經電解處理的濾液進行除去氯酸鹽處理的除鹽步驟。該除鹽處理可利用一鹽酸來進行。

參閱圖4，本發明利用鹵水生產二氧化氯的方法的第四實施例與該第三實施例不同在於：還包含將該至少部分經電解處理的濾液與該第二鹼組分混合後再與該濾液混合形成該電解用組分的混合步驟。該第四實施例的一變化態樣為對該至少部分經電解處理的濾液進行除氯處理的除氯步驟。該除氯處理利如上述，故不再贅述。該第四實施例的另一變化態樣為在該除氯步驟前對該至少部分經電解處理的濾液進行除去氯酸鹽處理的除鹽步驟。該除鹽處理可利用一鹽酸來進行。

綜上所述，本發明將該鹵水再利用以作為電解用組分，提高該鹵水的應用價值，並減少該鹵水對海洋生態的影響。再者，該電解用組分經該電解處理還生產一包含氫氧化鈉的第二鹼組分。將該第二鹼組分作為該第一鹼組分的來源，而不需由外界再提供該第一鹼組分，可降低生產成本、減少該第二鹼組分的排放處理費用，並減少因排放該第二鹼組分對環境造成的影響，而符合環保需求，故確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

1‧‧‧海水淡化裝置

2‧‧‧電解裝置

21‧‧‧陽極單元

210‧‧‧陽極室

10‧‧‧入液口

20‧‧‧出液口

30‧‧‧出氣口

22‧‧‧陰極單元

220‧‧‧陰極室

40‧‧‧排液口

23‧‧‧隔離膜單元

3‧‧‧混合槽

4‧‧‧過濾器

5‧‧‧輸送單元

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一流程示意圖，用來說明本發明利用鹵水生產二氧化氯的方法的第一實施例； 圖2是一流程示意圖，用來說明本發明利用鹵水生產二氧化氯的方法的第二實施例； 圖3是一流程示意圖，用來說明本發明利用鹵水生產二氧化氯的方法的第三實施例；及 圖4是一流程示意圖，用來說明本發明利用鹵水生產二氧化氯的方法的第四實施例。

Claims (5)

1. 一種利用鹵水生產二氧化氯的方法，包含以下步驟：提供一鹵水組分及一包含氫氧化鈉的第一鹼組分，其中，該鹵水組分包括至少一種由下列群組所組成的成分：一利用一海水經海水淡化處理所產生的鹵水及一利用該鹵水經一去除硫酸根離子及鈣離子的處理所產生的經處理鹵水；將該鹵水組分與至少部分的第一鹼組分混合並進行一過濾處理，得到一包含氯化鈉的濾液；將一包含該濾液的電解用組分進行一電解處理，生產二氧化氯、包含氫氧化鈉的第二鹼組分，及經該電解處理的濾液，並將部分的該第二鹼組分作為該第一鹼組分；將經該電解處理的濾液、部分的該第二鹼組分，與該包含氯化鈉的濾液混合，形成該電解用組分。
2. 如請求項1所述的利用鹵水生產二氧化氯的方法，還包含一將至少部分經該電解處理的濾液與該濾液混合形成該電解用組分的混合步驟。
3. 如請求項2所述的利用鹵水生產二氧化氯的方法，還包含一在該混合步驟前對該至少部分經電解處理的濾液進行除氯處理的除氯步驟。
4. 如請求項1所述的利用鹵水生產二氧化氯的方法，其中，該海水選自於表層海水、中層海水、深層海水，或上述任意組合。
5. 一種生產二氧化氯設備，包含：一海水淡化裝置，用於將一海水進行一海水淡化處理以產生一淡化水及一鹵水；一電解裝置，用於將一電解用組分進行一電解處理以產生二氧化氯及一包含氫氧化鈉的鹼組分；一混合槽，連接該海水淡化裝置及該電解裝置，且用來將一該鹵水與該鹼組分混合，形成一混合物；一過濾器，位於該混合槽的下游處，且用來過濾該混合物而獲得一包含氯化鈉的濾液；及一輸送單元，連接該過濾器及該電解裝置，且用來將作為該電解用組分的濾液輸送至該電解裝置。