TWI749613B

TWI749613B - 含重金屬廢液處理方法

Info

Publication number: TWI749613B
Application number: TW109122099A
Authority: TW
Inventors: 黃任榆; 蔡旻杰; 彭柏頤; 陳柏匡
Original assignee: 黃任榆; 蔡旻杰; 彭柏頤; 陳柏匡
Priority date: 2020-06-30
Filing date: 2020-06-30
Publication date: 2021-12-11
Also published as: TW202202446A

Abstract

本發明含重金屬廢液處理方法，其包含有濃液集收步驟、污泥層建立步驟、過濾步驟及排泥步驟；其中，該污泥層建立步驟係利用一欲進行過濾且內含有重金屬結晶顆粒之廢濃液，後將該廢濃液輸入一脫水機中，使該廢濃液輸入於該脫水機內，透過該廢濃液雜質附著於該過濾層上而形成一污泥層，而後加壓輸入欲進行過濾之廢濃液至該脫水機內，以透過該污泥層過濾該廢濃液，藉此得到一過濾水，最後再將該污泥層予以收集排出而得到一污泥，如此將有效回收並解決傳統使用薄膜阻塞之問題，同時亦能產生具有經濟價值之高純度污泥。

Description

含重金屬廢液處理方法

本發明係有關於一種廢液處理方法，特別是一種含重金屬廢液處理方法。

近年來，因環保意識的抬頭，水資源必須能有效的被利用，為此，工業廢水再利用就變的非常重要，例如研磨廢水(Lapping Wastewater)為半導體封裝製程中減薄研磨所產生之廢水，佔封裝製程大宗用水之一，水質佳（導電度>10　μs/cm，TOC>3ppm具有良好的水回收條件，但因含有高濃度的矽顆粒(800~1300 mg/L TS、濁度>9000NTU)且粒徑多數分佈於數百奈米間(100~1000nm)較不易處理，但具有經濟價值；業界常見以化學混凝法進行沈澱拌除、吸附架橋等作用，使之固液分離後放流或回收，但因為加藥劑會影響水中離子濃度，使導電度提高（＞100 μs/cm），除了影響回收水質外，同時此用此方式會產生大量含鐵、鋁成分之矽污泥，雜質較多、無經濟效益；或另以高運轉成本之超濾膜(ultra-filter UF)方式處理，亦有濾膜阻塞與高濃度逆洗水等問題產生，實須改善。

因此，本發明之目的，是在提供一種含重金屬廢液處理方法，其可有效、順暢的將廢濃液予以過濾及回收，達到高經濟效益。

於是，本發明含重金屬廢液處理方法，其包含有濃液集收步驟、污泥層建立步驟、過濾步驟及排泥步驟；其中，該濃液集收步驟其係集收有含重金屬結晶顆粒之廢濃液後，利用該廢濃液輸入一脫水機內，該廢濃液雜質附著於該過濾層上而形成一污泥層後，再利用該脫水步驟將欲過濾之廢濃液輸入至該脫水機內，使該廢濃液透過該污泥層過濾成一過濾水，而最後該排泥步驟於該脫水機內壓力達到一預設值後，再將該污泥層排出集收形成一污泥，如此，透過該廢濃液本身雜質於該過濾層上所建立的污泥層進行過濾，除可達到較佳之過濾效果而提升水回收率、減少習知使用薄膜回收之用電耗能外，同時過濾後所得到之污泥，亦具有較高之純度，亦可提高該污泥之附加價值。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚地明白。

參閱圖1，本發明含重金屬廢液處理方法，其包含有濃液集收步驟、污泥層建立步驟、過濾步驟及排泥步驟；其中，該濃液集收步驟係備具有含重金屬結晶顆粒之廢濃液，而本發明以下實驗例，該廢濃液係採用晶圓於封裝前之拋光減薄程序中，所使用超純水進行研磨後產生之物，另外，該濃液集收步驟更包含有膜過濾層，該廢濃液係經過該膜過濾層過濾且被攔截於該膜過濾層所得，而該膜過濾層可為中空纖維絲、平板膜、管式膜之其一，而受該膜過濾層所攔截之廢濃液先透過至少一原水槽集收以進行後續處理，而通過該膜過濾層則形成清水(含有金屬顆粒粒徑小於0.03μm)，清水可再進行後續處理，例如再利用1μm過濾器及RO系統等(此部份並非本發明技術特征，故關於清水處理不再詳述)，且本實施例中該廢濃液經過濾膜過濾後，其特性主要在導電度 >10 μs/cm 、 TOC>3 ppm 、pH=6.5~7.5，但高濃度極高，濁度>9000 NTU，總固體物濃度約 800~1300 mg/L、粒徑以 400~600 nm為主要分佈，具穩定性佳並均勻分布於水溶液中。

再者，當欲進行處理之廢濃液如依據內所含不同種類重金屬，若當PH值不在7~11之間時，則需進行酸鹼值調整以將該廢濃液酸鹼值調整成7~11之間，以使該廢溶液中部份重金屬形成結晶顆粒，以方便後續過濾及確保過濾水質。

仍續前述，該污泥層建立步驟，其主要係具備有一具有過濾層之脫水機中，而該脫水機可為一板框脫水機，其主要可利用一氣動泵輸送廢濃液，以1~2kg/cm ²泵浦壓力輸送，以循環抽取該原水槽中的廢濃液至該脫水機內，以使該廢濃液於該過濾層上形成有一污泥層，而該污泥層建立步驟中的該廢濃液濁度需大於30NTU，重金屬結晶顆粒粒徑大於0.03μm，且當該廢濃液經過該污泥層後，其濁度小於30 NTU，重金屬結晶顆粒小於0.03μm，則可確認該污泥層建立完成。

此外，為使過濾效果更佳，其可適時於該污泥層建立步驟中，於該污泥層建立前先於該過濾層上鋪設有一助濾層，且該助濾層鋪設厚度為1~10mm，且該助濾層為矽藻土、珍珠岩、纖維素、有機介質（如馬鈴薯澱粉顆粒、棉絨、高分子纖維、鱗片、稻穀燃燒產生的灰渣等）之其一，而本實施例以下該助濾層係以矽藻土為例說明。

仍續前述，該過濾步驟係該將欲進行過濾該廢濃液輸入該脫水機內，並加壓輸出，使該廢濃液透過該污泥層進行過濾，而使該廢濃液中的雜質被攔截於該污泥層後，通過該污泥層而形成一過濾水，而該泵浦壓力可微調方式進行調整，例如依據該脫水機內壓或通量為參數，進料壓力差異不宜提升過大，而產水水質主要以濁度作為判定依據，例如以濁度小於30NTU、甚至20NTU等為依據。

最後，於產水末期該脫水機內壓將近設定壓力或通量，或者該泵浦壓力依預設值後，而該預設值則可依據設備大小與實際過濾效率進行調整，例如本實施例將該泵浦壓力設定達到5kg/cm ²，即可進入該排泥步驟，將停止輸入該廢濃液至該脫水機內，而使該污泥層由該脫水機內排出，而該脫水機為板框脫水機則可經二次押後開板卸泥，以便將該污泥層予以排出形成一污泥，而所得之污泥成分則依據所過濾之廢濃液有所不同，而本實施例以下為晶圓於封裝前之拋光減薄程序中，所使用超純水進行研磨後產生之物，因此，該廢濃液中主要含有大量之二氧化矽，故所該污泥則具有高含量之二氧化矽。

此外，經實際測試後其水質過濾狀態如下表：

水質項目	廢濃液	過濾水	單位	去除率
導電度	3	3	μs/cm	-
總有機碳	1.1	0.3	mg/L	72%
總固體物	>800	>7	mg/L	99%
濁度	9600	20	NTU	99%
氯鹽	0.55	0.08	mg/L	85%
硫酸鹽	1.79	0.21	mg/L	88%
二氧化矽	125	23	mg/L	80%
PH值	7.4	7.1	-	-

其藉由該污泥層過濾效果，能有效將該廢濃液中的雜質進行過濾，並達到良好一定過濾效果之狀態，參閱圖2、且該廢濃液經粒徑分析結果以400-600nm 佔比為52.2%最大，而粒徑小於500 nm以下約佔32.8%，屬於該助濾劑無法攬截之大小，則由該污泥層過濾，而粒俓大於500nm佔比為67.2%，而可由該助濾劑表面孔係截流而形成該污泥層，且驗證後具有良好的效果。

此外，過濾後所產生之污泥，為評估進行再利用合適性，須了解其物化組成，其使用環檢所標準方法(NIEA R205.01C)探討之三成份表組成，經成分分析後如下表：

項目	水分	灰分	可燃分
污泥	29.67%	65.82%	4.51%

經上表中可知，本發明經該脫水機排出之污泥含有大量水分及部分有機物質，而於化學組成使用X-射線螢光分析(XRF)鑑定元素組成，其結果如下表：

元素氧化物	氧化物含量(%)
Al2O3	0.034
CaO	0.037
SiO2	82.46
MgO	0.084
K2O	0.127
Fe2O3	0.208
Na2O	0.061

仍續前述，另使用X-射線繞射分析(XRD)分析晶相種類，其結果圖3中，可知該污泥組成成分主要為SiO ₂，並對應XRD之結果可相互驗證；此外，以掃描電子顯微鏡(SEM)進行微觀觀測，分別觀察本發明過濾所產生之污泥（圖4），傳統化混過濾所產生之污泥（圖5）、柱狀矽藻土(圖6)、盤狀矽藻土(圖7)，比較傳統化混過濾所產生之污泥SEM 圖像及本發明過濾所產生之污泥SEM 圖像，可發現傳統化混污泥為細粉狀的，而本發明過濾所產生之污泥除團聚顆粒污泥(圖4 圈選處) 同時含有柱狀及盤狀的矽藻土，原因為預敷技術使用圖 6及圖7之矽藻土作為助濾劑預敷於濾布表面，故隨著卸泥後一同排出，且本發明經分析後確認可應用於工業級SiO2或綠建材等用途，則將原本需廢棄掩埋之污泥，由再利用技術轉化為原料或產品回至市場使用。

參閱圖8，透過本發明之處理方法，使用污泥層的方式做為過濾方式，可有效去除濁度與總固體物，初期可保持高通量 300~600 LMH，穩定產水期約在 100~200 LMH，產水末期>100 LMH 或該脫水機內壓超過5kg/cm ²時視情況可操作卸泥，而習知使用超濾膜(ultra-filter UF)通量約20~40 LMH 小於本發明之技術，雖然使用超濾膜具有高膜面積之優點可處理相同之水量，但高濁度的阻塞仍是問題，而透過本發明之技術，可有效回收並解決傳統使用薄膜阻塞之問題，同時亦能產生具有經濟價值之高純度污泥。

歸納前述，本發明含重金屬廢液處理方法，其包含有濃液集收步驟、污泥層建立步驟、過濾步驟及排泥步驟；其中，該污泥層建立步驟係利用一欲進行過濾且內含有重金屬結晶顆粒之廢濃液，且利用該廢濃液輸入一脫水機中，使該廢濃液輸入於該脫水機內，透過該廢濃液雜質附著於該過濾層上而形成一污泥層；是以，本發明處理方法中利用該廢濃液本身雜質於該過濾層上所建立的污泥層進行過濾，且更可適時透過助濾劑與該污泥層配合下達到更佳之效果，進而有效提升過濾水回收率、減少習知使用薄膜回收之用電耗能外，同時過濾後所得到之污泥，亦具有較高之純度，有效提高該污泥之附加價值。

惟以上所述者，僅為說明本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

無

圖1為本發明第一實施例之流程方塊圖。圖2為本發明第一實施例廢濃液粒徑分析圖。圖3為本發明第一實施例污泥之晶相種類圖。圖4為本發明第一實施例污泥微觀圖像圖。圖5為傳統化混過濾所產生之污泥微觀圖像圖。圖6為柱狀矽藻土微觀圖像圖。圖7為盤狀矽藻土微觀圖像圖。圖8為本發明與習用技術相較之通量、固體物與操作壓力圖。

Claims

一種含重金屬廢液處理方法，其包含有：一濃液集收步驟，其收集有一含重金屬結晶顆粒之廢濃液；一污泥層建立步驟，其將上述該廢濃液輸入一具有過濾層之脫水機中，使該廢濃液輸入於該脫水機內，透過該廢濃液雜質附著於該過濾層上而形成一污泥層；一過濾步驟，將欲進行過濾之該廢濃液輸入該脫水機內，並加壓輸出，使該廢濃液透過該污泥層進行過濾，而使該廢濃液中的雜質被攔截於該污泥層後，通過該污泥層而形成一過濾水；及一排泥步驟，當該脫水機內部壓力達到一預設值後，將停止輸入該廢濃液至該脫水機內，而使該污泥層由該脫水機內排出收集，而形成一污泥。
根據申請專利範圍請求項1所述含重金屬廢液處理方法，其中，該污泥層建立步驟中，於該污泥層建立前先於該過濾層上鋪設有一助濾層，且該助濾層厚度為1~10mm。
根據申請專利範圍請求項1或請求項2所述含重金屬廢液處理方法，另當該濃液集收步驟中之廢濃液酸鹼值範圍不在7~11間，於該濃液集收步驟前則須先經過一酸鹼值調整步驟，以將該酸鹼值調整成7~11間並且形成重金屬顆粒。
根據申請專利範圍請求項1或請求項2所述含重金屬廢液處理方法，其中，該濃液集收步驟更包含有一膜過濾層，該廢濃液係被攔截於該膜過濾層上所得。
根據申請專利範圍請求項4所述含重金屬廢液處理方法，其中，該膜過濾層為中空纖維絲、平板膜、管式膜之其一。
根據申請專利範圍請求項2所述含重金屬廢液處理方法，其中，該助濾層為矽藻土、珍珠岩、纖維素、有機介質之其一。
根據申請專利範圍請求項6所述含重金屬廢液處理方法，其中，該有機介質為馬鈴薯澱粉顆粒、棉絨、高分子纖維、鱗片、稻穀燃燒產生的灰渣。
根據申請專利範圍請求項1所述含重金屬廢液處理方法，其中，該污泥層建立步驟中的該廢濃液濁度需大於30NTU，重金屬結晶顆粒粒徑大於0.03μm。
根據申請專利範圍請求項1所述含重金屬廢液處理方法，其中，該污泥層建立步驟中，當該廢濃液經過該污泥層後，其濁度小於30 NTU，重金屬結晶顆粒小於0.03μm，則可確認該污泥層建立完成。