申请日2013.04.27
公开(公告)日2014.04.09
IPC分类号C02F9/06; C02F9/04
摘要
本发明提供一种含氨废水的回收处理方法及其设备，所述回收处理方法包括下列步骤：先将含氨废水调整为酸性废水，再利用反渗透膜从酸性废水离析出高浓度废水。然后，在高浓度废水中加入碱性溶剂以生成氨气，再利用酸性溶剂与氨气反应便能够生成并且回收铵化合物。本发明还提供一种含氨废水的回收处理设备。形成于第一pH值调整槽中的酸性废水经由反渗透膜离析出高浓度废水之后，再于第二pH值调整槽中将高浓度废水的pH值调整为碱性，以生成氨气。然后，氨气会在分离装置中与酸性溶剂反应而生成铵化合物。之后，再将铵化合物回收于回收槽中。
权利要求书
1.一种含氨废水的回收处理方法，其特征在于，该方法包括：
在含氨废水中加入第一酸性溶剂，以形成酸性废水;
利用反渗透膜将所述酸性废水离析为高浓度废水以及低浓度废水;
在高浓度废水中加入第一碱性溶剂，以在高浓度废水中生成氨气;以及
利用第二酸性溶剂与氨气反应而生成铵化合物，以回收所述铵化合物。
2.如权利要求1所述的含氨废水的回收处理方法，其特征在于，所述含氨废水的 成分还包含过氧化氢，并且在将所述第一酸性溶剂加入含氨废水中之前，还包括利用催 化剂去除所述含氨废水中的所述过氧化氢。
3.如权利要求2所述的含氨废水的回收处理方法，其特征在于，所述催化剂为活 性碳、二氧化锰或者铁锰砂。
4.如权利要求2所述的含氨废水的回收处理方法，其特征在于，在利用所述催化 剂去除含氨废水中的过氧化氢之前，还包括在含氨废水中加入第二碱性溶剂，以使含氨 废水的pH值高于8.5。
5.如权利要求4所述的含氨废水的回收处理方法，其特征在于，所述含氨废水、 第一碱性溶剂与第二碱性溶剂的成分皆包含钠离子与钾离子至少其中之一。
6.如权利要求1所述的含氨废水的回收处理方法，其特征在于，所述酸性废水的 pH值低于6.5。
7.如权利要求1所述的含氨废水的回收处理方法，其特征在于，所述第一碱性溶 剂将高浓度废水的pH值调整至高于9.5。
8.如权利要求1所述的含氨废水的回收处理方法，其特征在于，所述含氨废水与 第一碱性溶剂的成分皆包含钠离子与钾离子至少其中之一。
9.如权利要求1所述的含氨废水的回收处理方法，其特征在于，在利用所述第二 酸性溶剂与氨气反应而生成铵化合物之前，还包括利用分离装置从高浓度废水中分离出 氨气。
10.如权利要求9所述的含氨废水的回收处理方法，其特征在于，所述分离装置为 疏水性交换膜或者是分离塔至少其中之一。
11.如权利要求9所述的含氨废水的回收处理方法，其特征在于，在利用所述分离 装置从高浓度废水中分离出氨气之前，还包括利用过滤器过滤高浓度废水中的杂质。
12.如权利要求1所述的含氨废水的回收处理方法，其特征在于，所述含氨废水与 第一酸性溶剂的成分皆包含硫酸根离子、氯离子与磷酸根离子至少其中之一。
13.如权利要求1所述的含氨废水的回收处理方法，其特征在于，所述第二酸性溶 剂为硫酸、氢氯酸与磷酸至少其中之一。
14.如权利要求1所述的含氨废水的回收处理方法，其特征在于，在回收所述铵化 合物之后，还包括利用双极膜电透析装置或者离子交换树脂将所述铵化合物分离为碱性 溶液以及酸性溶液。
15.如权利要求14所述的含氨废水的回收处理方法，其特征在于，所述碱性溶液 为氨水，并且所述酸性溶液为硫酸、氢氯酸或者是磷酸。
16.一种含氨废水的回收处理设备，其特征在于，该设备包括：
第一pH值调整槽，用以容纳含氨废水，并且适于注入第一酸性溶剂，以使所述含 氨废水形成酸性废水;
反渗透膜，连通于所述第一pH值调整槽，用以将酸性废水离析为高浓度废水以及 低浓度废水;
第二pH值调整槽，连通于所述反渗透膜，用以容纳高浓度废水，并且适于注入第 一碱性溶剂，以在高浓度废水中生成氨气;
分离装置，连通于所述第二pH值调整槽，用以从高浓度废水中分离出氨气，并且 适于注入第二酸性溶剂与氨气反应而生成铵化合物;以及
回收槽，连通于所述分离装置，用以回收铵化合物。
17.如权利要求16所述的含氨废水的回收处理设备，其特征在于，该设备还包括 第一贮存槽，其中所述第一贮存槽连通于第一pH值调整槽，用以贮存第一酸性溶剂， 并且适于将第一酸性溶剂注入第一pH值调整槽中。
18.如权利要求16所述的含氨废水的回收处理设备，其特征在于，该设备还包括 第二贮存槽，其中所述第二贮存槽连通于第二pH值调整槽，用以贮存第一碱性溶剂， 并且适于将第一碱性溶剂注入第二pH值调整槽中。
19.如权利要求16所述的含氨废水的回收处理设备，其特征在于，该设备还包括 容纳有催化剂的处理装置，并且所述含氨废水的成分还包含过氧化氢，其中第一pH值 调整槽连通于处理装置与反渗透膜之间，并且在将第一酸性溶剂注入含氨废水中之前， 先利用催化剂去除含氨废水中的过氧化氢。
20.如权利要求19所述的含氨废水的回收处理设备，其特征在于，所述催化剂为 活性碳、二氧化锰或者是铁锰砂。
21.如权利要求19所述的含氨废水的回收处理设备，其特征在于，该设备还包括 第三pH值调整槽，其中所述第三pH值调整槽连通于处理装置，并且适于注入第二碱 性溶剂，以在利用催化剂去除含氨废水中的过氧化氢之前，先将含氨废水的pH值调整 至高于8.5。
22.如权利要求21所述的含氨废水的回收处理设备，其特征在于，该设备还包括 第三贮存槽，其中所述第三贮存槽连通于第三pH值调整槽，用以贮存第二碱性溶剂， 并且适于将第二碱性溶剂注入第三pH值调整槽中。
23.如权利要求21所述的含氨废水的回收处理设备，其特征在于，所述含氨废水、 第一碱性溶剂与第二碱性溶剂的成分皆包含钠离子与钾离子至少其中之一。
24.如权利要求16所述的含氨废水的回收处理设备，其特征在于，所述酸性废水 的pH值低于6.5。
25.如权利要求16所述的含氨废水的回收处理设备，其特征在于，所述第一碱性 溶剂将高浓度废水的pH值调整至高于9.5。
26.如权利要求16所述的含氨废水的回收处理设备，其特征在于，所述含氨废水 与第一碱性溶剂的成分皆包含钠离子与钾离子至少其中之一。
27.如权利要求16所述的含氨废水的回收处理设备，其特征在于，所述分离装置 为疏水性交换膜或者是分离塔至少其中之一。
28.如权利要求16所述的含氨废水的回收处理设备，其特征在于，该设备还包括 过滤器，其中所述过滤器连通于第二pH值调整槽与分离装置之间，用以过滤高浓度废 水中的杂质。
29.如权利要求16所述的含氨废水的回收处理设备，其特征在于，该设备还包括 第四贮存槽，其中所述第四贮存槽连通于分离装置，用以贮存第二酸性溶剂，并且适于 将第二酸性溶剂注入分离装置中。
30.如权利要求16所述的含氨废水的回收处理设备，其特征在于，所述含氨废水 与第一酸性溶剂的成分皆包含硫酸根离子、氯离子与磷酸根离子至少其中之一。
31.如权利要求16所述的含氨废水的回收处理设备，其特征在于，所述第二酸性 溶剂为硫酸、氢氯酸与磷酸至少其中之一。
32.如权利要求16所述的含氨废水的回收处理设备，其特征在于，该设备还包括 连通于所述回收槽的双极膜电透析装置或者是离子交换树脂，用以将铵化合物分离为碱 性溶液以及酸性溶液。
33.如权利要求32所述的含氨废水的回收处理设备，其特征在于，所述碱性溶液 为氨水，并且所述酸性溶液为硫酸、氢氯酸或者是磷酸。
说明书
含氨废水的回收处理方法及其设备
技术领域
本发明是有关于一种废水(waste water)的回收处理方法及其设备，且特别是有关于 一种含氨(ammonia)废水的回收处理方法及其设备。
背景技术
随着气候变迁日益剧烈，全球各地发生涝灾与旱灾的机率也逐渐升高，进而导致越 来越不容易有效地保存与利用人类生存所不可或缺的干净水资源。更重要的是，全球人 口数量急速成长与工业科技的迅速发展，导致人类对于环境污染日益严重，更使得水资 源的保存与利用问题越来越恶化。因此，如何能够有效地回收工业废水(industrial waste water)中的污染物质，以降低污染物质对于环境的污染，已逐渐成为世界各国政府亟待 解决的问题之一。
含有高浓度氨(ammonia,化学式为NH3，俗称为氨气或者是无水氨，anhydrous ammonia)的特殊废水常见于光电半导体(optoelectronic semiconductor)、石油炼制 (petroleum refining)、炼焦(coking)、肥料(fertilizer)、钢铁(iron and steel)和食 品(foodstuff)等工业的制程废水。高浓度氨具有腐蚀性(corrosiveness)、对于水生生 物具有毒性并且对人体具有致癌性(carcinogenicity)及致基因突变性(mutagenic)等特 性。因此，部分国家已经立法，或者是倾向于立法，来限制废水中的含氮量。
目前市场上通常是利用生物厌氧处理制程(biological anaerobic treatment process)来 对含氨废水进行脱氮(denitrifacation)。然而，传统生物厌氧处理制程的脱氮效率并不高。 因此，亟需提供能够更有效处理含氨废水的设备与方法。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种含氨废水的回收处理方法以及一种含氨废水 的回收处理设备，以提高含氨废水的回收效率。
本发明提供一种含氨废水的回收处理方法，其包括下列步骤。首先，在含氨废水中 加入第一酸性溶剂(acid solvent)，以形成酸性废水(acid waste water)。接着，再利用 反渗透膜(reverse osmosis membrane,RO membrane)将酸性废水离析为高浓度废水以及 低浓度废水。然后，在高浓度废水中加入第一碱性溶剂(alkaline solvent)，以在高浓度 废水中生成氨气(ammonia gas)。之后，再利用第二酸性溶剂与氨气反应而生成铵化合 物(ammonium compound)，以回收铵化合物。
在本发明的实施例中，上述的含氨废水的成分还包含过氧化氢(hydrogen peroxide,化 学式为H2O2，俗称双氧水)，并且在将第一酸性溶剂加入含氨废水中之前，还包括利用 催化剂(catalyst)去除含氨废水中的过氧化氢。其中，催化剂可为活性碳(activated carbon fibers,ACF)、二氧化锰(manganese dioxide,化学式为MnO2)或者是铁锰砂(manganese ore)。而且，在利用催化剂去除含氨废水中的过氧化氢之前，还可在含氨废水中加入第 二碱性溶剂，以使含氨废水的pH值(酸碱值，pH value)高于8.5。其中，含氨废水、第 一碱性溶剂与第二碱性溶剂的成分皆可包含钠离子(sodium ion,化学式为Na+)与钾离 子(potassium ion,化学式为K+)至少其中之一。
在本发明的实施例中，在上述利用第二酸性溶剂与氨气反应而生成铵化合物的步骤 之前，还包括利用分离装置(stripping device)从高浓度废水中分离出氨气的步骤。其中， 分离装置可为用来进行薄膜分离法(membrane stripping)的疏水性交换膜(hydrophobicity membrane)或者是分离塔(stripping column)至少其中之一。而且，在上述利用分离装 置从高浓度废水中分离出氨气之前，还可包括利用过滤器(filter)过滤高浓度废水中的 杂质的步骤。
在本发明的实施例中，在上述回收铵化合物之后，还包括利用双极膜电透析 (electro-deionization with bipolar membrane,EDI with bipolar membrane)装置或者是离子 交换树脂(ion exchange resin)将铵化合物分离为碱性溶液以及酸性溶液。其中，上述的 碱性溶液为氨水，并且上述的酸性溶液为硫酸、氢氯酸或者是磷酸。
本发明还提供一种含氨废水的回收处理设备，其包括第一pH值调整槽(pH adjusting tank)、反渗透膜、第二pH值调整槽、分离装置以及一回收槽(collecting tank)，其中 反渗透膜连通于第一pH值调整槽与第二pH值调整槽之间，并且分离装置连通于第二pH 值调整槽与回收槽之间。第一pH值调整槽用以容纳含氨废水，并且适于注入第一酸性溶 剂，以使含氨废水形成酸性废水。反渗透膜用以将酸性废水离析为高浓度废水以及低浓 度废水。第二pH值调整槽用以容纳高浓度废水，并且适于注入第一碱性溶剂，以在高浓 度废水中生成氨气。分离装置用以从高浓度废水中分离出氨气，并且适于注入第二酸性 溶剂与氨气反应而生成铵化合物。回收槽用以回收铵化合物。
在本发明的实施例中，上述的含氨废水的回收处理设备还包括第一贮存槽(storage tank)，其中第一贮存槽连通于第一pH值调整槽，用以贮存第一酸性溶剂，并且适于将 第一酸性溶剂注入第一pH值调整槽中。
在本发明的实施例中，上述的含氨废水的回收处理设备还包括第二贮存槽，其中第 二贮存槽连通于第二pH值调整槽，用以贮存第一碱性溶剂，并且适于将第一碱性溶剂注 入第二pH值调整槽中。
在本发明的实施例中，上述的含氨废水的回收处理设备还包括容纳有催化剂的处理 装置(processing device)，而含氨废水的成分还包含过氧化氢，并且第一pH值调整槽连 通于处理装置与反渗透膜之间。而且，在将第一酸性溶剂注入含氨废水中之前，可先利 用催化剂去除含氨性废水中的过氧化氢。其中，催化剂为活性碳、二氧化锰或者是铁锰 砂。另外，上述的含氨废水的回收处理设备还可包括第三pH值调整槽，其中第三pH值 调整槽连通于处理装置，并且适于注入第二碱性溶剂，以在利用催化剂去除含氨废水中 的过氧化氢之前，先将含氨废水的pH值调整至高于8.5。此外，上述的含氨废水的回收 处理设备还可包括第三贮存槽，其中第三贮存槽连通于第三pH值调整槽，用以贮存第二 碱性溶剂，并且适于将第二碱性溶剂注入第三pH值调整槽中。其中，含氨废水、第一碱 性溶剂与第二碱性溶剂的成分皆可包含钠离子与钾离子至少其中之一。
在本发明的实施例中，上述的分离装置为疏水性交换膜或者是分离塔至少其中之一。
在本发明的实施例中，上述的含氨废水的回收处理设备还包括过滤器，其中过滤器 连通于第二pH值调整槽与分离装置之间，用以过滤高浓度废水中的杂质。
在本发明的实施例中，上述的含氨废水的回收处理设备还包括第四贮存槽。第四贮 存槽连通于分离装置，用以贮存第二酸性溶剂，并且适于将第二酸性溶剂注入分离装置 中。
在本发明的实施例中，上述的酸性废水的pH值低于6.5。
在本发明的实施例中，上述的第一碱性溶剂将高浓度废水的pH值调整至高于9.5。
在本发明的实施例中，上述的含氨废水与第一碱性溶剂的成分皆可包含钠离子与钾 离子至少其中之一。
在本发明的实施例中，上述的含氨废水与第一酸性溶剂的成分皆包含硫酸根离子 (sulfate ion,化学式为SO42-)、氯离子(chlorine ion,化学式为Cl-)与磷酸根离子 (phosphate ion,化学式为PO43-)至少其中之一。
在本发明的实施例中，上述的第二酸性溶剂为硫酸(sulfuric acid,化学式为H2SO4)、 氢氯酸(hydrochloric acid,化学式为HCl，俗称盐酸)与磷酸(phosphoric acid,化学式为 H3PO4)至少其中之一。
在本发明的实施例中，上述的含氨废水的回收处理设备还包括连通于回收槽的双极 膜电透析装置或者是离子交换树脂，用以将铵化合物分离为碱性溶液以及酸性溶液。其 中，上述的碱性溶液为氨水，并且上述的酸性溶液为硫酸、氢氯酸或者是磷酸。
相较于先前技术，本发明对于废水中氨的回收效率会较高。