027_ 094-003DP-TW

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027_ 094-003DP-TW

發佈日期 : 2009-04-29

發明專利說明書


※申請案號：092120601	※I P C 分類：

一、	發明名稱：
	零污泥廢水處理方法及裝置(全文下載)
	SLUDGE-FREE WASTEWATER TREATMENT PROCESS & APPARATUS

二、

中文發明摘要：

本發明主要係在提供一種零污泥廢水處理方法及裝置，其係將含銅廢水經由重金屬廢水化學混凝沉澱處理後，得到含高銅離子濃度的污泥，該高銅離子濃度的污泥置於酸浸漬槽中以1N～2N硫酸浸漬處理，經固液分離，可得含銅溶液及殘渣；此含銅溶液含銅量可達18～39%，再經由冷凍結晶法可產生硫酸銅結晶，即可形成高經濟價值之有價重金屬原料；另，產生之殘渣可回收作為混凝劑，直接添加於廢水處理流程之快混槽；藉由本發明方法，可得含銅量高的溶液或經冷凍結晶之硫酸銅晶體，同時產生之殘渣可取代原廢水處理流程所使用之混凝劑，具再利用價值，如此，於一連貫流程即可將含銅廢水處理轉變成有價重金屬原料，減少廢水、污泥不同處理單元，更大幅降低污泥處理費用，且達零污泥產出之目標。

三、

英文發明摘要：

四、	指定代表圖：
	(一)本案指定代表圖為：第二圖
	(二)本代表圖之元件符號簡單說明：
	11．．．廢水調勻槽
	12．．．快混槽
	13．．．pH調整槽
	14．．．膠凝槽
	15．．．沉澱槽
	16．．．過濾設施
	160．．．中間抽水槽
	161．．．砂濾機
	162．．．活性碳吸附塔
	17．．．中和放流槽
	18．．．污泥濃縮槽
	19．．．污泥脫水機
	2．．．本發明裝置
	21．．．酸浸漬槽
	22．．．硫酸浸漬液儲存槽
	23．．．冷凍結晶槽
	24．．．脫水機

五、	本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式：

六、	發明說明：
	【發明所屬之技術領域】
[n]	本發明係有關於一種零污泥廢水處理方法及裝置，特別係針對含高銅離子濃度的污泥處理，其係藉以1N～2N硫酸進行浸漬處理，經固液分離，可得含銅溶液及殘渣；此含銅溶液含銅量可達18～39%，再經由冷凍結晶法可產生硫酸銅結晶，即可形成高經濟價值之有價重金屬原料，另，產生之殘渣可回收作為混凝劑，再利用於廢水處理流程之快混槽：藉此不僅可得含銅量高的溶液或經冷凍結晶之硫酸銅晶體，同時產生之殘渣可取代原廢水處理流程所使用之混凝劑，具再利用價值，如此於一連續處理流程，即可將含銅廢水處理轉變成有價重金屬原料，更大幅降低污泥處理費用，且無污泥產出。
	【先前技術】
[n]	按，根據台灣經濟部工業局的調查指出，於台灣境內重金屬污泥的產生及分佈極廣，包括印刷電路板業、金屬工業、化學材料業、電鍍業及皮革業等，而每年由事業機構所產生的含重金屬污泥或殘渣則逾32萬公噸。
[n]	經由本發明人特別針對電路板業及銅箔業的詢訪及調查，發現大部分的業者皆以化學混凝沉澱法進行廠內重金屬廢水的處理；在於現行重金屬廢水化學混凝沉澱處理基本流程配置(如第一圖所示)，包括：廢水調勻槽11：提供處理前廢水貯存之用，亦可調節原水濃度變化影響。
[n]	快混槽12：添加混凝劑提高廢水中金屬離子濃度。
[n]	pH調整槽13：調整pH值在鹼性環境，以利金屬氫氧化物形成。
[n]	膠凝槽14：加入高分子凝集劑加速所形成的金屬氫氧化物沉澱。
[n]	沉澱槽15：分離金屬氫氧化物沉澱及上層廢水。
[n]	過濾設施16：由中間抽水槽160砂濾機161及活性碳吸附塔162等配備構成，供過濾上層廢水的其他雜質或對水質有影響之物質。
[n]	中和放流槽17：調整擬放流水的pH值符合放流水標準。
[n]	污泥濃縮槽18：將沉澱槽底部所導入的沉澱物進行濃縮程序，上層液體再導回調勻槽11與原廢水混合後再進行處理。
[n]	污泥脫水機19：將污泥濃縮槽中之污泥水進行脫水以降低含水率。
[n]	經由上述流程配置，使廢水經由相關的各個廢水處理單元進行處理後，而分離產生放流水及含重金屬污泥餅，末將符合排放標準之放流水排放，而污泥餅再進行二次、三次處理或最終處置。
[n]	然，使用傳統的化學混凝沉澱法對於處理重金屬含量高的工業廢水，其廢水處理的結果，除放流水可符合標準外，最大的問題就是產生大量的有害重金屬污泥，不僅造成後續處理成本的增加，又於中間處理時所產生之廢棄物亦對環境造成危害。
[n]	本發明人有鑑於此，特針對在重金屬廢水化學混凝沉澱(Chemical Coagulation and Precipitation)流程中，對於所產生的污泥，利用濕法冶金(Hydro-metallurgy)的技術，將有害重金屬污泥中的銅以硫酸浸漬的方式將其溶出，再利用相關富集技術(如：硫酸銅回收等)提高浸漬液中銅含量，以達資源回收再利用的價值；而且，在於其過濾後所剩餘的殘渣，則取代化學混凝沉澱法流程中所使用的混凝劑(Coagulant；如：FeCl₃、PAC、FeSO₄等)，進行重金屬廢水處理流程，達成污泥零產生的目標。
	【發明內容】
[n]	本發明主要目的，其主要係針對在重金屬廢水化學混凝沉澱流程中所產生的污泥，將有害重金屬污泥中的銅以硫酸浸漬的方式將其溶出，而得以回收高經濟價值之有價(銅)重金屬原料；而且其中過濾後所剩餘的殘渣，則又能取代化學混凝沉澱法流程中所使用的混凝劑，而達到污泥零產生的目標。
[n]	本發明之主要特徵：其係為一種零污泥廢水處理方法，其主要係將含銅廢水經由重金屬廢水化學混凝沉澱處理後，得到一含高銅離子濃度的污泥，將該高銅離子濃度的污泥以1N～2N之硫酸加以浸漬處理，經固液分離，可得含銅溶液及殘渣；此含銅溶液含銅量可達18～39%，再經由冷凍結晶法而產生硫酸銅結晶，即為高經濟價值之有價重金屬原料，另，流程中產生之殘渣可回收作為混凝劑，直接添加於廢水處理流程之快混槽；如此，將含銅廢水處理轉變成有價重金屬原料，而殘渣可回收作為混凝劑，所以污泥可持續進行銅回收，又其酸浸漬殘渣可成為混凝劑再利用，故可達無污泥產生之目的。
[n]	本發明之另一主要特徵，其係在於污泥脫水機後接設至少一酸浸漬槽及至少一硫酸浸漬液儲存槽，酸浸漬槽內貯置由硫酸浸漬液儲存槽注入之硫酸浸漬液，污泥於酸浸漬槽內以硫酸(H₂SO₄)進行浸漬來獲得含銅金屬萃取液；另，於酸浸漬槽底部產生之殘渣可回收作為混凝劑加入快混槽中。
	【實施方式】
[n]	本發明特別係針對在重金屬廢水化學混凝沉澱(Chemical Coagulation and Precipitation)流程中所產生的污泥，將有害重金屬污泥中的銅以硫酸浸漬的方式將其溶出，再利用相關富集技術(如：硫酸銅回收等)回收銅金屬；而其過濾後所剩餘的殘渣，則又能取代化學混凝沉澱法流程中所使用的混凝劑(Coagulant；如：FeCl₃、PAC、FeSO₄等)，又再重複使用於重金屬廢水處理流程中，確實達到污泥零產生。
[n]	有關本發明對於重金屬廢水化學混凝沉澱處理之流程及配置，請配合參閱第二圖所示)，其包括：廢水調勻槽11：提供處理前廢水貯存之用，亦可調節原水濃度變化影響；快混槽12：添加混凝劑提高廢水中金屬離子濃度；pH 調整槽13：調整pH值在鹼性環境，以利金屬氫氧化物形成；膠凝槽14：加入高分子凝集劑加速所形成的金屬氫氧化物沉澱；沉澱槽15：分離金屬氫氧化物沉澱及上層廢水；過濾設施16：由中間抽水槽160砂濾機161及活性碳吸附塔162等配備構成，供過濾上層廢水的其他雜質或對水質有影響之物質；中和放流槽17：調整擬放流水的pH值符合放流水標準；污泥濃縮槽18：將沉澱槽底部所導入的沉澱物進行濃縮程序，上層液體導回調勻槽與原廢水混合後再進行處理；污泥脫水機19：將污泥濃縮槽中之污泥水進行脫水以降低含水率；其主要特徵係在於污泥脫水機19後加設本發明裝置2之酸浸漬槽21；酸浸漬槽21內盛裝由硫酸浸漬液儲存槽22所注入之硫酸浸漬液(或以其他酸液進行浸漬，然本發明人顧及環評考量，採較無害之硫酸)，污泥於酸浸漬槽21內以1N～2N之硫酸 (H₂SO₄)進行浸漬來獲得含銅金屬萃取液，若所得萃取液中的銅金屬含量達20g/L以上之濃度(即商業要求之濃度基準)則可成為回收利用之資源，直接提供作為產業製程之原料，或者，又可加設一冷凍結晶槽23設備，該冷凍結晶槽23係與酸浸漬槽21連接，藉之可直接產生硫酸銅晶體(CuSO₄‧5H₂O)，另，經冷凍結晶槽23排放之硫酸溶液又可經管路回收至硫酸浸漬液儲存槽22作為硫酸浸漬液；而沉降於酸浸漬槽21底部所剩酸浸漬殘渣經脫水機24脫水後，可取代原來添加的混凝劑供在快混槽12中添加，且在於酸浸漬槽21與快混槽12間可設有管路連接，以使經過酸浸漬後所剩酸浸漬殘渣於脫水後，可經管路送回到快混槽12中成為混凝劑使用。
[n]	經由本發明之流程配置，廢水經由相關處理流程，可獲得符合標準的放流水，以及可直接提供作為製程原料，成為具高經濟價值之含銅金屬溶液，而於前述現行流程中所產生的污泥，則因持續進行銅回收及其酸浸漬殘渣再利用的程序，故使得本發明所載的流程並無污泥產生。
[n]	根據本發明之實施方法及裝置，其所運之技術手段及可達之成效，茲舉出最佳運用實施例參數說明：依據某電路板廠含銅廢水化學沉澱技術相關操作條件，其主要單元及操作條件如以下之表一所示：
[n]
[n]	首先取該廠含銅重金屬化學沉澱污泥800克，以固液比1：5，用1N～2N硫酸進行酸浸漬後，將過濾後所得之酸浸漬殘渣依本發明流程取代FeC1₃而加入快混槽(反應體積30L)中，其餘處理單元(pH調整槽、膠凝槽、沉澱槽)則維持表一所述之操作條件，進行廢水處理程序，取得第一批次放流水及第一批次污泥。
[n]	再取第一批次污泥，進行前述本發明流程之酸浸漬程序，而取得第一批次萃取液及第一批次殘渣；再以第一批次殘渣作為混凝劑加入快混槽，進行後續廢水處理程序，如此進行三批次的實驗與原廠現行廢水處理技術之結果作一比較分析；由三批次實驗所獲得的結果中，所有放流水樣品皆符合現行放流水標準，其分析結果如以下之表二所示：
[n]
[n]	而含銅污泥中所含之銅離子則於浸漬程序中回收43%～61%(如表三所示)，銅離子濃度範圍為18g/L～39g/L，結果如以下之表四所示；
[n]
[n]	表四、萃取液分析結果(ppm)
[n]
[n]	本發明可配合其他重金屬富集裝置(如硫酸銅冷凍結晶回收機等)，回收有價重金屬；而污泥則因持續進行銅回收及其酸浸漬殘渣再利用的程序，並無產出。
[n]	由以上說明可證，運用本發明流程及裝置，可減少該電路板廠每月140公噸污泥之處理費及約50公噸混凝劑的成本費用，並可由硫酸浸漬溶液中回收含銅溶液或硫酸銅晶體，可謂一舉數得。
[n]	經由以上實例說明可知，本發明可具以下各項優點：
[n]	1.依本發明之流程配置，廢水經由相關處理流程，可獲得符合標準的放流水，以及具高經濟價值之含銅金屬溶液可直接提供作為製程原料。
[n]	2.依本發明流程中所產生的污泥，因可持續進行銅回收及其酸浸漬殘渣再利用的程序，故無污泥產生。
[n]	3.依本發明方法可由硫酸浸漬溶液中回收含銅溶液或硫酸銅晶體，所回收之資源極具高經濟價值。
[n]	4.運用本發明流程及裝置，可減少產業製程廢水處理所產生之污泥量，甚至達零污泥程度，而能大幅減低其處理費用與運用混凝劑的成本費用。
[n]	5.運用本發明一連貫之設備與流程，可將含銅廢水處理轉變成有價重金屬原料，減少廢水、污泥不同處理單元，更大幅降低污泥處理費用，且達零污泥產出之目標。
[n]	綜上所述，本發明實施例確實已能達到所預期之目的及功效，且未見有相同特徵者公開在先，故本發明當能符合發明專利之申請要件，爰依法提出申請，懇請早日審結，並核賜專利，實深任感荷。
	【圖式簡單說明】
[n]	第一圖所示係為習知廢水處理以化學混凝沉澱處理之流程配置圖。
[n]	第二圖所示係為本發明流程及使用設備示意圖。
	【主要元件符號說明】
[y]	11．．．廢水調勻槽
[y]	12．．．快混槽
[y]	13．．．pH調整槽
[y]	14．．．膠凝槽
[y]	15．．．沉澱槽
[y]	16．．．過濾設施
[y]	160．．．中間抽水槽
[y]	161．．．砂濾機
[y]	162．．．活性碳吸附塔
[y]	17．．．中和放流槽
[y]	18．．．污泥濃縮槽
[y]	19．．．污泥脫水機
[y]	2．．．本發明裝置
[y]	21．．．酸浸漬槽
[y]	22．．．硫酸浸漬液儲存槽
[y]	23．．．冷凍結晶槽
[y]	24．．．脫水機

七、

申請專利範圍：

1. 一種零污泥廢水處理方法，其主要係將含銅廢水經由重金屬廢水化學混凝沉澱處理後，得到一含高銅離子濃度的污泥，將該高銅離子濃度的污泥以1N～2N之硫酸加以浸漬處理，經固液分離，可得含銅溶液及殘渣；此含銅溶液含銅量可達18～39%，再經由冷凍結晶法而產生硫酸銅結晶，即為高經濟價值之有價重金屬原料，另，流程中產生之殘渣可回收作為混凝劑，直接添加於廢水處理流程之快混槽；如此，將含銅廢水處理轉變成有價重金屬原料，而殘渣可回收作為混凝劑，所以污泥可持續進行銅回收，又其酸浸漬殘渣可成為混凝劑再利用，故可達無污泥產生之目的。
2.如申請專利範圍第1項所述一種零污泥廢水處理方法，其對於重金屬廢水化學混凝沉澱處理之流程為：(1)將廢水貯於廢水調勻槽處理前廢水，並調節原水濃度變化影響；(2)至快混槽，添加混凝劑於快混槽中，以提高廢水中金屬離子濃度；(3)至pH調整槽並調整pH值在鹼性環境，以利金屬氫氧化物形成；(4)至膠凝槽並加入高分子凝集劑加速所形成的金屬氫氧化物沉澱；(5)至沉澱槽：分離金屬氫氧化物沉澱及上層廢水；(6)經過濾設施：過濾上層廢水的其他雜質或對水質有影響之物質；(7)將固液分離後之水液送至中和放流槽：調整擬放流水的pH值符合放流水標準；(8)將固相污泥送至污泥濃縮槽：將沉澱槽底部所導入的沉澱物進行濃縮程序，上層液體導回調勻槽與原廢水混合後再進行處理；(9)將污泥濃縮槽中之污泥水藉污泥脫水機進行脫水以降低含水率； (10)將污泥置於酸浸漬槽內以1N～2N之硫酸(H₂SO₄)進行浸漬來獲得含銅金屬萃取液，若所得萃取液中的銅金屬含量達20g/L以上則可直接提供作為產業製程之原料。
3.如申請專利範圍第2項所述一種零污泥廢水處理方法，其中於處理之步驟(10)當藉由冷凍結晶方式將萃取液形成硫酸銅晶體(CuSO4．5H2O)產物，而經由冷凍結晶槽所排放之硫酸溶液又可回收作為硫酸浸漬液。
4.一種零污泥廢水處理裝置，包括有：廢水調勻槽：提供處理前廢水貯存之用，亦可調節原水濃度變化影響；快混槽：添加混凝劑提高廢水中金屬離子濃度；pH調整槽：調整pH值在鹼性環境，以利金屬氫氧化物形成；膠凝槽：加入高分子凝集劑加速所形成的金屬氫氧化物沉澱；沉澱槽：分離金屬氫氧化物沉澱及上層廢水；過濾設施：過濾上層廢水的其他雜質或對水質有影響之物質；中和放流槽：調整擬放流水的pH值符合放流水標準；污泥濃縮槽：將沉澱槽底部所導入的沉澱物進行濃縮程序，上層液體導回調勻槽與原廢水混合後再進行處理；污泥脫水機：將污泥濃縮槽中之污泥水進行脫水以降低含水率；其主要特徵係在於污泥脫水機後接設至少一酸浸漬槽及至少一硫酸浸漬液儲存槽，酸浸漬槽內貯置由硫酸浸漬液儲存槽注入之硫酸浸漬液，污泥於酸浸漬槽內以硫酸(H₂SO₄)進行浸漬來獲得含銅金屬萃取液；藉由本發明之流程設備，廢水經由廢水處理設備處理後，具有符合標準的放流水，而污泥部分則於酸浸漬槽經酸浸漬後，萃取出可直接提供作為製程原料之高經濟價值含銅金屬溶液，另，於酸浸漬槽底部產生之殘渣可回收作為混凝劑加入快混槽中。
5.如申請專利範圍第4項所述一種零污泥廢水處理裝置，其中又可加設一冷凍結晶槽與酸浸漬槽連接，以供直接產生硫酸銅晶體(CuSO₄‧5H₂O)，經冷凍結晶槽排放之硫酸溶液又可經管路回收硫酸浸漬液儲存槽至作為硫酸浸漬液。
6.如申請專利範圍第4項所述一種零污泥廢水處理裝置，其中於酸浸漬槽與快混槽間可設有管路連接，供經酸浸漬後所剩酸浸漬殘渣藉脫水機脫水後，可直接回送至快混槽中成為混凝劑使用。

八、	圖式：
	第一圖第二圖

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