申请日2015.04.13
公开(公告)日2016.11.23
IPC分类号C02F9/10; C02F101/16
摘要
本发明公开了一种氨氮回收设备，其包括：pH值控制单元，容纳待处理的氨氮废水，并调整该待处理的氨氮废水的pH值至10至13;薄膜蒸馏单元，连通该pH值控制单元，并接收经调整pH值的待处理的氨氮废水，以分离氨和废液;以及电透析单元，连通该薄膜蒸馏单元和该pH值控制单元，以接收分离自该薄膜蒸馏单元的废液，并电透析该废液以回收液碱，以馈送经回收的液碱至该pH值控制单元中。本发明还公开了一种多段式氨氮废水处理系统。
摘要附图
权利要求书
1.一种氨氮回收设备，其特征在于，包括：
pH值控制单元，容纳待处理的氨氮废水，并调整该待处理的氨氮废水的pH值至10至13;
薄膜蒸馏单元，连通该pH值控制单元，并接收经调整pH值的待处理的氨氮废水，以分离氨和废液;以及
电透析单元，连通该薄膜蒸馏单元和该pH值控制单元，以接收分离自该薄膜蒸馏单元的废液，并电透析该废液以回收液碱，以馈送经回收的液碱至该pH值控制单元中。
2.如权利要求1所述的氨氮回收设备，其特征在于，该薄膜蒸馏单元选自直接接触式薄膜蒸馏器、空气间隙式薄膜蒸馏器、空气扫掠薄膜蒸馏器、真空膜蒸馏器或改良式薄膜蒸馏器，该改良式薄膜蒸馏器包括进气空间、排液空间及分隔该进气空间和排液空间的薄膜。
3.如权利要求1所述的氨氮回收设备，其特征在于，该薄膜蒸馏单元具有薄膜，且该薄膜形式选自板式、中空纤维、管式及卷绕式所组成组的至少一种。
4.如权利要求1所述的氨氮回收设备，其特征在于，该薄膜蒸馏单元具有薄膜，且该薄膜材质选自聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯(PP)及聚乙烯(PE)所组成组的至少一种。
5.如权利要求1所述的氨氮回收设备，其特征在于，该薄膜蒸馏单元具有薄膜，且该薄膜为具有大小介于0.05至1μm范围孔洞的薄膜。
6.如权利要求1所述的氨氮回收设备，其特征在于，该电透析单元具有选自离子交换膜或双极膜的膜材。
7.如权利要求1所述的氨氮回收设备，其特征在于，还包括氨吸收槽，连通该薄膜蒸馏单元且具有吸收液，以供吸收分离自该薄膜蒸馏单元的氨，而后形成含氨吸收液。
8.一种多段式氨氮废水处理系统，其特征在于，包括：
第一氨氮回收设备，包括：
第一pH值控制单元，容纳待处理的氨氮废水，并调整该待处理的氨氮废水的pH值至10至13;
第一薄膜蒸馏单元，连通该第一pH值控制单元，并接收经调整pH值的待处理的氨氮废水，以分离氨和废液;及
第一电透析单元，连通该第一薄膜蒸馏单元和该第一pH值控制单元，以接收分离自该第一薄膜蒸馏单元的废液，并电透析该废液以回收液碱，以馈送经回收的液碱至该第一pH值控制单元中;
第一氨吸收槽，连通该第一薄膜蒸馏单元且具有吸收液，以供吸收分自该第一薄膜蒸馏单元的氨，而后形成含氨吸收液;以及第二氨氮回收设备，包括：
第二pH值控制单元，连通该第一氨吸收槽，以供接收该含氨吸收液;及
第二薄膜蒸馏单元，连通该第二pH值控制单元，以分离出氨水。
9.如权利要求8所述的多段式氨氮废水处理系统，其特征在于，该第一薄膜蒸馏单元和第二薄膜蒸馏单元独立选自直接接触式薄膜蒸馏器、空气间隙式薄膜蒸馏器、空气扫掠薄膜蒸馏器、真空膜蒸馏器及改良式薄膜蒸馏器所组成组的至少一种，该改良式薄膜蒸馏器包括进气空间、排液空间及分隔该进气空间和排液空间的薄膜。
10.如权利要求8所述的多段式氨氮废水处理系统，其特征在于，该第二pH值控制单元通过加热使含氨水溶液产生水蒸汽和氨气。
11.如权利要求8所述的多段式氨氮废水处理系统，还包括第一缓冲槽，连通该第二pH值控制单元及该第二薄膜蒸馏单元，该第二pH值控制单元通过加热使含氨水溶液产生水蒸汽和氨气，该第一缓冲槽接收自该第二pH值控制单元馈入的水蒸汽和氨气，而后馈入该氨气至该第二薄膜蒸馏单元。
12.如权利要求11所述的多段式氨氮废水处理系统，其特征在于，该第二薄膜蒸馏单元是改良式薄膜蒸馏器，且该改良式薄膜蒸馏器包括进气空间、排液空间及分隔该进气空间和排液空间的薄膜，该氨气被馈入该进气空间。
13.如权利要求8所述的多段式氨氮废水处理系统，其特征在于，该第一电透析单元还连通该第二pH值控制单元，以馈送经回收的液碱至该第二pH值控制单元中。
14.如权利要求8所述的多段式氨氮废水处理系统，其特征在于，该第二pH值控制单元通过添加液碱调整该含氨吸收液的pH值至10至13，并产生含氨水溶液。
15.如权利要求8项所述的多段式氨氮废水处理系统，其特征在于，还包括第二氨吸收槽，连通该第二薄膜蒸馏单元且具有水，以供吸收分离自该第二薄膜蒸馏单元的氨气，而后形成氨水。
16.如权利要求8所述的多段式氨氮废水处理系统，其特征在于，还包括第三氨氮回收设备，包括：
第三薄膜蒸馏单元，连通该第二薄膜蒸馏单元，以浓缩该第二薄膜蒸馏单元分离出的氨水;以及
氨水储存单元，连通该第三薄膜蒸馏单元，以储存经浓缩的氨水。
17.如权利要求16所述的多段式氨氮废水处理系统，其特征在于，还包括槽体，连通该第二薄膜蒸馏单元及该第三薄膜蒸馏单元，该槽体接收该第二薄膜蒸馏单元馈入的氨水，通过加热使氨水产生水蒸汽和氨气。
18.如权利要求17所述的多段式氨氮废水处理系统，其特征在于，还包括第二缓冲槽，连通该槽体及该第三薄膜蒸馏单元，该第二缓冲槽接收自该槽体馈入的水蒸汽和氨气，而后馈入该氨气至该第三薄膜蒸馏单元。
说明书
氨氮回收设备、多段式氨氮废水处理系统
技术领域
本发明是关于一种氨氮回收设备，尤其是关于一种废液回收碱的氨氮回收设备及多段式氨氮废水处理系统。
背景技术
含氮化学品在石化业及高科技产业(例如：半导体制造业、光电业及LED等)的生产过程中为重要原料及化学品，然而该制程将产生大量含氮废液或废水，若无适当处理将使承受水体水质遭受污染，而造成水中溶氧不足或优养化。
氨氮废水处理技术通常可分为生物处理(例如：生物硝化脱氮技术(A2O)、薄膜生物反应器(MBR)、BioNET/AFB及厌氧氨氧化技术等)、物化处理(例如：吸附、离子交换、RO、电透析、薄膜蒸馏、气提、加氯、磷酸铵镁结晶及电解氧化等)及结合物化及生物处理的混合系统(hybrid system)，其中，生物处理技术较适合处理中低浓度氨氮废水(约500毫克/升(mg/L)以下)，而一些物化技术则可以应用至不同浓度氨氮废水处理、浓缩及回收。
一般而言，低浓度含氮(如氨氮)废水通常以生物处理为主，其具有操作成本低的优势，但占地面积大及系统操作不稳定为其缺点。而对高浓度氨氮废水(氨氮浓度大于500mg/L以上)受分子态氨影响，生物处理并不适合，其他物理及化学方式如气提及氧化法，通常不受氨氮浓度影响，但其操作成本较高，且回收产品纯度不够与可能需要后续再处理均为其缺点，故无法有效解决产业界面临氨氮废水处理问题。
一般而言，可利用薄膜蒸馏处理氨氮废液或废水，将氨氮废液或废水转换成有用的含氮化学品(例如：硫酸铵或氨水等)。而薄膜蒸馏装置依其低温产水端的差异，可分为下列四种类型：
(1)直接接触式薄膜蒸馏(Direct contact membrane distillation,DCMD)
利用两种不同的溶液直接接触于薄膜两侧同向或逆向流动，藉由薄膜两侧的温度差产生蒸气压差，驱动高温液体的水分子于进水端蒸发，蒸气通过薄膜并直接凝结在低温溶液中，这种装置简单且操作方便，适合应用于脱盐及水溶液浓缩等以水溶液为主的薄膜分离程序。
(2)空气间隙式薄膜蒸馏(Air gap membrane distillation,AGMD)
与直接接触薄膜蒸馏不同的处在于薄膜与冷凝板间加入空气间隙，进流水溶液在流动中产生的蒸气通过薄膜直接凝结于冷凝板上，同时冷却水在冷凝板的另一侧流动带走凝结热，凝结后的渗透液可单独收集，故其应用范围较多包括制造纯水、浓缩非挥发性溶质等。
(3)气体扫掠式薄膜蒸馏(Sweeping gas membrane distillation,SGMD)
进水溶液在薄膜一侧流动，在另一侧注入流动的气体(通常用空气或水蒸气等)，将蒸气带走，带离的蒸气再经由分离器进行分离并通过外部冷凝，适合应用于溶质浓度低的溶液中。
(4)真空式薄膜蒸馏(Vacuum membrane distillation,VMD)
与空气扫掠薄膜蒸馏相似，将流动气体取代为真空状态，使水汽分子更易进行传输，具有产水量较高的优点，过程中必须持续维持真空，较适用于有机挥发物或溶解气体移除。
然而，应用薄膜蒸馏前，需将废水的pH值调升至10以上或更高，使氨氮转换成分子态氨，而达到分离及回收效果，而残留高pH值的废液，需进一步处理，以避免二次污染。
发明内容
一种氨氮回收设备，其包括：pH值控制单元，容纳待处理的氨氮废水，并调整该待处理的氨氮废水的pH值至10至13;薄膜蒸馏单元，连通该pH值控制单元，并接收经调整pH值的待处理的氨氮废水，以分离氨和废液;以及电透析单元，连通该薄膜蒸馏单元和该pH值控制单元，以接收分离自该薄膜蒸馏单元的废液，并电透析该废液以回收液碱，以馈送经回收的液碱至该pH值控制单元中。
一种多段式氨氮废水处理系统，包括：第一氨氮回收设备;第一氨吸收槽;以及第二氨氮回收设备。
该第一氨氮回收设备包括：第一pH值控制单元，容纳待处理的氨氮废水，并调整该待处理的氨氮废水的pH值至10至13;第一薄膜蒸馏单元，连通该第一pH值控制单元，并接收经调整pH值的待处理的氨氮废水，以分离氨和废液;及第一电透析单元，连通该第一薄膜蒸馏单元和该第一pH值控制单元，以接收分离自该第一薄膜蒸馏单元的废液，并电透析该废液以回收液碱，以馈送经回收的液碱至该第一pH值控制单元中。
该第一氨吸收槽具有与吸收液，以供吸收分离自该第一薄膜蒸馏单元的氨，而后形成含氨吸收液。
该第二氨氮回收设备包括：第二pH值控制单元，连通该第一氨吸收槽，以供接收该含氨溶液;及第二薄膜蒸馏单元，连通该第二pH值控制单元，以分离出氨水。
本发明的氨氮回收设备及多段式氨氮废水处理系统是将含氮废液或废水的pH值以液碱调高至10或更高，使离子态氨氮转换成分子态氨，再进入薄膜蒸馏单元进行氨氮分离及氨氮回收，而含液碱的pH调整液则以电透析进行液碱的回收，而回收的液碱再送回pH值控制单元进行pH调整。本发明不仅可利用薄膜蒸馏技术有效分离氨氮，而且可利用电透析技术解决薄膜蒸馏分离氨氮时产生大量且高当量液碱的废液，因此，大幅降低药品添加成本且可以有效避免二次污染的问题发生，为一种绿色氨氮回收技术。
