1.本发明涉及一种废水的处理方法及处理系统，且特别是涉及一种氨氮废水的处理方法及处理系统。
背景技术：
2.氮以分子态的氮、有机氮、氨氮(ammoniacal nitrogen)、硝态氮、亚硝态氮、硫氰化物及氰化物等形式存在于废水中。特别来说，氨氮是指水中以游离氨(nh3)和铵离子(nh4+)形式存在的氮。含有氨氮的废水(亦称为氨氮废水)为一种普遍的工业废水。若将氨氮废水直接排入河川或湖泊，将引起因藻类及微生物大量繁殖而造成的优氧化问题。另一方面，若氨氮存在于饮用水中，则可能对人体造成致癌的风险。因此，如何将氨氮废水中的氨氮转化为对生态系统无害的产物成为本领域中的重要课题之一。
技术实现要素：
3.本揭露提供一种氨氮废水的处理方法及处理系统，可有效地将氨氮转化为对环境与人体无害的氮气。
4.本揭露的其中一态样提供一种氨氮废水的处理方法，包括：提供氨氮废水；对所述氨氮废水进行脱氨处理，以将所述氨氮废水中的氨氮转化为气态氨；将所述气态氨转化为离子铵；以氯化钠水溶液作为电解液而进行电解反应，以产生含有次氯酸的溶液；以及混合所述离子铵与所述含有次氯酸的溶液，以将所述离子铵降解为氮气。
5.在一些实施例中，藉由超重力吹脱设备进行所述脱氨处理。
6.在一些实施例中，在进行所述脱氨处理前还包括将碱液加入所述氨氮废水。
7.在一些实施例中，将所述气态氨转化为所述离子铵的方法包括使所述气态氨在吸收塔内水解于所述电解液中。
8.在一些实施例中，所述电解液的ph值高于或等于预设ph值时启动所述电解反应，且所述电解液的所述ph值低于所述预设ph值时中断所述电解反应。
9.在一些实施例中，所述电解反应产生氢气，且所述氨氮废水的处理方法还包括将所述氢气输入至燃料电池。
10.本揭露的另一态样提供一种氨氮废水处理系统，包括：脱氨设备，经配置以接收氨氮废水，并将所述氨氮废水中的氨氮转化为气态氨；吸收塔，经配置以接收所述气态氨，且将所述气态氨转化为离子铵；电解槽，经配置以电解作为电解液的氯化钠水溶液，以形成含有次氯酸的溶液；以及反应槽，连通于所述电解槽与所述吸收塔，且经配置以使所述离子铵与所述含有次氯酸的溶液反应，而使所述离子铵降解为氮气。
11.在一些实施例中，氨氮废水处理系统还包括加药器，经配置以将碱液加入至所述氨氮废水。
12.在一些实施例中，所述脱氨设备为超重力吹脱设备。
13.在一些实施例中，所述吸收塔连通于所述电解槽，所述电解槽中的所述电解液部
分地回流至所述吸收塔，且所述气态氨在所述吸收塔内水解于所述电解液中，以转化为所述离子铵。
14.在一些实施例中，氨氮废水处理系统还包括：曝气筒，连通于所述电解槽与所述反应槽之间，且经配置以对于所述电解反应的生成物进行气液分离，其中所述反应槽接收所述曝气筒所分离出的液体。
15.在一些实施例中，氨氮废水处理系统还包括：燃料电池，经配置以接收所述电解反应所生成的氢气，且以所述氢气作为燃料而产生电能。
16.基于上述，本揭露所提供的氨氮废水处理方法及处理系统藉由脱氨处理、电解反应与离子铵的降解反应而将危害环境与人体的氨氮转化为无毒的氮气。相较于将氨氮转化为硫酸铵的其他处理方法，本揭露的氨氮废水处理方法所得到的主要产物(亦即氮气)可不必再进行其他处理。在一些实施例中，更可利用电解反应所产生的氢气作为燃料电池的燃料，而产生电能。此外，在一些实施例中，采用超重力吹脱设备进行脱氨处理。相较于以气提塔进行脱氨处理，超重力吹脱设备的脱氨效率更佳，且占地面积更小。
附图说明
17.图1是依照本揭露一些实施例的氨氮废水的处理方法的流程图。
18.图2是依照本揭露一些实施例的氨氮废水处理系统的示意图。
具体实施方式
19.现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在图式和描述中用来表示相同或相似部分。
20.图1是依照本揭露一些实施例的氨氮废水的处理方法的流程图。图2是依照本揭露一些实施例的氨氮废水处理系统10的示意图。以下将依据本揭露的一些实施例而以图2的氨氮废水处理系统10来实施氨氮废水的处理方法。
21.请参照图1与图2，进行步骤s100，以提供氨氮废水。氨氮废水中含有以游离氨(nh3)以及离子铵(nh
4+
)形式存在的氮。在一些实施例中，氨氮废水可来自于(但不限于)晶圆及半导体制造业、印刷电路板制造业、石化产业、化工产业等。此外，如图2所示，氨氮废水可预先存放于进料槽100中。
22.在步骤s102处，对氨氮废水进行脱氨处理。在脱氨处理期间，将氨氮废水中的离子铵转变为游离氨，且藉由气体吹脱而使溶液中的游离氨穿过气液介面而形成气态氨(或称氨气)。藉由脱氨处理，可将氨氮废水中的含氮物质以气态氨的形式萃取出。氨氮废水中的其他物质可随剩余的溶液排出，或循环处理。如此一来，可避免氨氮废水中的其他杂质进入氨氮废水处理系统10的其他部分，而对此些部分造成腐蚀等问题。游离氨与离子铵可如式(1)所示而平衡地存在于氨氮废水中。
[0023][0024]
由示(1)可知，将氨氮废水的ph值提高(亦即提高氢氧离子的浓度)，可破坏平衡而迫使离子铵转变为游离氨。在一些实施例中，可藉由添加碱液至氨氮废水中，来提高氨氮废水的ph值。举例而言，可调整碱液的添加，而使氨氮废水具有大于或等于12的ph值。此外，碱液可例如是重量百分比为约40％的氢氧化钠溶液。如图2所示，在一些实施例中，例如是氢
氧化钠溶液的碱液可预先存放于加药槽102中，随后在进行脱氨处理前加入至来自于进料槽100的氨氮废水。此外，在一些实施例中，用于进行气体吹脱的设备(或称为脱氨设备)可为超重力吹脱设备104。在此些实施例中，经混和的氨氮废水与碱液进入超重力吹脱设备104。在超重力吹脱设备104中，液体在超重力的作用下被拉伸或撕裂成微小液滴、孔隙流与液膜流。如此一来，显著地增加气液介面的面积，而大幅提高气体吹脱的效率。上述的超重力意指强大的离心力。在一些实施例中，超重力吹脱设备104具有转筒与马达(均未绘示)。转筒的旋转轴周围可具有空腔以容纳上述的混合溶液，且上述空腔的周围可填充有填料。马达可经配置以使转筒高速旋转，进而产生强大的离心力(亦即超重力)。此强大的离心力可造成混合溶液如上述一般被拉伸或撕裂，且可与填料撞击。另一方面，作为载气的气体(例如是空气)可由进气口g进入超重力吹脱设备104，而将所形成的气态氨带离超重力吹脱设备104。另一方面，剩余的溶液可回流至进料槽100中而循环处理(如图2的进料槽100与超重力吹脱设备104之间的箭号所示)，或者排出氨氮废水处理系统10。
[0025]
在步骤s104处，将脱氨处理所得到的气态氨转变为离子铵。在一些实施例中，可将脱氨处理所得到的气态氨水解，而形成离子铵与氢氧离子。此处所使用的水溶液可为随后将进行的电解反应所使用的电解液，例如是氯化钠水溶液。在一些实施例中，如图2所示，气态氨在吸收塔106中水解而形成离子铵。另一方面，载气可经由连接于吸收塔106的排气管108而排出。此外，在一些实施例中，可在排气管108的路径上设置抽气设备110，以利于气体的排放。如将参照步骤s106所描述，电解反应所使用的电解液(氯化钠水溶液)可回流至吸收塔106中，而用于溶解气态氨。此外，随着电解反应与随后的降解反应的进行，电解液的ph值可逐渐下降。举例而言，电解液的ph值可由8.9以上逐渐下降至8.9以下。如式(1)所示，ph值降低(亦即氢氧离子浓度降低)时可使平衡往反应物方向移动，而确保溶于水溶液中的游离氨转变为离子铵。另一方面，随着离子铵的形成，水溶液的ph值可逐渐上升。在一些实施例中，吸收塔106内的电解液的ph值可控制在预设值(例如是8.9)以下。
[0026]
在步骤s106处，进行电解反应。在一些实施例中，以氯化钠水溶液作为电解液，而进行此电解反应。氯化钠溶于水中形成钠离子与氯离子。在阳极处，如式(2)所示，氯离子被氧化而形成氯分子，且伴随产生电子。另一方面，如式(3)所示，水分子在阴极处被还原而形成氢气与氢氧离子。
[0027]
6cl-→
3cl2+6e-??
(2)
[0028]
6h2o+6e-→
3h2+6oh-??
(3)
[0029]
如式(4)所示，于阳极处所产生的氯分子可水解而形成次氯酸、氢离子与氯离子。
[0030][0031]
氯分子水解所形成的次氯酸可用于降解离子铵。如随后所说明，在降解反应中，亦产生氢离子。综观电解反应与降解反应，电解液中的氢离子浓度可随着电解反应与降解反应的进行而提高。换言之，电解液的ph值可随着电解反应与降解反应的进行而下降。由式(4)可知，增加氢离子浓度(亦即降低电解液的ph值)不利于在电解反应期间产生将用于降解反应的次氯酸。因此，可根据电解液的ph值来判断是否启动电解反应。具体而言，电解液的ph值大于特定预设值(例如是ph值8.9)时再启动电解反应，以确保次氯酸的生成。另一方面，电解液的ph值小于上述特定预设值时，则中断电解反应。需说明的是，在步骤s104中，在将气态氨转变为离子铵的过程中会使水溶液(亦即电解液)的ph值上升。因此，在步骤s106
中可不需额外地藉由例如是加入碱液的方法来提高电解液的ph值。电解液的ph值自然会随着步骤s104的进行而提高，且仅需控制在电解液的ph大于上述特定预设值时启动电解反应。在一些实施例中，于电解槽112内进行上述的电解反应。电解槽112与吸收塔106连通，且电解槽112中的电解液可经由回流管114回流至吸收塔106，而作为水解气态氨之用。在一些实施例中，电解槽112中的阳极可包括镀有钌的钛板，而电解槽112的阴极可包括经过酸洗的钛板。
[0032]
在步骤s108处，进行离子铵的降解反应。如式(5)所示，步骤s104所得到的铵离子可与步骤s106所得到的次氯酸反应，而将铵离子降解为氮分子(氮气)，且产生水分子、氢离子与氯离子。
[0033]
2nh
4+
+3hocl
→
n2+3h2o+5h
+
+3cl-??
(5)
[0034]
经上述降解反应后，离子铵转变为无毒的氮气。如此一来，氨氮废水中将对环境与人体造成不利影响的游离氨与铵离子最终转化为无毒的氮气。相较于将氨氮转化为硫酸铵的处理方法，本揭露的氨氮废水处理方法所得到的主要产物(氮气)可不必再进行其他处理。由式(2)至式(5)可知，降解反应所生成的氢离子以及伴随次氯酸而生成的氢离子可多于电解反应所产生的氢氧离子，使得电解液的ph值随着电解反应与降解反应的进行而下降。如参照步骤s106所说明，为确保用于降解反应的次氯酸的生成，可控制电解反应在电解液的ph值在大于特定预设值时再启动。在一些实施例中，含有离子铵的电解液可由吸收塔106进入电解槽112(例如是经由加压设备116加压后进入电解槽112)，且来自于吸收塔106与电解槽112的生成物可依序进入曝气筒118与反应槽120。将如下参照步骤s112所说明，电解反应的产物可在曝气筒118中进行气液分离，而排出气态的生成物(如式(3)所述，电解反应的气态生成物包括氢气)。另一方面，来自于吸收塔106与电解槽112的含有离子铵与次氯酸的溶液可经由曝气筒118而进入反应槽120，且铵离子的降解反应可发生于反应槽120中。在一些实施例中，铵离子的降解反应更可少量地发生于电解槽112以及连通于电解槽112的曝气筒118与吸收塔106内。在此些实施例中，尽管铵离子的降解反应可能发生于多处，但此降解反应可能仍主要地发生于反应槽120中。
[0035]
在步骤s110处，排出降解反应所生成的气态生成物。如式(5)所示，离子铵的降解反应的气态生成物可为氮气。在一些实施例中，于反应槽120中进行的降解反应所生成的氮气经由排气管122而回流至吸收塔106，且经由连通于吸收塔106的排气管108排出。在离子铵的降解反应也会少量地发生于电解槽112、曝气筒118与吸收塔106的实施例中，在吸收塔106中所产生的氮气可经由排气管108排出。另一方面，在电解槽112中所产生的氮气可进入曝气筒118，而与可能产生于曝气筒118中分离出的气体一并回流至吸收塔106(例如是经由排气管124的回流路径124a而回流至吸收塔106)，再由连通于吸收塔106的排气管108排出。
[0036]
在步骤s112处，取出电解反应的气态生成物。如式(2)、式(3)所示，电解反应的气态生成物可为氢气。在一些实施例中，发生于电解槽112中的电解反应(或者是发生于电解槽112内的电解反应与发生于电解槽112及/或曝气筒118内的降解反应)的生成物在连通于电解槽112的曝气筒118中进行气液分离。经分离出来的气体可包括电解反应的气态生成物(亦即氢气)，或可包括电解反应与降解反应两者的气态生成物(亦即氢气与氮气两者)。此外，可藉由连通于曝气筒118的排气管124取出曝气筒118所分离出的气体。在曝气筒118所分离出的气体包括电解反应所生成的氢气与降解反应所生成的氮气的实施例中，曝气筒
118内氢气所占的比例可能明显高于氮气。换言之，在此些实施例中，曝气筒118中氮气的比例可能相当低。然而，曝气筒118所分离出的气体的各成分的比例可随着制程条件与制程设备而改变，本揭露并不以此为限。
[0037]
在步骤s114处，将电解反应的气态生成物输入至燃料电池126。如式(2)、式(3)所示，电解反应的气态生成物可为氢气。在一些实施例中，连通于曝气筒118的排气管124可分支为回流路径124a与燃料电池进料路径124b。曝气筒118所分离出的气体之一部分可沿着回流路径124a而回到吸收塔106，且可经由排气管108而被排出。此外，曝气筒118所分离出的气体的另一部分可沿着燃料电池进料路径124b而输入至燃料电池126。如上所述，曝气筒118所分离出的气体的实质上所有部分或大部分为氢气。在燃料电池126的阳极处，藉由催化剂而将此输入的氢气氧化，而形成带正电的氢离子与带负电的电子。氢离子可通过燃料电池126中的电解液而到达阴极。另一方面，电子则无法通过电解液，而是经由例如是导线的导电路径而到达阴极，且产生电流。如此一来，可产生电能。在阴极处，上述的离子、电子以及额外输入至燃料电池126的氧气进行反应，而生成水。在一些实施例中，藉由燃料电池126所产生的电能可至少部分地回馈至电解槽112等设备，进而降低氨氮废水处理系统10的总能耗。
[0038]
在一些实施例中，反应槽120内的溶液更可循环利用。在此些实施例中，尽管未绘示，反应槽120内的溶液可回流至吸收塔106。此外，以上仅基于方便而依序介绍各步骤，此些步骤可能实际上是同步进行的。
[0039]
综上所述，本揭露所提供的氨氮废水处理方法及处理系统藉由脱氨处理、电解反应与离子铵的降解反应而将危害环境与人体的氨氮转化为无毒的氮气。相较于将氨氮转化为硫酸铵的其他处理方法，本揭露的氨氮废水处理方法所得到的主要产物(亦即氮气)可不必再进行其他处理。在一些实施例中，更可利用电解反应所产生的氢气作为燃料电池的燃料，而产生电能。此外，在一些实施例中，采用超重力吹脱设备进行脱氨处理。相较于以气提塔进行脱氨处理，超重力吹脱设备的脱氨效率更佳，且占地面积更小。
[0040]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。技术特征：
1.一种氨氮废水的处理方法，其特征在于，包括：提供氨氮废水；对所述氨氮废水进行脱氨处理，以将所述氨氮废水中的氨氮转化为气态氨；将所述气态氨转化为离子铵；以氯化钠水溶液作为电解液而进行电解反应，以产生含有次氯酸的溶液；以及混合所述离子铵与所述含有次氯酸的溶液，以将所述离子铵降解为氮气。2.根据权利要求1所述的氨氮废水的处理方法，其特征在于，藉由超重力吹脱设备进行所述脱氨处理。3.根据权利要求1所述的氨氮废水的处理方法，其特征在于，在进行所述脱氨处理前还包括将碱液加入所述氨氮废水。4.根据权利要求1所述的氨氮废水的处理方法，其特征在于，将所述气态氨转化为所述离子铵的方法包括使所述气态氨在吸收塔内水解于所述电解液中。5.根据权利要求1所述的氨氮废水的处理方法，其特征在于，所述电解液的ph值高于或等于预设ph值时启动所述电解反应，且所述电解液的所述ph值低于所述预设ph值时中断所述电解反应。6.根据权利要求1所述的氨氮废水的处理方法，其特征在于，所述电解反应产生氢气，且所述氨氮废水的处理方法还包括将所述氢气输入至燃料电池。7.一种氨氮废水处理系统，其特征在于，包括：脱氨设备，经配置以接收氨氮废水，并将所述氨氮废水中的氨氮转化为气态氨；吸收塔，经配置以接收所述气态氨，且将所述气态氨转化为离子铵；电解槽，经配置以电解作为电解液的氯化钠水溶液，以形成含有次氯酸的溶液；以及反应槽，连通于所述电解槽与所述吸收塔，且经配置以使所述离子铵与所述含有次氯酸的溶液反应，而使所述离子铵降解为氮气。8.根据权利要求7所述的氨氮废水处理系统，其特征在于，还包括加药器，经配置以将碱液加入至所述氨氮废水。9.根据权利要求7所述的氨氮废水处理系统，其特征在于，所述脱氨设备为超重力吹脱设备。10.根据权利要求7所述的氨氮废水处理系统，其特征在于，所述吸收塔连通于所述电解槽，所述电解槽中的所述电解液部分地回流至所述吸收塔，且所述气态氨在所述吸收塔内水解于所述电解液中，以转化为所述离子铵。11.根据权利要求7所述的氨氮废水处理系统，其特征在于，还包括：曝气筒，连通于所述电解槽与所述反应槽之间，且经配置以对于所述电解反应的生成物进行气液分离，其中所述反应槽接收所述曝气筒所分离出的液体。12.根据权利要求7所述的氨氮废水处理系统，其特征在于，还包括：燃料电池，经配置以接收所述电解反应所生成的氢气，且以所述氢气作为燃料而产生电能。
技术总结
本发明提供一种氨氮废水的处理方法及处理系统。上述处理方法包括：提供氨氮废水；对氨氮废水进行脱氨处理，以将氨氮废水中的氨氮转化为气态氨；将气态氨转化为离子铵；以氯化钠水溶液作为电解液而进行电解反应，而产生含有次氯酸的溶液；以及混合离子铵与含有次氯酸的溶液，以将离子铵降解为氮气。以将离子铵降解为氮气。以将离子铵降解为氮气。
技术研发人员：曾尧宣 郭维庭 黄文庆
受保护的技术使用者：环创源科技股份有限公司
技术研发日：2021.06.30
技术公布日：2022/1/10
声明：
“氨氮废水的处理方法及处理系统与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：环创源科技股份有限公司
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2024年05月31日 ~ 06月02日 
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