TWI736220B - 混凝劑 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種混凝劑。該混凝劑包括無機型混凝劑、可溶於水系溶液的界面活性劑以及醯胺類高分子，其中該無機型混凝劑包括鐵系混凝劑以及鋁系混凝劑中的至少一種。
Description
本發明是關於一種化學藥劑，且特別是關於一種混凝劑。
工業廢水、都市污水以及自來水系統對於懸浮微粒與有機物的去除目前主要是採用混凝/絮凝流程，即藉由混凝劑以及絮凝劑的搭配使用來達到水質淨化的目的。混凝劑可以分為有機型混凝劑以及無機型混凝劑，其中，現行常見的無機型混凝劑（例如，鐵系或鋁系混凝劑）雖然單價便宜且應用領域廣，但使用後會有額外污泥量的產生以及消耗鹼度等缺點，加上污泥處理費用逐年提升，將導致整體混凝/絮凝流程的成本增加。而有機型混凝劑雖然可有效降低額外污泥量的產生，但其單價高且對色度的去除能力不佳，而使其應用範圍受限。
故，有必要提供一種混凝劑，以解決習用技術所存在的問題。
本發明的主要目的在於提供一種混凝劑，其具有低污泥產量、低鹼度消耗以及與絮凝劑相容性高的優點。
為了達成上述目的，本發明提供一種混凝劑，包括無機型混凝劑、可溶於水系溶液的界面活性劑以及醯胺類高分子，其中該無機型混凝劑包括鐵系混凝劑以及鋁系混凝劑中的至少一種。
在本發明的一實施例中，該醯胺類高分子包括聚丙烯醯胺。
在本發明的一實施例中，該醯胺類高分子的平均分子量介於1,000,000至10,000,000道爾頓之間。
在本發明的一實施例中，該醯胺類高分子的陽離子度介於10%至80%之間。
在本發明的一實施例中，該界面活性劑包括乙氧基衍生物、丙氧基衍生物或其組合。
在本發明的一實施例中，該界面活性劑包括聚乙二醇十六烷基/油基醚、聚乙二醇二烷基酯、聚乙二醇油酸酯或其組合。
在本發明的一實施例中，該鐵系混凝劑包括硫酸鐵、氯化鐵、聚矽氧鐵、聚硫酸鐵或其組合。
在本發明的一實施例中，該鋁系混凝劑包括硫酸鋁、硫酸鋁鉀、鹼式氯化鋁、多元氯化鋁或其組合。
在本發明的一實施例中，該無機型混凝劑：該界面活性劑：該醯胺類高分子的重量比例介於40至90：1至5：1至5。
在本發明的一實施例中，該混凝劑使用在一廢水系統中的一濃度高於5 ppm。
如上所述，本發明的混凝劑以無機型混凝劑作為主要成分，以提供良好的電性中和能力以及色度去除效果。另外，本發明的混凝劑同時搭配醯胺類高分子以及界面活性劑，其中醯胺類高分子可以提供電性中和的能力與架橋作用，來強化懸浮微粒的去除效用，而界面活性劑則藉由協同效應，大幅提升混凝劑與懸浮微粒的結合性以及提升水中化學需氧量（chemical oxygen demand，COD）與色度的去除能力。因此，本發明的混凝劑可在較低的添加劑量下即可達到淨化水質的目的，故可降低混凝劑在生成膠羽所產生的污泥量，亦可降低生成膠羽過程中所消耗的氫氧根離子，進而減少調整溶液酸鹼值的步驟。另外，本發明的混凝劑與絮凝劑相容性高，故在使用上選擇性高且應用範圍廣。
為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，作詳細說明如下。再者，本發明所提到的單數形式「一」、「一個」和「所述」包括複數引用，除非上下文另有明確規定。例如，術語「一化合物」或「至少一種化合物」可以包括多個化合物，包括其混合物；本發明文中提及的「%」若無特定說明皆指「重量百分比（wt%）」；數值範圍（如10%~11%的A）若無特定說明皆包含上、下限值（即10%≦A≦11%）；數值範圍若未界定下限值（如低於0.2%的B，或0.2%以下的B），則皆指其下限值可能為0（即0%≦B≦0.2%）；各成份的「重量百分比」之比例關係亦可置換為「重量份」的比例關係。上述用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。
本發明提供一種混凝劑，包括：無機型混凝劑、可溶於水系溶液的界面活性劑以及醯胺類高分子，其中該無機型混凝劑包括鐵系混凝劑以及鋁系混凝劑中的至少一種。
在一些實施例中，無機型混凝劑例如包括鐵系混凝劑、鋁系混凝劑或其組合。也就是說，在本實施例中，無機型混凝劑可以僅包括鐵系混凝劑、或僅包括鋁系混凝劑、或同時包括鐵系混凝劑以及鋁系混凝劑。在一些實施例中，當無機型混凝劑同時包括鐵系混凝劑以及鋁系混凝劑時，鐵系混凝劑與鋁系混凝劑的重量比例例如介於1：3至6：1之間，但本發明不限於此。在一些實施例中，鐵系混凝劑例如包括硫酸鐵、氯化鐵、聚矽氧鐵、聚硫酸鐵或其組合。在另一些實施例中，鋁系混凝劑例如包括硫酸鋁、硫酸鋁鉀、鹼式氯化鋁、多元氯化鋁或其組合，但本發明不限於此。值得一提的是，在本實施例中，並不特別限制鐵系混凝劑以及鋁系混凝劑的型態、分子量、結構等性質，只要是可用於水系溶液處理的鐵系混凝劑以及鋁系混凝劑即可。
在一些實施例中，可溶於水系溶液的界面活性劑例如是指具有破乳化功能的界面活性劑。在一些實施例中，界面活性劑例如包括乙氧基衍生物、丙氧基衍生物或其組合。舉例來說，乙氧基衍生物例如包括壬基酚聚乙氧基醇、鯨蠟醇聚氧乙烯醚、蓖麻油聚氧乙烯醚或其組合，丙氧基衍生物例如包括雙酚A聚氧丙烯醚、新戊二醇聚氧丙烯醚、甘油聚氧丙烯醚或其組合。在另一些實施例中，界面活性劑也可以例如包括聚乙二醇十六烷基/油基醚、聚乙二醇二烷基酯、聚乙二醇油酸酯或其組合。值得一提的是，在本實施例中，並不特別限定界面活性劑的親水親油平衡（hydrophile lipophilic balance，HLB）值，只要可以溶於水系溶液即可。舉例來說，界面活性劑的HLB值例如介於1至25之間，較佳例如介於8至12之間，但本發明不限於此。另外，在本實施例中，當界面活性劑為乙氧基衍生物或丙氧基衍生物，並不特別限定其乙氧基（ethylene oxide，EO）數或丙氧基（propylene oxide）數。舉例來說，EO數可以例如介於1至40之間，較佳例如介於5至12之間。PO數可以例如介於1至10之間，較佳例如介於3至7之間，但本發明不限於此。
在一些實施例中，醯胺類高分子例如包括聚丙烯醯胺。在一些實施例中，醯胺類高分子的平均分子量例如介於1,000,000至10,000,000道爾頓之間。在另一些實施例中，醯胺類高分子的平均分子量例如介於3,000,000至10,000,000道爾頓之間。在其他實施例中，醯胺類高分子的平均分子量例如介於7,000,000至10,000,000道爾頓之間。在一些實施例中，醯胺類高分子的陽離子度介於10%至80%之間，較佳例如介於30%至80%之間，更佳例如介於60%至80%之間。應注意的是，上述範圍值均可根據水質條件以及所欲達到的混凝效果作適應性調整。
在一些實施例中，無機型混凝劑（包括鐵系混凝劑及/或鋁系混凝劑）：界面活性劑：醯胺類高分子的重量比例例如介於40至90：1至5：1至5。在另一些實施例中，無機型混凝劑（包括鐵系混凝劑及/或鋁系混凝劑）：界面活性劑：醯胺類高分子的重量比例例如介於40至70：10至20：10至20。在其他實施例中，無機型混凝劑（包括鐵系混凝劑及/或鋁系混凝劑）：界面活性劑：醯胺類高分子的重量比例例如介於50至60：10至30：10至30。在一些實施例中，鐵系混凝劑：鋁系混凝劑：界面活性劑：醯胺類高分子的重量比例例如介於40至90：40至90：1至5：1至5。在另一些實施例中，鐵系混凝劑：鋁系混凝劑：界面活性劑：醯胺類高分子的重量比例例如介於40至70：40至70：10至20：10至20。在其他實施例中，鐵系混凝劑：鋁系混凝劑：界面活性劑：醯胺類高分子的重量比例例如介於50至60：50至60：10至30：10至30。在一些實施例中，鐵系混凝劑：界面活性劑：醯胺類高分子的重量比例例如介於40至90：1至5：1至5。在另一些實施例中，鐵系混凝劑：界面活性劑：醯胺類高分子的重量比例例如介於40至70：10至20：10至20。在一些實施例中，鋁系混凝劑：界面活性劑：醯胺類高分子的重量比例例如介於40至90：1至5：1至5。在另一些實施例中，鋁系混凝劑：界面活性劑：醯胺類高分子的重量比例例如介於40至70：10至20：10至20。在一些實施例中，基於混凝劑的總重量為100重量百分比，無機型混凝劑（包括鐵系混凝劑及/或鋁系混凝劑）、界面活性劑以及醯胺類高分子的含量例如分別介於80至98、1至10以及1至10重量百分比之間。應注意的是，上述範圍值均可根據水質條件以及所欲達到的混凝效果作適應性調整。
在一些實施例中，本發明的混凝劑還可以包括助凝劑等其他可用於提升混凝效果的成分，本發明對此不做進一步的限定。
在一些實施例中，本發明的混凝劑使用在廢水系統中的濃度高於5 ppm，較佳例如介於10至50 ppm之間，更佳例如介於10至20 ppm之間，但本發明不限於此，即上述範圍值可根據水質條件以及所欲達到的混凝效果作適應性調整。在一些實施例中，當本發明的混凝劑應用於水系統中時，水系統的水體的pH值例如介於3.0至13.0之間，較佳例如介於10至50之間，更佳例如介於10至20之間。
具體來說，本發明的混凝劑以無機型混凝劑作為主要成分，以提供良好的電性中和能力以及色度去除效果。另外，本發明的混凝劑同時搭配醯胺類高分子以及界面活性劑，其中醯胺類高分子可以提供電性中和的能力與架橋作用，來強化懸浮微粒的去除效用，而界面活性劑則藉由協同效應，大幅提升混凝劑與懸浮微粒的結合性以及提升水中化學需氧量（chemical oxygen demand，COD）與色度的去除能力。因此，本發明的混凝劑可在較低的添加劑量下即可達到淨化水質的目的，故可降低混凝劑在生成膠羽所產生的污泥量，亦可降低生成膠羽過程中所消耗的氫氧根離子，進而可減少調整溶液酸鹼值的步驟（例如，添加液鹼）。藉此本發明可提供一種混凝劑，其同時具有低污泥產量、低鹼度消耗的優點。另外，本發明的混凝劑與絮凝劑相容性高，故在使用上選擇性高，應用範圍廣。值得一提的是，本發明的混凝劑可在較低的添加劑量下達到淨化水質的目的，故亦可降低後續可能殘留在水系統中的鐵、鋁離子所造成的環境風險。
值得一提的是，本發明的混凝劑可應用於工業廢水（鋼鐵業、紡織業、金屬業、石化業等）、都市污水以及自來水系統（民生用水或飲用水等）的水質淨化處理，還可應用於任何需要化學混凝單元的處理程序中，例如任何需要處理懸浮微粒、COD、色度等的水系統。進一步來說，本發明的混凝劑不限於水系統的使用，亦可應用於其他需要顆粒凝集的系統。
以下列舉數個實驗以及實施例與比較例，來說明本發明的混凝劑的組成比例以及所製得的混凝劑於實驗室系統以及模廠系統的效能測試，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明精神與範圍內，當可做各種更動與潤飾。
實驗1 混凝劑效能測試（實驗室系統測試）
首先，依照下表1配製實施例1至27以及比較例1至9的混凝劑，其中各組成的原料如下：
（1） 鐵系混凝劑：聚合硫酸鐵（PolyFe）（必興實業有限公司）；聚合氯化鐵（PFC）（中懋化學股份有限公司）。
（2） 鋁系混凝劑：聚合氯化鋁（具鹼度）（PAC1）（大軒化工股份有限公司）；聚合氯化鋁（無鹼度）（PAC2）（大軒化工股份有限公司）。
（3） 界面活性劑：乙氧基或丙氧基衍生物類，壬基酚聚氧乙烯醚（Sinopol TL289）（中日合成化學）以及聚乙二醇十三烷基/油基醚（Sinopol 1307）（中日合成化學）。
（4） 醯胺類高分子：聚丙烯醯胺（Zetag 8147）（分子量：1200萬；1%溶液黏度；2400 cP：陽離子度：40%）（巴斯夫股份有限公司）；聚丙烯醯胺（Zetag 8187）（分子量：1200萬；1%溶液黏度：2600 cP；陽離子度：80%）（巴斯夫股份有限公司）。
（5） 商用絮凝劑：T-1301（開廣股份有限公司）；PA-322（日本栗田工業株式會社）；Flopam719（富爾吉股份有限公司）。
表1 實施例及比較例混凝劑的組成比例（重量比例）與添加劑量
| 鐵系混凝劑 | 鋁系混凝劑 | 界面活性劑 | 醯胺類高分子 | 添加 劑量（ppm） | |||||
| PolyFe | PFC | PAC1 | PAC2 | Sinopol TL289 | Sinopol 1307 | Zetag 8147 | Zetag 8187 | ||
| 實施例1 | 12 | 0.3 | 12 | ||||||
| 實施例2 | 12 | 0.3 | 12 | ||||||
| 實施例3 | 12 | 0.3 | 12 | ||||||
| 實施例4 | 12 | 0.3 | 12 | ||||||
| 實施例5 | 8 | 4 | 0.2 | 0.3 | 12 | ||||
| 實施例6 | 8 | 4 | 0.2 | 0.3 | 12 | ||||
| 實施例7 | 8 | 4 | 0.2 | 0.3 | 12 | ||||
| 實施例8 | 8 | 4 | 0.2 | 0.3 | 12 | ||||
| 實施例9 | 8 | 4 | 0.2 | 0.3 | 12 | ||||
| 實施例10 | 8 | 4 | 0.2 | 0.1 | 12 | ||||
| 實施例11 | 8 | 4 | 0.2 | 0.2 | 12 | ||||
| 實施例12 | 8 | 4 | 0.2 | 0.5 | 12 | ||||
| 實施例13 | 8 | 4 | 0.2 | 0.9 | 12 | ||||
| 實施例14 | 8 | 4 | 0.5 | 0.3 | 12 | ||||
| 實施例15 | 8 | 4 | 0.8 | 0.3 | 12 | ||||
| 實施例16 | 8 | 4 | 1.0 | 0.3 | 12 | ||||
| 實施例17 | 4 | 4 | 0.2 | 0.3 | 12 | ||||
| 實施例18 | 16 | 4 | 0.2 | 0.3 | 12 | ||||
| 實施例19 | 24 | 4 | 0.2 | 0.3 | 12 | ||||
| 實施例20 | 8 | 8 | 0.2 | 0.3 | 12 | ||||
| 實施例21 | 8 | 16 | 0.2 | 0.3 | 12 | ||||
| 實施例22 | 8 | 24 | 0.2 | 0.3 | 12 | ||||
| 實施例23 | 8 | 24 | 0.2 | 0.3 | 6 | ||||
| 實施例24 | 8 | 24 | 0.2 | 0.3 | 8 | ||||
| 實施例25 | 8 | 24 | 0.2 | 0.3 | 10 | ||||
| 實施例26 | 8 | 24 | 0.2 | 0.3 | 20 | ||||
| 實施例27 | 8 | 24 | 0.2 | 0.3 | 30 | ||||
| 比較例1 | 1 | 90 | |||||||
| 比較例2 | 1 | 130 | |||||||
| 比較例3 | 1 | 12 | |||||||
| 比較例4 | 1 | 12 | |||||||
| 比較例5 | 1 | 12 | |||||||
| 比較例6 | 1 | 12 | |||||||
| 比較例7 | 1 | 12 | |||||||
| 比較例8 | 1 | 12 | |||||||
| 比較例9 | 1 | 12 |
接著，將依表1製得的混凝劑以瓶杯測試（JAR TEST）進行效能試驗。詳細來說，將定量的混凝劑（參照表1中所述添加劑量）添加於1公升的廢水中，快速攪拌（100 rpm）5分鐘，接著加入絮凝劑（添加劑量為1 ppm），繼續攪拌10分鐘（30 rpm），然後停止攪拌並靜置5分鐘後，取出上層水樣進行樣品分析，樣品分析包括測試水樣中的非溶解性固體（suspended solid，SS）（即懸浮微粒粒徑）、COD、pH值以及污泥含水率，其中污泥減量結果是各實施例與比較例1（商用鐵系混凝劑）的乾基污泥量差值的百分比，廢水為鋼鐵業工業廢水（pH值：7.8至8.5；非溶解性固體：300至800 ppm；化學需氧量：60至300 ppm）。
混凝劑效能測試於上述實驗室系統的測試結果如下表2所示。
表2
| 懸浮微粒粒徑 （μm，D 50） | 水質合格與否 | 污泥減量幅度 （%） | pH值下降幅度 | |
| 實施例1 | 17.9 | ○ | 15-35 | 0.7 |
| 實施例2 | 17.7 | ○ | 12-27 | 0.6 |
| 實施例3 | 16.4 | ○ | 7-17 | 0.6 |
| 實施例4 | 18.2 | ○ | 9-21 | 0.6 |
| 實施例5 | 27.2 | ○ | 17-34 | 0.7 |
| 實施例6 | 28.1 | ○ | 17-37 | 0.7 |
| 實施例7 | 27.5 | ○ | 15-33 | 0.5 |
| 實施例8 | 25.5 | ○ | 12-33 | 0.6 |
| 實施例9 | 26.7 | ○ | 17-40 | 0.5 |
| 實施例10 | - | ╳ | - | - |
| 實施例11 | 22.7 | ○ | 11-27 | 0.7 |
| 實施例12 | 28.4 | ○ | 14-31 | 0.8 |
| 實施例13 | - | ╳ | - | - |
| 實施例14 | 18.3 | ○ | 9-24 | 0.6 |
| 實施例15 | 21.1 | ○ | 16-29 | 0.7 |
| 實施例16 | - | ╳ | - | - |
| 實施例17 | 18.2 | ○ | 10-27 | 0.9 |
| 實施例18 | 24.9 | ○ | 7-22 | 1.1 |
| 實施例19 | 24.4 | ○ | 10-25 | 1.2 |
| 實施例20 | 24.7 | ○ | 10-24 | 1.0 |
| 實施例21 | 25.4 | ○ | 8-22 | 1.0 |
| 實施例22 | 27.6 | ○ | 11-18 | 1.2 |
| 實施例23 | - | ╳ | - | - |
| 實施例24 | 22.9 | ○ | 14-30 | 0.6 |
| 實施例25 | 25.4 | ○ | 12-27 | 1.1 |
| 實施例26 | 31.8 | ○ | 10-21 | 1.2 |
| 實施例27 | - | ╳ | - | - |
| 比較例1 | 20.8 | ○ | - | 1.4 |
| 比較例2 | 21.6 | ○ | - | 1.9 |
| 比較例3 | 14.5 | ╳ | - | - |
| 比較例4 | 13.2 | ╳ | - | - |
| 比較例5 | 12.1 | ╳ | - | - |
| 比較例6 | 12.9 | ╳ | - | - |
| 比較例7 | 12.9 | ╳ | - | - |
| 比較例8 | 14.0 | ╳ | - | - |
| 比較例9 | 11.6 | ╳ | - | - |
由表2結果可知，比較例1以及比較例2分別為單獨添加鐵系混凝劑或鋁系混凝劑，當添加劑量分別為90 ppm以及130 ppm時方能使排放水質符合水質管制標準（SS > 30 ppm；COD > 100 ppm）。然而，因添加鐵系混凝劑或鋁系混凝劑所額外增加的污泥量則分別為：每公升處理水增加17.4至29.2 毫克/公升（mg/L）以及24.9至34.1 mg/L。另外，比較例3至比較例9為單獨添加各組成（12 ppm）的測試結果，結果顯示水質均不符合水質管制的排放標準。
實施例1至實施例4為鐵系混凝劑以及鋁系混凝劑分別與醯胺類高分子（聚丙烯醯胺）的組合，其結果顯示水質均可符合管制標準，且達到污泥減量的效果，然其沉降速度較差（凝集的懸浮微粒粒徑的D
50數值 20 μm）。實施例5至實施例9為鐵系混凝劑（種類不同）、鋁系混凝劑（鹼度不同）、界面活性劑（種類不同）以及醯胺類高分子（溶液黏度、陽離子度不同）的各種組合，其結果在各個效能測試上並無顯著差異，且均優於實施例1至實施例4，由此可知本發明的混凝劑的各種組成原料之間的相容性佳。
實施例10至實施例13為不同添加比例（重量比例分別為0.1、0.2、0.5、0.9）的醯胺類高分子的組合，以用於測試醯胺類高分子的理想添加比例，其結果顯示實施例11以及實施例12的水質可符合管制標準，且達到污泥減量的效果。然而，當醯胺類高分子添加劑量比例過低（實施例10）或過高（實施例13）時，會因為懸浮微粒無法順利凝集或沉降過快而導致原本細小的懸浮物無法順利沉降而去除。由此可知，在本實驗中醯胺類高分子較佳的添加量（重量比例）介於0.2至0.8之間，更佳介於0.2至0.5之間（相對於當鐵系混凝劑為8，鋁系混凝劑4）。
實施例14至實施例16為不同添加比例（重量比例分別為0.5、0.8、1.0）的界面活性劑的組合，以用於測試界面活性劑的理想添加比例，其結果顯示實施例14以及實施例15的水質可符合管制標準，且達到污泥減量的效果。然而，當界面活性劑添加劑量比例過高（實施例16）時，會產生乳化現象，雖然仍可用於懸浮微粒的去除，但非理想條件。由此可知，在本實驗中界面活性劑較佳的添加量（重量比例）介於0.5至0.9之間，更佳介於0.5至0.8之間（相對於當鐵系混凝劑為8，鋁系混凝劑4）。
實施例17至實施例22為不同添加比例的鐵系混凝劑與鋁系混凝劑的組合，以用於測試鐵系混凝劑與鋁系混凝劑的理想添加比例，其結果顯示實施17至實施例22的水質均可符合管制標準，且達到污泥減量的效果。然而，當鐵系混凝劑與鋁系混凝劑的添加劑量愈高時，額外產生的污泥量愈多，即污泥減量的效果愈差。此結果亦同時驗證了鐵系混凝劑或鋁系混凝劑以高劑量添加會導致額外污泥量產生。另外，在本實驗中鐵系混凝劑：鋁系混凝劑的添加量比例（重量比例）介於1:3至6:1之間。
在本實驗中，鐵系混凝劑：鋁系混凝劑：界面活性劑：醯胺類高分子的較佳添加量比例（重量比例）介於40至90：40至90：1至5：1至5。
實施例23至實施例27為添加不同劑量（6、8、10、20、30 ppm）的混凝劑的組合，以用於測試混凝劑的理想添加劑量，其結果顯示實施例24至實施例26的水質均可符合管制標準，且達到污泥減量的效果。然而，當混凝劑的添加劑量過低（實施例23）或過高（實施例27）時，水質無法符合管制的標準，其中當混凝劑的添加劑量過高（實施例27）時，可能是肇因於懸浮微粒的電性逆轉，而使懸浮微粒無法凝集與沉降。
在本實驗中，各實施例的混凝劑分別與各種絮凝劑（包括T-1301、PA-322以及Flopam719）搭配使用，由結果可知本發明的混凝劑與各種絮凝劑的相容性高，均可使水質符合管制的標準，並達到污泥減量的效果。
另外，在本實驗中，各實施例的混凝劑分別針對不同廢水來源進行測試，廢水來源包括鋼鐵廠冷軋油泥廢水（高非溶解性固體、高化學需氧量廢水）、金屬清洗廢水（高重金屬廢水）、紡織業廢水（高化學需氧量廢水），由結果可知本發明的混凝劑經調整組成比例皆可使水質符合管制的標準，並達到污泥減量的效果（降低9至40%），且與絮凝劑不會產生效能排斥的現象。
實驗2 混凝劑效能測試（模廠系統測試）
將本發明的混凝劑直接應用於廢水系統架設模廠以更實際地評估混凝劑的效能。在本實驗中，以廢水連續進流與混凝劑連續添加的模式，評估本發明的混凝劑在模廠系統的效能。
第1圖為根據本發明的實施例所繪示的模廠系統示意圖。
請參照第1圖，廢水系統1包括快混槽10、慢混槽20以及沉澱槽30。具體來說，廢水從進水口100進入，經泵浦102依序進入快混槽10、慢混槽20以及沉澱槽30，其中快混槽10、慢混槽20以及沉澱槽30中的廢水是靠重力流動，並透過液位保護裝置控制。另外，廢水系統1包括藥槽110以及藥槽120，其中藥槽110填裝本發明的混凝劑、藥槽120填裝絮凝劑，藥槽110連接加藥泵浦112以及加藥泵浦116，其中加藥泵浦112連接至快混槽10，而加藥泵浦116連接至慢混槽20；藥槽120連接加藥泵浦114以及加藥泵浦118，其中加藥泵浦114連接至快混槽10，而加藥泵浦118連接至慢混槽20。在快混槽10接有壓縮空氣（ pressured air，PA）以進行曝氣攪拌，在慢混槽20設有攪拌機130以進行慢混。最後，廢水經快混槽10、慢混槽20以及沉澱槽30後經出水口排出，在出水口處可設有濁度計140，以量測排出水質的濁度。
在實廠的廢水系統中，廢水進流的水質的pH值為7.8至8.2，懸浮微粒為450至720 ppm，化學需氧量為55至160 ppm，平均水量約為18000立方公尺/天（cubic meter per day，CMD），快混槽、慢混槽以及沉澱槽的槽體體積依序為186、206以及710立方公尺，對應的停留時間經換算後分別為14.9、16.5以及56.8分鐘。基於此，在模廠的設計上，快混槽、慢混槽以及沉澱槽的槽體體積依序設計為60、60以及240公升，進水量調整約為5.76 CMD，對應的停留時間則分別為15、15以及60分鐘。在本實驗中，混凝劑的添加劑量分別控制在約10 ppm（實施例28）以及約100 ppm（比較例10），其中實施例28與上述實施例5的組成比例相同，其差異在於實施例28的添加劑量為約10 ppm；比較例10與上述比較例1的組成比例相同，其差異在於比較例10的添加劑量為約100 ppm。絮凝劑的添加劑量控制在約1 ppm，每次測試期約4至5天，共進行5回測試。在本實驗中，模廠是採用並排（side by side）測試，即同一股廢水分別流進兩組系統，藉以平行比較本發明的實施例28與比較例10之間的效能差異。
在本實驗中，分別針對本發明的實施例28與比較例10進行水質的檢測（包括SS、COD）、礦泥產生量以及pH值，其中礦泥產生量在沉降槽以窺視窗觀察量測，並利用超音波檢測儀量測礦泥餅的厚度，以客觀地量測礦泥減量的效能。
第2圖為本發明的實施例與比較例的混凝劑於模廠系統的測試結果。
請參照第2圖，由結果可知，在5次的模廠測試中，實施例28與比較例10的水質檢測，多數時間的結果，COD與SS均分別符合> 100 ppm以及> 30 ppm的管制標準。也就是說，實施例28的添加劑量在約10 ppm之間的測得的水質結果與比較例10的添加劑量在約100 ppm之間的測得的水質結果無顯著差異。進一步以超音波量測沉降礦泥量，實施例28相較於比較例10可減少約12至22體積百分比（5次的礦泥減量幅度結果分別為19.4%、13.7%、15.8%、22.2%、12.2%），代表實施例28的混凝劑可達到減少污泥量的效能。另一方面，由pH值的檢測結果可知，實施例28的pH值大多可維持7.6以上，即實施例28的混凝劑對於系統鹼度的影響相對小於比較例10的混凝劑，實施例28的混凝劑在沉降槽取樣的水樣pH值變化均低於比較例10約9至18%。也就是說，實施例28的混凝劑亦可達到後續液鹼添加量減量的效能，進而達到簡化步驟及降低成本的效果。
值得一提的是，本發明混凝劑中的醯胺類高分子雖然屬於較高單價的成分，而使本發明的混凝劑的單價高於現行常用的混凝劑（例如，僅包括鐵系混凝劑或鋁系混凝劑），但其可有效地降低後續額外產生的污泥量。基於此，若考慮後續產生額外的污泥量的處理成本以及運送成本，使用本發明的混凝劑節省的污泥處理成本遠高於因添加醯胺類高分子額外產生的成本，即本發明的混凝劑的確有其明顯的經濟效益，故可達到降低成本及節省人力的功效。
綜上所述，本發明的混凝劑以無機型混凝劑作為主要成分，以提供良好的電性中和能力以及色度去除效果。另外，本發明的混凝劑同時搭配醯胺類高分子以及界面活性劑，其中醯胺類高分子可以提供電性中和的能力與架橋作用，來強化懸浮微粒的去除效用，而界面活性劑則藉由協同效應，大幅提升混凝劑與懸浮微粒的結合性以及提升水中COD與色度的去除能力。因此，本發明的混凝劑可在較低的添加劑量下即可達到淨化水質的目的，故可降低混凝劑在生成膠羽所產生的污泥量，亦可降低生成膠羽過程中所消耗的氫氧根離子，進而減少調整溶液酸鹼值的步驟。另外，本發明的混凝劑與絮凝劑相容性高，故在使用上選擇性高且應用範圍廣。
雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1:廢水系統
10:快混槽
20:慢混槽
30:沉澱槽
100:進水口
102:泵浦
110、120:藥槽
112、114、116、118:加藥泵浦
130:攪拌機
140:濁度計
第1圖為根據本發明的實施例所繪示的模廠系統示意圖。
第2圖為本發明的實施例與比較例的混凝劑於模廠系統的測試結果。
Claims (9)
- 一種混凝劑，包括：無機型混凝劑，包括鐵系混凝劑以及鋁系混凝劑中的至少一種；可溶於水系溶液的界面活性劑；以及醯胺類高分子，其中該無機型混凝劑：該界面活性劑：該醯胺類高分子的重量比例介於40至90：1至5：1至5。
- 如申請專利範圍第1項所述之混凝劑，其中該醯胺類高分子包括聚丙烯醯胺。
- 如申請專利範圍第1項所述之混凝劑，其中該醯胺類高分子的平均分子量介於1,000,000至10,000,000道爾頓之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之混凝劑，其中該醯胺類高分子的陽離子度介於10%至80%之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之混凝劑，其中該界面活性劑包括乙氧基衍生物、丙氧基衍生物或其組合。
- 如申請專利範圍第1項所述之混凝劑，其中該界面活性劑包括聚乙二醇十六烷基/油基醚、聚乙二醇二烷基酯、聚乙二醇油酸酯或其組合。
- 如申請專利範圍第1項所述之混凝劑，其中該鐵系混凝劑包括硫酸鐵、氯化鐵、聚矽氧鐵、聚硫酸鐵或其組合。
- 如申請專利範圍第1項所述之混凝劑，其中該鋁系混凝劑包括硫酸鋁、硫酸鋁鉀、鹼式氯化鋁、多元氯化鋁或其組合。
- 如申請專利範圍第1項所述之混凝劑，其中該混凝劑使用在一廢水系統中的一濃度高於5ppm。
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| TW109112253A TWI736220B (zh) | 2020-04-10 | 2020-04-10 | 混凝劑 |
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