CN101898838B - 多级膜渗析分离钢铁酸洗废液的方法 - Google Patents

Abstract

多级膜渗析分离钢铁酸洗废液的方法，属于水处理技术领域，所采用的技术方案为：酸洗废液至少经历两级膜渗析，除第一级渗析膜的原料液为酸洗废液、最后一级渗析膜的接受液为水之外，各级渗析膜的原料液来自上一级残液，接受液来自下一级回收酸。渗析最终所得的回收酸返回配酸槽中回用，残液回收铁。本发明的方法能够将钢铁酸洗废液中的酸与Fe²⁺分离并分别回收，渗析后残液的pH值接近中性更便于铁的后期回收；回收酸浓度高于酸洗废液中的酸浓度，实现了酸液的浓缩；渗析过程能耗低、运行费用低、经济效益好。

Description

多级膜渗析分离钢铁酸洗废液的方法

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种渗析分离钢铁酸洗废液的方法。

背景技术

钢铁元件毛坯在表面电镀、喷涂前一般都要经过酸洗，以清除表面的氧化物，从而产生大量酸洗废液。工件种类和加工要求不同，对酸洗液的要求也不尽相同，以盐酸清洗最为常见。盐酸清洗废液中主要含有Fe²⁺、H⁺和Cl^-离子。

酸洗废液如果不经过处理就直接排放，将会对环境造成严重的污染：腐蚀水工构筑物；阻碍水生生物的繁殖；影响水生作物生长；影响农作物生长；危害人畜饮用水。目前，钢铁工业酸洗废液的处理工艺主要有中和法、硫酸铁盐法、高温焙烧法、鲁奇法、蒸馏法、薄膜蒸发法、有机溶液萃取法、离子交换法等方法。这些处理方法普遍存在着能源消耗大、处理成本高、人力浪费大等问题。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种钢铁酸洗废液的处理方法，该方法能够将钢铁酸洗废液中的酸与Fe²⁺分离并分别回收，渗析后残液的pH值接近中性更便于铁的后期回收，大幅减少中和耗碱量；回收酸浓度明显高于酸洗废液中的酸浓度，回收酸体积减少至1/2～1/3，实现了酸液的浓缩回收；渗析过程能耗低、运行费用低、经济效益好。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：多级膜渗析分离钢铁酸洗废液的方法，酸洗废液至少经历两级膜渗析，除第一级渗析膜的原料液为酸洗废液、最后一级渗析膜的接受液为水之外，各级渗析膜的原料液来自上一级残液，接受液来自下一级回收酸。

所述的渗析膜有两级，一级渗析膜的原料液为酸洗废液，接受液由二级渗析膜的回收酸供给；二级渗析膜的接受液为水，原料液来自于一级渗析膜残液。

所述的渗析膜为均相阴离子交换膜。

所述的水为自来水。

所述渗析膜的工作温度为5～50℃，温度过高会对膜造成损伤。然而酸洗过程中往往需要用蒸汽对酸洗液进行加热以提高酸洗效果，因此从酸洗槽中排出的废液的温度会比较高，有时甚至会超过50℃，此时就需要对进入渗析系统的酸洗废液进行实现冷却。

所述一级渗析膜的回收酸，也即是渗析最终获得的回收酸，返回配酸槽中调整浓度后回用。

将最后一级渗析膜渗析后的残液，也即是渗析最终所得的残液(PH≈6)排入曝气池中，加少量碱调pH至7-8，并进行曝气和斜板沉淀；对沉淀下来的污泥进行浓缩、压滤，滤饼回收铁，滤液为清水，可达标排放或回用。

渗析是指高浓度溶液中的溶质透过薄膜向低浓度溶液中迁移的过程，其推动力是薄膜两侧的浓度差。本发明采用阴离子交换膜(带正电荷)，简称阴膜，更有利于SO₄ ^2-、Cl^-、NO₃ ^-等酸根离子透过薄膜。

下面以盐酸废液为例，来说明阴离子交换膜的渗析原理，原理图如图1所示。阴膜左侧自下而上通入盐酸酸洗废液，右侧自上而下通入作为接受液的自来水。左侧废酸液中主要含有Fe²⁺、H⁺、Cl^-，三种离子都有向右侧水中扩散的趋势。然而阴离子交换膜骨架本身带有正电荷，在溶液中吸引带负电荷的水化离子、排斥正电荷水化离子。因此，在浓度差的作用下，左侧(废酸侧)的Cl^-被吸引，从而顺利通过膜孔道进入右侧(回收酸侧)接受液中。同时，根据电中性要求，Cl^-通过渗析膜时也会夹带带正电荷的离子。由于H⁺的水化半径较金属阳离子的水化离子半径小，因此前者会优先通过膜，如此废液中的盐酸便被分离出来，进入接受液中。根据稀溶液的依数性原理，在渗析初期，右侧接受液中离子浓度较左侧废液中的离子浓度低，在渗透压的作用下，接受液中的水分子很容易透过阴膜进入左侧废酸中。当左右两侧总离子浓度相近时，两侧渗透压达到平衡。这一过程能够提升右侧接受液的酸浓度，最终实现回收酸浓缩。

本发明采用多级膜渗析分离钢铁酸洗废液中的酸，逆流的流程被延长，膜两侧的浓度差得以保持，经过多级渗析之后残液的PH能够达到6-7。Fe²⁺在此pH下极易与溶解氧发生作用并转化为Fe(OH)₃从溶液中析出。对残液进行曝气，能够促进Fe²⁺的进一步转化；对沉淀下来的污泥进行浓缩、压滤，从滤饼中便可轻松回收铁，滤液达标排放或回用。本发明的方法以渗析膜两侧的浓度差为动力，实施过程能耗小、资源消耗少、运行费用低。同时，铁与酸的回收能够增加企业的经济效益，进而提高企业处理污水的积极性。

附图说明

图1是阴膜渗析处理硫酸废水的原理图；

图2是本发明所述方法的流程图。

具体实施方式

实施例

如图2所示，多级膜渗析分离钢铁酸洗废液的方法通过两级渗析膜来实现：其中一级渗析膜的原料液为酸洗废液，接受液由二级渗析膜的回收酸供给；二级渗析膜的接受液为自来水，原料液来自于一级渗析膜残液。使用的渗析膜为均相阴离子交换膜，其工作温度控制在5～50℃

将从一级渗析膜排出的回收酸返回配酸槽中，调整浓度后回用；将从二级渗析膜排出的残液送入曝气池中，加碱调pH至7-8，并进行曝气和斜板沉淀，对沉淀下来的污泥进行浓缩、压滤，滤饼回收铁，滤液排放或回用。

效果例

采集河南某复合材料厂酸洗车间的盐酸酸洗废液，利用上述实施例的方法对其进行处理实验，具体实验结果如下：

一、酸洗废液的基本情况

酸洗废液试样呈深绿色，有明显悬浮物，并散发着刺鼻的氯化氢气味。经检测试样中主要含有亚铁离子、氯离子、氢离子，盐酸浓度为5.6WT％，FeCl₂的浓度为21WT％。

二、处理参数

日处理酸洗废液6t，废液与水的流入比例为1∶2。

三、实际结果

残液中有大量红褐色悬浮物，经测定pH值为6.1；获得回收酸2.5t，其酸浓度为13.7WT％。经计算，发现回收所得的盐酸总量略大于废液中的盐酸量，这是因为：当酸洗废液一侧的PH值上升到4以后，其中的Fe²⁺结合从水中电离出来的OH-生成Fe(OH)₂沉淀，随即在溶解氧的作用下转化为Fe(OH)₃进而转化为Fe₂O₃从溶液中析出，同时产生一定量的HCl。其反应式为：

(1)FeCl₂+H₂O→Fe(OH)₂+HCl

(2)Fe(OH)₂+O₂→Fe(OH)₃

(3)Fe(OH)₃→Fe₂O₃+H₂O

(1)+(2)+(3)  FeCl₂+H₂O+O₂→HCl+Fe₂O₃

因此，膜渗析过程回收的不仅仅是酸洗废液中原有的盐酸，还包括了上述反应新生成的盐酸。

Claims (7)

1.多级膜渗析分离钢铁酸洗废液的方法，其特征在于，酸洗废液至少经历两级膜渗析，除第一级渗析膜的原料液为酸洗废液、最后一级渗析膜的接受液为水之外，各级渗析膜的原料液来自上一级残液，接受液来自下一级回收酸。

2.如权利要求1所述的多级膜渗析分离钢铁酸洗废液方法，其特征在于，所述的渗析膜有两级，一级渗析膜的原料液为酸洗废液，接受液由二级渗析膜的回收酸供给；二级渗析膜的接受液为水，原料液来自于一级渗析膜残液。

3.如权利要求1或2所述的多级膜渗析分离钢铁酸洗废液方法，其特征在于，所述的渗析膜为均相阴离子交换膜。

4.如权利要求3所述的多级膜渗析分离钢铁酸洗废液方法，其特征在于，所述的水为自来水。

5.如权利要求4所述的多级膜渗析分离钢铁酸洗废液方法，其特征在于，所述渗析膜的工作温度为5～50℃。

6.如权利要求1或2或4或5所述的多级膜渗析分离钢铁酸洗废液方法，其特征在于，所述一级渗析膜的回收酸返回配酸槽中，调整浓度后回用。

7.如权利要求6所述的多级膜渗析分离钢铁酸洗废液方法，其特征在于，将最后一级渗析膜渗析后的残液排入曝气池中，加碱调pH至7～8，并进行曝气和斜板沉淀；对沉淀下来的污泥进行浓缩、压滤，滤饼回收铁，滤液排放或回用。

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