CN109133497A - 废液处理装置及废液处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种废液处理装置及废液处理方法。该废液处理装置包括依次连通的储存槽、离子交换系统、芬顿反应系统、絮凝系统以及生化处理系统，存储罐中的废液依次通过离子交换系统、芬顿反应系统及絮凝系统，所述离子交换系统用于去除废液中的重金属离子，所述芬顿反应系统用于降解废液中的含氮杂化有机物，所述絮凝系统用于去除废液中的小分子有机物和无机盐，使到达生化处理系统的废液可生化性大大增强，从而所述生化处理系统能够对废液进行深度生化处理，进而完全降解废液，有效防止水污染。
Description
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种废液处理装置及废液处理方法。
背景技术
薄膜晶体管(TFT)技术是采用新材料和新工艺的大规模半导体集成电路技术，它是在玻璃或塑料基板等非单晶片上，通过溅射、化学沉积等多步工艺构造极微细的各种膜，并通过刻蚀、剥离等对膜进行加工，制造集成电路。
以往的液晶显示装置的金属配线或电极是用的多为铝或者铝合金，刻蚀液体系一般为无机酸的混合物。随着显示技术的发展，尤其是显示技术向着大型化及高分辨率化的发展中，传统的金属导线会随着配线的变长，电阻的增加，从而放大信号延迟等问题，造成显示效果的退化。所以，开始了向使用电阻更低的金属配线的研发，即铜制成的研发。由于金属特性的不同，相应的，也开发出新型的金属刻蚀液。铜酸蚀刻液目前多为双氧水体系配以一定的添加剂，已在实际生产中得到应用，是一种较为成熟的技术。
现有技术中，铜酸刻蚀液主要包括双氧水(约18％)、有机酸、含氮杂化物质(如吡咯，氮杂茂唑，氮二烯五环)等高浓度有机物质，双氧水的主要作用是刻蚀铜膜，然而在刻蚀完铜导线或铜电极后，产生的铜酸刻蚀废液中依旧还有大量的双氧水、有机酸、及含氮杂化物质，且铜酸刻蚀废液中还包含大量的铜离子(Cu2+)，该铜酸刻蚀废液不能直接排放，一方面是因为会有重金属污染，另一方面因含有大量难以被自然环境中的生物降解的有机物。目前，对于铜酸刻蚀废液的降解和回收处理存在一定困难，难以对Cu2+进行有效回收，且大量难以降解的有机物导致废水化学需氧量(COD)含量偏高，可生化性差，进行生化处理也比较困难。因此，亟需一种解决上述问题的装置及方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种废液处理装置，能够对废液进行深度生化处理，进而完全降解废液，有效防止水污染。
本发明的目的还在于提供一种废液处理方法，能够对废液进行深度生化处理，进而完全降解废液，有效防止水污染。
为实现上述目的，本发明提供了一种废液处理装置，包括：依次连通的储存槽、离子交换系统、芬顿反应系统、絮凝系统以及生化处理系统；
所述储存槽，用于存储第一废液并将第一废液输送到离子交换系统，所述第一废液包括无机物、重金属离子及含氮杂化有机物；
所述离子交换系统，用于对所述第一废液中的重金属离子进行降解和回收，并输出第二废液到芬顿反应系统，所述第二废液包括无机物及含氮杂化有机物；
所述芬顿反应系统，用于与第二废液的无机物反应并对所述第二废液中的含氮杂化有机物进行降解，并输出第三废液到絮凝系统，所述第三废液包括小分子有机物和无机盐；
所述絮凝系统，用于对所述第三废液中的小分子有机物和无机盐进行絮凝、沉淀及过滤，并输出第四废液到生化处理系统；
所述生化处理系统，用于对所述第四废液进行生物降解处理絮凝系统。
所述无机物为过氧化氢；所述重金属离子为铜离子；所述含氮杂化有机物为吡咯、氮杂茂唑及氮二烯五环中的一种或多种。
所述离子交换系统包括阳离子交换柱，该阳离子交换柱用于与第一废液中的重金属离子进行交换得到含重金属离子的载体，对含重金属离子的载体进行修复重生以回收重金属离子。
所述阳离子交换柱为阳离子树脂，该阳离子树脂含有磺酸基、羧基和苯酚基中的一种或多种。
所述芬顿反应系统包括芬顿反应池、与所述芬顿反应池分别连接的紫外光生成器、第一pH调节器、铁盐投料器及曝气装置；
所述紫外光生成器用于形成紫外光对芬顿反应池内的第二废液进行照射；
所述第一pH调节器用于调节所述芬顿反应池内的第二废液的pH值；
所述铁盐投料器用于向芬顿反应池内的第二废液投放二价铁离子；
所述曝气装置用于向芬顿反应池内的第二废液进行曝气。
所述芬顿反应系统还包括与所述芬顿反应池连接的第一搅拌和加热装置；
所述第一搅拌和加热装置用于控制芬顿反应池内的第二废液的温度，并在曝气条件下对第二废液进行搅拌。
所述絮凝系统包括絮凝池、与所述絮凝池分别连接的第二ph调节器、絮凝剂投料机及过滤装置；
所述第二pH调节器用于调节絮凝池内的第三废液的pH值；
所述絮凝剂投料机用于向絮凝池内的第三废液投放絮凝剂；
所述过滤装置用于对絮凝池的出水进行过滤。
所述絮凝系统还包括与所述絮凝池连接的第二搅拌和加热装置；
所述第二搅拌和加热装置用于控制絮凝池内的第三废液的温度，并对第三废液进行搅拌。
所述过滤装置为板框过滤器，该板框过滤器对絮凝池的出水进行过滤得到第四废液和滤饼，该滤饼为铁的氢氧化物。
本发明还提供一种废液处理方法，应用于上述的废液处理装置，包括以下步骤：
步骤S1、将第一废液输送到离子交换系统，所述离子交换系统对所述第一废液中的重金属离子进行降解和回收，并输出第二废液到芬顿反应系统；
步骤S2、所述芬顿反应系统向所述第二废液投入二价铁离子，并将所述第二废液的pH值调节为2-4，所述二价铁离子与过氧化氢在曝气和紫外光照射的条件下发生芬顿反应以降解所述第二废液中的含氮杂化有机物，并输出第三废液到絮凝系统；
步骤S3、所述絮凝系统调节所述第三废液的pH值为2-4，将第三废液中的无机盐反应生成铁的氢氧化物胶体，对第三废液中进行搅拌后絮凝沉淀小分子有机物和铁的氢氧化物胶体，调节所述第三废液的pH值为8-12，并向第三废液投放絮凝剂，对絮凝池的出水进行过滤得到第四废液和滤饼，将第四废液输送到生化处理系统；
步骤S4、所述生化处理系统对所述第四废液进行生物降解处理。
本发明的有益效果：本发明的废液处理装置，包括依次连通的储存槽、离子交换系统、芬顿反应系统、絮凝系统以及生化处理系统，存储罐中的废液依次通过离子交换系统、芬顿反应系统及絮凝系统，所述离子交换系统用于去除废液中的重金属离子，所述芬顿反应系统用于降解废液中的含氮杂化有机物，所述絮凝系统用于去除废液中的小分子有机物和无机盐，使到达生化处理系统的废液可生化性大大增强，从而所述生化处理系统能够对废液进行深度生化处理，进而完全降解废液，有效防止水污染。本发明的废液处理方法，能够对废液进行深度生化处理，进而完全降解废液，有效防止水污染。
附图说明
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图中，
图1为本发明的废液处理装置的示意图；
图2为本发明的废液处理方法的流程图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。
请参阅图1，本发明提供一种废液处理装置，包括：依次连通的储存槽10、离子交换系统20、芬顿反应系统30、絮凝系统40以及生化处理系统50；
所述储存槽10，用于存储第一废液并将第一废液输送到离子交换系统20，所述第一废液包括无机物、重金属离子及含氮杂化有机物；
所述离子交换系统20，用于对所述第一废液中的重金属离子进行降解和回收，并输出第二废液到芬顿反应系统30，所述第二废液包括无机物及含氮杂化有机物；
所述芬顿反应系统30，用于与第二废液的无机物反应并对所述第二废液中的含氮杂化有机物进行降解，并输出第三废液到絮凝系统40，所述第三废液包括小分子有机物和无机盐；
所述絮凝系统40，用于对所述第三废液中的小分子有机物和无机盐进行絮凝、沉淀及过滤，并输出第四废液到生化处理系统50；
所述生化处理系统50，用于对所述第四废液进行生物降解处理。
需要说明的是，本发明的废液依次通过离子交换系统20、芬顿反应系统30及絮凝系统40，所述离子交换系统20用于去除废液中的重金属离子，所述芬顿反应系统30用于降解废液中的含氮杂化有机物，所述絮凝系统40用于去除废液中的小分子有机物和无机盐，使到达生化处理系统50的废液可生化性大大增强，从而所述生化处理系统50能够对废液进行深度生化处理，进而完全降解废液，有效防止水污染。
具体地，所述储存槽10、离子交换系统20、芬顿反应系统30、絮凝系统40及生化处理系统50之间通过管道60连通，所述管道60的材料为耐腐蚀材料。
具体地，本实施例中，所述第一废液为金属酸刻蚀废液，所述金属酸刻蚀废液的生化需氧量和化学需氧量的比值(BOD/COD)小于0.4，故所述第一废液的可生化性差，难以进行生化处理。
进一步地，所述无机物为过氧化氢(H2O2)；所述重金属离子为铜离子(Cu2+)，所述含氮杂化有机物为吡咯、氮杂茂唑、氮二烯五环等高浓度有机物质。
具体地，所述第一废液中的铜离子的含量为1000-10000mg/L。更具体地，Cu2+的含量大于8000mg/L。
具体地，所述离子交换系统20包括阳离子交换柱，该阳离子交换柱用于与第一废液中的重金属离子进行交换得到含重金属离子的载体，对含重金属离子的载体进行修复重生以回收重金属离子；优选地，所述阳离子交换柱为阳离子树脂，能够与第一废液中的同号离子进行交换，所述阳离子树脂含有磺酸基(-SO3H)、羧基(-COOH)和苯酚基(-C6H4OH)等酸性基团中的一种或多种，阳离子树脂的氢离子(H+)能与溶液中的重金属离子或其他阳离子进行交换，本实施例中，所述阳离子树脂的酸性基团的H+能够与Cu2+进行交换，以磺酸基为例：
2R-SO3H+Cu2+＝＝(R-SO3)2Cu+2H+；
因此，当所述储存槽10中的第一废液输送到所述离子交换系统20时，所述第一废液中的重金属离子会与所述阳离子树脂中的酸性基团的H+交换，得到含重金属离子的载体，从而能够降解第一废液中的重金属离子，并且，所述含重金属离子的载体能够修复再生循环使用，同时回收第一废液中的重金属离子，可以减少成本支出，保护环境。
本实施例中，由于所述离子交换系统20主要用于除去所述金属酸刻蚀废液中的重金属离子(Cu2+)，因此所述第一废液中的除重金属离子以外的其他成分并未被清除，且所述阳离子树脂中的酸性基团的H+被交换到第二废液中，故所述第二废液呈酸性。
具体地，所述芬顿反应系统30包括芬顿反应池31、与所述芬顿反应池31分别连接的紫外光(UV)生成器32、第一pH调节器33、铁盐投料器34及曝气装置35，所述紫外光生成器32用于形成紫外光对芬顿反应池31内的第二废液进行照射，以加快芬顿反应的反应速率；所述第一pH调节器33用于调节所述芬顿反应31池内的第二废液的pH值，以调整至能进行芬顿反应的反应环境；所述铁盐投料器34用于向芬顿反应池31内的第二废液投放二价铁离子(Fe2+)，以提供能与H2O2进行芬顿反应的原料；所述曝气装置35用于向芬顿反应池31内的第二废液进行曝气，所述第二废液的H2O2在Fe2+催化下生成自由基·OH，具体反应如下：
H2O2+Fe2+→·OH+OH-+Fe3+→Fe(OH)3↓；
自由基·OH具有强氧化能力，自由基·OH的氧化能力仅次于氟(F)，氧化电位高达2.8V，辅以紫外光可以加快自由基·OH生成速率，从而能够降解所述第二废液中的含氮杂化有机物，使得所述含氮杂化有机物被氧化为二氧化碳和水，进而降低COD值，此外也能够降低废液中因过氧化氢分解产生大量氧气产生爆炸的风险，所述第二废液经过芬顿反应池后得到第三废液。
具体地，所述第一pH调节器33将第二废液的pH值调节为2-4，Fe2+与H2O2的摩尔比为1:1-4，曝气反应时间为60-100min，紫外光强度根据Fe2+与H2O2的摩尔比大小进行调节。
具体地，所述第三废液中，含氮杂化有机物较少，多为小分子有机物和无机盐，所述无机盐包括铁的氢氧化物。
进一步地，所述芬顿反应系统30还包括与所述芬顿反应池31连接的第一搅拌和加热装置36，以控制所述第二废液的温度，并在曝气条件下进行搅拌，提高降解第二废液中的含氮杂化有机物的效率。
具体地，所述第三废液的可生化性强，其中，所述第三废液中生化需氧量和化学需氧量的比值(BOD/COD)大于0.4，且，Fe2+含量低于2mg/L。
具体地，所述絮凝系统40包括絮凝池41、与所述絮凝池41分别连接的第二ph调节器42、絮凝剂投料机43、过滤装置44及第二搅拌和加热装置45；
所述第二pH调节器42用于调节絮凝池41内的第三废液的pH值；
所述絮凝剂投料机43用于向絮凝池41投放絮凝剂，以使第三废液中的小分子有机物和无机盐絮凝并沉淀；
所述过滤装置44用于对絮凝池41的出水进行过滤，从而除去所述小分子有机物和无机盐；
所述第二搅拌和加热装置45用于第二搅拌和加热装置，以控制所述第三废液的温度，并对第三废液进行搅拌，提高所述小分子有机物和无机盐絮凝与沉淀的效率。
具体地，所述第二pH调节器42将第三废液的pH值调节为8-12。
具体地，所述过滤装置44为板框过滤器，该板框过滤器对絮凝池41的出水进行过滤得到第四废液和滤饼，所述滤饼主要为铁的氢氧化物，经过处理后可以得到三价铁的氧化物，该三价铁的氧化物经过处理后可重复利用，加入所述芬顿反应系统30的铁盐投料器34。
具体地，铁的氢氧化物能够粘附所述第三废液中的小分子有机物，进而起到降低COD值的作用。
具体地，所述絮凝剂为聚合氯化铝(PAC)，当然，根据实际情况的使用，也可以采用其他絮凝剂。
请参阅图2，基于上述废液处理装置，本发明还提供一种废液处理方法，包括以下步骤：
步骤S1、将第一废液输送到离子交换系统20，所述离子交换系统20对所述第一废液中的重金属离子进行降解和回收，并输出第二废液到芬顿反应系统30；
步骤S2、所述芬顿反应系统30向所述第二废液投入二价铁离子，并将所述第二废液的pH值调节为2-4，所述二价铁离子与H2O2在曝气和紫外光照射的条件下发生芬顿反应以降解所述第二废液中的含氮杂化有机物，并输出第三废液到絮凝系统40；
步骤S3、所述絮凝系统40调节所述第三废液的pH值为2-4，将第三废液中的无机盐反应生成铁的氢氧化物胶体，待铁的氢氧化物胶体变红后，对第三废液中进行搅拌后絮凝沉淀小分子有机物和铁的氢氧化物胶体，调节所述第三废液的pH值为8-12，并向第三废液投放絮凝剂，对絮凝池41的出水进行过滤得到第四废液和滤饼，将第四废液输送到生化处理系统50；
步骤S4、所述生化处理系统50对所述第四废液进行生物降解处理。
需要说明的是，本发明对废液采用逐级降解的方法，所述离子交换系统20用于去除废液中的重金属离子，所述芬顿反应系统30用于降解废液中的含氮杂化有机物，所述絮凝系统40用于去除废液中的小分子有机物和无机盐，使到达生化处理系统50的废液可生化性大大增强，从而所述生化处理系统50能够对废液进行深度生化处理，进而完全降解废液，有效防止水污染。
综上所述，本发明的废液处理装置，包括依次连通的储存槽、离子交换系统、芬顿反应系统、絮凝系统以及生化处理系统，存储罐中的废液依次通过离子交换系统、芬顿反应系统及絮凝系统，所述离子交换系统用于去除废液中的重金属离子，所述芬顿反应系统用于降解废液中的含氮杂化有机物，所述絮凝系统用于去除废液中的小分子有机物和无机盐，使到达生化处理系统的废液可生化性大大增强，从而所述生化处理系统能够对废液进行深度生化处理，进而完全降解废液，有效防止水污染。本发明的废液处理方法，能够对废液进行深度生化处理，进而完全降解废液，有效防止水污染。
以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种废液处理装置，其特征在于，包括：依次连通的储存槽(10)、离子交换系统(20)、芬顿反应系统(30)、絮凝系统(40)以及生化处理系统(50)；
所述储存槽(10)，用于存储第一废液并将第一废液输送到离子交换系统(20)，所述第一废液包括无机物、重金属离子及含氮杂化有机物；
所述离子交换系统(20)，用于对所述第一废液中的重金属离子进行降解和回收，并输出第二废液到芬顿反应系统(30)，所述第二废液包括无机物及含氮杂化有机物；
所述芬顿反应系统(30)，用于与第二废液的无机物反应并对所述第二废液中的含氮杂化有机物进行降解，并输出第三废液到絮凝系统(40)，所述第三废液包括小分子有机物和无机盐；
所述絮凝系统(40)，用于对所述第三废液中的小分子有机物和无机盐进行絮凝、沉淀及过滤，并输出第四废液到生化处理系统(50)；
所述生化处理系统(50)，用于对所述第四废液进行生物降解处理。
2.如权利要求1所述的废液处理装置，其特征在于，所述无机物为过氧化氢；所述重金属离子为铜离子；所述含氮杂化有机物为吡咯、氮杂茂唑及氮二烯五环中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的废液处理装置，其特征在于，所述离子交换系统(20)包括阳离子交换柱，该阳离子交换柱用于与第一废液中的重金属离子进行交换得到含重金属离子的载体，对含重金属离子的载体进行修复重生以回收重金属离子。
4.如权利要求3所述的废液处理装置，其特征在于，所述阳离子交换柱为阳离子树脂，该阳离子树脂含有磺酸基、羧基和苯酚基中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的废液处理装置，其特征在于，所述芬顿反应系统(30)包括芬顿反应池(31)、与所述芬顿反应池(31)分别连接的紫外光生成器(32)、第一pH调节器(33)、铁盐投料器(34)及曝气装置(35)；
所述紫外光生成器(32)用于形成紫外光对芬顿反应池(31)内的第二废液进行照射；
所述第一pH调节器(33)用于调节所述芬顿反应(31)池内的第二废液的pH值；
所述铁盐投料器(34)用于向芬顿反应池(31)内的第二废液投放二价铁离子；
所述曝气装置(35)用于向芬顿反应池(31)内的第二废液进行曝气。
6.如权利要求5所述的废液处理装置，其特征在于，所述芬顿反应系统(30)还包括与所述芬顿反应池(31)连接的第一搅拌和加热装置(36)；
所述第一搅拌和加热装置(36)用于控制芬顿反应池(31)内的第二废液的温度，并在曝气条件下对第二废液进行搅拌。
7.如权利要求1所述的废液处理装置，其特征在于，所述絮凝系统(40)包括絮凝池(41)、与所述絮凝池(41)分别连接的第二pH调节器(42)、絮凝剂投料机(43)及过滤装置(44)；
所述第二pH调节器(42)用于调节絮凝池(41)内的第三废液的pH值；
所述絮凝剂投料机(43)用于向絮凝池(41)内的第三废液投放絮凝剂；
所述过滤装置(44)用于对絮凝池(41)的出水进行过滤。
8.如权利要求7所述的废液处理装置，其特征在于，所述絮凝系统(40)还包括与所述絮凝池(41)连接的第二搅拌和加热装置(45)；
所述第二搅拌和加热装置(45)用于控制絮凝池(41)内的第三废液的温度，并对第三废液进行搅拌。
9.如权利要求7所述的废液处理装置，其特征在于，所述过滤装置(44)为板框过滤器，该板框过滤器对絮凝池(41)的出水进行过滤得到第四废液和滤饼，该滤饼为铁的氢氧化物。
10.一种废液处理方法，应用于如权利要求1-9任一项所述的废液处理装置，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、将第一废液输送到离子交换系统(20)，所述离子交换系统(20)对所述第一废液中的重金属离子进行降解和回收，并输出第二废液到芬顿反应系统(30)；
步骤S2、所述芬顿反应系统(30)向所述第二废液投入二价铁离子，并将所述第二废液的pH值调节为2-4，所述二价铁离子与过氧化氢在曝气和紫外光照射的条件下发生芬顿反应以降解所述第二废液中的含氮杂化有机物，并输出第三废液到絮凝系统(40)；
步骤S3、所述絮凝系统(40)调节所述第三废液的pH值为2-4，将第三废液中的无机盐反应生成铁的氢氧化物胶体，对第三废液中进行搅拌后絮凝沉淀小分子有机物和铁的氢氧化物胶体，调节所述第三废液的pH值为8-12，并向第三废液投放絮凝剂，对絮凝池(41)的出水进行过滤得到第四废液和滤饼，将第四废液输送到生化处理系统(50)；
步骤S4、所述生化处理系统(50)对所述第四废液进行生物降解处理。
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