CN114195233A - 一种酸洗废酸的脱酸装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种酸洗废酸的脱酸装置。本发明的电渗析膜堆膜堆中依次包括阳电极、阳极膜、耐酸阴膜、复合阳膜、阴极膜、阴电极；复合阳膜是由带正电离子交换网布与耐酸阳膜直接叠合一起形成；阳电极与阳极膜之间形成阳极室；阳极膜与耐酸阴膜之间形成浓室；耐酸阴膜与带正电离子交换网布之间形成淡室；阴极膜与阴电极之间形成阴极室；复合阳膜中带正电离子交换网布朝向淡室。本发明的优点是可以有效提高对废酸的回收率，在回收过程中利用过滤性质的操作运行也可去除杂质；且本装置的运行成本相对低廉，而且更环保，更不会产生二次污染物。

Description

一种酸洗废酸的脱酸装置

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种酸洗废酸的脱酸装置。

技术背景

在轧钢、不锈钢、钢丝、焊条、金属表面处理、电子元件制造等过程都会产生的酸洗的废酸，其液体废弃物，被列入《国家危险废弃物名录》。根据其中所含化学成份的不同，酸洗废废酸分为盐酸酸洗废酸、硫酸酸洗废酸和混酸酸洗废酸三种。其中盐酸酸洗废酸含有盐酸，氯化亚铁等；硫酸酸洗废酸含有硫酸和硫酸亚铁等；混酸酸洗废酸含有盐酸、硫酸及相应的铁盐。

酸洗废酸处理工艺现状：

1、中和法

中和法是目前最普遍应用的酸洗废酸处置方法，常用的中和剂有石灰石、苏打、氢氧化钠、飞灰等。采用石灰中和+三效蒸发处置工艺，以石灰石为中和剂提高废酸的pH值，形成硫酸钙和金属氢氧化物的共沉淀，滤液经蒸发后达标排放。

石灰中和沉淀法的优点是工艺成熟、简单，出水含盐量低、水质较好；缺点是污泥量大，酸洗废酸中的金属难以回收，蒸发过程产生的废盐难以处置，所产生的二次固废综合利用难度大，对环境会产生二次污染，因此不是一种的很好的酸洗废酸处置方法。

2、化学转化法

酸洗废酸来源广泛，其中钢压延加工、金属表面处理及热处理加工行业所产生的酸洗废酸主要为盐酸废水和硫酸废水，废酸中的杂质主要为Fe2+、Fe3+，以及少量的锌、铜等其他重金属离子。直接处置此类废酸，不仅费用高、难度大，而且不能有效利用其中的金属资源。根据此类废无机酸的特性，将其用于制备絮凝剂，不仅降低了废酸的处置难度，还可以带来一定的经济效益。

絮凝剂是20世纪80年代出现的高分子无机絮凝剂，主要有铝系絮凝剂和铁系絮凝剂。水处理中最常用的铝系絮凝剂为聚合氯化铝和聚合硫酸铝。聚合氯化铝具有水解速度快、絮凝体密度大、适应pH值范围广、比表面积大、吸附能力强、处理成本低等特点，被广泛应用于水处理。

聚合氯化铝的制备原料主要有铝灰、煤矸石、铝土矿、高岭土及铝酸钙矿粉等，制备方法有热分解法、电解法、膜反应器法、酸溶法等，酸溶法是目前生产聚合氯化铝最常用的方法。以铝土矿为原料，采用酸溶法合成聚合氯化铝主要分为3个步骤，即浸出铝土矿、调节盐基度、不溶杂质及重金属的去除。

3、结晶法

结晶法主要包括浓缩结晶法和冷冻结晶法。浓缩结晶法通过蒸发酸组分析出盐晶体；冷冻结晶法利用无机盐在废酸中溶解度随温度下降而降低的特性，通过低温降低金属盐的溶解度，析出盐晶体，达到酸盐分离的目的。结晶法的优点是处理过程不需要消耗新酸，回收酸可直接用于耗酸工段；缺点是设备多、投资大、能耗高。该方法无论在环境效益还是技术可行性方面都具有明显优势。

4、喷雾烧结法

盐酸、硝酸等易挥发酸的再生可通过焙烧法实现。焙烧法是在高温条件下蒸发酸洗废酸，通过吸收塔回收酸，废酸液中的金属离子在高温条件下发生水解氧化反应生成金属氧化物，通过炉底的输送管道进入粉料仓，从而达到分离重金属、回收酸的目的。

焙烧工艺的主要设备包括焙烧反应炉、旋风分离器、预浓缩器、液滴分离器、洗涤塔等，其优点是酸再生效率高、再生酸浓度高，缺点是设施投资大、运营费用高、维修困难、技术难度大、能耗高、存在二次污染。以含铁废酸的处置为例，虽然实现了对酸的再生与回收，但产生的酸洗氧化铁利用价值不高。喷雾焙烧法在大型钢铁厂废酸再生过程应用较普遍，但不适用于对酸洗废酸的处理。

5、离子交换法

钢铁加工企业会产生大量的酸洗废酸，该类废液重金属离子浓度高，只要能降低重金属离子浓度，再生酸便可回到酸洗工段循环利用。目前，离子交换树脂是处理重金属废水最常用的技术。离子交换树脂主要由单体、交联剂和交换基团组成，其结构主要包括高分子骨架、离子交换基团和孔3个部分。离子交换树脂按孔型可分为大孔型树脂和凝胶型树脂。大孔型树脂的作用机理为分子间范德华力，能够吸附大分子有机物质；凝胶型树脂属于高分子构架，吸水膨胀，产生很多细孔，能够吸附无机离子。离子交换树脂为再生型材料，且对重金属离子的吸附效果好，因而凝胶型树脂普遍应用于重金属废水处理。

6、双极膜法

双极膜法是膜分离法的一种，适合于处理酸浓度较高的酸洗废酸。膜分离是利用膜对离子的高选择性将金属离子和酸分离的高效处理工艺，可以充分回收酸和金属盐。常见的膜技术有双极膜、微滤、超滤、电渗析、扩散渗析、陶瓷膜、反渗透和纳滤等。双极膜法工艺简单，投资成本低，回收率高，而且回收酸的纯度较高。然而，与其他几种膜相比，该方法运行成本较高，并且由于膜的材质问题，会出现质子穿透阴离子交换膜的现象，从而影响回收酸的浓度和电流效率。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提出了一种酸洗废酸的脱酸装置。

本发明通过下述技术方案得以实现的：

一种酸洗废酸的脱酸装置的特征为：采用电渗析选择性脱盐的方式进行脱酸，对酸与金属盐进行分离而脱酸。脱酸装置的核心部件为电渗析膜堆，膜堆包括阳电极、阳极膜、耐酸阴膜、复合阳膜、阴极膜、阴电极等部件。其中复合阳膜是由带正电离子交换网布、耐酸阳膜进行直接叠在一起形成，叠装膜堆时带正电离子交换网布这一面朝向淡室。其中阳电极采用钛涂铱钽板式电极，阴电极采用铜板电极，耐酸阴膜采用ASTOM公司的AHA阴膜，耐酸阳膜采用ASTOM公司CMB阳膜。

一种酸洗废酸的脱酸装置的带正电离子交换网布采用基布制备、功能层导入、后处理等过程。

一种酸洗废酸的脱酸装置的带正电离子交换网布的基布制备，是采用厚度为0.05-0.2毫米的氟改性丙稀酸树脂纤维纺织成布为原料布，采用辐照接枝的方法进行表面活化，再进行含浸苯乙稀反应，并在110-160℃的高温下进行聚合反应，形成基布。

一种酸洗废酸的脱酸装置的带正电离子交换网布的带正电合成，把基布泡入氯甲醚中并添加10-100mg/L的氯化亚锡，反应温度为50-60℃，反应时间为10-15小时后再泡入浓度为1.0-15％均苯三甲胺溶液1-2小时，形成带正电功能团。

一种酸洗废酸的脱酸装置的带正电离子交换网布的后处理，把已经形成带正电功能团的带正电离子交换网布先浸泡在10％的氢氧化钠溶液中2-8小时，再用水清洗3-5次。再泡入浓度为3-5％的盐酸溶液10-15小时，后再泡入10-15％的甲醇溶液1-2小时，后处理完成。

一种酸洗废酸的脱酸装置的按照阳电极、阳极室、阳极膜、浓室、耐酸阴膜、淡室、带正电离子交换网布、耐酸阳膜、浓室、耐酸阴膜······淡室、带正电离子交换网布、阴极膜、阴极室、阴电极的次序进行叠装。淡室的进口进含铁废酸，出口为残留废酸，浓室进口为水出口为回收酸。

一种酸洗废酸的脱酸装置的运行条件为：膜面流速为0.1-0.5cm/s，运行温度为5-10℃，每对膜的操作电压为0.05-0.1V，电流密度为100-800A/m²。

有益效果：通过本装置的运行，可以有效提高对废酸的回收率，在回收过程中利用过滤性质的操作运行也可去除杂质；相对于传统的回收方法，本装置的运行成本相对低廉，而且更环保。在运行过程中，不再添加化学药剂，更不会产生二次污染物。

附图说明

图1本发明装置的结构示意图

1、阳电极；2、阳极室；3、阳极膜；4、浓室；5、耐酸阴膜；6、淡室；7、带正电离子交换网布；8、耐酸阳膜；9、阴极膜；10、阴极室；11、阴电极；12、含铁废酸；13、水；14、残留废酸；15、回收酸。

具体实施方式

下面结合附图1，对本发明的实施作具体说明：

实施例1

一种酸洗废酸的脱酸装置，包括电渗析膜堆，其中电渗析膜堆膜堆中依次包括阳电极1、阳极膜3、耐酸阴膜5、复合阳膜、阴极膜9、阴电极11；其中复合阳膜是由带正电离子交换网布7与耐酸阳膜8直接叠合一起形成；阳电极1与阳极膜3之间形成阳极室2；阳极膜3与耐酸阴膜5之间形成浓室4；耐酸阴膜5与带正电离子交换网布7之间形成淡室6；阴极膜9与阴电极11之间形成阴极室10；复合阳膜中带正电离子交换网布7朝向淡室6。

带正电离子交换网布7用厚度为0.1毫米的氟改性丙稀酸树脂纤维纺织成布为原料布，采用辐照接枝的方法进行表面活化，再进行含浸苯乙稀反应，并在140℃的高温下进行聚合反应，形成基布。把基布泡入氯甲醚中并添加30mg/L的氯化亚锡，反应温度为55℃，反应时间为12小时后再泡入浓度为2.5％均苯三甲胺溶液1.5小时，形成带正电功能团。把已经形成带正电功能团的带正电离子交换网布7先浸泡在10％的氢氧化钠溶液中5小时，再用水清洗5次。再泡入浓度为4％的盐酸溶液12小时，后再泡入10％的甲醇溶液1.5小时，后处理完成。

按照阳电极1、阳极室2、阳极膜3、浓室4、耐酸阴膜5、淡室6、带正电离子交换网布7、耐酸阳膜8、浓室4、耐酸阴膜5……淡室6、带正电离子交换网布7、阴极膜9、阴极室10、阴电极11的次序进行叠装。其中阳电极1采用钛涂铱钽板式电极，阴电极11采用铜板电极，耐酸阴膜采用ASTOM公司的AHA阴膜，耐酸阳膜采用ASTOM公司CMB阳膜。组装膜尺寸为550*1100mm的100组。淡室6的进口进含硫酸亚铁浓度为25g/L硫酸浓度为100g/L的废酸12，浓室4进口为水。经处理后的废酸12变成残留废酸14排出，最终回收酸15可以通过管路排出回收。

运行条件设置为膜面流速为0.3cm/s，运行温度为8℃，每对膜的操作电压为0.05V，电流密度为150A/m2。经以上处理过程后，可使酸回收率达82％，回收酸中的杂质去除率达95％。

实施例2

一种酸洗废酸的脱酸装置，包括电渗析膜堆，其中电渗析膜堆膜堆中依次包括阳电极1、阳极膜3、耐酸阴膜5、复合阳膜、阴极膜9、阴电极11；其中复合阳膜是由带正电离子交换网布7与耐酸阳膜8直接叠合一起形成；阳电极1与阳极膜3之间形成阳极室2；阳极膜3与耐酸阴膜5之间形成浓室4；耐酸阴膜5与带正电离子交换网布7之间形成淡室6；阴极膜9与阴电极11之间形成阴极室10；复合阳膜中带正电离子交换网布7朝向淡室6。采用厚度为0.2毫米的氟改性丙稀酸树脂纤维纺织成布为原料布，采用辐照接枝的方法进行表面活化，再进行含浸苯乙稀反应，并在130℃的高温下进行聚合反应，形成基布。把基布泡入氯甲醚中并添加30mg/L的氯化亚锡，反应温度为58℃，反应时间为15小时后再泡入浓度为3％均苯三甲胺溶液2小时，形成带正电功能团。把已经形成带正电功能团的带正电离子交换网布7先浸泡在10％的氢氧化钠溶液中6小时，再用水清洗5次。再泡入浓度为5％的盐酸溶液15小时，后再泡入10％的甲醇溶液2小时，后处理完成。

按照阳电极1、阳极室2、阳极膜3、浓室4、耐酸阴膜5、淡室6、带正电离子交换网布7、耐酸阳膜8、浓室4、耐酸阴膜5……淡室6、带正电离子交换网布7、阴极膜9、阴极室10、阴电极11的次序进行叠装。其中阳电极1采用钛涂铱钽板式电极，阴电极11采用铜板电极，耐酸阴膜采用ASTOM公司的AHA阴膜，耐酸阳膜采用ASTOM公司CMB阳膜。组装膜尺寸为550*1100mm的100组。淡室6的进口进含硫酸亚铁浓度为25g/L硫酸浓度为100g/L的废酸12，浓室4进口为水。

运行条件设置为膜面流速为0.5cm/s，运行温度为10℃，每对膜的操作电压为0.08V，电流密度为200A/m2。经以上处理过程后，可使酸回收率达85％，回收酸中的杂质去除率达90％。

实施例3

膜组器的组装及所有配件与实施例2相同。

淡室6的进口进含硫酸亚铁浓度为100g/L硫酸浓度为150g/L的废酸12，浓室4进口为水。

运行条件设置为膜面流速为0.3cm/s，运行温度为10℃，每对膜的操作电压为0.05V，电流密度为250A/m2。经以上处理过程后，可使酸回收率达75％，回收酸中的杂质去除率达85％。

Claims (6)

1.一种酸洗废酸的脱酸装置，包括电渗析膜堆，其特征在于，电渗析膜堆膜堆中依次包括阳电极(1)、阳极膜(3)、耐酸阴膜(5)、复合阳膜、阴极膜(9)、阴电极(11)；

其中复合阳膜是由带正电离子交换网布(7)与耐酸阳膜(8)直接叠合一起形成；阳电极(1)与阳极膜(3)之间形成阳极室(2)；阳极膜(3)与耐酸阴膜(5)之间形成浓室(4)；耐酸阴膜(5)与带正电离子交换网布(7)之间形成淡室(6)；阴极膜(9)与阴电极(11)之间形成阴极室(10)；

复合阳膜中带正电离子交换网布(7)朝向淡室(6)。

2.根据权利要求1所述的一种酸洗废酸的脱酸装置，其特征在于，阳电极(1)采用钛涂铱钽板式电极，阴电极(11)采用铜板电极。

3.根据权利要求1所述的一种酸洗废酸的脱酸装置，其特征在于，耐酸阴膜采用ASTOM公司的AHA阴膜，耐酸阳膜采用ASTOM公司CMB阳膜。

4.根据权利要求1所述的一种酸洗废酸的脱酸装置，其特征在于，带正电离子交换网布(7)是按下述步骤制备的：

(1)带正电离子交换网布(7)的基布制备，采用厚度为0.05-0.2毫米的氟改性丙稀酸树脂纤维纺织成布为原料布，采用辐照接枝的方法进行表面活化，再进行含浸苯乙稀反应，并在110-160℃的高温下进行聚合反应，形成基布；

(2)把基布泡入氯甲醚中，并添加10-100mg/L的氯化亚锡，反应温度为50-60℃，反应时间为10-15小时后再泡入浓度为1.0-15％均苯三甲胺溶液1-2小时，形成带正电功能团；

(3)把步骤(2)中经处理的基面浸泡在10％的氢氧化钠溶液中2-8小时，再用水清洗，再泡入浓度为3-5％的盐酸溶液10-15小时，后再泡入10-15％的甲醇溶液1-2小时，后处理完成得到。

5.根据权利要求1所述的一种酸洗废酸的脱酸装置，其特征在于，淡室(6)的进口进含铁废酸(12)，淡室(6)出口为残留废酸(14)，浓室(4)进口为水(13)出口为回收酸(4)。

6.根据权利要求1所述的一种酸洗废酸的脱酸装置，其特征在于，装置运行条件为：膜面流速为0.1-0.5cm/s，运行温度为5-10℃，每对膜的操作电压为0.05-0.1V，电流密度为100-800A/m²。

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