CN214457374U

CN214457374U - 一种含铜铬钝化废水资源化处理及回用系统

Info

Publication number: CN214457374U
Application number: CN202022899974.1U
Authority: CN
Inventors: 罗嘉豪; 董全宇; 王伟; 廖翔; 蒋士龙; 宗盼盼; 庞毓旻; 赵浩竹
Original assignee: China Electronics System Engineering No2 Construction Co ltd
Current assignee: China Electronics System Engineering No2 Construction Co ltd
Priority date: 2020-12-07
Filing date: 2020-12-07
Publication date: 2021-10-22
Anticipated expiration: 2030-12-07

Abstract

本实用新型提供了一种含铜铬钝化废水资源化处理及回用系统，其能实现含铜铬钝化废水中Cu²⁺、Cr⁶⁺的分离，同步实现铜、铬资源的回收与水资源的回用。其包括调节池，调节池顺次连接有多介质过滤器、铜离子捕捉器、收集池一、铬浓缩器、废水回用系统，铜离子捕捉器还顺次连接有收集池三、含铜废液提浓装置，含铜废液提浓装置分别与旋流电解器、收集池二连接，旋流电解器与调节池连接。

Description

一种含铜铬钝化废水资源化处理及回用系统

技术领域

本实用新型涉及污水处理技术领域，具体为一种含铜铬钝化废水资源化处理及回用系统。

背景技术

在铜箔生产过程中，为提高其耐腐蚀性，铜箔需进行酸洗钝化处理。在酸洗钝化过程中，会产生呈酸性且含有大量Cu²⁺、Cr⁶⁺的钝化废水。Cu²⁺、Cr⁶⁺均属于会对人体产生危害的重金属污染物，极易被人体吸收，严重损害人体健康，必须对其进行有效处理。

钝化废水具有腐蚀性强、色度高、毒性大等特点，处理难度较大。目前，含有铜铬的重金属废水的主要方法有化学沉淀法、电解法、膜分离法、离子交换法。以化学沉淀法处理含Cu²⁺、Cr⁶⁺废水时，先使用还原性物质（FeSO₄、Na₂SO₃、Na₂S₂O₃）将Cr⁶⁺还原为Cr³⁺，而后通过调节pH（pH=9左右）并加入混凝药剂进行沉淀处理。该方法消耗大量药剂、无法回收重金属、产生大量危险废物，处理成本高，处理效率低。以电解法处理含Cu²⁺、Cr⁶⁺废水时，虽然可以回收部分单质铜，但会产生大量作为危险废物的污泥，处置费用高昂。以膜分离法处理含Cu²⁺、Cr⁶⁺废水时，亦需先将Cr⁶⁺还原为Cr³⁺以减轻具有强氧化性的Cr⁶⁺对膜材料的腐蚀与破坏，同样消耗大量药剂，破坏了废水的可回用性。而离子交换法兼有吸附选择性及浓缩富集功能，通过再生可以获得浓度高、杂质低的再生液，在含Cu²⁺、Cr⁶⁺废水的处理及资源回收方面有较多应用，是目前的研究热点之一。

实用新型内容

针对现有工艺不足，本实用新型提供了一种含铜铬钝化废水资源化处理及回用系统，其能实现含铜铬钝化废水中Cu²⁺、Cr⁶⁺的分离，同步实现铜、铬资源的回收与水资源的回用。

其技术方案是这样的：一种含铜铬钝化废水资源化处理及回用系统，其包括调节池，调节池顺次连接有多介质过滤器、铜离子捕捉器、收集池一、铬浓缩器、废水回用系统，铜离子捕捉器还顺次连接有收集池三、含铜废液提浓装置，含铜废液提浓装置分别与旋流电解器、收集池二连接，旋流电解器与调节池连接。

优选的，废水回用系统包括收集池二、RO装置一、中间水池、混床式离子交换器。

优选的，铜离子捕捉器内填充有阳离子交换树脂。

优选的，含铜废液提浓装置包括第一级RO装置和第二级RO装置，第一级RO装置与旋流电解器、第二级RO装置连接，第二级RO装置与收集池二连接。

优选的，第一级RO装置的回收率为70~85%，第二级RO装置的回收率为85~90%。

优选的，RO装置一的回收率为75~80%。

优选的，旋流电解器阴极为纯钛材料、阳极为钛铜复合材料。

优选的，调节池通过提升泵一与多介质过滤器连接；收集池一通过提升泵二与铬浓缩器连接；收集池二通过高压泵与RO装置一连接；中间水池通过提升泵三与混床式离子交换器连接；铜离子捕捉器通过输送泵与收集池三连接；收集池三通过提升泵四与含铜废液提浓装置连接。

本实用新型提供的一种含铜铬钝化废水资源化处理及回用系统，包括以下步骤：步骤一，收集含铜铬钝化废水进入调节池；

步骤二，除铜；调节池中的废水进入铜离子捕捉器中，所述铜离子捕捉器中填充有阳离子交换树脂，铜离子捕捉器出水进入收集池一；

步骤三，铬酸回收；收集池一中的水进入六价铬浓缩器进行蒸发浓缩处理；六价铬浓缩器为真空蒸发器；浓缩液中Cr⁶⁺浓缩至20~50 g/L排出，作为铬酸、硫酸混合酸回用至生产线，冷凝水进入收集池二后进入废水回用系统进行回用处理；

步骤四，清洗；步骤二中铜离子捕捉器出水Cu²⁺>0.5 mg/L时停止运行，进行清洗再生处理；铜离子捕捉器停止运行后，通入纯水进行清洗，清洗液Cr⁶⁺<100 mg/L时停止清洗，开始再生，清洗液进入收集池一；

步骤五，再生；铜离子捕捉器停止清洗后，通入硫酸溶液进行再生，再生液Cu²⁺<300mg/L时停止再生，铜离子捕捉器再次开始工作，再生液进入收集池三；

步骤六，铜浓缩；收集池三中的含铜废液进入含铜废液提浓装置进行浓缩处理，含铜废液提浓装置为二级RO装置，一级RO回收率为70~85%，其产水进入二级RO，其浓水作为含铜废液提浓装置浓水进入高效旋流电解器进行电解处理；二级RO回收率85~90%，其产水作为含铜废液提浓装置产水进入收集池二，其浓水回流至收集池三；

步骤七，铜电解；将一级RO浓水作为电解液，通过旋流电解器对其进行电解并对产生的铜单质进行回收，电解液中Cu²⁺<500 mg/L时将其排入调节池。

优选的，步骤一中，调节池与多介质过滤器连接。

优选的，步骤五中，通入硫酸溶液对阳离子交换树脂进行浸泡，浸泡液进入收集池三。

优选的，多介质过滤器出水以8~15 BV/h的流速进入铜离子捕捉器。

优选的，步骤四中纯水以8~15 BV/h的流速通入铜离子捕捉器中。

优选的，步骤五中硫酸以4~10 BV/h的流速通入铜离子捕捉器中。

优选的，高效旋流电解器阴极为纯钛材料、阳极为钛铜复合材料。

采用这样的系统对含铜铬钝化废水进行处理带来的有益效果为：（1）在不改变Cu² ⁺、Cr⁶⁺价态、不添加任何化学药剂的条件下实现含铜铬钝化废水中Cu²⁺、Cr⁶⁺的分离，使废水维持良好的可回用性。通过离子交换+蒸发浓缩的组合工艺回收包含高纯度铬酸、硫酸的混合酸，通过离子交换+反渗透浓缩+电解的组合工艺回收高纯度单质铜。同步实现铜、铬资源的回收利用，为企业创造巨大经济效益；

（2）通过“清洗+再生+浸泡”组合阳离子交换树脂再生工艺，使具有强氧化性的Cr⁶⁺对离子交换树脂产生的影响降到最低。在保证处理效果的同时大幅延长树脂的使用寿命，降低树脂的更换频率，进而降低整体工艺的运行成本；

（3）对经蒸发浓缩产生的冷凝水进行回用处理，使其水质满足回用至生产线的标准，使废水中所有物质均得以回用；同步实现污染物回收与水资源回用，大幅减轻厂商的排污压力与经济负担。

附图说明

图1为含铜铬钝化废水资源化处理及回用系统框图；

图2为含铜铬钝化废水资源化处理及回用系统流程图。

具体实施方式

如图1、图2所示的一种含铜铬钝化废水资源化处理及回用系统，其包括顺次连接的调节池1、提升泵一13、多介质过滤器2、铜离子捕捉器3、收集池一4、提升泵二14、铬浓缩器5、收集池二6、高压泵15、RO装置一7（反渗透装置）、中间水池8、提升泵三16、混床式离子交换器9，铜离子捕捉器3内填充有阳离子交换树脂，RO装置一7的回收率为75~80%，铜离子捕捉器3还顺次连接有输送泵17、收集池三10、提升泵四18、含铜废液提浓装置11，含铜废液提浓装置11为二级RO装置具体包括第一级RO装置和第二级RO装置，第一级RO装置与旋流电解器12、第二级RO装置连接，第二级RO装置与收集池二6连接，其中，第一级RO装置的回收率为70~85%，第二级RO装置的回收率为85~90%；旋流电解器12与调节池1连接，旋流电解器12阴极为纯钛材料、阳极为钛铜复合材料。

本系统的工作流程为：含铜铬钝化废水产生于铜箔生产过程中的酸洗钝化工段，其主要污染物为Cu²⁺、Cr⁶⁺，并含有少量悬浮物。其从生产机台排出后进入调节池1使水质均匀，而后废水经提升泵一13进入多介质过滤器2，多介质过滤器2用于去除废水中少量悬浮物，可以采用市场上常见的设备，其内部可以为优质均粒砾石、石英砂、磁铁矿、无烟煤等滤料，多介质过滤器2出水进入铜离子捕捉器3，铜离子捕捉器3内部填充有用于捕捉铜离子的阳离子交换树脂，废水中的Cu²⁺通过离子交换作用被去除，而以CrO₄ ^2-、Cr₂O₇ ^2-形式存在于废水中的Cr⁶⁺则通过离子间的静电引力被Cu²⁺吸附于树脂表面。铜离子捕捉器3出水进入收集池一4，出水Cu²⁺>0.5 mg/L时停止运行，进行再生处理。

铜离子捕捉器3停止运行后，以8~15 BV/h的流速通入纯水进行清洗，附着于树脂表面的CrO₄ ^2-、Cr₂O₇ ^2-随清洗液排出，而Cu²⁺仍存留在树脂表面，在不改变Cu²⁺、Cr⁶⁺价态的条件下实现Cu²⁺、Cr⁶⁺的分离。清洗液Cr⁶⁺<100 mg/L时停止清洗，开始再生，清洗液进入收集池一4，铜离子捕捉器3停止清洗后，以4~10 BV/h的流速通入质量分数10%的H₂SO₄溶液进行再生，再生液Cu²⁺<300 mg/L时停止再生，再生废液量1.3~1.6 BV。而后以1.1~1.3 BV质量分数10%的H₂SO₄溶液浸泡捕捉器中的阳离子交换树脂，浸泡时间1~4 h。而后排出浸泡液，铜离子捕捉器3再次开始工作，再生液、浸泡液进入收集池三10。

收集池三10中的含铜废液经提升泵四18进入含铜废液提浓装置11进行浓缩处理，含铜废液提浓装置11为耐腐蚀、抗污染的特种浓缩分离专用二级RO装置，其中第一级RO装置回收率为70~85%，其产水进入第二级RO装置，其浓水作为含铜废液提浓装置11浓水进入旋流电解器12进行电解处理。第二级RO装置回收率85~90%，其产水作为含铜废液提浓装置11产水进入收集池二6，其浓水回流至收集池三10，其中旋流电解器12为常见的装置，其结构可以类似于公开号为CN109853002A的专利文件中记载的结构。进入旋流电解器12的浓水作为电解液，在其内部高速循环流动，旋流电解器12阴极为纯钛材料、阳极为钛铜复合材料，根据电解液中初始铜浓度和电解器电流大小确定累积电解时间，电解产生的铜单质附着在阴极，待铜单质增长到25~30 kg取出。电解液中Cu²⁺<500 mg/L时将其排入调节池1。

收集池一4中的含铬废液经提升泵二14进入铬浓缩器5进行蒸发浓缩处理，铬浓缩器5为传热效率高且耐腐蚀的真空蒸发器，真空蒸发器是市场上常见装置可以直接从市场上采购得到，浓缩液中Cr⁶⁺浓缩至20~50 g/L排出，作为高纯度混合酸（铬酸、硫酸）回用至生产线，冷凝液进入废水回用系统进行回用处理。

废水回用系统包括RO装置一7与混床式离子交换器9。其中，混床式离子交换器9就是阳、阴两种离子交换树脂，互相充分地混合在一个离子交换器内，同时进行阳、阴离子交换的设备，浓缩器5冷凝液经高压泵15进入RO装置一7，其回收率为75~80%，RO产水进入中间水池8，而后经提升泵三16进入混床式离子交换器9，进一步去除水中离子。混床式离子交换器9出水EC<1μS/cm，可直接回用于生产线。

以上，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本实用新型所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种含铜铬钝化废水资源化处理及回用系统，其包括调节池，其特征在于：所述调节池顺次连接有多介质过滤器、铜离子捕捉器、收集池一、铬浓缩器、废水回用系统，所述铜离子捕捉器还顺次连接有收集池三、含铜废液提浓装置，所述含铜废液提浓装置分别与旋流电解器、所述收集池二连接，所述旋流电解器与所述调节池连接。

2.根据权利要求1所述的一种含铜铬钝化废水资源化处理及回用系统，其特征在于：所述废水回用系统包括收集池二、RO装置一、中间水池、混床式离子交换器。

3.根据权利要求1或2所述的一种含铜铬钝化废水资源化处理及回用系统，其特征在于：所述铜离子捕捉器内填充有阳离子交换树脂。

4.根据权利要求1或2所述的一种含铜铬钝化废水资源化处理及回用系统，其特征在于：所述含铜废液提浓装置包括第一级RO装置和第二级RO装置，所述第一级RO装置与所述旋流电解器、所述第二级RO装置连接，所述第二级RO装置与所述收集池二连接。

5.根据权利要求4所述的一种含铜铬钝化废水资源化处理及回用系统，其特征在于：所述第一级RO装置的回收率为70~85%，所述第二级RO装置的回收率为85~90%。

6.根据权利要求2所述的一种含铜铬钝化废水资源化处理及回用系统，其特征在于：所述RO装置一的回收率为75~80%。

7.根据权利要求1或2所述的一种含铜铬钝化废水资源化处理及回用系统，其特征在于：所述旋流电解器阴极为纯钛材料、阳极为钛铜复合材料。

8.根据权利要求2所述的一种含铜铬钝化废水资源化处理及回用系统，其特征在于：所述调节池通过提升泵一与所述多介质过滤器连接；所述收集池一通过提升泵二与所述铬浓缩器连接；所述收集池二通过高压泵与所述RO装置一连接；所述中间水池通过提升泵三与所述混床式离子交换器连接；所述铜离子捕捉器通过输送泵与所述收集池三连接；所述收集池三通过提升泵四与所述含铜废液提浓装置连接。