申請日2016.05.06

　　公開(公告)日2016.07.06

　　IPC分類號C02F9/06; C25C1/06; C25C7/00; C25B1/00; C25B9/08; C02F101/20

　　摘要

　　一種碳化硅酸洗廢水資源化處理工藝，主要是采用“單膜電滲析+沉淀+過濾”作為酸洗廢水資源化技術(shù)的工藝路線。在沒有引入額外的化學(xué)藥劑的前提下，可有效地實(shí)現(xiàn)硫酸酸洗廢水中酸與金屬離子的分離，以保證硫酸酸洗廢水中鐵含量由500mg/L下降到10mg/L以下，鐵回收率高達(dá)90%以上，酸的回收率在99%以上。本處理工藝沒有新引進(jìn)其他任何雜質(zhì)，只需要在每升硫酸酸洗回收液中添加3g的98%的濃硫酸，使硫酸酸洗回收液補(bǔ)充到3%的酸度，即可實(shí)現(xiàn)廢水回用。同時，該處理工藝產(chǎn)生的全部是金屬鐵的單質(zhì)和/或化合物，從而，可實(shí)現(xiàn)零排放，保證清潔生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)廢水和鐵的資源化回收利用，產(chǎn)生很好的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種碳化硅酸洗廢水資源化處理工藝，其特征在于，采用單膜電滲析+沉淀+過濾的工藝流程，采用單膜電滲析設(shè)備作為碳化硅酸洗廢水資源化處理工藝的核心技術(shù)設(shè)備，其工藝流程包括如下工藝步驟：

　　(a)將碳化硅微粉生產(chǎn)中所產(chǎn)生的含有Fe2+、Fe3+鐵離子的硫酸酸洗廢水注入調(diào)節(jié)池中;

　　(b)然后，用耐酸泵將調(diào)節(jié)池中的硫酸酸洗廢水提升至單膜電滲析設(shè)備的陰極室，調(diào)節(jié)電滲析設(shè)備的運(yùn)行電壓為30V～44V之間、酸洗廢水在陰極室的停留時間為1.5h～2.5h之間以及進(jìn)水的鐵離子濃度為100mg/L～700mg/L之間;使單膜電滲析設(shè)備陰極室中的SO42-陰離子在電場力的作用下通過陰、陽極室間的陰離子交換膜遷移到陽極室，與此同時，陰極室中的H+、Fe3+和Fe2+陽離子發(fā)生電解，鐵離子和OH-相結(jié)合，析出單質(zhì)鐵和形成鐵的氫氧化物顆粒物，陰極室pH值升高，廢水在流經(jīng)導(dǎo)流板后排出陰極室;

　　(c)廢水從陰極室排出后，經(jīng)過沉淀池和活性炭過濾裝置去除鐵系顆粒物;其中，沉淀池底部設(shè)置排泥裝置用于鐵系顆粒物的回收，活性炭過濾裝置設(shè)置反沖洗系統(tǒng)以保證過濾系統(tǒng)的處理效率，同時進(jìn)行鐵的回收，實(shí)現(xiàn)鐵的資源化利用，廢水從活性炭過濾裝置出來后，酸洗廢水中的Fe2+、Fe3+鐵離子濃度下降至進(jìn)水的10%以下，鐵的回收率在90%以上;

　　(d)而后，廢水進(jìn)入陽極室，發(fā)生進(jìn)一步電解，OH-電解成O2，陽極室的pH值下降，陰極室的SO42-通過設(shè)置在陰極室及陽極室中間的陰離子交換膜遷移至陽極室，酸根離子在該陰離子交換膜作用下在陽極室濃縮，實(shí)現(xiàn)硫酸溶液的再生，成為硫酸酸洗回收液;

　　(e)最終，將硫酸酸洗回收液流入回用池，實(shí)現(xiàn)硫酸酸液的回收，并在每升硫酸酸洗回收液水中再加入3g的98%的濃硫酸后，可直接用于碳化硅酸洗工藝，從而實(shí)現(xiàn)廢水回用。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅酸洗廢水資源化處理工藝，其特征在于，所述單膜電滲析設(shè)備是在陰極室(2)和陽極室(15)之間設(shè)置陰離子交換膜(10)，在陰離子交換膜(10)兩側(cè)設(shè)置左U型密封墊(9)及右U型密封墊(16)，使陰極室(2)和陽極室(15)及陰離子交換膜(10)之間呈密封狀，在陰極室(2)中設(shè)置陰極板(8)作為陰電極，在陰極板(8)和陰離子交換膜(10)之間設(shè)置使酸洗廢水在陰極室(2)內(nèi)的停留時間均一且讓電滲析反應(yīng)充分進(jìn)行的導(dǎo)流板(6)，在陽極室(15)中設(shè)置陽極板(13)作為陽電極，于陽極板(13)及陰離子交換膜(10)之間設(shè)置帶孔膜支撐板(12)，用于支撐固定陰離子交換膜(10)，通過陰極板(8)和陽極板(13)上設(shè)置的陰極金屬接線柱(5)及陽極金屬接線柱(14)接直流電源，于陰極室(2)及陽極室(15)外側(cè)設(shè)置左外固定板(17)及右外固定板(11)，并通過緊固件(1)將左外固定板(17)及右外固定板(11)，陰極室(2)、陽極室(15)、陰離子交換膜(10)、左U型密封墊(9)及右U型密封墊(16)夾緊連接在一起。

　　說明書

　　碳化硅酸洗廢水資源化處理工藝

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及一種酸洗廢水處理工藝，特別是碳化硅酸洗廢水資源化處理工藝，它適用于碳化硅行業(yè)的酸洗廢水資源化回收利用。

　　背景技術(shù)

　　碳化硅是耐材、磨料和光伏行業(yè)的基礎(chǔ)原材料，我國現(xiàn)有碳化硅企業(yè)500多家。碳化硅微粉生產(chǎn)過程中，需要利用硫酸溶液去除碳化硅微粉中的鐵雜質(zhì)，該過程中產(chǎn)生大量的酸洗廢水。酸洗廢水的主要污染物是以硫酸為主的廢酸及各種鐵離子(Fe2+、Fe3+)等。pH值在2左右，鐵離子濃度在50~500mg/L之間。

　　如果該酸洗廢水處理不當(dāng)，會造成的危害有：1、會腐蝕下水管道和鋼筋混凝土構(gòu)筑物等。2、會阻礙水生生物的生長繁殖。3、廢水滲入土壤，時間長了會造成土質(zhì)鈣化，破壞土層松散狀態(tài)，影響農(nóng)作物生長。4、廢水中的鐵離子，會在生物體內(nèi)富集，對生物和人類健康產(chǎn)生危害。

　　現(xiàn)有碳化硅企業(yè)的酸洗廢水，大部分使用中和沉淀工藝，其基本反應(yīng)是：H++OH-→H2O，使廢水pH值升高到7~8之間;同時發(fā)生：Fe2++2OH-→Fe(OH)2↓，F(xiàn)e2+成為Fe(OH)2通過沉淀而除去，實(shí)現(xiàn)廢水的達(dá)標(biāo)排放。

　　傳統(tǒng)工藝的主要缺點(diǎn)有：①需要消耗大量的中和藥劑氧化鈣或燒堿，外加電費(fèi)人工等，處理成本高達(dá)5元/噸水左右;②廢水只能達(dá)標(biāo)排放，廢水的鹽含量過高，不能實(shí)現(xiàn)回用，造成水資源的大量浪費(fèi);③廢水處理過程中產(chǎn)生的大量廢渣，主要成分是硫酸鈣和氫氧化鐵，各種有效成分分離難度太大，大部分都進(jìn)行了土地填埋，浪費(fèi)大量的土地資源。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的在于提供一種碳化硅酸洗廢水資源化處理工藝，它能夠克服己有技術(shù)的不足，在沒有引入額外的化學(xué)藥劑的前提下，可有效地實(shí)現(xiàn)硫酸酸洗廢水中酸與金屬離子的分離，并且在除去酸洗過程產(chǎn)生的金屬離子(鐵離子)雜質(zhì)后，沒有新引進(jìn)其他任何雜質(zhì)，可有效地進(jìn)行水資源的回用。同時，該處理工藝過程中產(chǎn)生的固體廢棄物全部是金屬鐵的單質(zhì)和/或化合物，后續(xù)很方便實(shí)現(xiàn)鐵的資源化和硫酸酸洗廢水零排放的目標(biāo)。

　　本發(fā)明采用單膜電滲析設(shè)備作為碳化硅酸洗廢水資源化處理工藝的核心技術(shù)設(shè)備，所述的單膜電滲析設(shè)備是在陰極室和陽極室之間設(shè)置陰離子交換膜，在陰離子交換膜兩側(cè)設(shè)置U型密封墊，使陰極室和陽極室及陰離子交換膜之間呈密封狀，在陰極室中設(shè)置陰極板作為陰電極，在陰極板和陰離子交換膜之間設(shè)置使酸洗廢水在陰極室內(nèi)的停留時間均一且讓電滲析反應(yīng)充分進(jìn)行的導(dǎo)流板，在陽極室中設(shè)置陽極板作為陽電極，于陽極板與陰離子交換膜之間設(shè)置帶孔膜支撐板，用于支撐固定陰離子交換膜，通過陰極板和陽極板上設(shè)置的陰、陽極金屬接線柱接直流電源，于陰、陽極室兩外側(cè)設(shè)置左、右外固定板，并通過緊固件將左、右外固定板、陰極室、陽極室、陰離子交換膜、U型密封墊夾緊連接在一起。

　　本發(fā)明在具體實(shí)現(xiàn)過程中，考慮到各個反應(yīng)器的具體停留時間、進(jìn)水離子濃度和運(yùn)行電壓會嚴(yán)重影響整個系統(tǒng)的運(yùn)行效果和回用水質(zhì)，對這些參數(shù)進(jìn)行了充分的研究，并探究了停留時間、運(yùn)行電壓和進(jìn)水鐵離子濃度與鐵和酸回收率之間的關(guān)系，最終確定陰極室停留時間的范圍選取1.5h～2.5h之間，運(yùn)行電壓的范圍選取30V～44V之間，進(jìn)水鐵離子濃度的研究范圍選取100mg/L～700mg/L之間;

　　本發(fā)明采用“單膜電滲析+沉淀+過濾”的工藝流程。主要包括以下工藝步驟：

　　(a)將碳化硅微粉生產(chǎn)中所產(chǎn)生的含有鐵離子(Fe2+、Fe3+)的硫酸酸洗廢水注入調(diào)節(jié)池中;

　　(b)然后，用耐酸泵將調(diào)節(jié)池中的硫酸酸洗廢水提升至單膜電滲析設(shè)備的陰極室，調(diào)節(jié)電滲析設(shè)備的運(yùn)行電壓為30V～44V之間、酸洗廢水在陰極室的停留時間為1.5h～2.5h之間以及進(jìn)水的鐵離子濃度為100mg/L～700mg/L之間;使單膜電滲析設(shè)備陰極室中的SO42-陰離子在電場力的作用下，通過陰、陽極室間的陰離子交換膜遷移到陽極室，與此同時，陰極室中的H+、Fe3+和Fe2+陽離子發(fā)生電解，鐵離子和OH-相結(jié)合，析出單質(zhì)鐵和形成鐵的氫氧化物顆粒物，陰極室pH值升高，廢水在流經(jīng)導(dǎo)流板后排出陰極室;

　　(c)廢水從陰極室排出后，經(jīng)過沉淀池和活性炭過濾裝置去除鐵系顆粒物;其中，沉淀池底部設(shè)置排泥裝置用于鐵系顆粒物的回收，活性炭過濾裝置設(shè)置反沖洗系統(tǒng)以保證過濾系統(tǒng)的處理效率，同時進(jìn)行鐵的回收，實(shí)現(xiàn)鐵的資源化利用;廢水從活性炭過濾裝置出來后，酸洗廢水中的鐵離子(Fe2+、Fe3+)濃度下降至進(jìn)水的10%以下，鐵的回收率在90%以上;

　　(d)而后，廢水進(jìn)入陽極室，發(fā)生進(jìn)一步電解，OH-電解成O2，陽極室的pH值下降，陰極室的SO42-通過設(shè)置在陰極室及陽極室中間的陰離子交換膜遷移至陽極室，酸根離子在該陰離子交換膜作用下在陽極室濃縮，實(shí)現(xiàn)硫酸溶液的再生，成為硫酸酸洗回收液;

　　(e)最終，將硫酸酸洗回收液流入回用池，實(shí)現(xiàn)硫酸酸液的回收。并在每升硫酸酸洗回收液水中再加入3g的98%的濃硫酸后，可直接用于碳化硅酸洗工藝，從而實(shí)現(xiàn)廢水回用。

　　本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果：

　　1、本發(fā)明處理工藝過程中，在沒有引入額外的化學(xué)藥劑的前提下，實(shí)現(xiàn)了硫酸酸洗廢水中酸與鐵金屬離子的分離，使用該處理工藝可以保證硫酸酸洗廢水中鐵含量由500mg/L下降到10mg/L以下，鐵回收率高達(dá)90%以上，酸的回收率在99%以上。

　　2、本發(fā)明處理工藝中產(chǎn)生的酸液，是在該處理工藝酸洗時產(chǎn)生的廢液基礎(chǔ)上，除去酸洗過程產(chǎn)生的鐵離子雜質(zhì)后，沒有新引進(jìn)其他任何雜質(zhì)，只需要在每升硫酸酸洗回收液中添加3g的98%的濃硫酸，使硫酸酸洗回收液補(bǔ)充到3%的酸度，完全符合碳化硅酸洗工藝段的硫酸酸洗溶液要求，從而實(shí)現(xiàn)硫酸酸洗廢水的回用。

　　3、該處理工藝過程中產(chǎn)生的固體廢棄物全部是金屬鐵的單質(zhì)和/或化合物，后續(xù)很方便實(shí)現(xiàn)鐵的資源化和硫酸酸洗廢水零排放的目標(biāo)。

　　總之，本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)零排放，保證清潔生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)硫酸酸洗廢水和鐵的資源化回收利用，產(chǎn)生很好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。