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1、 年排100万吨电子铝箔 废水回用系统设计 学校全称： 作者姓名： 指导老师： 日 期：一、 简介1.1项目背景现代工业如钢铁冶金、电镀、造纸行业等生产过程中，常常需要使用大量的无机酸或碱，因而带来大量废酸液或废碱液。如果这些废酸碱液没有处理就直接排放，不但浪费了废液中的有用资源，而且会严重污染环境和水源，因此对这些废液进行有效地处理一直是人们关注的热点。电子铝箔是生产电子电容器的关键原料，广东某电子铝箔公司主要使用盐酸浴、盐酸+硫酸的混酸浴或硝酸等混酸浴电解腐蚀铝光箔来提高铝箔的比容制电子腐蚀箔经过调研，该铝箔厂共有24条生产线，其中低压腐蚀22条，高压腐蚀2条。在铝箔电解蚀刻生产过程中用盐
2、酸浴、盐酸+硫酸的混酸浴或硝酸等混酸浴，会产生部分废酸。铝箔电解经蚀刻后经大量超纯水清洗，产生废水，废酸和废水合计年排放废水约85万吨。这些废水不经处理直接排放，对环境危害很大。废酸处理方面：2005年以前，该厂的酸性废水采用加碱中和处理后直接排放。用石灰中和处理该废酸，则产生的废渣量太大，导致废渣处理费用高。2005年后该厂为利用废酸，将废酸液用以生产浓度为3-5%的聚合氯化铝净水剂，供周边水处理厂应用。该废酸回用工艺在降低废酸排放的同时，极大提高了企业的经济效益。但该法生产的聚合氯化铝溶液存在杂质含量高、浓度低的问题，产品销售受到制约。废水处理方面：目前生产线清洗废水处理工艺采用加碱中并结
3、合聚丙烯酰胺絮凝后直接排放。沉降槽絮凝浓液经板式过滤机压滤，形成废渣直接排放。随着社会对环保工作要求的不断提升，废酸、废水的处理关系到该类企业生存的突出问题。因此，有必要对该厂污水处理工艺进行重新设计，合理利用废酸、降低污水排放。目前的处理酸碱废水的方法主要是酸碱中和萃取蒸发吸收等，但是这些方法或者不能回收废液里的有用资源，或者对处理设备要求较高，并且操作和处理费用都较高。 秦艳,李红旭曾在EDI技术在铝箔电子材料制造行业含酸废水中的应用一文中较系统地介绍了EDI技术在解决新疆某铝箔公司含酸废水方面的应用，同时回收60% 的生产用水，突破传统的废酸处理方法取得了较为显著的效果。本设计针对电子材
4、料铝箔行业生产过程中产生的大量废酸、废水问题，EDI技术为主体与扩散渗析、ERO技术相结合起来，旨在寻求一种经济、合理、有效的途径来解决含酸废水问题。1.2 扩散渗析技术及其应用扩散渗析技术是利用半透膜或选择透过性离子交换膜使溶液中的溶质由高浓度一侧通过膜向低浓度一侧迁移的过程。离子交换膜是渗析器的关键部件，可根据不同用途选用不同的型号，扩散渗析的效果主要与下列因素有关：膜的物理化学性质，原液的成分、浓度，操作条件（温度、流速等），隔板型式等。它主要用于有机和无机电解质的分离和纯化。目前主要应用于：从冶金工业的金属处理废液中回收硫酸（H2SO4）或盐酸（(HCI)；从浓硫酸法木材糖化液中回收硫
5、酸；从粘胶纤维工业的碎木浆料处理液中回收氢氧化钠（NaOH）；从离子交换树脂装置的再生废液中回收酸、碱等。1.3 EDI技术、RO技术及其应用电除盐法（Electrode ionization）又被称作填充床电渗析，简称EDI。它利用电渗析过程中的极化现象对离子交换填充床进行电化学再生，集中了电渗析和离子交换法的优点，克服了两者的弊端。表1.EDI组件进水水质要求表项目数值项目数值TEA（包括CO2）ppm(CaCO3)25TOC（ppm）0.5PH6.09.0余氯（ppm）0.05硬度浓水LSI-2.0Fe、Mn、H2S（ppm）0.1CO2（ppm）5油或油脂（ppm）未检出SiO2（pp
6、m）0.51.3.2 RO技术简介反渗透（Reverse Osmosis，简称RO）是以压力差为推动力的一种高新膜分离技术，具有一次分离度高、无相变、简单高效的特点。反渗透膜“孔径”已小至纳米（1nm=10-9m），在扫描电镜下无法看到表面任何“过滤”小孔。在高于原水渗透压的操作压力下，水分子可反渗透通过RO半透膜，产出纯水，而原水中的大量无机离子、有机物、胶体、微生物、热原等被RO膜截留。反渗透特点：结构紧凑，占地小，投资费用低；是物理过程，没有相变；节能显著操作简单，易实现自动化，节省劳力。其应用不仅在制药、造纸、化工、发电等工业部门，而且还应用于其他领域。如纯水设备就采用了RO-EDI技
7、术，用于分析实验室用纯水制备，其EDI出水质量符合分析实验室用纯水二级标准。事实上，EDI已在国际上形成稳定市场，并在不断拓展。随着环境意识的加强和环保要求的提高，与需要化学再生而产生大量废水污染的传统混床相比，EDI技术将倍受青睐。并且随着膜技术的不断发展，RO-EDI系统可望有进一步的改进。有关专家预测，未来35年内85%的工业水处理系统将采用RO-EDI技术1.4 项目设计思路和内容根据现场调研得到的数据和情况，以及污水综合排放标准(GB8978-1996)一级排放标准等，选取合理、经济、环保的处理工艺。本设计中主要应用扩散渗析、EDI等技术相结合来解决此类问题。对现有的废水处理站工艺进
8、行详细优化设计，并提出主要设施和设备材料表，据此编制投资估算。本设计主要内容：针对电子腐蚀铝箔工艺流程中产生的废酸和废水分门别类进行回收处理。将腐蚀过程产生的废酸采用扩散渗析进行回收利用，减低对环境的污染和节省生产过程中酸的用量，同时减轻后续废水处理的压力。采用EDI技术对生产过程中纯水清洗工序所产生的废水进行处理，回收60%左右的纯水进行再次利用，该过程涉及反渗透、EDI等技术，改变传统用碱中和的方法，将废水处理回收大部分水，节约了水资源，并减轻企业的经济负担。最主要的技术核心在于根据废酸和废水中离子的种类和浓度，选择高效、经济、合理的膜，对不同的废水进行分类处理。本设计中扩散渗析技术具有设
9、备简单、投资少、基本不耗电等优点。EDI技术属于环保型技术，离子交换树脂不需酸、碱化学再生，节约大量酸、碱和清洗用水，大大降低了劳动强度。更重要的是无废酸、废碱液排放，属于非化学式的水处理系统，它无需酸、碱的贮存、处理及无废水的排放。本设计将此类技术推广到相关行业中，帮助企业减少废酸碱的排放量，减少对环境的污染，并回收废酸碱中可利用成分，降低企业生产成本和排污处理费用。二、某电子铝箔厂污水处理方案设计2.1电子腐蚀铝箔的工艺流程简介电子腐蚀铝箔生产流程分纯水制备、腐蚀流程、废酸和废水处理，三大块。2.1.1纯水制备流程简介配酸反渗透系统 纯水自来水水洗浓水2.1.2 腐蚀流程简介接箔酸洗一电解
10、前处理中处理二电解水洗烘干收箔后处理2.1.3现有废酸、废水处理流程简介碱式氯化铝净水剂厂废酸腐蚀流程外排泥饼压滤沉淀池加料池格栅池废水2.2 废酸处理工艺流程选择根据以上分析及扩散渗析技术的特点废酸溶液与水侧存在的一定的浓度差及阴离子膜具有选择性。我们采用均相阴膜扩散渗析法来回收废酸中的盐酸或硫酸。2.2.2阴膜扩散渗析流程2.2.4 设计处理进出水水质表设计处理进出水水质表 项目类别pHCOD（mg/L）总磷（mg/L）氨氮（mg/L）盐酸（%）硫酸（%）硝酸（%）磷酸（%）铝（%）废酸液0.0125050013 815 8151020111透析液0.81103001.5 12 0.50.
11、80.50.80.10.0122.4废水341503001.2 11 0.0050.00510-40.00010.0001处理出水69900.5 10 Cl：250SO42：250ND0.522.2.4 阴膜的选型根据上表进出水的要求，选择山东天维膜技术有限公司的阴膜，相关技术指标如下表：表3 阴膜技术指标名称技术指标名称技术指标含水率，%4070膜厚，mm0.30-0.32交换容量，mol/Kg(干)1.6盐的扩散系数，cm2/s0.110-5膜面电阻，.24.0酸盐分离系数20迁移数0.97水水高位槽扩散渗析装置回收酸储罐残液储罐废酸高位槽酸槽前处理去车间利用去废水处理电子铝箔废酸的回收工
12、艺流程示意图废酸补充酸如上图所示，整个废酸回收处理大致分为前处理扩散渗析回收酸再配液四个步骤。由于废酸中存在一定量的杂质，在进入扩散装置前，需要进行前处理，包括沉降，过滤过程，在扩散渗析装置中，阴离子膜骨架本身带正电荷，溶液侧的Cl被吸引而顺利地透过膜孔道进入水的一侧；同时根据电中性的要求，也会夹带带有正电荷的离子，但由于H+的水化半径比较小，电荷较少，而Al3+的水化离子半径较大，又带有高价电荷，因此H+会优先通过膜，这样溶液中的酸就会被分离出来进入水侧在经过扩散渗析装置后无法回收的废酸残夜将进入下一步的污水处理过程，一般这个过程可以回收酸80%以上。 (扩散渗析流程如附件三所示）2.3 污
13、水处理工艺流程选择2.3.1现状分析铝箔电解经蚀刻后经大量超纯水清洗，含酸废水主要产生于腐蚀车间，排放量为85万吨/年，主要为冲 (清) 洗废水，产生于各冲洗环节。该废水中含有 HCl0.005% 、H2SO4 0.005% 、HNO30.005%及少量A1(OH)3，pH 值约2.5，属严重污染的水,若直接排放会污染环境。目前该企业并没有考虑到含酸废水的回收，仅采用传统中和法处理。虽然经处理后可达到排放标准，但是处理过程中不仅消耗了大量的碱，而且浪费了大量的水资源同时也给企业带来了严重的经济负担。2.3.1处理流程根据废酸残夜和含酸废水水质特点,本设计的处理工艺主要考虑去除铝离子、预脱盐、精
14、除盐的工艺选择。系统主工艺设计为“预处理除铝+预脱盐+EDI精除盐”。该处理工艺中含酸废水中的铝离子采用化学沉淀法去除；预脱盐采用分离反渗透膜除盐机理；精除盐采用 EDI技术。采用反渗透（RO）装置（反渗透主体支架如附件四所示）出水作为EDI给水，在一般情况下，EDI装置（详细装置图如附件五所示）的出水水质其电阻率都能达到16 Mcm。处理工艺流程见下图复合剂加碱残夜和废水沉淀池反应池复合剂纯水回流泥饼外运保安器多介质过滤器调节纯水精密过滤压滤精密反渗泥饼外运2.3.3 EDI过程供给原水进入EDI系统，主要部分流入树脂/膜内部，而另一部分沿膜板外侧流动，以洗去透出膜外的离子；树脂截留水中的容
15、存离子；在电极作用下，阴离子向正极方向运动，阳离子向负极方向运动；阳离子透过阳离子膜，排出树脂/膜之外；阴离子透过阴离子膜，排出树脂/膜之外；浓缩了的离子从废水流路中排出；无离子水从树脂/膜内流出。2.3.3.2 EDI装置运行流程示意图EDI组件操作参数项目数值项目数值产水流量m3/h1.52.8浓水循环流量m3/h0.61.0产水电阻率Mcm1517浓水电导率us/cm150600水回收率%8095工作电流A19进水温度1038最大电压降VDC160进水压力bar2.57.0EDI膜的选型有足够的固定基团和可解离的离子，对溶液中离子具有选择透过性和导电性，其次，以高度致密性，极大地减小了水
16、的渗透率和盐的扩散量。阳膜具有强酸性活性交换基团R-SO3-（构成负电场）和可解离离子H+，带正电荷的离子易吸收通过；阴膜具有强碱性活性交换基团R-CH2N+(CH3)3（构成正电场）和可解离离子Cl-，带负电荷的离子易吸收通过。该EDI膜选择浙江千秋环保水处理有限公司的EDI膜，相关技术指标如下：外观：EDI膜平整均匀，无明显的机械损伤（折伤），无脱网、轧皱、不允许有影响质量的杂质存在。阳膜粉红色，阴膜绿色。外型尺寸：厚度厚度允许公差有效面积0.6mm0.05mm（干态）800mm1600mm主要物理、化学性能指标：试验项目单位阳膜指标阴膜指标交换容量（干）mol/kg2.01.8含水量%5
17、040膜面电阻.cm21520尺寸变化率%55爆破强度MPa0.60.6化学稳定性PH113113选择透过率%9294水透过率ml/hcm2MPa0.10.1盐扩散系数mmolNaCl/ （cm2hmol/L）0.0080.006热稳定性4040该技术应用电再生离子交换除盐工艺取代传统混合离子交换除盐工艺DI。通过离子交换树脂及选择性离子膜达到高脱盐效果，与反渗透结合的联合工艺使产水水质可达10-15MCM（阻值越高，水越纯）的高规格产水。根据调研收集到的资料，该电子铝箔厂生产废水量2000m3/d，日处理20h，100 m3/h。采用EDI处理技术之后每年可回收60%的生产用水，回收的高纯水
18、为1200 m3/d。回收的高纯水可达到国家电子高纯水二级标准（GB/T 114463-1997）全部用于产品清洗，每年可减少新鲜水1200 m3/d*300*80%=288000 m3，也可减少大量石灰。同时减少了外排的废水量，排放的废水有原来的2000m3/d减少为800m3/d，处理后的少量含盐废水经过沉淀砂滤沉淀后可满足污水综合排放标准（GB8978-1996）中的二级标准，最终外排进入到市政网。三、主要设备序号设备、名称及规格单位数量材 质序号设备、名称及规格单位数量材 质1原液箱个4PP/PE2原液泵个6316SS3多介质过滤器台4钢衬胶4活性炭过滤器台4钢衬胶5保安过滤器台431
19、6SS6中间水箱 个4PP/PE7一级膜处理装置 套4组合件8二级膜处理原液箱 个4PP/PE9二级膜处理装置套4组合件10三级膜处理原液箱 个4PP/PE11三级膜处理装置套4组合件12四级膜处理原液箱 个2PP/PE13四级膜处理装置套4组合件14透过液水箱 个2PP/PE15膜处理清洗装置套2组合件16液位开关 个3617多介质过滤器进口流量计 个418多介质过滤器进出口压力表 个819活性炭过滤器进出口压力表 个820膜处理产水流量计个4821膜处理浓水流量计个4822膜处理清洗流量计 个2钢23膜处理进水盐度仪 台12SS31624膜处理出水盐度仪 台12SS31625压力开关 台3
20、2复合膜26PH计 台2FRP四、经济效益估算4.1 废酸回收的经济效益估算正常情况下，扩散渗析装置日处理150t废酸；若腐蚀线产生的废酸中的盐酸，硫酸的含量均为15%，例如：经处理后的盐酸的含量为10%，则相当于10%150t31%=48.29t含量为31%的成品盐酸，31%的成品盐酸硫酸均按400元/t计算，则装置每年节约的资金为：248.39t/d400元/t300d=1159万元。扩散渗析装置除膜外的投资如设备本体、储罐、泵、管道等估计200万元/套，按5年折旧，膜的成本100万元/套，备用一套扩散渗析装置，总共4套，膜的寿命按3年计算。4套扩散渗析器每年的换膜成本：400万元3年=1
21、34万元/年；运行成本（包括设备动力）以50万元/年计算；设备折旧：（2004+1004）万元5年=240万元/年。废酸回收的总经济效益估算根据上述计算，3套扩散渗析装置一年总的效益为：1159万元-134万元-50万元-240万元=735万元。该企业是大型化成箔生产企业，估计日产生废酸150t，需要3套扩散渗析装置并联使用，每年通过废酸回收可节省原料酸费用735万元。考虑到废酸的腐蚀性，装置设备的更换较多，预计废酸处理投资1400万元，则1400万元735万元/年=1.9年可收回投资。4.2 残液和废水处理经济效益估算该企业正常运转时，每天需处理废水量为2000m3/d，回收制得纯水1200 m3/d，该地区自来水价为1.83元/ m3，污水处理费用为1.4元/ m3，每年节省水费约为1200*300*（1.83+1.4）*1.25=145.35万元/年。废水处理装置除膜外的投资如设备本体、储罐、泵、管道等估计200万元，按5年折旧，膜的成本100万元，膜的寿命按3年计算。废水处理装置每年的换膜成本：100万元3年=34万元/年；运行成本（包括设备动力）以20万元/年计算；设备折旧：（200+100）万元5年=60万元/年。废水处理投资250万元，则250万元145.35万元/年=1.72年可收回投资。
