工業廢酸中游離酸及金屬鹽類分離裝置的制作方法

本發明涉及工業廢酸處理設備領域，尤其是一種工業廢酸中游離酸及金屬鹽類分離裝置。

背景技術：

化工、冶金等多種行業在生產和使用硫酸、硝酸、鹽酸、氫氟酸、磷酸等過程中，產出大量含金屬鹽類的同類廢酸，諸如硫酸法鈦白、濕法冶金(電解)行業產出的廢硫酸、廢電解液；四氯化鈦、氯化鈦白、海綿鈦及氯堿行業的廢鹽酸；不銹鋼、鋼鐵、鋁箔行業電鍍、酸洗環節產出的廢硫酸、廢硫酸/鹽酸混酸、廢鹽酸/廢硝酸混酸；磷化工行業產出的廢磷酸等等。這些工業廢酸中由于含有較高濃度的游離酸和金屬鹽類，對環境造成較大的威脅。同時由于工業廢酸中大量金屬鹽類的存在，導致工業廢酸以及廢酸中金屬鹽類的直接再利用的難度較大。

目前工業廢酸比較成熟的處理工藝是：1)中和法:將廢酸液添加堿性物質(如石灰、廢堿)進行酸堿中和，調節中和后液體PH 6～9，必要時可通入空氣進行強制曝氣，改善中和沉淀物凝聚速度和結構，中和后漿料進行固液分離，濾渣進渣場堆放，濾液達標后排放；2)廢酸濃縮法：采用傳統的加熱蒸發工藝，將廢酸液進行濃縮，隨著廢酸濃度和溫度的提高，廢酸中大量的金屬鹽類在酸中的溶解度的減少會結晶析出，濃縮至一定濃度后經過必要的固液分離，除去結晶析出的金屬鹽類，得到一定濃度的濃縮酸，酸中金屬鹽類大部分被去除，該濃縮酸可返回工廠和新鮮酸搭配使用。3)擴散滲析膜法。

上述三種廢酸液的處理工藝在投資、運行費用、環保二次污染、安全等方面均存在較大問題：1)中和法處理工業廢酸，廢酸中大量有經濟價值的游離酸和金屬鹽類完全沒有得到利用，同時加入大量的堿性物質中和，產出數倍體積的濾渣，造成環境二次污染；2)廢酸濃縮法處理廢酸，對工業廢酸的解決污染及再利用起到積極的作用，但是該工業裝置建設投入龐大，運行費用及成本高，同時由于工業廢酸中夾雜大量的金屬鹽類，在濃縮環節消耗熱量、結晶析出堵塞換熱裝置，導致濃縮裝置運行困難；3)擴散滲析膜法：隨著科技發展，擴散滲析法在德國已經商品化，近幾年國內有些廠家在少量試生產，該設備最大處理能力為5～20M³/d,因處理量小，膜壽命短，易老化破損，性價比過低等原因，限制工業生產使用。

針對工業廢酸中大量的游離酸和金屬鹽類與特定樹脂吸附特性差異化的研究，開發出一種高效、低成本的工業廢酸樹脂吸附法酸/鹽分離工藝；同時結合樹脂的吸附、解吸特性、運行方式等特點，研制出配套的系統裝置。該工藝及配套裝置與上述三種工業廢酸的處理工藝比較，在投資、運行穩定性、成本、安全系數等方面，優勢明顯。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種對單一工業廢酸或多種工業混合廢酸均適用的，易于工業規模化的廢酸中游離酸及金屬鹽類高效、低成本的分離裝置。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：工業廢酸中游離酸及金屬鹽類分離裝置，包括酸計量桶、含鹽廢水儲槽、水計量桶和除鹽廢酸儲槽，還包括酸吸附分離樹脂柱，所述酸計量桶與酸吸附分離樹脂柱一端連通，所述水計量桶與酸吸附分離樹脂柱另一端連通；其中，酸計量桶中的酸液首先經由酸吸附分離樹脂柱后流入到含鹽廢水儲槽，然后，所述水計量桶中的生產水或純水經由酸吸附分離樹脂柱后流入到除鹽廢酸儲槽中。

進一步的是，包括生產水/純水儲槽，所述生產水/純水儲槽與水計量桶連通。

進一步的是，包括預凈化合格原料酸儲槽，所述預凈化合格原料酸儲槽與酸計量桶連通。

進一步的是，所述酸吸附分離樹脂柱由樹脂柱體、設置于樹脂柱體內的樹脂、設置于樹脂柱體上下兩端的補水板、設置于補水板和樹脂柱體之間的水帽以及設置于所述補水板上的端蓋構成。

進一步的是，所述樹脂柱體、端蓋和補水板的制作材料為聚丙烯或聚氯乙烯或玻璃鋼或碳鋼襯聚丙烯或碳鋼襯PO或碳鋼襯耐酸橡膠或碳鋼襯F4。

進一步的是，所述水帽的制作材料為聚丙烯或聚氯乙烯或ABS。

進一步的是，包括用于實現自動控制的PLC控制裝置，所述酸液以及生產水或純水的流向由PLC控制裝置進行控制。

進一步的是，包括原始酸預凈化系統，所述原始酸預凈化系統與預凈化合格原料酸儲槽連通。

進一步的是，原始酸預凈化系統的設備為沉降設備、壓濾機、管式過濾機、陶瓷微孔過濾器或保安過濾器。

進一步的是，所述酸吸附分離樹脂柱內設置的樹脂的材料為酸阻滯類樹脂。

本發明的有益效果是：經過本發明分離酸、鹽后的工業廢酸，可以根據需要直接返回工廠利用，也可采用常規的廢酸濃縮工藝進行提濃處理后再利用，以增加廢酸的回用數量；工業廢酸經過樹脂吸附法酸/鹽分離技術處理凈化后，可以有效地解決常規廢酸濃縮裝置直接使用未經酸/鹽處理的工業廢酸帶來的設備堵塞、熱效率低、設備磨蝕嚴重、酸收率低、裝置運行及維護成本高等問題；通過廢酸的回收利用，既有效地節約了酸資源，減少處理廢酸對環境的二次污染，同時分離出來的金屬鹽類溶液含少量的游離酸，其處理的難度和費用將大幅度降低，且再利用的可能性將增加。本發明適用于化工、冶金等多種行業在生產和使用硫酸、硝酸、鹽酸、氫氟酸、磷酸等單一或混合酸后，產出大量的含金屬鹽類的同類廢酸的處理工藝之中。

附圖說明

圖1是本發明的裝置結構示意圖。

圖2是本發明的酸吸附分離樹脂柱的結構示意圖。

圖中標記為：生產水/純水儲槽T1、預凈化合格原料酸儲槽T2、酸計量桶T3、水計量桶T4、除鹽廢酸儲槽T5、含鹽廢水儲槽T6、生產水/純水輸送泵P1、預凈化原料酸輸送泵P2、樹脂柱進酸泵P3、樹脂柱進水泵P4、除鹽廢酸輸送泵P5、含鹽廢水輸送泵P6、酸吸附分離樹脂柱R、樹脂柱體R1、端蓋R2、布水板R3、水帽R4、樹脂R5、控制閥V(1、2、3、4、5、6、7、8)保安過濾器F(1、2)、生產水系統1、原始酸預凈化系統2、流向控制閥(3、4)。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明進一步說明。

如圖1、圖2所示的工業廢酸中游離酸及金屬鹽類分離裝置，包括酸計量桶T3、含鹽廢水儲槽T6、水計量桶T4和除鹽廢酸儲槽T5，還包括酸吸附分離樹脂柱R，所述酸計量桶T3與酸吸附分離樹脂柱R一端連通，所述水計量桶T4與酸吸附分離樹脂柱R另一端連通；其中，酸計量桶T3中的酸液首先經由酸吸附分離樹脂柱R后流入到含鹽廢水儲槽T6，然后，所述水計量桶T4中的生產水或純水經由酸吸附分離樹脂柱R后流入到除鹽廢酸儲槽T5中。

本發明可以適用于化工、冶金等多種行業，在生產和使用硫酸、硝酸、鹽酸、氫氟酸、磷酸等單一或混合酸過程中，產出大量含金屬鹽類的同類廢酸的處理。諸如硫酸法鈦白、濕法冶金(電解)行業產出的廢硫酸、廢電解液；四氯化鈦、氯化鈦白、海綿鈦及氯堿行業的廢鹽酸；不銹鋼、鋼鐵、鋁箔行業電鍍、酸洗環節產出的廢硫酸、廢硫酸/鹽酸混酸、廢鹽酸/廢硝酸混酸；磷化工行業產出的廢磷酸。與傳統的處理方案相比，本發明的技術優勢明顯，詳見下表：

一般的，在實際使用時，為了保證后期的分離效果，會選擇增設原始酸預凈化系統2，所述原始酸預凈化系統2與預凈化合格原料酸儲槽T2連通，首先對原料廢酸中夾雜的固體懸浮物，采用固液分離工藝及設備進行預處理(預凈化)。其中，比較成熟和實用的固液分離工藝及設備包括但不限于：沉降設備、壓濾機、管式過濾機、陶瓷微孔過濾器、保安過濾器(也稱精密過濾器)等。推薦使用的是上述固液分離工藝及設備的兩種或多種工藝及設備串聯處理，首選的方案是沉降設備+壓濾機+陶瓷微孔過濾器；而在此環節，沉降時間、濾布選型、陶瓷微孔孔徑選擇是及其總要的，大量現場數據表明，沉降時間不低于10小時，758加密型濾布，30微米孔徑的陶瓷管應該為首選；將溫度在常溫到60度之間，且經過10小時沉降的工業廢酸上部清液用耐酸的工程塑料泵連續按順序輸送到推薦的壓濾機、陶瓷微孔過濾器內，經過過濾處理的工業廢酸經過檢測到達要求后，放置在預凈化合格原料酸儲槽(T2)內待用，不合格的廢酸返回沉降設備再次處理直至合格為止。

經過上述預凈化步驟后的合格的工業廢酸，如圖1所示的，可以采用預凈化原料酸輸送泵P2輸送到酸計量桶T3中。在輸送過程中，為確保樹脂柱中樹脂層不被酸中懸浮物堵塞失效，在輸送泵出口和樹脂柱(床)進酸口之間加設保安過濾器(F2)，濾芯孔徑按照0.1～10微米考慮，首選1～5微米；經過保安過濾器的廢酸進入酸計量桶內，具體進酸計量由PLC通過設置在酸計量桶上的液位計/重力計或在管路上設置流量計控制泵的啟/停和相應的閥門的開/關來實現。同樣的原理和步驟，將工業水/純水通過水總管的生產水/純水輸送泵P1從生產水/純水儲槽T1中輸送到水計量桶T4中，可根據生產水/純水具體水質情況確定是否加裝同類型的保安過濾器(F1)。

用樹脂柱進酸泵P3將預凈化后廢酸從酸吸附分離樹脂柱R底部進入，廢酸在由下至上穿過酸吸附分離樹脂柱R的過程中，游離酸被樹脂所吸附，含鹽廢水從酸吸附分離樹脂柱R頂部排出，通過流向控制閥(3、4)以及閥門的切換依次進入水計量桶T4和含鹽廢水儲槽T6中存放待用。前期排出的除鹽廢水含游離酸和金屬鹽類數量極少，進入水計量桶中，后期排出的廢水中含有少量游離酸和大量的金屬鹽類，該部分廢水進入到含鹽廢水儲槽T6中。

一定體積的工業廢酸進出酸吸附分離樹脂柱R，樹脂層吸附游離酸達到飽和后，停止進酸，用樹脂柱進水泵P4將水計量桶內的生產水/純水通過管路從酸吸附分離樹脂柱R頂部進液口打入酸吸附分離樹脂柱R內，生產水/純水在由上而下穿過樹脂層的過程中，將樹脂吸附的游離酸淋洗脫附下來，從酸吸附分離樹脂柱R底部排出，依次，通過流向控制閥(3、4)以及閥門的切換依次進入酸計量桶T3和除鹽廢酸儲槽T5中存放待用；樹脂中吸附的游離酸淋洗基本完成后，停止進水。前期排出的除廢酸含有大量的游離酸和金屬鹽類，進入酸計量桶T3中再處理，后期排出的除鹽廢酸中含有少量金屬鹽類和大量的游離酸，該部分廢酸進入到除鹽廢酸儲槽T5中。其中，酸吸附分離樹脂柱R填充的樹脂可以根據需要選擇是一種或多種樹脂，填充方式可以是單一種類樹脂填充也可為多種樹脂的混合填充；其中樹脂種類的選擇較為關鍵，包括但不限于較具代表性的帶季胺官能團的強堿型陰離子交換樹脂、強酸型陽離子交換樹脂等酸阻滯類樹脂。

重復上述的步驟，讓工業廢酸和生產水/純水依次交替進出酸吸附分離樹脂柱R，工業廢酸中游離酸和金屬鹽經過吸附、解吸分離，變成除鹽廢酸和含鹽廢水兩種液體分別存放在除鹽廢酸儲槽T5和含鹽廢水儲槽T6中。若需要得到游離酸和金屬鹽類更大限度的分離，可以將得到的除鹽廢酸為原料，重復上述步驟，進行二次的樹脂吸附分離。工業實際應用中為實現連續兩次處理，須將兩套裝置串聯運行即可。結合實踐經驗，除鹽廢酸中游離酸量為分離前的50～95％(游離酸收率)，金屬鹽類的殘留量為分離前的50～95％(金屬鹽去除率)，處理每M³的工業廢酸，處理費用和成本是較低的：生產水/純水的消耗數量大致是0.5～2M3；工業電的消耗大致是0.5～3 KWH。工業廢酸經過兩套系統串聯處理后，工業廢酸中游離酸累計回收率為30～80％，而金屬鹽類累計去除率將達到70～99％。

為了酸吸附分離樹脂柱R具有更佳的防腐蝕效果和分離效果，可以選擇這樣的方案：所述酸吸附分離樹脂柱R由樹脂柱體R1、設置于樹脂柱體R1內的樹脂R5、設置于樹脂柱體R1上下兩端的布水板R3、設置于布水板R3和樹脂柱體R1之間的水帽R4以及設置于所述布水板R3上的端蓋R2構成。其中，所述樹脂柱體R1、端蓋R2和布水板R3的制作材料為聚丙烯或聚氯乙烯或玻璃鋼或碳鋼襯聚丙烯或碳鋼襯PO或碳鋼襯耐酸橡膠或碳鋼襯F4。所述水帽R4的制作材料為聚丙烯或聚氯乙烯或ABS。所述酸吸附分離樹脂柱R表面設置有觀察孔或視鏡，以方便操作和樹脂更換。另外，為了實現工業化控制，優選增設用于實現自動控制的PLC控制裝置，所述酸液以及生產水或純水的流向由PLC控制裝置進行控制。采用PLC控制裝置控制，通過對廢酸和生產水/純水進出酸吸附分離樹脂柱R的體積/流量/重量的檢測和控制，有選擇性地在酸計量桶、水計量桶、凈化后廢酸儲槽、生產水/純水儲槽、除鹽廢酸儲槽、除鹽廢水儲槽等設備上設置液位檢測裝置、重量檢測裝置或在相應的管路上設置流量檢測裝置，依據PLC設定的程序控制相對應的泵的啟/停及控制閥V1～8開/關來實現系統連續運行。

實施例

一、原始工業廢酸中夾雜有大量的超出100微米的膠體、固體懸浮物雜質。

首先需要進行的是工業廢酸的預處理(預凈化)，采用如本發明所述的固液分離工藝及設備，本次實施采用四套方案首先進行比較，表述如下：

方案一、采用40m²壓濾機+5m²陶瓷微孔過濾器聯合處理工藝和設備，其中壓濾機濾布選擇國產常規758AB加密型，陶瓷微孔過濾器微孔濾芯尺寸選擇30微米，用普通工程塑料泵連續進料8小時，用國標重量法檢測濾液中固體懸浮物殘留量，以及激光粒度儀檢測懸浮物粒徑，化學法分析濾液游離酸、金屬鹽含量，結果如下：

方案二、采用100m³重力沉降池(確保12小時沉降)+40m²壓濾機+5m²陶瓷微孔過濾器聯合處理工藝和設備，其中壓濾機濾布選擇國產常規758AB加密型，陶瓷微孔過濾器微孔濾芯尺寸選擇30微米，用普通工程塑料泵連續進料8小時，檢測方法同上，結果如下：

方案三、采用100m³重力沉降池(確保12小時沉降)+5m²陶瓷微孔過濾器聯合處理工藝和設備，陶瓷微孔過濾器微孔濾芯尺寸選擇30微米，用普通工程塑料泵連續進料8小時，檢測方法同上，結果如下：

方案四、采用200m³重力沉降池(確保24小時沉降)+40m²壓濾機聯合處理工藝和設備，其中壓濾機濾布選擇國產常規758AB加密型，用普通工程塑料泵連續進料8小時，檢測方法同上，結果如下：

上述實施例1中四種方案工業廢酸的預凈化工藝及設備配置，由于處理工藝和設備的選擇不同，工業廢酸的預處理效果也不盡相同，但基本都能滿足后序工藝，所述的處理合格工業廢酸中膠體、固體懸浮物殘留量將不大于0.3克/升，殘留的膠體雜質、固體懸浮物粒徑不大于100微米的指標。四種方案較佳的是方案二則采用100m³重力沉降池(確保12小時沉降)+40m²壓濾機+5m²陶瓷微孔過濾器聯合處理工藝和設備。

二、使用上述工藝中的方案二經過預凈化處理后的工業廢酸，進行工業廢酸中游離酸和金屬鹽的吸附分離，詳細的描述如下：

選取的設備為處理能力分別為3m³/hr、5m³/hr、8m³/hr的成套裝置，其中配置的酸和水的保安過濾器(F1和F2)均選取濾芯孔徑5微米；酸吸附分離樹脂柱R的直徑(D)和高度(H)的比值D/H為0.6～(1.3：1)；脫附水為生產水；生產水和廢酸的體積比值為(1～1.3)：1；采用工程塑料泵連續進料8小時，收集系統排除的除鹽廢酸和含鹽廢水，采用化學分析方法對兩種產出液成分進行分析，數據如下：

由上述結果可知，幾種典型成分的工業廢酸在工業規模化的成套設備處理下，工業廢酸中游離酸回收率在83～85％，金屬鹽的去除率在82～85％

三、使用上述步驟二中經過一次游離酸和金屬鹽類分離處理后的工業廢酸，按照實施例2中所述的方式和同樣的成套設備再次處理一次，分析方法同上，數據如下：

由上述結果可知，采用相同的工業和設備，對經過一次酸、鹽分離的工業廢酸進行再次分離，在第二次分離過程中，工業廢酸中游離酸的回收率和金屬鹽類的去除率略有下降：第二次分離后工業廢酸中游離酸回收率在80～83％，金屬鹽類的去除率在79～83％；而經過兩次分離后，工業廢酸中游離酸的累計回收率在65～73％，而金屬鹽類的累計去除率已經達到了96～99％，并且在這樣的一次或兩次串聯處理過程中產生的除鹽廢酸和低酸度的含鹽廢水是可以進行直接再利用的。