一种超滤系统联合双极膜电渗析系统的废水资源化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种超滤系统联合双极膜电渗析系统的废水资源化方法，涉及废水资源化领域，该方法通过向含氟废水和含硅废水中添加高浓度酸液制得氢氟酸，再加入钠盐和碱液调节pH沉淀析出氟硅酸钠，并采用超滤进行回收得到高纯氟硅酸钠，而超滤产水进入双极膜电渗析系统再生高浓度酸液和碱液，并回用于氟硅酸钠制备。本发明专利技术解决了传统混凝沉淀法、吸附法、电化学法等造成大量污泥的问题，实现含氟废水和含硅废水同步资源化回收，有效提高废水综合利用率，属于废水绿色资源化回收工艺，操作简单易行。行。行。

【技术实现步骤摘要】
一种超滤系统联合双极膜电渗析系统的废水资源化方法


[0001]本专利技术涉及废水资源化领域，尤其涉及一种超滤系统联合双极膜电渗析系统的废水资源化方法。

技术介绍

[0002]随着社会不断发展，水资源消耗量剧增，不得不重新寻求能够保证生活饮用水和工业用水供给量的新策略。目前，芯片制造行业在生产半导体器件、薄膜晶体管、液晶显示器等零部件的过程中需要消耗大量水，已然成为当今主要耗水产业之一。近年来，该产业在亚洲迅速发展，也因此面临着许多环境问题，诸如供水量的限制及污染物排放于自然水体的浓度限制等。特别是半导体晶圆制造工艺中的光刻、沉积、蚀刻、化学机械抛光、剥离以及清洗等过程产生的含硅废水和含氟废水，造成了严重的环境问题。芯片制造过程往往产生高达1000至50000mg/L的含氟废水，而我国排放标准中限制氟化物浓度在15mg/L。同时，含硅废水中往往存在大量纳米二氧化硅颗粒。这些纳米颗粒直接排放到天然水体中会诱导产生氧自由基，造成水生植物的损害。因此，针对含氟废水中的氟化物和含硅废水中的二氧化硅纳米颗粒能否有效处理受到研究者们的广泛关注。
[0003]目前，采用混凝、沉淀、吸附、电化学等方法处理氟化物和二氧化硅是最为广泛的方法。然而，这些方法均会产生大量诸如氟化钙和硅污泥，生成大量固体废弃物有待进一步处理。因此，能否寻找一种新的思路从含氟废水和含硅废水实现资源再生的方法至关重要。膜分离是一项新型的分离技术，目前在化工特种分离、水处理、制药等行业得到广泛应用。其中，超滤以其孔径在0.002至0.1μm之间可有效分离水体中悬浮颗粒，以其高水通量和低能耗的优势在废水处理得到广泛应用。双极膜电渗析通过在电场的作用下，可利用双极膜水解产生氢离子和氢氧根离子，通过阳离子交换膜和阴离子交换膜与盐离子结合生成酸碱，在废水资源化领域具有巨大应用潜力。中国专利(公布号CN107265735A)公开了一种絮凝沉淀、超滤、电渗析、反渗透的含硅废水零排放系统，成功地回收了二氧化硅和硫酸盐。中国专利(公布号CN105384316A)公开了一种结合沉淀、混凝、超滤、反渗透的含氟废水处理工艺，最终出水中氟离子浓度低于9mg/L。以上方法对于含氟废水和含硅废水中特征污染物去除均有效果。然而，半导体企业通常采用混凝沉淀分别处理含氟废水和含硅废水，操作工艺复杂，经济投入量大，占地面积大，对各类废水的一对一分别处理导致废水处理效率低下。此外，采用混凝沉淀处理含氟废水和含硅废水，产生大量氟化钙和硅污泥等固体废弃物往往造成二次污染。
[0004]因此，本领域的技术人员致力于开发一种离子捕集超滤联合双极膜电渗析废水资源化方法以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是如何高效的将芯片制造业产生的含硅和含氟废水资源化利用。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种超滤系统联合双极膜电渗析系统的废水资源化方法，所述超滤系统联合双极膜电渗析系统包括超滤系统和双极膜电渗析系统，所述超滤系统包括浓水室和产水室，所述浓水室和所述产水室由超滤膜隔开，所述双极膜电渗析系统包括料液室、酸室和碱室，
[0007]所述方法包括以下步骤：
[0008]步骤1、将含氟废水和含硅废水按一定氟硅摩尔比混合形成混合废水，将酸溶液加入到所述混合废水中，调节pH到第一值后进行第一次搅拌生成氟硅酸，接着将钠盐加入所述混合废水，并加入碱溶液调节pH到第二值后进行第二次搅拌，所述氟硅酸与所述钠盐反应得到氟硅酸钠悬浮溶液；
[0009]步骤2、将步骤1得到的所述氟硅酸钠悬浮溶液加入到所述浓水室，调节压力和流速，所述氟硅酸钠悬浮溶液中的氟硅酸钠被所述超滤膜截留在所述浓水室，剩余溶液透过所述超滤膜进入所述产水室形成含有钠盐的超滤产水；
[0010]步骤3、将步骤2得到的所述含有钠盐的超滤产水加入所述料液室，在所述酸室及所述碱室加入纯水，调节所述料液室、所述酸室、所述碱室中的溶液体积比，调节操作电流密度使水被所述双极膜电渗析系统的双极膜离解产生氢离子和氢氧根离子，所述氢离子进入所述酸室得到提纯酸液，所述氢氧根离子进入所述碱室得到提纯碱液。
[0011]进一步地，所述步骤1废水中氟硅摩尔比为6:1
‑
12:1。
[0012]进一步地，步骤1中所述酸溶液为步骤3中得到的所述提纯酸液，所述碱溶液为步骤3中得到的所述提纯碱液。
[0013]进一步地，步骤1中所述pH第一值为1
‑
3，所述第一次搅拌的时间为10
‑
30分钟，所述第二值为5
‑
7，所述第二次搅拌的时间为10
‑
30分钟。
[0014]进一步地，步骤1中所述钠盐的剂量为5
‑
20wt％。
[0015]进一步地，步骤2中所述超滤膜的截留分子量在10
‑
200kDa之间，所述超滤膜的材料为PES、PVDF、PTFE中的一种。
[0016]进一步地，步骤2中所述压力为0.05
‑
0.15MPa。
[0017]进一步地，步骤3中所述料液室溶液体积为500mL，料液室、酸室、碱室的体积比为1:1:1
‑
4:1:1。
[0018]进一步地，步骤3中所述操作电流密度为20
‑
30mA/cm2。
[0019]进一步地，步骤1中所述钠盐为硫酸钠或氯化钠中的一种。
[0020]本专利技术的技术效果如下：
[0021](1)本专利技术通过针对含氟废水中的氟化物和含硅废水中的二氧化硅进行理化特性分析，结合离子捕集超滤以及双极膜电渗析过程，实现两种典型废水中氟化物和二氧化硅资源化再生氟硅酸钠，氟硅酸钠作为一种重要的无机化工产品，在农业和工业上有着广泛的用途，如杀虫剂、木材防腐和耐酸水泥等；
[0022](2)本专利技术从含氟废水及含硅废水中提纯出酸液和碱液再利用，一方面使芯片制造业产生的含硅和含氟废水达到排放标准，另一方面将提纯的酸液和碱液可以继续用于氟硅酸钠的生产，实现资源再利用，可有效提高企业废水综合处理能力并降低废水处理成本；
[0023](3)本专利技术通过含氟废水和含硅废水同步资源化回收，有效提高废水综合利用率，解决了传统混凝沉淀法、吸附法、电化学法等造成大量污泥的问题。
[0024]以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。
附图说明
[0025]图1是本专利技术较佳实施例的工艺流程图；
[0026]图2是本专利技术较佳实施例的氟硅酸钠XRD图；
[0027]图3是本专利技术较佳实施例的氟硅酸钠晶体形貌图(SEM)。
具体实施方式
[0028]以下参考说明书附图介绍本专利技术的多个优选实施例，使其
技术实现思路
更加清楚和便于理解。本专利技术可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本专利技术的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超滤系统联合双极膜电渗析系统的废水资源化方法，所述超滤系统联合双极膜电渗析系统包括超滤系统和双极膜电渗析系统，所述超滤系统包括浓水室和产水室，所述浓水室和所述产水室由超滤膜隔开，所述双极膜电渗析系统包括料液室、酸室和碱室，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1、将含氟废水和含硅废水按一定氟硅摩尔比混合形成混合废水，将酸溶液加入到所述混合废水中，调节pH到第一值后进行第一次搅拌生成氟硅酸，接着将钠盐加入所述混合废水，并加入碱溶液调节pH到第二值后进行第二次搅拌，所述氟硅酸与所述钠盐反应得到氟硅酸钠悬浮溶液；步骤2、将步骤1得到的所述氟硅酸钠悬浮溶液加入到所述浓水室，调节压力和流速，所述氟硅酸钠悬浮溶液中的氟硅酸钠被所述超滤膜截留在所述浓水室，剩余溶液透过所述超滤膜进入所述产水室形成含有钠盐的超滤产水；步骤3、将步骤2得到的所述含有钠盐的超滤产水加入所述料液室，在所述酸室及所述碱室加入纯水，调节所述料液室、所述酸室、所述碱室中的溶液体积比，调节操作电流密度使水被所述双极膜电渗析系统的双极膜离解产生氢离子和氢氧根离子，所述氢离子进入所述酸室得到提纯酸液，所述氢氧根离子进入所述碱室得到提纯碱液。2.如权利要求1所述的超滤系统联合双极膜电渗析系统的废水资源化方法，其特征在于，所述步骤1废水中氟硅摩尔比为6:1
‑
12:1。3.如权利要求1所述的超滤系统联合双极膜电渗析系统的废水资源化方法，其特征在于，步骤1中所述酸溶液为步骤3中得到的所述提纯酸液，所述碱溶液为步骤3中得到的所述提纯碱液。...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵嘉慧，裘洋波，任龙飞，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：