一种钢铁行业硫酸酸洗废液的处理回收方法及其系统与流程

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种钢铁行业硫酸废液的处理回收方法及其系统。

背景技术：

在钢材生产过程电镀和喷涂生产单元之前，应清除掉外表面的氧化铁皮。目前除氧化铁皮的方式，基本使用酸洗技术，使用浓度较大的酸液对钢材进行酸洗处理。所谓的废酸液是指经过酸洗后酸洗液中酸的浓度降低，铁盐的含量增加，从而使酸洗能力不能满足生产速度和质量要求的酸洗液，这时的溶液中仍含有5%质量比左右的酸，也含有20%~24%的铁盐（FeSO₄），由于严重的腐蚀性，已被列入《国家危险废物名录》。如果对该废酸液不进行处理，排入下水道或者直接外排到附近受纳水体，残酸会腐蚀水泥和混凝土及周边土地，并破坏水体中的碳酸钙平衡，而使水中动物死亡，有害于农作物，该类废液直接排放不仅严重污染周边环境，违反国家《环境保护法》，而且造成极大浪费。

目前国内外钢铁工业硫酸废液的处理方法主要有中和法、硫酸铁盐法、渗析法、生物法等方法。

中和法：一般采用石灰、电石渣或烧碱对其进行中和处理，使PH值达到国家排放标准后排放。其缺点是中和药剂成本高，费用大，废酸处理量收到限制，而且酸洗废液中的硫酸、FeSO₄）等资源没有得到有效利用。

硫酸铁盐法采用浓缩、冷却、结晶等手段，使硫酸亚铁结晶析出，并烘干回收。其缺点是设备投资大，操作麻烦，处理频繁，生产周期长，能耗高，只能回收硫酸亚铁，不能回收硫酸。

电渗析法：利用电场的作用，将离子向电极处牵引，透过离子交换膜。其缺点是耗电量太高。

生物法：通常氧化酸洗废液法式在PH较高的条件下进行。国外研究结果表明，可以用微生物一硫杆菌氧化二价铁盐，然后在水解生产黄铰铁钒。其缺点此方法有一定局限性，需要在NH⁴⁺存在的条件下才能顺利完成。操作和处理过程比较复杂，很难控制反应条件。

技术实现要素：

为了克服现有技术中的问题，本发明要解决的技术问题在于提供一种节能、环保且在钢铁工业硫酸废液处理技术，可实现钢材酸洗过程中零污染，完全符合环保要求的钢材硫酸废液处理及回收的方法及其系统。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种钢铁行业硫酸酸洗废液的处理回收系统，包括一级过滤单元、反应单元和二级过滤单元，废酸液入口通过管路经水泵和阀门连接至一级过滤单元上部的过滤器入口，一级过滤单元底部的过滤器出口通过管路连接至反应单元上部入口，反应单元底部的反应液出口通过管路经水泵和阀门连接至二级过滤单元上部的过滤器入口，二级过滤单元底部的过滤器出口通过管路经阀门连接至循环回用口，所述系统还包括双极膜电渗析设备，所述双极膜电渗析设备包括碱液循环箱、盐液循环箱、酸液循环箱和极水循环箱，所述循环回用口通过管路连接至盐液循环箱的入口，所述碱液循环箱的出口通过管路连接至反应单元上部入口，所述反应单元腔内底部还设置有均匀排列的曝气头，所述曝气头通过管路连接至反应单元底部的进气口，所述进气口上还设置有鼓风机，所述酸液循环箱的出口连接至酸洗生产线，所述酸洗生产线的排液口连接废酸液入口。

进一步的，系统还包括控制模块，所述在阀门管路前还设置有PH值检测仪，PH值检测仪与控制模块电连接，所述PH值检测仪通过管路经由阀门连接至排放口，所述阀门和阀门均为电控阀门并与控制模块电连接。

进一步的，所述一级过滤单元和二级过滤单元均为袋式过滤器。

进一步的，本申请还提供一种应用上述系统用于钢铁行业硫酸酸洗废液的处理回收方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一、将指定浓度的Na₂SO₄溶液置于双极膜电渗析设备的盐室循环水槽中，启动双极膜电渗析设备，酸液循环槽进行闭路循环10-15分钟，产生的H₂SO₄溶液浓度也在不断上升，当H₂SO₄溶液浓度达到5%质量比时，通过旁路引至生产线酸洗生产线，碱液循环箱不断进行闭路循环，产生的NaOH溶液浓度也在不断上升，当NaOH浓度达到4%质量比时，双极膜电渗析设备停止工作；

步骤二、所述废酸液从酸洗生产线排放，进入废酸液入口，通过管路经水泵和阀门连接进入一级过滤单元，袋式过滤器将混合溶液进行过滤，去除大颗粒杂质和浮油；

步骤三、将步骤二得到的滤液经一级过滤单元底部的出口通过管路进入反应单元，将双极膜电渗析设备的碱液循环箱内产生的NaOH，通过管道加入反应单元；

步骤四、启动鼓风机，将空气通过曝气头由下至上输入至反应单元，使NaOH溶液与硫酸酸洗废液在反应单元内均匀充分的混合，并不断向混合溶液中曝气；

步骤五、将步骤三得到的混合溶液通入二级过滤单元内，袋式过滤器将混合溶液进行过滤，将上清液和沉淀物进行固液分离，固体为Fe(OH)₃经晾干后回收；

步骤六、步骤五中的的上清液流经PH值检测仪，当上清液PH≥8时，控制模块控制下，开启阀门，上清液通过循环回用口进入盐液循环箱，当上清液6<PH<8时，控制模块控制下，开启阀门，上清液通过排放口进入市政排水。

对于现有技术，本发明的有益效果是：双极膜电渗析系统制得的硫酸能够返回酸洗生产线；产生的碱液用于处理硫酸废液的Fe²⁺并替换出硫酸废液中的硫酸根回用到双极膜电渗析系统重新制酸制碱；该技术能处理钢铁行业硫酸废液，使Fe²⁺全部以Fe（OH)₃固体形式沉淀排出；替换出95％以上的硫酸根；从而能够实现废酸液的零排放。

本法具有电流效率高、能连续稳定生产、操作简单、治理过程不需加新酸或碱、装置中的设备、管线、阀门等均采用防腐材料与技术。装置防腐耐用使用寿命长，无泄漏，布置紧凑，占地面积少，操作运转费用低的诸多优点，具体还包括如下特点： 1）流程简洁、节能，操作方便，占地面积小； 2）系统消耗少，运行费用相对较低；3）得到的硫酸，以直接进入生产线使用；4）同时得到副产品氢氧化铁，可以晾干后桶装出售；5）节能、资源再生利用，污染物零排放，符合国家环保要求。

附图说明

图1为本发明酸洗废液处理回收系统的结构示意图；

图2为本发明的控制模块原理示意图；

图3为本发明双极膜电渗析设备工作原理示意图；

图4为本发明酸洗废液处理回收方法的工艺流程图。

图中：1一级过滤单元、2反应单元、3二级过滤单元、4废酸液入口、5水泵、6阀门、8阀门、9循环回用口、10双极膜电渗析设备、11碱液循环箱、12盐液循环箱、13酸液循环箱、14极水循环箱、15曝气头、16进气口、17鼓风机、18述酸洗生产线、19 PH值检测仪口、20阀门、21控制模块、22排放口。

具体实施方式

下面结合附图1-4对本发明作进一步详细描述，需指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

如图1-3所示，本申请提供一种钢铁行业硫酸酸洗废液的处理回收系统，包括一级过滤单元1、反应单元2和二级过滤单元3，废酸液入口4通过管路经水泵5和阀门6连接至一级过滤单元1上部的过滤器入口，一级过滤单元1底部的过滤器出口通过管路连接至反应单元2上部入口，反应单元2底部的反应液出口通过管路经水泵5和阀门6连接至二级过滤单元3上部的过滤器入口，二级过滤单元3底部的过滤器出口通过管路经阀门8连接至循环回用口9，所述系统还包括双极膜电渗析设备10，所述双极膜电渗析设备10包括碱液循环箱11、盐液循环箱12、酸液循环箱13和极水循环箱14，所述循环回用口9通过管路连接至盐液循环箱12的入口，所述碱液循环箱11的出口通过管路连接至反应单元2上部入口，所述反应单元2腔内底部还设置有均匀排列的曝气头15，所述曝气头15通过管路连接至反应单元2底部的进气口16，所述进气口16上还设置有鼓风机17，所述酸液循环箱13的出口连接至酸洗生产线18，所述酸洗生产线18的排液口连接废酸液入口4。

进一步的提高钢铁行业硫酸酸洗废液的处理回收系统的效率，还包括控制模块21，所述在阀门8管路前还设置有PH值检测仪19，PH值检测仪19与控制模块21电连接，所述PH值检测仪19通过管路经由阀门20连接至排放口22，所述阀门8和阀门20均为电控阀门并与控制模块21电连接。

进一步的提高钢铁行业硫酸酸洗废液的处理回收系统的效率，所述一级过滤单元1和二级过滤单元3均为袋式过滤器。

如图4所示，上述权利要求所述系统用于钢铁行业硫酸酸洗废液的处理回收方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一、将指定浓度的Na₂SO₄溶液置于双极膜电渗析设备10的盐室循环水槽12中，启动双极膜电渗析设备10，酸液循环槽13进行闭路循环10-15分钟，产生的H₂SO₄溶液浓度也在不断上升，当H₂SO₄溶液浓度达到5%质量比时，通过旁路引至生产线酸洗生产线18，碱液循环箱11不断进行闭路循环，产生的NaOH溶液浓度也在不断上升，当NaOH浓度达到4%质量比时，双极膜电渗析设备10停止工作，为防止双极膜电渗析设备10膜堵塞，钢铁工业硫酸酸洗废液不直接进入双极膜电渗析设备10，而是利用双极膜电渗析设备10制的碱液去和硫酸废液进行反应；

步骤二、所述废酸液从酸洗生产线18排放，进入废酸液入口4，通过管路经水泵5和阀门6连接进入一级过滤单元1，袋式过滤器将混合溶液进行过滤，去除大颗粒杂质和浮油；

步骤三、将步骤二得到的滤液经一级过滤单元1底部的出口通过管路进入反应单元2，将双极膜电渗析设备10的碱液循环箱11内产生的NaOH，通过管道加入反应单元2；

步骤四、启动鼓风机17，将空气通过曝气头15由下至上输入至反应单元2，使NaOH溶液与硫酸酸洗废液在反应单元2内均匀充分的混合，并不断向混合溶液中曝气；

步骤五、将步骤三得到的混合溶液通入二级过滤单元3内，袋式过滤器将混合溶液进行过滤，将上清液和沉淀物进行固液分离，固体为Fe(OH)₃经晾干后回收；

步骤六、步骤五中的的上清液流经PH值检测仪19，当PH=9时，说明反应水箱内反应充分，废酸液中Fe²⁺已经完全沉淀，经过滤后的上清液为成分为Na₂SO₄和少量NaOH，此时控制模块21控制阀门8，将管路内的液体引至盐液循环箱；当PH=8时，说明反应水箱内反应充分，废酸液中Fe²⁺已经完全沉淀，经过滤后的上清液为成分为Na₂SO₄和少量NaOH，此时控制模块21控制阀门8，将管路内的液体引至盐液循环箱；当上清液PH=7时，虽然呈中性，但此时溶液中仍可能含有微量未沉淀的Fe²⁺和大量Na₂SO₄溶液，为防止Fe²⁺进入盐液循环箱，这时控制模块21控制阀门20，将管路内液体排入市政管网，且满足环保要求；当上清液PH=6时，说明反应水箱内反应不充分，一般呈弱酸性，此时溶液中含有少量未沉淀的Fe²⁺和大量Na₂SO₄溶液，为防止Fe²⁺进入盐液循环箱，这时控制模块21控制阀门20，将管路内液体排入市政管网，且满足环保要求；控制模块21采用PLC控制系统和人机界面，系统可靠性高，抗干扰能力强，功能完善，客户端免维护，形成人机对话。

综上所述，将双极膜电渗析设备制得得酸液用于钢铁工业酸洗生产线用于酸洗钢材，节省了原料成本；而利用双极膜电渗析设备制的碱液去处理硫酸废液。并采用反应水箱底部曝气的方式使反应液混合更加充分，并不断向混合溶液内提供充足的氧气，大大缩短反应时间。并用袋式过滤器将反应后混合溶液进行过滤，将上清液和沉淀物进行固液分离。反应后，硫酸废液中的硫酸根被替换出来，硫酸废液中的Fe²⁺形成沉淀析出。通过袋式过滤器过滤后的上清液可回到双极膜电渗析设备重新制酸制碱，大大减少了原料投入成本。沉淀物可以晾干后外售。从而能够实现硫酸废液的零排放。本方法处理效果明显，能连续稳定生产，设备、管路阀门等均采用防腐材料，防腐耐用，且系统操作运转费用低。

尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。