一种电路板蚀刻废水处理装置及方法与流程

本发明属于电路板(pcb)领域，具体涉及一种电路板蚀刻废水处理装置及方法。

背景技术：

pcb(printedcircuitboard)，中文名称为印制电路板，又称印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的载体。由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。

pcb的生产工序达20多道，多数工序会产生废液，其中蚀刻废液(氨氮废水)是pcb生产过程中产生的主要废液。国内外目前在pcb蚀刻废液的处理方法大多采用中和沉淀法、电解法、氧化还原法、蒸发结晶法、溶剂萃取法等。

中和沉淀法作为蚀刻废液处理的主干流程，存在酸或碱耗量大，处理成本很高，致使一些企业的废液处理站形同摆设，且去除重金属后仍有严重的氨盐污染。

溶剂萃取法处理pcb蚀刻废液可以在回收铜的同时回用蚀刻剂，有分离效果好、试剂消耗少、生产率大、直收率高和二次污染少等优点。但适宜的萃取剂和萃取工艺的研究才刚开始。

电解法、氧化还原法、蒸发结晶法等处理方法虽然可回收铜等金属，但都存在需要消耗大量试剂、处理成本高(大多在20～30元/吨)、回收的铜纯度不高、无法回收氨，处理后的废水不能回用只能排放等缺点，经济效益不显著，并不同程度地存在着二次污染严重问题。目前来说，电解法应用十分广泛，行业内对该技术一直不断的进行探索。

中国专利cn110422948a公开了一种电镀硫酸铜废水回收金属铜处理工艺，将含铜电镀废水输入一级nf系统中过滤，分离出淡水和浓缩液，将淡水通过ro系统进一步深度处理，浓缩液输入电渗析器中电解出淡水和浓液，将淡水循环输入原水桶中储存，将浓液输入离心电解机析出电解铜，将电解铜再回用到镀铜电镀槽中再利用。该方案中采用ro系统进行过滤，成本十分高昂，对于电路板废水产生量高的行业来说很难进行应用，再者，没有考虑除铜过程的导电效率和工作效率。

中国专利cn106006856a公开了一种电解催化氧化法处理氨性氯化铜废水中氨氮的系统，其在阴极钛网板上不断的沉积金属铜粉，部分金属铜粉在溶液中同时被强氧化剂氧化成氧化铜悬浮在溶液中，通过过滤装置滤除，采用电解催化氧化法将氨氮氧化成氮气排放。该发明的技术方案，除铜过程和除氨氮过程同时进行，并未考虑除铜过程废水的ph值和电解过程ph值在最佳效果时的不同。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种电路板蚀刻废水处理装置及方法，该设备能够在前端处理过程高效除铜，在后端处理过程高效除氨氮，相比于现有技术，能够达到更好的环保效果和节省成本的目的。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种电路板蚀刻废水处理装置，包括：

浓液灌，其被配置用于收集蚀刻废水；

除铜设备，被配置用于去除蚀刻废水中的铜离子，其包括多块并行设置的电极板、阳极板、阴极板和整流器，在调整蚀刻废水的ph值达到设定范围内后进行循环除铜操作，所述整流器用于将交流电转换成直流电；所述除铜设备的上端通过接口连接废气塔，下端通过接口连接曝气管、盐槽和碱槽；所述除铜设备还设置有内循环结构，所述内循环结构包括两个手动球阀和一个循环泵；所述浓液灌和除铜设备之间设置两个手动球阀，所述两个手动球阀之间设置隔膜泵；

无铜水罐，其输入端连接除铜设备，经除铜设备处理过的蚀刻废水存储在所述无铜水罐中，所述无铜水罐的输出端连接调整槽；

调整槽，被配置用于调整蚀刻废水的ph值，在所述无铜水罐和调整槽之间设置两个手动球阀、流量泵和流量计，流量泵设置在两个手动球阀之间；所述调整槽的上端还设置有接口分别连接盐槽和碱槽，用于向调整槽中添加盐和碱；所述调整槽、盐槽和碱槽分别连接曝气管；所述盐槽和碱槽还分别连接自来水管；

控制器，其包括存储器，所有的流量计均信号连接所述控制器；

电解槽，包括槽体、阳极板、阴极板和至少一个电极板n(n≥1)，所述电解槽用于通过电解将氨氮电解转化为氮气，所述调整槽与电解槽之间设置两个球阀、隔膜泵和流量计，隔膜泵设置在两个球阀之间；所述电解槽的上表面还设置排气口连接废气塔，下表面设置排放口和排污口；电解槽的具体反应过程如下：

(1)氨直接被氧化成氮气脱除nh3+3oh-→1/2n²+3h2o+2e-

(2)氨间接电氧化，通过电极反应生成氧化性物质，该物质再与氨反应，从而使氨降解、脱除。

通常往废水中加入一定量的食盐，使溶液的导电性增加，cl-在阳极放电，产生氯氧化剂，强化阳极的氧化作用，从而提高去除效果，其中因前端电解需投加电解质物质，进入生化前需经过与其他低电导率废水均化水质或沉淀降低电导率物质，其反应过程如下：

2cl-→cl2+2e

cl2+h2o→hocl+h++cl

cl2+2naoh→nacl+naclo+h2o

2nh4++3hocl→n2+3h2o+5h++3cl3naclo+2nh3→n2+3nacl+h2o。

所述废气塔中输入自来水和碱处理废气；

所述槽体设置进水口和出水口，所述进水口设置在槽体的一角，所述出水口设置在与进水口同一平面的斜对角；进水流量q与电极板总面积s总之间的关系满足s总＝(4～5)q的数值比例关系，其中s总为电极板s单的面积之和n×s单，单位m²；流量计检测得到进水流量q，单位：l/min；

进一步的，电解电流i与所述进水流量q之间的满足函数关系式为：i＝k1×q³+k2×q²+k3×q+p，其中k1、k2、k3为最小二乘法拟合三次函数的系数，所述函数关系式和所述系数均存储于控制器的存储器中；

当获取到电解槽的进水流量、电极板的间隔宽度t、电压值v和目标出水氨氮浓度b后，查询得到电流值i，所述控制器控制电解槽开始电解。

优选的，所述除铜设备通过盐槽调节nacl浓度至目标值和通过碱槽输入naoh调节ph在8-9之间后，通过所述内循环结构进行除铜。

优选的，所述调节槽通过盐槽调节nacl浓度至目标值和通过碱槽输入naoh调节ph在11-12之间后，将蚀刻废水输入至电解槽中。

优选的，所述电解槽的电解电流设定在200a-220a范围内，所述电解槽的阳极板电压设定在3-5v范围内。

优选的，所述除铜设备中的电极板为钌铱电极板。

本发明还公开了一种应用于权利要求1所述电路板蚀刻废水处理装置的处理方法，其实施过程包括如下步骤：

s1：蚀刻水洗段的待处理废水进入浓液罐；

s2：在蚀刻水洗段的水正常进入到浓液罐后，开启浓液罐和除铜设备之间的手动进水阀、隔膜泵，当除铜设备进水量达到上刻度线后关闭隔膜泵和球阀，盐槽和碱槽向调整槽中添加naoh以维持ph在8-9之间，开启整流器和除铜设备内循环结构的循环泵；

s3：含铜量小于50ppm后，关闭整流器，打开循环泵与无铜水罐之间的球阀，关闭去铜设备上的循环阀；

s4：打开无铜水罐与调整槽之间的球阀，开启流量泵；

s5：经过无铜水罐后的废水进入调整槽，保持盐槽和碱槽到调整槽之间的球阀常开，向调整槽中添加naoh以维持ph在11-12之间，且定时确保nacl溶液的浓度和存量在设定范围内；若调整槽的进水量过大导致其容积不够，则通过调整槽之前的流量计前面的手动阀调整；

s6：依次打开调整槽与电解槽之间的手动阀、电解槽进水泵，使调整槽的水流至电解槽，并基于进水流量的确定电极板的数量；获取电解槽的进水流量、电极板的间隔宽度t、电压值v和目标出水氨氮浓度b，查询得到电流值i，开启整流机开始电解；

s7：达标后打开正常排水阀开始正常排放。

本发明的有益效果：1、在前端进行除铜，后端进行电解除氨氮，根据两种处理方式的高效处理过程中不同的ph值要求进行设计，其效果优于常规的除铜除氨氮的一体式设计；2、在除铜设备中设置了内循环处理结构，极大的减少了废水中的含铜量；3、优化设计了电极板面积和进水流量、电解槽电极板电流与进水流量之间的关系，显著提高了电解处理效果，优化了排污效果；4、整个方案未采用成本高昂的装备，具有成本低廉的效果，有利于推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为本发明的电路板蚀刻废水处理装置的主视图；

图2所示为本发明的电路板蚀刻废水处理装置的俯视图；

图3所示为本发明的电路板蚀刻废水处理装置的示意图；

图4所示为本发明的电流与流量之间函数关系拟合图；

图5所示为本发明的电路板蚀刻废水处理装置的流程图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

如图1至图2所示的电路板蚀刻废水处理装置，附图1为本发明的装置的主视图，附图2位本发明的装置的俯视图。电路板蚀刻废水处理装置具体包括：浓液灌1，其被配置用于收集蚀刻废水；除铜设备2，被配置用于去除蚀刻废水中的铜离子，其包括多块并行设置的电极板、阳极板、阴极板和整流器，在调整蚀刻废水的ph值达到设定范围内后进行循环除铜操作，除铜设备2中的电极板为钌铱电极板，整流器用于将交流电转化为直流电。

作为优选实施方式，除铜设备2通过盐槽调节nacl浓度至目标值和通过碱槽输入naoh调节ph在8-9之间后，通过所述内循环结构进行除铜。

除铜设备2的反应过程，阴极反应：金属离子在阴极处获得电子以形成金属me+(aq)+e→me(s)；

阳极反应：从阴极获得的电子需要通过来自阳极失去的电子来平衡。

事实上，阳极中有几种可能的反应，例如2h2o-o2(g)+4h++4e，当电解质中的金属浓度降低时，难以确保金属在阴极处还原而没有其它反应。

低金属浓度下最容易发生的化学反应是氧的产生，如下：2h+(aq)+2e-。浓液灌1和除铜设备2之间设置两个球阀，所述两个球阀之间设置隔膜泵，打开球阀后，通过隔膜泵将蚀刻废水引入到除铜设备。除铜设备2的上端通过接口连接废气塔6，将废气通过废气塔6排出，除铜设备2的下端通过接口连接曝气管、盐槽和碱槽。

所述除铜设备2还设置有内循环结构，所述内循环结构包括一个球阀、一个循环阀(该循环阀为球阀)和一个循环泵；在进行内循环的前需要关闭无铜水罐前的球阀，然后通过循环泵使得除铜设备内的蚀刻废水进行内部循环，通过除铜设备2的内循环结构控制蚀刻废水在2000ppm氨氮浓度、50ppm铜含量，同时投加碱源，以增强电导率的电解作用下，其中的铜离子在阳极、阴极被还原为铜单质，铜质絮凝絮凝物沉淀于电解槽内不附着于电解板上，保障铜含量物质大幅度降低，铜物质絮凝沉淀物质将通过每周保养清洗排至综合废水收集处置。

进一步的，从除铜设备2排出的氨氮废水进入无铜水罐3，经除铜设备处理过的蚀刻废水存储在所述无铜水罐中，所述无铜水罐3的输出端连接调整槽4。

进一步的，从除铜设备2排出的氨氮废水进入调整槽4，调整槽4被配置用于调整蚀刻废水的ph值，此目的在于初步调节适合电解槽5电解的浓度，增强电解效果。

优选的，在无铜水罐3和调整槽4之间设置两个球阀、一个流量泵和一个流量计，流量泵设置在两个球阀之间；调整槽的上端还设置有接口分别连接盐槽和碱槽，用于向调整槽中添加盐和碱，用于进一步调节适合的电解质的浓度；所述调整槽4、盐槽和碱槽分别连接曝气管；所述盐槽和碱槽还分别连接自来水管。

本实施方式的电解槽5，包括槽体、阳极板、阴极板和至少一个电极板n(n≥1)，所述电解槽5用于通过电解将氨氮电解转化为氮气，所述调整槽4与电解槽5之间设置两个球阀、隔膜泵、流量计和氨氮浓度检测装置，隔膜泵设置在两个球阀之间；所述电解槽5的上表面还设置排气口连接废气塔，下表面设置排放口和排污口。

废气塔6中输入自来水和碱处理废气，将收集的废气进一步处理成达标的气体排出。

在一些实施例中，所述除铜设备2通过盐槽调节nacl浓度至目标值和通过碱槽输入naoh调节ph在8-9之间后，通过所述内循环结构进行除铜。

在一些实施例中，所述调整槽4通过盐槽调节nacl浓度至目标值和通过碱槽输入naoh调节ph在11-12之间后，将蚀刻废水输入至电解槽5中。

在一些实施例中，所述除铜设备2中的电极板为钌铱电极板。

控制器，其包括存储器，所有的流量计均信号连接所述控制器。

本实施例中，槽体设置进水口和出水口，所述进水口设置在槽体的一角，所述出水口设置在与进水口同一平面的斜对角；进水流量q与电极板总面积s总之间的关系满足s总＝(4～5)q的数值比例关系，其中s总为电极板s单的面积之和n×s单，单位m²；流量计检测得到进水流量q，单位：l/min；电极板的面积大小需要与进水流量的大小相适应，进水量大时，电解面积相应的也要大，才能获得高效率的电解速度。

在一些实施例中，进水量在2.8l/min至8.4l/min之间。

在一些实施例中，所述电解槽的底面长度l为电极板总厚度的3～5倍，所述电解槽的高度为电极板高度的1.1～1.3倍；

在本申请中，电极板的间隔宽度t在0.1～4cm之间。

事实上，电解的电流和电压均会对电解效率产生影响，在一定范围内，电流升高和电压升高，电解效率高，但如果超出一定范围，再增加电压或电流，这样电解的效率提高就不够明显，而且槽电压进一步升高，导致电耗增大，槽温升高，反过来影响电解效率。

当电极板的间隔宽度t一定时，电解电流i与所述进水流量q呈比例关系，i＝k1×q+b1，阳极板的电压v与所述进水流量q之间呈比例关系，i＝k1×q³+k2×q²+k3×q+p，其中k1、k2、k3、p为最小二乘法拟合的三次函数系数；

当获取电解槽5的进水氨氮浓度a、电解槽的进水流量q、电极板的间隔宽度t、电压值v和目标出水氨氮浓度b后，查询控制器中的存储器得到电流值i，开始电解。

表1为进水氨氮浓度a为2000ppm，在固定的电极板间隔宽度t＝2cm、电压5v和电流201a下，随着进水流量的增大时，出水氨氮浓度呈逐渐增大趋势。

表1

表2为进水氨氮浓度a为2000ppm，在固定的电极板间隔宽度t＝2cm、电压5v和目标值出水氨氮浓度b为50ppm时调整的电流值：

表2

当电压值v＝5v和电极板间隔t＝2cm的情况下，电解的效果与电流之间的关系是十分密切且重要的，进水氨氮浓度a为2000ppm，目标出水氨氮浓度b为50ppm时，在不同的进水量时调整电流以满足目标出水氨氮浓度b的要求，达到最佳效果。

基于上述，通过设置电解槽5电极板的电流与进水流量之间的关系达到目标值，将表2中的电解电流i与所述进水流量q通过最小二乘法拟合三次函数，i＝k1×q³+k2×q²+k3×q+p，拟合结果为：i＝-0.27×q³+3.1×q²-10.6×q+211.86，如图4所示的实施例拟合结果，拟合常数k1＝-0.27，k2＝3.1，k3＝211.86。对于其他不同的进水氨氮浓度和目标出水氨氮浓度，其最佳电流值也是不相同的，此处不再赘述。

继续在不同电极板间隔t和电压v下，根据不同的进水量q调整电流以满足目标出水氨氮浓度b的要求，达到最佳效果时，通过最小二乘法拟合三次函数，以获得当前目标条件下的最佳电流值，将获得的拟合常数存储于存储器中，当进水流量发生变化时，即可调节到最佳的电流状态，得到好的电解效果。

在一些实施例中，电解槽的电解电流设定在200a-220a范围内，所述电解槽的阳极板电压设定在3-5v范围内。

通过电解槽对蚀刻废水进行电解，将氨氮转化为氮气和少量氢气，废水中氨氮浓度得以大幅下降。本发明的蚀刻废水处理装置能实现降低生化池的处理负荷、有效减小废水站的总氮、氨氮处理达标压力，电解过程中产生的废气将布置废气管道抽至废气塔，电解后氨氮废水降至50ppm左右排入综合废水集水池，达到环保要求后即可参与废水处理系统。

本实施例还公开了一种应用于所述电路板蚀刻废水处理装置的处理方法，其实施过程包括如下步骤：

s1：蚀刻水洗段的待处理废水进入浓液罐；

s2：在蚀刻水洗段的水正常进入到浓液罐后，开启浓液罐和除铜设备之间的手动进水阀、隔膜泵，当除铜设备进水量达到上刻度线后关闭隔膜泵和手动阀，盐槽和碱槽向调整槽中添加naoh以维持ph在8-9之间，开启整流器和除铜设备内循环结构的循环泵；

s3：含铜量小于或等于50ppm后，关闭整流器，打开循环泵与无铜水罐之间的球阀，关闭去铜设备上的循环阀；

s4：打开无铜水罐与调整槽之间的球阀，开启流量泵；

s5：经过无铜水罐后的废水进入调整槽，保持盐槽和碱槽到调整槽之间的球阀常开，向调整槽中添加naoh以维持ph在11-12之间，且定时确保nacl溶液的浓度和存量在设定范围内；若调整槽的进水量过大导致其容积不够，则通过调整槽之前的流量计前面的球阀调整；

s6：依次打开调整槽与电解槽之间的球阀、电解槽进水泵，使调整槽的水流至电解槽，并基于进水流量的确定电极板的数量；获取电解槽的进水流量q、电极板的间隔宽度t、电压值v和目标出水氨氮浓度b，查询得到电流值i，开启整流机开始电解；

s7：达标后打开正常排水阀开始正常排放。

本发明的有益效果：1、在前端进行除铜，后端进行电解除氨氮，根据两种处理方式的高效处理过程中不同的ph值要求进行设计，其效果优于常规的除铜除氨氮的一体式设计；2、在除铜设备中设置了内循环处理结构，极大的减少了废水中的含铜量；3、优化设计了电极板面积和进水流量、电解槽电极板电流与进水流量之间的关系，显著提高了电解处理效果，优化了排污效果；4、整个方案未采用成本高昂的装备，具有成本低廉的效果，有利于推广。

需要声明的是，上述具体实施方式仅仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等。但是，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。另外，本申请说明书和权利要求书所使用的一些术语并不是限制，仅仅是为了便于描述。