硫酸铵废液的资源化处理系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种废液处理技术，尤其涉及一种硫酸铵废液的资源化处理系统。


背景技术：

2.硫酸铵是现代工业过程常见的副产物或废弃物，例如尼龙与己内酰胺生产过程的副产物，五氧化二钒触媒回收过程的副产物、半导体晶片制造厂排放的大量氨氮废水以及工艺设备排放的尾气的处理过程产生的废弃物。目前大多数的业者选择将硫酸铵废液收集后，委托外部厂商运送至特定场所作进一步处理(如干燥、焚化、掩埋等)。然而，氨是重要的化工基础原料，若能有效地从废弃硫酸铵中回收氨，不仅能降低污染物的排放，对于环境友善，还能进一步达到废弃资源回收与循环经济的目标。
3.现有技术针对硫酸铵的处理，经常采用蒸发及结晶的物理方式取得硫酸铵结晶颗粒，作为其他工业材料应用或农业肥料(氮肥)的添加剂。然市场上对应用于工业材料添加剂的硫酸铵的需求量远小于其产量，且政府限制由工业废弃物(废水/废液)衍生的硫酸铵不得于农业使用。故此方法受到通路的局限而受阻，往往需要耗费许多能源运销至其他国家贩卖，再次衍生碳排放的问题。
4.另外，现有技术采用添加大量氢氧化钠与硫酸铵废液混合，使铵离子转换成游离氨后再进行精馏，将氨气提取出并冷凝或加水吸收成工业级氨水的方法，存在运行成本高以及伴随大量副产物高浓度硫酸钠盐水需进一步去化的问题。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种硫酸铵废液的资源化处理系统，其能以较低的运行成本，将半导体工艺衍生的硫酸铵废液转制成有价工业原料，所采用的技术手段是：先利用双极膜电透析装置将硫酸铵废液分解转化成低浓度氨水(约3-5％)与低浓度硫酸(约10-15％)，再利用氨水提浓装置如精馏装置将低浓度氨水提浓为可供工业上使用的氨水或液氨产品；另外，低浓度硫酸可回收用于捕捉氨气产生硫酸铵，以降低对外购硫酸产品的依赖。
6.为了解决上述的技术问题，本实用新型所采用的其中一技术方案是提供一种硫酸铵废液的资源化处理系统，包括一第一电透析装置以及一氨水提浓装置。所述第一电透析装置包括由一阴离子交换膜与一第一双极膜分隔出的一盐室以及由所述阴离子交换膜与一第二双极膜分隔出的一酸室，其中所述第一电透析装置经配置以接收一硫酸铵废液，并于所述盐室内产生第一浓度氨水，以及于所述酸室内产生第一浓度硫酸。所述氨水提浓装置与所述第一电透析装置连通，其中所述氨水提浓装置经配置以将所述第一浓度氨水提浓为第二浓度氨水或液氨。
7.在本实用新型的一实施例中，所述第一电透析装置还包括由所述第一双极膜与一阴极极板分隔出的一阴极室以及由所述第二双极膜与一阳极极板分隔出的一阳极室，且所
述盐室与所述酸室位于所述阴极室与所述阳极室之间。
8.在本实用新型的一实施例中，所述硫酸铵废液的资源化处理系统还包括一氨吸收装置，且所述氨吸收装置与所述第一电透析装置连通，其中所述氨吸收装置经配置以对一含氨废气进行氨吸收处理，以产生所述硫酸铵废液。
9.在本实用新型的一实施例中，所述氨吸收装置为一洗涤塔或一吸收塔。
10.在本实用新型的一实施例中，所述硫酸铵废液的资源化处理系统还包括一酸液储存装置，且所述酸液储存装置与所述第一电透析装置连通，用以收集所述第一浓度硫酸。
11.在本实用新型的一实施例中，所述硫酸铵废液的资源化处理系统还包括一供料装置，用以供应第二浓度硫酸，所述第二浓度硫酸的浓度高于所述第一浓度硫酸的浓度。另外，所述供料装置与所述酸液储存装置通过一输送管路与所述氨吸收装置连通，且所述输送管路包括一混合器，用以将所述第一浓度硫酸与所述第二浓度硫酸混合成用于所述氨吸收处理的第三浓度硫酸。
12.在本实用新型的一实施例中，所述硫酸铵废液的资源化处理系统还包括一第二电透析装置，所述第二电透析装置与所述氨水提浓装置连通，且与所述酸液储存装置连通。
13.在本实用新型的一实施例中，所述第二电透析装置的一接收端与所述氨水提浓装置的一排放端连通，所述第二电透析装置的一排放端与所述氨水提浓装置的一接收端连通，且所述第二电透析装置的另一排放端与所述酸液储存装置的一接收端连通。
14.在本实用新型的一实施例中，所述第二电透析装置包括由一阳离子交换膜与一阴离子交换膜分隔出的一盐室、由所述阳离子交换膜与一第一双极膜分隔出的一碱室以及由所述阴离子交换膜与一第二双极膜分隔出的一酸室。
15.在本实用新型的一实施例中，所述第二电透析装置还包括由所述第一双极膜与一阴极极板分隔出的一阴极室以及由所述第二双极膜与一阳极极板分隔出的一阳极室，且所述盐室、所述碱室与所述酸室位于所述阴极室与所述阳极室之间。
16.在本实用新型的一实施例中，所述氨水提浓装置为一精馏装置。
17.本实用新型的有益主要在于，本实用新型所提供的硫酸铵废液的资源化处理系统，其能通过“所述第一电透析装置包括由一阴离子交换膜与一第一双极膜分隔出的一盐室以及由所述阴离子交换膜与一第二双极膜分隔出的一酸室，其中所述第一电透析装置经配置以接收一硫酸铵废液，并于所述盐室内产生第一浓度氨水，以及于所述酸室内产生第一浓度硫酸”的技术手段，以达到废弃资源回收再利用、对环境友善与循环经济的目标。
18.为使能更进一步了解本实用新型的特征及技术内容，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本实用新型加以限制。
附图说明
19.图1为本实用新型第一实施例的硫酸铵废液的资源化处理系统的主要架构图。
20.图2为本实用新型第一实施例的硫酸铵废液的资源化处理系统的具体实施架构图。
21.图3为本实用新型第一实施例的硫酸铵废液的资源化处理系统的第一电透析装置的结构示意图。
22.图4为本实用新型第二实施例的硫酸铵废液的资源化处理系统的具体实施架构图。
23.图5为本实用新型第二实施例的硫酸铵废液的资源化处理系统的第二电透析装置的结构示意图。
具体实施方式
24.以下是通过特定的具体实施例来说明本实用新型所公开有关“硫酸铵废液的资源化处理系统”的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本实用新型的优点与效果。本实用新型可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不背离本实用新型的构思下进行各种修改与变更。另外，本实用新型的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本实用新型的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本实用新型的保护范围。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包括相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。
25.在没有另行定义的情况下，本文中所使用的术语具有与本领域技术人员的通常理解相同的含义。各实施例中所涉及的材料，如无特别说明则为市售或根据现有技术制得的材料。各实施例中所涉及的操作或仪器，如无特别说明则为本领域常规的操作或仪器。
26.第一实施例
27.请参阅图1，显示本实用新型第一实施例的硫酸铵废液的资源化处理系统z1的主架构。硫酸铵废液的资源化处理系统z1可以将硫酸铵废液转制成有价工业原料，包括氨水产品(如25-30％的工业级氨水)及硫酸药剂(如氨气捕捉剂)，但本实用新型不受限于此。如图1所示，硫酸铵废液的资源化处理系统z1主要包括一第一电透析装置1以及一氨水提浓装置2，且氨水提浓装置2与第一电透析装置1连通。
28.本实用新型的硫酸铵废液的资源化处理系统z1正常运行时，第一电透析装置1可以将硫酸铵废液分解转化成低浓度氨水与低浓度硫酸，而氨水提浓装置2可以将低浓度氨水提浓为可供工业上使用的氨水产品，甚至进一步精炼纯化后得到液氨产品；另外，低浓度硫酸可回收用于制备氨气捕捉剂(硫酸药剂)。本文中提到的硫酸铵废液，可以是半导体工艺衍生的硫酸铵废液，例如工艺设备排放的尾气(含氨废气)经洗涤塔或吸收塔以硫酸药剂处理后产生的硫酸铵废液。
29.请配合参阅图1及图2所示，在本实施例中，第一电透析装置1可为一双极膜电透析装置，其包括由阴离子交换膜11与第一双极膜12分隔出的盐室101以及由阴离子交换膜11与第二双极膜13分隔出的酸室102。第一电透析装置1经配置以接收待处理的硫酸铵废液，并于盐室内101产生第一浓度氨水，以及于酸室102内产生第一浓度硫酸，其中盐室101和酸室102可采用连续式或批次循环式搭配固定流量的操作。实际应用时，待处理的硫酸铵废液的浓度可控制在20-30％，优选控制在25-30％；第一浓度氨水的浓度可控制在3-5％，且第一浓度硫酸的浓度可控制在10-15％。然而，以上所述只是可行的实施方式，而并非用以限制本实用新型。
30.进一步地说，第一电透析装置1还包括由第一双极膜12与阴极极板14分隔出的阴极室103以及由第二双极膜13与阳极极板15分隔出的阳极室104，且盐室101和酸室102位于
阴极室103与阳极室104之间，其中阴极室103与阳极室104内注入有低浓度电解液。另外，第一电透析装置1可具有一接收端1a、一第一排放端1b及一第二排放端1c。接收端1a用以将待处理的硫酸铵废液引进到盐室101内，使其在一固定电场的作用下分离出硫酸根离子(so
42-)和铵离子(nh
4+
)；硫酸根离子随后往阳极极板15的方向迁移，并穿透过阴离子交换膜11进入酸室102而与第二双极膜13中的水电离所产生的氢离子(h
+
)结合生成硫酸(h2so4)；在同一时间内，第一双极膜12中的水电离所产生的氢氧根离子(oh-)也往阳极极板15的方向迁移，并进入盐室101而与铵离子(nh
4+
)结合生成氨水(nh4oh)。需要说明的是，通过对施加的直流电压、操作时间等条件适当地加以控制，氨水和硫酸可以达到所需的浓度。第一排放端1b用以将第一浓度氨水排出到第一电透析装置1外，且第二排放端1c用以将第一浓度硫酸排出到第一电透析装置1外。
31.氨水提浓装置2可具有一第一接收端2a及一第一排放端2b。第一接收端2a用以将第一电透析装置1所排出的第一浓度氨水引进到氨水提浓装置2内，并在一碱性药剂的存在下进行提浓，例如将游离氨从水相中脱除并冷凝，上述步骤可重复进行多次，以产生第二浓度氨水或液氨，其中第二浓度氨水的浓度高于第一浓度氨水的浓度。需要说明的是，碱性药剂可调节第一浓度氨水的ph值至11.0以上，优选为介于11.5至12，迫使水相中的铵离子完全转变为游离氨，从而提高氨水提浓效率。第一排放端2b用以将第二浓度氨水或液氨排出到氨水提浓装置2外，以便进行回收再利用。
32.在本实施例中，氨水提浓装置2可为一精馏装置，且碱性药剂可采用45％溶液形式的氢氧化钠(即氢氧化钠溶液)；第二浓度氨水的浓度可控制在25％以上，优选控制在25％至30％。然而，以上所述只是可行的实施方式，而并非用以限制本实用新型。在一些实施例中，碱性药剂也可采用溶液形式的碳酸钠(na2co3)溶液或碳酸氢钠(nahco3)。
33.实际应用时，氨水提浓装置2还可具有一加药端2c，用以将碱性药剂加入到第一浓度氨水中；碱性药剂可预先存放于储药槽(图1中未显示)内，等到需要将第一浓度氨水提浓时，再从储药槽引进到氨水提浓装置2内。另外，第一电透析装置1所排出的第一浓度氨水中仍会含有少量的硫酸铵，因此氨水提浓装置2还可具有一第二排放端2d，用以将碱性药剂(如氢氧化钠)与硫酸铵的反应产物(如硫酸钠)和多余的水分一起排出到氨水提浓装置2外，以便进行后续处理。
34.请参阅图3，显示本实用新型第一实施例的硫酸铵废液的资源化处理系统z1的具体实施架构。如图3所示，硫酸铵废液的资源化处理系统z1可应用于处理含氨废气，特别是工艺设备所排放的含氨废气；且除了在前面描述过的第一电透析装置1与氨水提浓装置2之外，硫酸铵废液的资源化处理系统z1还可包括一氨吸收装置3、一酸液储存装置4及一供料装置5。
35.在本实施例中，氨吸收装置3经配置以对含氨废气进行氨吸收处理，以实现氨气零排放，并产生硫酸铵废液供入第一电透析装置1内进行分解和转化。酸液储存装置4与第一电透析装置1连通，且酸液储存装置4经配置以收集并存放第一电透析装置1所排出的第一浓度硫酸。另外，酸液储存装置4和供料装置5与一输送管路p连通，供料装置5经配置以供应浓度比第一浓度硫酸更高的第二浓度硫酸，且输送管路p包括一混合器m，用以将第一浓度硫酸与第二浓度硫酸按照一定比例混合成用于氨吸收处理的第三浓度硫酸后供入氨吸收装置3。实际应用时，第二浓度硫酸的浓度为约50％，但本实用新型不受限于此。
36.进一步地说，氨吸收装置3可具有一第一接收端3a、一第二接收端3b及一排放端3c。第一接收端3a用以将待处理的含氨废气引进到氨吸收装置3内，使氨气与第三浓度硫酸充分接触并发生反应，而反应后的废气可通过排风机直接排放到大气中，或是经过进一步净化处理后再行排放。第二接收端3b用以向氨吸收装置3内补充由回收的第一浓度硫酸与第二浓度硫酸混合形成的第三浓度硫酸，且第二接收端3b可与输送管路p连通或不连通。排放端3c用以将反应过程所产生的硫酸铵废液排出到氨吸收装置3外，以便供入第一电透析装置1。
37.实际应用时，氨吸收装置3可为一洗涤塔或一吸收塔，且氨吸收装置3的排放端3c可与第一电透析装置1的接收端1a连通或不连通。举例来说，可利用一输送管路(图3中未标号)在氨吸收装置3的排放端3c与第一电透析装置1的接收端1a之间建立流体连通，让氨吸收装置3所排出的硫酸铵废液可以直接通过输送管路供入第一电透析装置1；或者，可将氨吸收装置3所排出的硫酸铵废液收集到一定量后，再通过其他进料方式一次供入或分成多次供入第一电透析装置1。
38.另外，酸液储存装置4可包括一第一储酸槽41，且酸液储存装置4可具有一第一接收端4a及一出料端4b。第一接收端4a经配置以将第一电透析装置1所排出的第一浓度硫酸引进到第一储酸槽41内存放，而出料端4b与输送管路p的上游侧连通，以将存放于第一储酸槽41内的第一浓度硫酸输出到输送管路p。供料装置5可包括一第二储酸槽51，用以存放第二浓度硫酸(如外购的新硫酸)，且供料装置5可具有一出料端5a，出料端5a也与输送管路p的上游侧连通，以将存放于第二储酸槽51内的第二浓度硫酸输出到输送管路p与第一浓度硫酸进行混合。
39.第二实施例
40.请参阅图4，显示本实用新型第二实施例的硫酸铵废液的资源化处理系统z2的主架构。如图4所示，除了在第一实施例中描述过的第一电透析装置1、氨水提浓装置2、氨吸收装置3、酸液储存装置4和供料装置5之外，硫酸铵废液的资源化处理系统z2还可包括一第二电透析装置6，用以对氨水提浓过程所产生的废液进行后续处理，以符合排放水质标准。关于第一电透析装置1、氨水提浓装置2、氨吸收装置3、酸液储存装置4和供料装置5的技术细节，可参考第一实施例所述，故在此不加以赘述。
41.请配合参阅图4及图5所示，在本实施例中，第二电透析装置6与氨水提浓装置2连通，且与酸液储存装置4连通。第二电透析装置6可为一双极膜电透析装置，其包括由阳离子交换膜61与阴离子交换膜62分隔出的盐室601、由阳离子交换膜61与第一双极膜63分隔出的碱室602以及由阴离子交换膜62与第二双极膜64分隔出的酸室603。以氨水提浓过程产生第一浓度硫酸钠废液为例进行说明，第二电透析装置6经配置以将第一浓度硫酸钠废液引进到盐室601内，使其在一固定电场的作用下分离出钠离子(na
+
)和硫酸根离子(so
42-)而形成浓度更低的第二浓度硫酸钠废液；硫酸根离子随后往阳极极板66的方向迁移，并穿透过阴离子交换膜62进入酸室603而与第二双极膜64中的水电离所产生的氢离子(h
+
)结合生成硫酸(h2so4)；在同一时间内，钠离子则往阴极极板65的方向迁移，并穿透过阳离子交换膜61进入碱室602而与第一双极膜63中的水电离所产生的氢氧根离子(oh-)结合生成氢氧化钠(naoh)。
42.实际应用时，第二电透析装置6还包括由第一双极膜63与阴极极板65分隔出的阴
极室604以及由第二双极膜64与阳极极板66分隔出的阳极室605，且盐室601、碱室602和酸室603位于阴极室604与阳极室605之间，其中阴极室604与阳极室605内注入有低浓度电解液。第二电透析装置6的盐室601、碱室602和酸室603可采用连续式或批次循环式搭配固定流量的操作，且通过对施加的直流电压、操作时间等条件适当地加以控制，氢氧化钠和硫酸可以达到所需的浓度；举例来说，氢氧化钠浓度可控制在8％，且硫酸浓度可控制在10％。然而，以上所述只是可行的实施方式，而并非用以限制本实用新型。
43.为使本实用新型更符合经济效益，同时达到环境保护的效果，第二电透析装置6的接收端6a可与氨水提浓装置2的第二排放端2d连通，第二电透析装置6的第一排放端6b可与酸液储存装置4的第二接收端4c连通，第二电透析装置6的第二排放端6c可与氨水提浓装置2的第二接收端2e连通。因此，存在于第二电透析装置6的碱室602内的氢氧化钠溶液可以返回到氨水提浓装置2内参与ph值调节，而存在于第二电透析装置6的酸室603内的硫酸溶液可以被输送到酸液储存装置4内进行存放，用于制备氨气捕捉剂(硫酸药剂)。另外，存在于第二电透析装置6的盐室601内的第二浓度硫酸钠废液，可经由第二电透析装置6的第三排放端6d向外直接排放，或排放到后端的废水处理系统(图4中未显示)。
44.第一实施例中提到的相关技术细节在本实施例中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。同样地，本实施例中提到的相关技术细节也可以应用在第一实施例中。
45.实施例的有益效果
46.本实用新型的有益主要在于，本实用新型所提供的硫酸铵废液的资源化处理系统，其能通过“所述第一电透析装置包括由一阴离子交换膜与一第一双极膜分隔出的一盐室以及由所述阴离子交换膜与一第二双极膜分隔出的一酸室，其中所述第一电透析装置经配置以接收一硫酸铵废液，并于所述盐室内产生第一浓度氨水，以及于所述酸室内产生第一浓度硫酸”的技术手段，以达到废弃资源回收再利用、对环境友善与循环经济的目标。
47.更进一步来说，本实用新型先利用双极膜电透析装置将硫酸铵废液分解转化成低浓度氨水(约3-5％)与低浓度硫酸(约10-15％)，因此可大幅减少调节硫酸铵废液ph值所需的碱性药剂的用量，并大幅减少硫酸铵与碱性药剂的反应产物的形成，既降低了系统运行成本，又解决了高盐度废液的处理难题。另外，低浓度硫酸可回收用于捕捉氨气产生硫酸铵，以降低对外购硫酸产品的依赖。
48.以上所公开的内容仅为本实用新型的优选可行实施例，并非因此局限本实用新型的权利要求书的保护范围，所以凡是运用本实用新型说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本实用新型的权利要求书的保护范围内。