Carolyn H Byszewski和K N Mani联合信号公司Aquatech Systems
介绍
AQUATECH Systems是最先进的双极膜分离技术是“防止污染”技术的典范，而不是符合“管道末端”法规的典范。与SARA对治疗的定义一致，AQUATECH Systems是一种“全部或部分将导致危险物质的毒性、发病率或体积永久性和显著降低”的技术浪费材料．
AQUATECH系统可以帮助金属加工行业:消除酸或碱废水流再生废酸/碱流回收有价值的资源;此外:
提升公司在社会上的形象
尽量减少管理人员在废物处理方面所面临的风险。为尽量减少废物提供经济激励措施。
一般应用
AQUATECH Systems技术适用于有机水盐溶液，以及具有酸性、碱性或盐性的矿物盐。该技术只需要清洁的导电水溶液作为饲料。AQUATECH Systems与最终用户合作开发所需的预处理步骤，以满足表1所示的一般准则。
表1
一般流程指引
饲料盐:可溶性盐透明溶液
导电率>35000 nS/cm金属污染物(Ca, Mg, Fe等)
< 2ppm(对弱碱产生松弛)减少高分子量有机物注意低pH下溶解度差的酸典型产品浓度:强酸= 1N硫酸盐/硫酸=2N弱酸= 3-6N S02, C02, H2S >95 Wt%
产品强度:NaOH, K0H,Na2C03, K2C03, Na2S03 = 3-6 N
温度:环境- 50°C非氧化性化学品电流密度50-150 mA/cm2单元电池电压1.3 - 1.9V (2 compt) 1.6 - 2.5V (3 compt)预期膜寿命1年+
商业操作条件温和，对生产环境无害。工艺流程温度低于110华氏度，压力小于10psi。虽然产品通常具有腐蚀性或腐蚀性，但相对稀释的水形式(通常为15 wt%)使其比通常在工厂环境中发现的更传统的浓缩形式的酸碱(50 Be, 98%等)的危害性要小得多。
AQUATECH系统仅能将溶液调节到导电性和污染的指导水平，是一种多功能的单元操作在各种各样的工业领域。除了我们的商业不锈钢酸洗酸回收厂和特种金属废物回收如上所述，AQUATECH Systems开发了许多其他工艺方案并申请了专利，包括:
从Trona中回收Na-CO的乳酸生产
准备alkafi金属氢氧化物通过水分裂。从氟副产物中回收HF。废磷酸回收。SOXAL用于烟气脱硫。
与金属加工工业相关的应用将在本文后面重点介绍。
酸产品:
基础产品:
技术BACKGROUNp
AQUATECH系统是一种电透析式单元操作，简单来说，它通过电势将水盐转化为相关的酸和碱形式。喜欢传统的电渗析(ED)如图1所示，AQUATECH Systems需要一个带有一对由直流电流供电的电极的电池堆，以将离子驱动到所需的方向。像ED一样，cell堆栈由数百个表类型组成离子交换膜它们选择性地排斥或运输离子物种，从而同时影响分离和浓缩。像ED一样，塑料垫片和垫片在图Z所示的电极之间以交替的三明治状方式组装，以创建不同的和独立的隔间，离子溶液通过这些隔间。
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我Fwtl O s MKF 我Fwtl ©Gatk&n Mtiroran* ©Anion Msmbrano 图1图2 但与ED不同的是，AQUATECH技术是基于图3所示的独特的低电阻双极膜，它能够裂解水。水从水溶液流动过双极膜的表面和自由扩散通过其外层带电层到一个中心界面区域。在这里，一些水解离成它的组分离子H和OH”。在膜上施加的电势的帮助下，两极的阳离子层允许正氢离子(阳离子)通过到外部隔室，同时阻止负离子进入。同样，双极层的阴离子层通过带负电荷的羟基离子(阴离子)，但阻止了正离子的进入。因此,水的离子相反极性的浓度积聚在双极膜的相反两侧。 双极板的建造与操作 FTgun 3  HrdrAulit气缸端部 FTgun 3同时，双极膜夹在两层常规单极离子交换膜之间，每层离子都带有相反的电荷，如图4所示。相邻的膜和相关的间隔垫圈形成单独的腔室，溶液可以通过腔室流动。正盐离子和负盐离子选择性地通过各自的单极膜迁移并集中在隔室中。在双极膜界面的反应与相邻单极离子交换膜的作用结合，产生酸和碱副产物在相邻的两个隔间里。它是AQUATECH Systems有别于传统电渗析的“电渗析”水分解能力的新一代产品。 标准模式 三室细胞HX SOLN 哦” 盐 耗尽MX SOLN -»。卫生部溶液 基地”哦~ 传说 Q双极膜0阳离子膜0阴离子膜 图4水分解反应高效、清洁。消耗的能量只比吉布斯计算的能量多20%自由能关系如下所示。对于70℃的水的溶解，可以计算出0.874伏。 等效数/摩尔活化剂法拉第常数，96500库仑/克eq可逆电动势，伏特通用气体恒定绝对温度，H和OH的K活度”分别以膜的界面和外表面为上标。 如图5所示，在电流密度为100 a /ft时，跨双极膜的水劈裂实际电位为1.05伏。 双极膜电位降 双极膜电位降  电流密度(mA/cm2) 图5 电流密度(mA/cm2) 图5利用这些高效的水分解膜，并考虑到电解质溶液和单极膜所产生的阻力， AQUATECH Systems比一些传统技术更节能。例如，氯碱工业通常需要一些 生产2500 kwhr/MT NaOH。AQUATECH Systems可以产生1mt NaOH水溶液和等量的伴生酸，只需1650- 1800kwhr。 除了如图4所示的常规3室单元配置外，还有如图6所示的各种其他2室或3室单元配置，以满足特定的应用需求。无论酸净化是最重要的，还是需要纯碱或盐中的纯酸和碱产品，AQUATECH系统都可以根据应用需求量身定制系统。 备用单元安排 OI0I9 G foll 0 1 G SatVAcM H、O MX 图6 回收金属加工过程中的酸性废水 许多金属加工涉及用酸处理金属，用于剥离、清洗、蚀刻、酸洗或精加工。金属加工过程中废酸的消除和回收是法律和废酸运输成本飙升所必需的。AQUATECH双极膜技术可以提供帮助。它提供了一种创新的治理污染的方法，即从源头处理问题。无需再签署酒类危险废物运输舱单，无需再支付昂贵的处置费用。与此同时，有价值的有限资源的回收和再利用可以为行业提供经济激励，使投资的底线回报成为一个有吸引力的资本项目。 一般来说，AQUATECH回收方法涉及从废酸中沉淀重金属。随后通过超滤和板框过滤的浆液通常会产生适合于AQUATECH堆栈的透明盐滤液。该金属氢氧根饼可按原样(或在干燥步骤后)干燥或回收，用于上游金属冶炼工艺。 然后，AQUATECH系统将盐再生为酸和碱。碱用于中和下一批废酸，而新鲜的再生酸用于额外的金属加工。 不锈钢应用这种创新的闭环工艺在1987年获得了“宾夕法尼亚州州长废物最小化奖”，由宾夕法尼亚州环境资源部颁发给华盛顿钢铁公司。 AQUATECH "回收废酸黄瓜酸的商业过程 AQUATECH "回收废酸黄瓜酸的商业过程
AQUATECH Systems的第一个商业应用是回收废HF/HNO、钢酸洗酸，如上图7所示。如前所述，酸与KOH中和到pH值10-11，过滤后送到AQUATECH电池堆进行再生。KF/KNO混合盐产生HF/HNO混合酸，适用于不锈钢酸洗和等量的KOrl用于中和下一批废酸。水平衡是通过传统的电渗析来维持的，电渗析可以排除KF/KNO盐中多余的水。该水用于工艺内部清洗饼和酸产品浓度调整。金属氢氧根饼，主要是Fe(0H)3, Cr(OH)-和Ni(OH)2被清洗，吹干，并经过公称处理后，回收到电弧炉。钾损失最小，为5%。 这种AQUATECH酸回收系统是世界上第一个同类系统。它的设计目的是每年回收160万加仑的废酸，回收90%的氟化物和硝酸盐资源。废物体积减少了90%，形成固体金属氢氧化物饼，然后回收到熔炉。在过去两年的运行中，该系统成功地减少了酸废物的运输。实际处理的废酸与再生的酸产品在图8中进行跟踪。 华盛顿钢铁公司10月17日至4月17日加工废酸与氟氧化酸 华盛顿钢铁公司10月17日至4月17日加工废酸与氟氧化酸  操作周- o-废ACO - o-丙烯酸 图8 操作周- o-废ACO - o-丙烯酸 图8 钛铣削应用在特殊金属加工中，如钛，金属是用稀氢氟酸浴研磨的。浴槽必须清除含钛废酸，并定期补充新鲜酸。在不锈钢的情况下，钛废酸可以中和与KOH沉淀出金属。氟的回收很大程度上依赖于良好的pH终点控制。如果仔细监测pH值，氟化物回收率可达到90%以上。 一旦达到适当的pH值，浆液可以通过过滤器连续过滤旋转真空过滤．透明的KF滤液可以直接馈送到AQUATECH电池堆。收集到的蛋糕是很有价值的副产品。在这种情况下，沉淀物是二氧化钛，通过洗涤、干燥、研磨和纯化很容易升级为高价值的颜料级TiO-。即使以原始形式，这种副产品也将获得高达30美元/吨的信贷。 根据下面的化学过程，KF的水分解很简单。 生产5-8 wt%的HF酸，适用于钛的铣削。副产物KOH溶液用于中和更多的废酸。为了确保氟的回收和实现零排放，电渗析装置被纳入KF流的水平衡。 酸净化AQUATECH Systems最近为一种废酸净化的新方法申请了专利。该系统最适用于低污染水平(即低于500wppm铁，铬，钙)的废乙酸流，在与废酸浓度相等或更高的纯产品中，可回收高达95%的酸值。单元配置与图6b中描述的相同。在酸净化过程中，废酸被送入双极膜的基侧。在这里，pH值从小于1提高到- 3ph。二价阳离子污染物被双极膜保留，而酸性阴离子如S0。~， CI”或NO。，通过阴离子膜运送到酸室。因此，阴离子膜起到分离和浓缩的作用，而双极膜通过排斥二价阳离子来达到所需的净化效果。用这种方法可以纯化含300wppm铁的废电池酸。这种酸净化系统的其他应用正在金属加工工业中寻求。 设备。安装及费用尽管AQUATECH系统技术先进，但其安装并不复杂。事实上，它比传统的电解工艺更简单，成本更低。AQUATECH Systems只需要两个电极就可以完成100-150个电池单元，避免了复杂的母线安排。此外，模块化的滑橇式电池堆设计便于设备的放大和安装。 除了直流电源，AQUATECH系统还包括常规泵、存储和回收罐、热交换器和管道。主要仪器通常包括pH分析仪，电导率计和浓度监测器。 劳动力和运营成本低。该系统高度自动化，允许最小的操作员干预。两大运行成本是电力和膜的维护。Allied-Signal的承诺和对AQUATECH膜和堆栈设计的持续研究和开发确保了更长的膜使用寿命和更节能的设备。通过预先组装的单元模块，可以方便地更换膜，便于安装。 表2显示了AQUATECH Systems工厂对不锈钢废酸的典型经济估算。这个无害环境的过程的回报是-3.6年。 钛铣削应用将显示出略好的回报，主要是由于Ti0?蛋糕的副产品。 表2 泡菜液回收 资本及营运成本 基础:1.6 X 10®女孩/年。含5wt % F~， 10wt % NO, 8000小时/年的废泡菜液。J电池组件酸回收一年寿命(净):350T/年。HF 740T/Yr。的HNOj 工厂总电池限制资本2.2 X 106 1987年8月费用 所有费用以美元计算 运营成本汇总 原材料 化妆品KOH @ 540美元/吨38,000 助滤剂300美元/吨14000美元 电池保养30万 电我?128000年5 fi /千瓦时 蛋糕加工@ 110美元/吨229,000 其他维护78000 劳动监察8万人 税收和保险@ 2% 44.000 总运营成本909,000产品积分 HF @ 1365美元/吨48万 废物处理@ S0.55/加仑880.000 总学分1512,000 储蓄603000 回报 3.6年 结论许多工业废料传统上采用了产酸工艺石灰的重金属的沉淀和同时中和的酸。从长远来看，这种方法在环境上是不可接受的，因为即使是低水平的重金属污染也可能导致固体废物被归类为有毒废物，需要花费相当大的费用运输到专门的垃圾场。此外，将滤液排放到水路无疑将受到更严格的规定控制。 AQUATECH技术与传统的分离技术(如过滤和电渗析)结合使用，能够以经济有效的方式解决处理问题，同时将宝贵的资源回收回加工厂。最终的结果是一个更清洁的环境和避免对处理器的长期责任。 参考文献 1.AQUATECH Systems是联合信号公司的商标。 电裂解法回收酸性矿物酸国际膜技术会议论文集分离过程英国布莱顿:1989年5月24日至26日，论文G2 3.卡洛琳·赫特·比舍夫斯基和安德鲁·s·博格兹 AQUATECH系统-回收废弃泡菜液的商业过程钢铁工程师，3/88 4.Carolyn Hutter Byszewski回收废酸黄瓜酸 金属学报，第38卷第7期，1986年7月，第61页 从盐流中回收酸/碱值的AQUATECH膜技术 海水淡化6f149 (1988) |
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