基于膜吸收法处理实际高浓度蚀刻废液的研究

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2022-0366

工业水处理 ›› 2023, Vol. 43 ›› Issue (2): 111-117. doi: 10.19965/j.cnki.iwt.2022-0366

基于膜吸收法处理实际高浓度蚀刻废液的研究

刘华光¹(), 任亚涛¹, 赵子龙¹^,², 王宏杰¹^,²^,³(), 董文艺¹^,²^,³, 侯惠惠¹

^1.哈尔滨工业大学（深圳）土木与环境工程学院，广东深圳 518055
^2.深圳市水资源利用与环境污染控制重点实验室，广东深圳 518055
^3.城市水资源与水环境国家重点实验室，哈尔滨工业大学环境学院，黑龙江哈尔滨 150090

收稿日期:2022-12-05 出版日期:2023-02-20 发布日期:2023-05-26
通讯作者: 王宏杰 E-mail:1017012145@qq.com;whj1533qihan@163.com
作者简介:刘华光（1993— ），博士研究生。E-mail：1017012145@qq.com
王宏杰，研究员。E-mail：whj1533qihan@163.com。
基金资助:
深圳市科技计划可持续发展专项(KCXFZ202002011006362)

Treatment of actual high concentration etching solution based on membrane absorption method

Huaguang LIU¹(), Yatao REN¹, Zilong ZHAO¹^,², Hongjie WANG¹^,²^,³(), Wenyi DONG¹^,²^,³, Huihui HOU¹

^1.School of Civil and Environmental Engineering，Harbin Institute of Technology（Shenzhen），Shenzhen 518055，China
^2.Shenzhen Key Laboratory of Water Resource Utilization and Environmental Pollution Control，Shenzhen 518055，China
^3.State Key Laboratory of Urban Water Resource and Environment，School of Environment，Harbin Institute of Technology，Harbin 150090，China

Received:2022-12-05 Online:2023-02-20 Published:2023-05-26
Contact: Hongjie WANG E-mail:1017012145@qq.com;whj1533qihan@163.com

摘要/Abstract

摘要：

为实现对印刷线路板生产领域高浓度蚀刻废液的高效处理，建立了“膜吸收+Na₂S破络+PAC混凝沉淀”工艺，考察其对实际高氨氮蚀刻废液的脱氨除铜效能，并优化了工艺条件。通过单因素实验探究了料液pH和流速、吸收液浓度和流速、膜组件级数与温度等因素对NH₄⁺-N去除率、传质系数和过膜通量的影响，并确定了最佳运行参数：料液pH=10.5、流速3.6 cm/s，吸收液浓度2.0 mol/L、流速1.1 cm/s，膜组件级数为18级，温度为40 ℃。在该最佳运行条件下，蚀刻废液NH₄⁺-N可由82 000 mg/L降至100 mg/L左右，去除率保持在99.8%以上，膜传质系数为3.38×10^-6 m/s，过膜通量为40.7 mg/（m²·s）。同时对Na₂S破络及混凝沉淀工艺条件进行了优化，以n（S^2-）/n（Cu²⁺）=1.4投加Na₂S对铜氨络合物进行破络，并投加150 mg/L PAC进行混凝沉淀，可将出水铜质量浓度控制在0.5 mg/L以下。重复实验结果表明，膜吸收法长期运行效能稳定，对印刷线路板高氨氮生产废水处理具有很好的适用性，是解决高浓度蚀刻废液污染问题的有效技术途径之一。

关键词: 蚀刻废液, 膜吸收法, 高氨氮, 参数优化

Abstract:

In order to realize the efficient treatment of high-concentration etching waste solution in printed circuit board production field，the process of membrane absorption+Na₂S breaking+PAC coagulation and precipitation was established to investigate the ammonia nitrogen and copper removal efficiency of the actual high-ammonia-nitrogen etching waste solution，and the process conditions were optimized. Single factor experiments were designed to explore the influences of pH and flow rate of feed liquid，concentration and flow rate of absorption solution，stages of membrane modules and temperature on NH₄⁺-N removal rate，mass transfer coefficient and membrane flux，and the optimal operating parameters were determined as follow：feed liquid pH=10.5，flow rate of feed liquid was 3.6 cm/s，absorption liquid concentration was 2.0 mol/L，flow rate of absorption liquid was 1.1 cm/s，film stages was 18，temperature was 40 ℃. Under the above conditions，NH₄⁺-N could be reduced from 82 000 mg/L to about 100 mg/L，the removal rate of NH₄⁺-N remained more than 99.8%，the mass transfer coefficient was 3.38×10^-6 m/s，and the transmembrane flux was 40.7 mg/（m²·s）. At the same time，the process conditions of Na₂S breaking and coagulation and precipitation were optimized. Na₂S was added to the copper ammonia complex at the condition of n（S^2-）/n（Cu²⁺）=1.4，and 150 mg/L PAC was added to the breaking solution for coagulation and precipitation，the copper concentration in effluent could be controlled below 0.5 mg/L. The results of repeated experiments showed that the membrane absorption method had stable performance in long-term operation，and had good applicability to the treatment of high ammonia nitrogen production wastewater of printed circuit board. It was one of the effective technical approaches to solve the pollution problem of high concentration etching waste solution.

Key words: etching waste solution, membrane absorption method, high NH₄⁺-N, parameter optimization

中图分类号:

X703

刘华光, 任亚涛, 赵子龙, 王宏杰, 董文艺, 侯惠惠. 基于膜吸收法处理实际高浓度蚀刻废液的研究[J]. 工业水处理, 2023, 43(2): 111-117.

Huaguang LIU, Yatao REN, Zilong ZHAO, Hongjie WANG, Wenyi DONG, Huihui HOU. Treatment of actual high concentration etching solution based on membrane absorption method[J]. Industrial Water Treatment, 2023, 43(2): 111-117.

https://www.iwt.cn/CN/Y2023/V43/I2/111

图/表 12

表1 膜组件主要特性

Table 1 Main features of membrane components

指标	膜面积/m²	长度/m	内径/μm	外径/μm	微孔尺寸/μm	壁厚/μm	孔隙率/%	工作温度/℃
数值	0.5	0.24	250~300	350~400	0.1~0.2	40~50	40~50	4~45

表2 蚀刻废液水质特性

Table 2 Characteristics of etching waste solution

水质指标	COD	NH₄⁺-N	TP	pH	Cu	Mg	Ni	Fe	Zn
范围	180~200	78 000~86 000	3~5	7.4~7.8	27~30	0.7~0.8	—	—	0.4~0.5
平均值	186	83 260	3.6	7.6	28.9	0.73	—	—	0.47

图1 膜吸收工艺装置
1—蠕动泵；2—吸收液储槽；3—PP中空纤维膜组件；4—料液储槽；5—料液出水槽。

Fig. 1 Membrane absorption process device

图2 ARR、K和J随料液pH的变化

Fig. 2 Variation of ammonia removal rate，mass transfer coefficient and transmembrane flux with pH of feed liquid

图3 料液流速对ARR、K和J的影响

Fig. 3 Influence of feed liquid flow rate on ammonia removal rate，mass transfer coefficient and transmembrane flux

图4 吸收液流速对ARR、K和J的影响

Fig. 4 Influence of absorption fluid flow rate on ammonia removal rate，mass transfer coefficient and transmembrane flux

图5 吸收液浓度对ARR、K和J的影响

Fig. 5 Effect of absorption solution concentration on ammonia removal rate，mass transfer coefficient and transmembrane flux

图6 温度对ARR、K和J的影响

Fig. 6 Effect of temperature on ammonia nitrogen removal rate，mass transfer coefficient and transmembrane flux

图7 氨氮质量浓度随膜组件级数的变化

Fig. 7 The mass concentration of ammonia nitrogen varies with the number of membrane components

图8 铜质量浓度随n（S^2-）/n（Cu²⁺）的变化

Fig. 8 Variation of Cu mass concentration with n（S^2-）/n（Cu²⁺）

图9 铜质量浓度随PAC投加量的变化

Fig. 9 Variation of Cu mass concentration with PAC dosage

表3 膜吸收法处理蚀刻废液运行结果

Table 3 Operation results of etching waste solution treated by membrane absorption method

实验批次	处理水量/（L·m^-2）	进水NH₄⁺-N/ （mg·L^-1）	出水NH₄⁺-N/ （mg·L^-1）	过膜级数	ARR/%	K/（m·s^-1）	J/（mg·m^-2∙s^-1）
1	20	79 900	90	17	99.89	3.43×10 ^-⁶	40.3
2	40	83 200	97	17	99.88	3.41×10 ^-⁶	42.0
3	60	80 200	92	18	99.89	3.42×10 ^-⁶	40.5
4	80	79 500	91	18	99.89	3.42×10 ^-⁶	40.1
5	100	82 000	98	18	99.88	3.40×10 ^-⁶	41.4
6	120	80 700	100	18	99.88	3.38×10 ^-⁶	40.7
7	140	81 000	102	18	99.87	3.37×10 ^-⁶	40.9
8	160	83 000	113	18	99.86	3.33×10 ^-⁶	41.9
9	180	81 000	109	18	99.87	3.34×10 ^-⁶	40.9
10	200	81 500	115	18	99.86	3.31×10 ^-⁶	41.1
11	220	80 800	120	18	99.85	3.29×10 ^-⁶	40.7
12	240	80 200	123	18	99.85	3.27×10 ^-⁶	40.4
13	260	83 500	140	18	99.83	3.23×10 ^-⁶	42.1
14	280	83 200	145	18	99.83	3.21×10 ^-⁶	41.9
15	300	84 300	152	18	99.82	3.19×10 ^-⁶	42.5
16	320	84 700	150	18	99.82	3.20×10 ^-⁶	42.7
17	340	81 000	128	18	99.84	3.26×10 ^-⁶	40.8
18	360	82 500	135	18	99.84	3.24×10 ^-⁶	41.6
19	380	79 500	130	18	99.84	3.24×10 ^-⁶	40.1

参考文献 10

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