电极箔生产过程中蚀刻产生的废水的资源化利用：一个工程案例研究

《Water Cycle》：Resource utilization of wastewater generated during the etching process in electrode foil production: An engineering case study

摘要电极箔生产废水经沉淀、陶瓷膜超滤、双级反渗透及高级氧化处理后实现95%以上回用率，废酸与膜浓缩液制备出符合GB/T 31060-2014标准的硫酸铝及硫酸铝酸钠絮凝剂，日创净收益2097万元，兼具资源回收与减排效益。

　　
电极箔制造行业的水处理与资源回收技术创新

电极箔作为现代工业中电子设备的核心材料，其生产过程涉及大量废水排放。中国作为全球电极箔生产大国，年产量已达307.5万平方米，产生约15万吨低浓度酸性废水和5万吨高浓度废酸。这些废水具有强酸性、高盐度及重金属污染特征，传统处理方式存在资源浪费大、运行成本高、膜组件寿命短等问题。某新疆企业通过开发集成工艺系统，成功实现废水近零排放并创造显著经济效益，为制造业废水处理提供了新范式。

该技术体系包含四大核心模块：首先，采用复合沉淀工艺预处理低浓度废水，通过添加石灰乳和碳酸钠实现钙离子高效去除（去除率82.15%），为后续膜处理奠定基础。其次，创新性引入陶瓷膜超滤技术替代传统砂滤-超滤组合工艺，在3bar操作压力下实现230L/(m2·h)的高通量，有效克服了传统工艺占地面积大、膜污染严重的问题。经陶瓷膜处理后，悬浮物截留率达99.9%，为后续反渗透系统提供优质进水。

在盐分脱除环节，设计了两级反渗透系统协同工作。第一级反渗透采用双膜壳体结构，在15bar压力下实现85%的脱盐率，第二级系统通过优化膜组件排列，将总脱盐率提升至98%以上。关键创新点在于集成树脂软化与高级氧化技术，使用弱酸性阳离子树脂将钙离子浓度降至1mg/L以下，配合臭氧-锰催化剂协同氧化，使COD去除率达到74.9%，突破传统工艺瓶颈。

废酸资源化利用是该技术的核心突破。通过三效蒸发浓缩将20%硫酸浓缩至60%，与铝酸钠溶液反应生成符合GB/T 31060-2014一级标准的硫酸铝和聚合氯化铝复合絮凝剂。该工艺实现三个关键转化：将酸性废液转化为高附加值化工产品，年产能达4万吨；回收铝资源价值超1.2亿元/年；节省新鲜水用量1870立方米/日，相当于年节水67万吨。

经济效益分析显示，系统日均运营成本约1224万元，主要通过再生水回用（价值750万元/日）和絮凝剂销售（价值9480万元/日）形成反哺机制。特别值得注意的是，通过回收铝离子（年产量约1.2万吨）和硫酸盐资源（年产量4万吨），企业获得约20.97亿元/年的净利润，形成"以废养废"的闭环经济模型。这种经济模式在干旱地区具有特殊价值，有效缓解了水资源短缺压力。

技术实施过程中，研发团队重点解决了三个行业难题：首先，开发抗污染陶瓷膜组件，通过定期在线清洗（周期28-33天）保持膜通量稳定在200L/(m2·h)以上；其次，创新膜分离工艺组合，采用超滤-一级反渗透-树脂软化-高级氧化-二级反渗透的梯度处理，使出水TDS稳定在160mg/L以下；最后，构建反应-蒸发-结晶全流程设备，实现硫酸铝纯度≥15.9%，钠铝硫酸盐≥10.5%的工业级产品标准。

环境效益方面，该系统使单位产品水耗从传统工艺的4.2吨/吨降至0.8吨/吨，重金属排放浓度低于0.1mg/L，达到地表水Ⅲ类标准。特别在重金属处理方面，通过多级膜分离和树脂交换，将铜、铁等重金属浓度控制在0.5mg/L以下，解决了行业长期困扰的"处理-再污染"难题。

该技术的创新性体现在三个维度：工艺整合度方面，将沉淀、膜分离、氧化、蒸发等独立工艺串联为有机整体；设备耐久性方面，研发新型陶瓷膜材料使设备寿命延长至5年以上；经济闭环方面，构建"废水-资源-产品"的价值链，使每吨废水处理成本降低至传统工艺的1/3。

实际运行数据显示，系统在连续90天运行中保持稳定，处理量达设计值120%以上。陶瓷膜系统每28天进行一次在线清洗，维护成本控制在总运营成本的15%以内。反渗透膜组件采用复合材质，使平均使用寿命延长至2.5年，显著优于行业平均1.8年的水平。

在区域应用层面，该技术特别适合水资源匮乏地区。通过本地化生产硫酸铝和聚合氯化铝，每年可减少30万吨新鲜水消耗，相当于再造一片森林的年固碳量。同时，絮凝剂产品填补了西北地区高端水处理药剂的市场空白，年减少运输成本约4800万元。

该技术的推广价值体现在三个方面：其一，形成可复制的工业废水处理模版，已通过ISO14001环境管理体系认证；其二，开发配套的膜组件清洗剂和催化剂再生技术，使运行成本持续下降；其三，构建"水-酸-盐-铝"四元资源回收体系，实现全产业链的循环经济。

未来技术优化方向包括：开发耐硫酸腐蚀的复合膜材料，将膜更换周期从2年延长至3年以上；研究智能控制算法，实现pH、COD等关键参数的实时动态调控；探索与光伏发电结合的能源模式，降低蒸发系统能耗。这些改进预计可使整体运行成本再降低18%，年利润提升至2.3亿元。

该案例为重污染行业转型升级提供了可操作方案，其核心价值在于将环境治理压力转化为经济动能。通过建立"污染治理-资源回收-产品增值"的完整链条，不仅解决了传统工艺处理成本高、资源回收率低的双重困境，更开创了工业废水处理领域"以污制污、变废为宝"的新路径，为全球制造业的绿色转型提供了中国方案。