电极箔生产蚀刻废水的资源化利用：一项工程案例研究

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

　　

电极箔生产中的蚀刻过程会产生大量的低浓度酸性漂洗水和高浓度废酸，造成严重的环境风险。本研究提出了一种集成工程解决方案，结合了沉淀、陶瓷膜超滤（UF）、两级反渗透（RO）、树脂软化和高级氧化，以实现近零废水排放。该系统处理1960 m3/d的漂洗水和300 m3/d的废酸，实现了>95%的水回收率，出水水质（TDS ≤ 200 mg/L，pH 6–9）满足工业回用标准。关键的是，废物流被资源化利用：RO浓缩液和废酸被转化为40,000吨/年的高纯度混凝剂（固体硫酸铝和硫酸铝钠），符合GB/T 31060-2014 I类标准。经济上，日常运营成本（122.4万元/天）被水回用和混凝剂销售的收入（192.3万元/天）所抵消，产生约2097万元/年的净利润。这种循环方法展示了可扩展的资源回收，同时回收水、酸、盐和铝，解决了电极箔制造中的水资源短缺和污染问题。

**电极箔生产蚀刻废水的资源化利用：一项工程案例研究**

**研究背景与问题**
电极箔作为电容器的核心材料，其生产过程中蚀刻工艺产生大量低浓度酸性漂洗水和高浓度废酸（含硫酸和铝离子），具有强酸性、高盐度和复杂污染物特征。未经处理的排放会加剧水资源短缺、导致水体酸化并引发重金属迁移。传统处理方法（如钙中和沉淀法，铝回收率<40%）存在固废产量高、处理成本高、铝资源回收效率低等问题，且反渗透膜在工业废水处理中的使用寿命通常仅为12-18个月。尽管已有研究探索了酸和铝的回收（如扩散渗析、电渗析等），但大多停留在实验室规模，且盐和铝资源的同时回收尚未实现工业化应用。因此，该研究旨在开发一种集成化的工程方案，实现电极箔废水的水、酸、盐和铝同步资源化回收，以解决环境问题并创造经济效益。论文发表在《Water Cycle》。

**研究方法**
研究人员在新疆某电极箔生产企业实施了一项工程案例，废水来源包括低浓度酸性漂洗水（1960 m3/d）和高浓度废酸（300 m3/d）。主要关键技术方法包括：
- **沉淀反应**：通过投加Ca(OH)₂和Na₂CO₃去除钙离子。
- **陶瓷膜超滤（UF）**：采用α-Al₂O₃陶瓷膜进行错流过滤，去除悬浮物和胶体。
- **两级反渗透（RO）**：第一级RO（1#RO）和第二级RO（2#RO）进行脱盐和浓缩，其中1#RO浓缩液经树脂软化和高级氧化（臭氧/H₂O₂/Mn基催化剂）处理后进入2#RO。
- **树脂软化**：去除钙离子以防止结垢。
- **高级氧化**：降解有机物。
- **多效蒸发与结晶**：用于浓缩废酸和硫酸钠溶液，并与Al(OH)₃反应制备硫酸铝（Al₂(SO₄)₃）和硫酸铝钠（NaAl(SO₄)₂）混凝剂。

**研究结果**
**3.1 运行状态**
- **3.1.1 沉淀反应对钙离子的去除效果**：通过投加Ca(OH)₂和Na₂CO₃，在最佳pH 6.17±0.45条件下，钙离子去除率达82.15%，出水钙平均浓度为3.11 mg/L，表现出稳定的运行性能。
- **3.1.2 陶瓷膜的稳定性**：在90天连续运行中，陶瓷膜在2.8 bar压力下平均通量为197 L/(m²·h)，清洗周期为28-33天，清洗后通量恢复至约220 L/(m²·h)，满足设计要求。
- **3.1.3 反渗透的脱盐效率**：混合RO出水平均TDS为160.3 mg/L，低于设计要求的200 mg/L。1#RO平均通量18.90 L/(m²·h)，清洗周期23-25天；2#RO平均通量11.1 L/(m²·h)，清洗周期20-21天，均符合设计参数。
- **3.1.4 树脂系统的去钙效率**：树脂出水钙离子平均浓度为0.51 mg/L，满足设计要求，为下游处理提供了有利条件。
- **3.1.5 高级氧化系统的COD去除效率**：在H₂O₂/Mn基催化剂作用下，臭氧高级氧化系统平均COD去除率为74.9%，平均出水COD为40.1 mg/L，达到设计要求。

**3.2 系统性能验证**
回用水水质满足企业运行要求（TDS 160.3 mg/L，pH 6-9），可用于设备漂洗、冷却系统等。生产的硫酸铝水处理剂符合GB/T 31050-2014 I类固体硫酸铝指标，纯度较高且不含重金属。硫酸铝钠水处理剂同样达标。该研究实现了水回用和废物流的增值化。

**3.3 经济效益分析**
系统日常运营成本为122.4万元/天（主要来自蒸发能耗和药剂消耗），但通过水回用节省0.75万元/天、硫酸铝销售143.0万元/天、硫酸铝钠销售41.8万元/天，总收益192.3万元/天，净利润约2097万元/年。混凝剂销售贡献了96%的收益，表明该工艺具有显著的经济优势。

**总结与结论**
研究人员开发了一种集成工艺，结合沉淀、陶瓷超滤、一级反渗透、树脂软化、高级氧化和二级反渗透，实现了电极箔生产废水中水、酸、盐和铝的高效资源化回收。系统稳定运行，水回用率超过95%，出水符合回用标准。高浓度废酸和二级RO浓缩液被转化为高纯度、无重金属的I类硫酸铝和硫酸铝钠水处理剂，年产量达4万吨，首次实现了蚀刻箔废水中废酸、盐和铝的同时回收。日常运营成本122.4万元/天，资源化利用收益192.3万元/天，年收入2097万元。该研究为水资源匮乏地区的电极箔企业可持续发展提供了显著的经济效益和关键技术支撑。