СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ПРОИЗВОДСТВА ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ, СОДЕРЖАЩИХ ФОТОРЕЗИСТ СПФ-ВЩ, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК C02F1/46 C02F1/465 

Изобретение относится к области очистки сточных вод производства печатных плат, содержащих водощелочной фоторезист типа СПФ-ВЩ.

Известен ультрафильтрационный способ очистки сточных вод, заключающийся в разделении стока в щелочной среде с помощью ультрафильтрационных мембран. Очищенный поток подается на промывку печатных плат, а концентрат обрабатывается реагентно. Недостатками способа являются: осаждение молекул фоторезиста на поверхности мембраны с образованием слоя, уменьшающего пропускную способность; использование специальных асимметричных мембран в трубчатых модулях: необходимость установления гидростатических давлений; трудность обеспечения стойкости мембран в щелочной среде и отсутствия взаимодействия полимеров мембраны и фоторезиста; необходимость периодического промывания мембраны от осевшего на них фоторезиста, при котором вновь образуются фоторезистсодержащие сточных воды. Производительность установки не высока (до 100 л/ч) [1]
Также известен реагентный способ очистки данных сточных вод от фоторезиста, заключающийся в подкислении стока кислотой до рН 1,5-3, введение коагулянтов и отфильтровывании выпавшего в осадок резиста. Однако в результате такой обработки расход реагентов кислоты, коагулянтов (солей железа), связующих высок, представляет трудность процесс отделения клейкого осадка, а сам осадок не компактен и характеризуется высокой влажностью [2] Этот способ выбран за прототип.

Таким образом, известный способ очистки стока фоторезиста не обеспечивает возврат NaOH и достаточного количества воды на повторное использование, характеризуется степенями очистки приблизительно 80% значительным расходом реагентов, корректирующих рН, продолжительностью обработки.

Известно устройство [3] для очистки сточных вод, представляющее собой корпус, разделенный на секции предварительной водообработки (выполнена в виде двухкамерного диафрагменного электролизера с анионообменной мембраной) и электрофлотационной очистки, с размещенным в нем комплектом нерастворимых горизонтальных электродов, патрубки для подачи сточной и вывода очищенной воды и приспособление для отвода шлама, при этом патрубок ввода сточной воды расположен в нижней части катодной камеры и последняя отделена от нее переливной перегородкой высотой 0,3-0,8 от высоты секции электрофлотационной очистки, а анодная камера снабжена патрубками для ввода и вывода электролита, причем соотношение объемов анодной, катодной и секции электрофлотационной очистки составляет 1:2-4:7-15 cоответственно. Процесс очистки стока осуществляется за счет его подщелачивания в катодной камере электролизера при протекании катодной реакции выделения водорода (в анодной камере генерируется Н₂SO₄).

Основными недостатками известного технического решения являются недостаточная производительность и стабильность процесса, связанная с механическим деформированием ионообменной мембраны вследствие перепада (≈2 раза) уровней жидкости в камерах электролизера, недостаточной компактностью пенного слоя, кроме того, прототип может быть использован лишь в случае очистки кислого стока от присутствующих в нем ионов тяжелых и цветных металлов.

Задача изобретения разработка способа и устройства, реализация которых позволяет достичь упрощение технологии процесса очистки стока от СПФ-ВЩ, сокращение расхода реагентов и времени процесса, возврат щелочи и воды на повторное использование создание замкнутого водооборотного цикла, а также повышение производительности и эффективности работы устройства и стабильности процесса очистки.

Поставленная задача решается в случае электрохимической обработки стока, содержащего фоторезист СПФ-ВЩ, в анодной камере электролизера путем подкисления сточной воды до рН 2-4 в присутствии Na₂SO₄, взятого в количестве 100-500 мг/л, и электрофлотационного извлечения дисперсной фазы резиста в присутствии анионного флокулянта, взятого в количестве 0,05-1% от массовой доли резиста, причем соотношение объемных плотностей тока (A/л) электролизера и электрофлотатора составляет I₁:I₂ (0,4 2) (0,065 0,2).

Способ реализуется с помощью устройства, представленного на фиг.1-3.

Устройство состоит из корпуса 1, разделенного переливной перегородкой 2 на секцию предварительной водоподготовки (электролизер) и секцию электрофлотационной очистки. Электролизер выполняет трехкамерным с общим анодным пространством, отделенным от катодных камер катионообменными мембранами 7. В электролизере установлены комплекты пластинчатых электродов (аноды 8 и катоды 9), в катодных камерах имеются патрубки для ввода 10 и вывода 11 щелочного электролита. Секция электрофлотационной очистки разделена перегородкой 12 на две независимые секции, в каждой из которых размещен комплект горизонтальных гребенчатых электродов 3 и имеются патрубки для вывода очищенной воды через боковой карман 5; с противоположного от электролизера торца секции электрофлотационной очистки находится пеносборник 13. На раме корпуса смонтировано пеносборное устройство 8, регулируемое приводом 14.

Устройство работает следующим образом. Сточная вода, содержащая компоненты светочувствительного слоя водощелочного фоторезиста СПФ-ВЩ, поступает через патрубки подачи очищаемого стока 4 в анодную камеру электролизера, в которой под действием постоянной токовой нагрузки на анодах 8 протекает анодная реакция выделения кислорода; вследствие этого рН стока снижается до рН 2-4 и протекают процессы образования, флокуляции и флотации (до 90%) дисперсной фазы фоторезиста. Одновременно в катодных камерах электролизера на катодах 9 происходит образование щелочи; щелочной электролит поступает и удаляется через патрубки ввода 10 и вывода 11 католита.

В секции электрофлотационной очистки осуществляется флотационная доочистка стока электрохимически генерированными на электродах 3 газами, и очищенный сток удаляется через боковой карман 5, обеспечивающий постоянный уровень заполнения аппарата жидкостью.

Всплывшая в процессе электрофлотации на поверхность раствора дисперсная фаза фоторезиста формируется в пенный слой, который удаляется пеносборным устройством 6 в пеноприемник 13.

Следует отметить, что поскольку процесс флотации начинается уже в анодной камере электролизера, где интенсивно протекает процесс захвата загрязнений пузырьками электролитических газов (образование дисперсной фазы на поверхности пузырьков кислорода), то в поступающем на флотационную доочистку стоке содержится в 10-100 раз меньше дисперсных загрязнений по сравнению с исходным.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Сточная вода операции снятия СПФ-ВЩ, характеризуемая показателями ХПК-1000 мг O₂/л и рН 10, подается в аппарат на обработку. Объем анодной, катодной камер и секции электрофлотационной очистки составляет 0,5:0,5: 2,0 л, что соответствует отношению 1:1:4. Расход жидкости 2,1 л/ч. Концентрация Na₂SO₄ 300 мг/л. Объемная плотность тока в анодной камере электролизера 0,93 А/л, в камере электрофлотационной очистки 0,180 А/л. Остаточное содержание СПФ-ВЩ на выходе из установки соответствует 183 мг О₂/л, т.е. степени извлечения 81,7% Степень извлечения дисперсной фазы резиста 100%
Пример 2. Сточная вода операции проявления СПФ-ВЩ, характеризуемая показателями ХПК-1000 мг О₂/л и рН 10, подается в аппарат на обработку. Концентрация Na₂SO₄ 500 мг/л. Аппарат идентичный. Расход жидкости 2,7 л/ч. Объемная плотность тока в анодной камере электролизера 1,64 А/л, в камере электрофлотационной очистки 0,135 А/л. Остаточное содержание СПФ-ВЩ в обработанной воде соответствует 197 мг О₂, т.е. степени извлечения 80,3% Дисперсная фаза резиста удаляется полностью.

Пример 3. Сточная вода, содержащая СПФ-ВЩ, характеризуемая показателями ХПК-1000 мг О₂/л и рН 10, подается в аппарат на обработку. Концентрация Na₂SO₄ 500 мг/л. Аппарат идентичный. Расход жидкости 2,1 л/ч. Величина рН обрабатываемой воды в анодной камере электролизера снижается до рН 3. В очищенной воде дисперсная фаза резиста отсутствует.

В таблице представлены экспериментальные данные по степени очистки растворов проявления и снятия от фоторезиста СПФ-ВЩ2 при различных соотношениях объемных плотностей тока в анодной камере электролизера и электрофлотатора.

Пример 4. Сточная вода операции снятия СПФ-ВЩ, содержащая 500 мг/л резиста, при рН 10 подается в аппарат на обработку. Концентрация анионного флокулянта 5 мг/л, что составляет 1% от массовой доли резиста. Концентрация Na₂SO₄ 500 мг/л. Аппарат идентичный. Расход жидкости 2,7 л/ч. Объемная плотность тока в анодной камере электролизера 0,93 А/л, в камере электрофлотационной очистки 0,090 А/л. В обработанной воде присутствует 48,3 мг/л СПФ-ВЩ, что соответствует степени извлечения 90,3% Дисперсная фаза резиста в обработанной воде отсутствует.

Таким образом, реализация предлагаемого устройства позволяет организовать водооборот, регенерировать NaOH и отказаться от применения реагентов, корректирующих рН, обеспечивает более высокую стабильность и производительность, создает более благоприятные условия для извлечения дисперсной фазы фоторезиста при значительном сокращении продолжительности процесса и повышении степени очистки.

При реализации предлагаемого способа не требуется введение реагента H₂SO₄, т.к. подкисление стока осуществляется в анодной камере электролизера.

Генерируемый в катодных камерах электролизера раствор щелочи используется для приготовления технологического раствора снятия резиста и/или для нейтрализации, а сточные воды после предлагаемой обработки поступают в ванну промывки печатных плат.

Предлагаемый способ позволяет обработать сток СПФ-ВЩ2 не только локально, но и совместно с кислыми стоками гальванических операций, содержащих ионы тяжелых и цветных металлов Сu²⁺, Sn²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Al₃₊ и другие, при этом степени извлечения как резиста, так и металлов из стока повышаются, а диапазон рН обработки стока в анодной камере электролизера смещается в нейтральную область.

Использование: очистка сточных вод производства печатных плат, содержащих водощелочной фоторезист типа СПФ-ВЩ. Сущность изобретения: сточную воду подвергают электрохимической обработке в диафрагменном электролизере путем ее подкисления до рН 2-4 в анодной камере трехкамерного электролизера в присутствии Na₂SO₄, вводимого в количестве 100-500 мг/л, а затем отделяют дисперсную часть электрофлотацией в присутствии анионного флокулянта в количестве 0,05-1,0% от массы фоторезиста, электрохимическую обработку ведут при соотношении объемных плотностей тока в электролизере и электрофлотаторе (0,4-2,0): (0,065:0,20) соответственно. Устройство содержит корпус, разделенный на диафрагменный электролизер с ионообменной мембранной и патрубками ввода и вывода воды, электрофлотатор с комплектом нерастворимых горизонтальных электродов, патрубком вывода очищенной воды и шламосборником, причем электролизер и электрофлотатор отделены друг от друга переливной перегородкой, выполненной с высотой 0,85-0,95 от высоты уровня воды в камере электрофлотации, электролизер выполнен трехкамерным, анодная камера которого расположена между симметричными катодными камерами и отделена от них параллельными катионообменными мембранами, электрофлотатор снабжен перегородкой с высотой на 0,05 выше уровня воды, разделяющей ее на две секции, каждая из которых снабжена комплектом нерастворимых электродов, объемы обеих катодных камер, анодной камеры и электрофлотатора соотносятся как 1:(2-3):(2-6) соответственно. 3 фиг.

1. Способ очистки сточной воды производства печатных плат, содержащей фоторезист СПФ-ВШ, включающий отделение дисперсной части фоторезиста, отличающийся тем, что перед отделением дисперсной части сточную воду с содержанием фоторезиста до 3000 мг О₂/л (ХПК) обрабатывают в анодной камере трехкамерного диафрагменного электролизера при подкислении до рН 2,0 - 4,0 в присутствии сернокислого натрия, вводимого в количестве 100 500 мг/л, а отделение дисперсной части проводят электрофлотацией в присутствии анионного флокулянта, взятого в количестве 0,05 1, от массы фоторезиста, обработку ведут при соотношении объемных плотностей тока в электролизере и электрофлотаторе (0,4 ^oC 2,0) (0,065 ^oC 0,20) соответственно. 2. Устройство для очистки сточной воды производства печатных плат, содержащей фоторезист СПФ-ВШ, содержащее корпус с размещенными в нем диафрагменным электролизером с нерастворимыми электродами, ионообменной мембраной и патрубками ввода воды и электролита и вывода электролита и отделенную от электролизера переливной перегородкой камеру электрофлотации с горизонтальными нерастворимыми электродами и патрубком вывода очищенной воды и шламосборником, отличающееся тем, что электролизер выполнен трехкамерным, анодная камера которого расположена между симметричными катодными камерами и отделена от них мембранами, выполненными катионообменными и установленными параллельно друг другу, а камера электрофлотации дополнительно снабжена перегородкой с высотой на 0,05 выше уровня воды, разделяющей ее на две секции, каждая из которых снабжена комплектом нерастворимых электродов, переливная перегородка выполнена с высотой 0,85 0,95 от высоты уровня воды в камере электрофлотации и размещена между анодной камерой и камерой электрофлотации, при этом анодная камера и камера электрофлотации расположены на одном уровне, патрубок ввода воды размещен в нижней части анодной камеры в зоне электродов, а патрубки подачи и вывода электролита в катодных камерах электролизера, причем соотношение объемов двух катодных: анодной электрофлотационной камер составляет 1 (1 3) (2 6) соответственно.