反滲透膜處理磷肥廢水
磷肥廢水主要產(chǎn)生于選礦和制酸過程中。目前主要采用化學(xué)沉淀法處理。采用這種處理方法,廢水中的化學(xué)物質(zhì)、磷資源和水資源無法回收利用,導(dǎo)致磷肥廠污水負荷不斷增加。
反滲透(RO)是一種利用壓力差作為驅(qū)動力將溶劑從溶液中分離出來,并在膜兩側(cè)產(chǎn)生透過液和濃縮液的膜分離過程。反滲透膜能有效去除溶解鹽、膠體、微生物、有機物等。具有水質(zhì)好、能耗低、操作簡單的優(yōu)點。
本實驗采用反滲透膜裝置對經(jīng)過脫鈣、脫氨、除濁后的磷肥廢水進行處理,將廢水分為濃水和輕水。濃縮水回用于磷礦浮選過程,可以降低浮選過程中的藥劑消耗,實現(xiàn)選礦廢水中藥劑的回收利用。新鮮水回用于磷礦粉磨過程或作為深度水使用,實現(xiàn)了磷肥廢水的高效循環(huán)利用??疾炝瞬煌に嚄l件對脫鹽率和不同離子去除率的影響。
1.實驗部分
1.1試劑和儀器
氫氧化鈉、鉬酸銨、檸檬酸、檸檬酸三鈉、鉻酸鉀和酒石酸銻鉀均為分析純,預(yù)處理后的磷肥廢水主要成分見表1。
B-ⅲ循環(huán)水真空泵、ET99722COD快速分析儀、217飽和甘汞電極、SG3電導(dǎo)率儀、TD20002B分析天平、pHS-3C酸度計等。
1.2實驗方法
采用反滲透膜裝置處理磷肥廢水,調(diào)節(jié)裝置入口壓力和濃縮比,測定反滲透裝置出水的選礦藥劑F-、SO42-和PO43-含量。長期運行反滲透膜裝置,考察裝置對磷肥廢水處理效果的穩(wěn)定性。
1.3分析方法
氟化物含量分析
電極電位法。
硫酸鹽含量的測定
重量法。
磷酸鹽含量的測定
喹啉磷鉬酸鹽的滴定分析。
2.結(jié)果和討論
2.1進水壓力對脫鹽率的影響
反滲透膜裝置的濃縮比為1∶1。研究了進水壓力對反滲透處理磷肥廢水的影響。結(jié)果如圖1所示。
從圖1可以看出,反滲透系統(tǒng)的脫鹽率在94%以上,隨著進水壓力的增加,產(chǎn)水電解質(zhì)去除率先增加后趨于穩(wěn)定。這是因為在0.3 ~ 0.6MPa的低壓范圍內(nèi),濃差極化現(xiàn)象不明顯,隨著壓力的增加,透過膜的水量增加,而透過鹽量基本不變,產(chǎn)出水的電導(dǎo)率降低。因此,脫鹽率明顯增加。當入口壓力大于0.6 MPa時,膜通量上升趨勢開始減緩,因為當入口壓力超過一定值時,濃差極化逐漸增大,會導(dǎo)致鹽透過量和產(chǎn)量的增加。這兩個因素共同作用,使脫鹽率的增幅逐漸減緩,最終趨于96.5%。此時,產(chǎn)出水的水力傳導(dǎo)度約為98μS/cm。
操作壓力太小,膜產(chǎn)水量低,系統(tǒng)經(jīng)濟性能低,產(chǎn)出水電導(dǎo)率也大,膜產(chǎn)水量也會隨著操作壓力的增加而增加。但隨著操作壓力的增加,能耗會增加,膜兩側(cè)的濃差極化也會增加,同時膜污染率也會增加,即膜清洗頻率會增加。從圖中可以看出,當操作壓力達到0.6MPa時,脫鹽率已經(jīng)基本停止上升。因此,綜合考慮,較好的實驗壓力條件為0.6MPa左右
2.2進水壓力對離子去除率的影響
反滲透膜裝置的濃縮與稀釋比為1∶1。研究了進水壓力對磷肥廢水中主要離子去除率的影響。結(jié)果如圖2所示。
從圖2可以看出,反滲透對SO42-和PO43-的去除率很高,PO43-的去除率在98.5%以上,SO42-的去除率也可以達到98%以上,其次是選礦藥劑的去除率,在95%以上,氟離子的去除率略低,在91%-96%之間。反滲透對這些離子的去除率也是先增加后趨于穩(wěn)定,尤其是對選礦藥劑和氟離子。原因是隨著壓力的增加,產(chǎn)水量增加,膜兩側(cè)濃縮液濃度差增大,各種離子更容易通過反滲透膜進入產(chǎn)水量。在初始增壓過程中,產(chǎn)出水的增量大于各種離子滲透量的增量,產(chǎn)出水中各種離子的濃度降低,去除率增加。隨著壓力的不斷增加,反滲透滲透的各種離子的增量相當于抵消了水的增量,導(dǎo)致產(chǎn)出水中各種離子的去除率趨于一個固定值。反滲透裝置對PO43-、SO42-、選礦藥劑和氟離子的去除率分別為99.27%、98.86%、96.03%和98.88%。此時,在0.6MPa的最佳操作壓力下,產(chǎn)出水中的離子濃度分別為21.73、42.20、1.98和6.99mg/L,反滲透裝置對PO43-、SO42-、選礦藥劑和氟離子的去除率分別為99.21%、98.66%、97.87%和94.94%。此時產(chǎn)出水中各種離子的濃度分別為23.72、49.51、3.77和8.91mg/L,與較高壓力下的去除效果相似。
2.3濃縮倍數(shù)和稀釋倍數(shù)對脫鹽率的影響
反滲透膜裝置入口壓力為0.6MPa,調(diào)節(jié)系統(tǒng)的比例閥,研究產(chǎn)水配比對磷肥廢水反滲透處理的影響。結(jié)果如圖3所示。
從圖3可以看出,隨著淡水與濃水比例的增加,脫鹽率降低。原因是淡水與濃水的比例越大,反滲透膜兩側(cè)的濃度梯度越大,濃差極化越嚴重。當?shù)c濃水的比值較低時,只說明膜通量降低,產(chǎn)水減少,電解質(zhì)滲透總量變化不大,電解質(zhì)濃度升高。當產(chǎn)水與濃水的比例超過1∶1時,不僅膜通量持續(xù)降低,產(chǎn)水也持續(xù)減少,可溶性鹽離子更容易通過反滲透膜進入產(chǎn)水和電解質(zhì)中。當采出水與濃水之比過低時,水的利用率低,循環(huán)水量過高,沒有經(jīng)濟和實際意義。如果淡水與濃水的比例過高,會導(dǎo)致產(chǎn)水量小,產(chǎn)水量指數(shù)降低,同樣不適合實際應(yīng)用。因此,綜合考慮,實驗中淡水與濃水的最佳比例為1∶1。
2.4遮光率對主要離子去除的影響
反滲透膜裝置入口壓力為0.6MPa,調(diào)節(jié)系統(tǒng)的比值閥,研究濃縮稀釋比對反滲透裝置去除磷肥廢水中主要離子的影響。結(jié)果如圖4所示。
從圖4可以看出,反滲透膜對主要離子的去除率隨著淡水與濃水比例的增加而降低。原因是隨著淡水與濃水比例的增加,產(chǎn)水量減少,同時濃差極化越來越明顯。在濃度差的推動下,各種離子更容易透過反滲透膜。在1: 4 ~ 1: 1的比例范圍內(nèi),PO43-和F-的去除率略有下降,但隨著淡水/濃水比例的增加,下降更為明顯,而SO42-的去除率隨著淡水/濃水比例的增加繼續(xù)下降,且下降幅度大致相等,而氟離子的下降在1: 1 ~ 4: 1范圍內(nèi)較為顯著。在清水與濃水比為1∶1的最佳條件下,PO43-、SO42-、選礦藥劑和氟離子的去除率分別為99.30%、98.53%、96.97%和94.52%,可達到磷肥企業(yè)廢水排放國家標準。
從圖4中還可以看出,反滲透膜裝置處理磷肥廢水時,廢水中的雜質(zhì)離子被反滲透膜截留,不同價態(tài)的離子被反滲透膜截留的順序不同。在相同的實驗條件下,比較F-、SO42-和PO43-的去除率,反滲透膜對F-、SO42-和PO43-的截留率順序如下:
不同的離子穿透反滲透膜需要不同的滲透壓。對于選礦廢水中的F-、SO42-和PO43-和PO43-來說,滲透壓較大,SO42-次之,F(xiàn)-較低。
2.5選礦藥劑和磷的回收
反滲透膜裝置用于處理磷肥廢水。水中礦物加工劑和磷的回收率是根據(jù)濃縮水中礦物加工劑或磷的總質(zhì)量與上層水中礦物加工劑或磷的總質(zhì)量之比計算的?;厥章视嬎愎饺缦?
反滲透膜裝置入口壓力為0.6MPa,濃縮與稀釋比為1∶1。采用反滲透膜裝置從磷肥廢水中回收選礦藥劑和磷。結(jié)果如圖5所示。
從圖5中可以看出,經(jīng)過反滲透膜裝置處理后,水中礦物處理劑回收率在90%以上,水中磷回收率在93%以上。
3.結(jié)論
(1)反滲透膜裝置的出水水量隨著進水壓力的增加而增加,脫鹽率隨著進水壓力的增加而降低。
(2)反滲透膜裝置能有效去除磷肥廢水中的鹽離子,濃縮倍數(shù)越高,越有利于去除磷肥廢水中的鹽離子。
(3)不同的離子穿透反滲透膜需要不同的滲透壓。對于選礦廢水中的F-、SO42-和PO43-和PO43-來說,滲透壓較大,SO42-次之,F(xiàn)-較低。
(4)在進水壓力為0.6MPa、淡水與濃水比為1∶1的條件下,磷肥廢水經(jīng)反滲透膜裝置處理后,選礦藥劑回收率達到90%以上,磷回收率達到93%以上。(資料來源:甕福技術(shù)研究院中低品位磷礦及其伴生資源高效利用國家重點實驗室)
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