磷肥廢水主要由選礦和制酸過程中產(chǎn)生,目前主要采用化學(xué)沉淀法進(jìn)行處理。這種處理方法,使得廢水中的藥劑、磷資源和水資源不能得到回收利用,致使磷肥廠的污水負(fù)荷不斷加大。
反滲透是一種以壓力差為推動(dòng)力,從溶液中分離出溶劑的膜分離操作過程,在膜兩側(cè)生成滲透液和濃縮液。反滲透膜可以有效地去除水中的溶解鹽類、膠體、微生物、有機(jī)物等,同時(shí)具有出水質(zhì)好、耗能低和操作簡便等優(yōu)點(diǎn)。
本實(shí)驗(yàn)用反滲透膜裝置處理脫鈣、脫銨和除濁處理后的磷肥廢水、對廢水進(jìn)行濃、淡分離,濃水回用到磷礦的浮選工藝,可降低浮選過程中的藥劑消耗,實(shí)現(xiàn)選礦廢水中藥劑的回收利用,淡水回用到磷礦的磨礦工藝或作為高級用水使用,實(shí)現(xiàn)了磷肥廢水的高效循環(huán)使用??疾觳煌に嚄l件對脫鹽率和不同離子的脫除情況。
1、實(shí)驗(yàn)部分
1.1 試劑與儀器
氫氧化鈉、鉬酸銨、檸檬酸、檸檬酸三鈉、鉻酸鉀、酒石酸銻鉀均為分析純,磷肥廢水,預(yù)處理后其主要成分見表1。
SHB-Ⅲ循環(huán)水式真空泵,ET99722COD快速測定儀,217型飽和甘汞電極,SG3電導(dǎo)率儀,TD20002B分析天平,pHS-3C酸度計(jì)等。
1.2 實(shí)驗(yàn)方法
用反滲透膜裝置處理磷肥廢水,調(diào)節(jié)裝置的進(jìn)水壓力和濃淡比例,測定反滲透裝置出水中選礦藥劑和F-、SO42-、PO43-的含量。長時(shí)間運(yùn)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
1.3.1 氟離子含量分析
電極電位法。
1.3.2 硫酸根含量的測定
重量法。
1.3.3 磷酸根含量的測定
磷鉬酸喹啉滴定分析法。
2、結(jié)果與討論
2.1 進(jìn)水壓力對脫鹽率影響
反滲透膜裝置的濃淡比例為1∶1,研究進(jìn)水壓力對反滲透處理磷肥廢水的影響,結(jié)果見圖1。
由圖1可知,反滲透系統(tǒng)的脫鹽率在94%以上,并且隨著進(jìn)水壓力升高,產(chǎn)水的電解質(zhì)去除率先升高然后趨于平穩(wěn)。這是由于在0.3~0.6MPa壓力較低的范圍內(nèi),濃差極化現(xiàn)象不明顯,隨著壓力的增加,透過膜的水量增大,而透過鹽量基本不變,產(chǎn)水的電導(dǎo)率下降,故脫鹽率上升十分明顯,當(dāng)進(jìn)水壓力大于0.6MPa后,膜通量上升的趨勢開始變緩,因?yàn)檫M(jìn)水壓力超過一定值時(shí),逐漸加大了濃差極化,會導(dǎo)致鹽透過量增加,產(chǎn)水電導(dǎo)率上升,有降低脫鹽率的趨勢。這兩方面因素共同作用,使脫鹽率增加逐漸變緩,最終趨于96.5%,此時(shí)產(chǎn)水電導(dǎo)在98μS/cm左右。
操作壓力太小,膜產(chǎn)水量低,系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性能低,產(chǎn)水電導(dǎo)率也較大,操作壓力增大,膜產(chǎn)水量也隨之增大,但是隨著操作壓力的增大,能耗會增加,膜兩側(cè)的濃差極化也會隨之增加,同時(shí)會增大了膜污染速度即增加了膜清洗頻率。由圖知當(dāng)操作壓力達(dá)到0.6MPa時(shí),脫鹽率已基本不再上升。所以,綜合考慮,實(shí)驗(yàn)較優(yōu)的壓力條件在0.6MPa左右。
2.2 進(jìn)水壓力對離子去除率影響
反滲透膜裝置的濃淡比例為1∶1,研究進(jìn)水壓力對磷肥廢水中主要離子脫除率的影響,結(jié)果見圖2。
由圖2可知,反滲透對SO42-以及PO43-的去除率很高,PO43-去除率在98.5%以上,而SO42-也可以達(dá)到98%以上,其次是選礦藥劑的去除率,在95%以上,對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升高然后趨于平穩(wěn),對選礦藥劑與氟離子的去除率趨勢尤為明顯,其原因是隨著壓力的升高,產(chǎn)水量增加,同時(shí)膜兩側(cè)的濃液濃度差增大,各種離子的也更易透過反滲透膜進(jìn)入產(chǎn)水。初始升壓過程中,產(chǎn)水的增量大于各種離子透過量的增加,產(chǎn)水中各類離子的濃度降低,去除率升高,隨著壓力的繼續(xù)增大,各類離子透過反滲透的增量等同于抵消了水的增量,導(dǎo)致產(chǎn)水中各類離子的去除率趨于定值。反滲透裝置對PO43-、SO42-、選礦藥劑和氟離子的最大去除率為99.27%,98.86%,96.03%和98.88%,此時(shí)產(chǎn)水中的各項(xiàng)離子濃度分別為21.73,42.20,1.98,6.99mg/L,而在較優(yōu)操作壓力條件0.6MPa的條件下,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(shí)產(chǎn)水中的各項(xiàng)離子濃度分別為23.72,49.51,3.77,8.91mg/L,與最大壓力條件下的去除效果相差不大。
2.3 濃淡比例對脫鹽率的影響
反滲透膜裝置的進(jìn)水壓力為0.6MPa,調(diào)節(jié)系統(tǒng)的濃淡比例閥門,研究產(chǎn)水濃淡比例對反滲透處理磷肥廢水的影響,結(jié)果見圖3。
由圖3可知,隨著淡水與濃水比例的增大,脫鹽率降低。其原因是由于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(yán)重,在淡水與濃水的比例較低時(shí),僅表現(xiàn)為膜通量的降低,產(chǎn)水減少,電解質(zhì)透過總量變化不大,電解質(zhì)濃度上升,當(dāng)產(chǎn)水與濃液的比例超過1∶1時(shí),不僅膜通量繼續(xù)降低,產(chǎn)水繼續(xù)減少,可溶性鹽離子也更易透過反滲透膜進(jìn)入產(chǎn)水,電解質(zhì)透過量上升,導(dǎo)致使脫鹽率急劇下降。產(chǎn)水與濃液比例太低時(shí),水利用率低,循環(huán)水量過高,不具備經(jīng)濟(jì)和實(shí)際意義,淡水和濃水比例過高則會導(dǎo)致產(chǎn)水量偏小以及產(chǎn)水指標(biāo)下降,同樣不適用實(shí)際應(yīng)用,因此,綜合考慮,實(shí)驗(yàn)較優(yōu)淡水和濃水比例為1∶1。
2.4 濃淡比例對主要離子的去除影響
反滲透膜裝置的進(jìn)水壓力為0.6MPa,調(diào)節(jié)系統(tǒng)的濃淡比例閥門,研究濃淡比例對反滲透裝置脫除磷肥廢水中主要離子的的影響,結(jié)果見圖4。
由圖4可知,反滲透膜對各主要離子的去除率隨著淡水與濃水的比值增大而減小,其原因是隨著淡水與濃水的比例增大,產(chǎn)水量減少的同時(shí),濃差極化也越來越明顯,各種離子在濃度差的推進(jìn)下,也更易透過反滲透膜。在比例1∶4~1∶1區(qū)間,PO43-與F-的去除率下降微弱,繼續(xù)加大淡水與濃水比例則下降較為明顯,SO42-則隨淡水與濃水比例的增大,持續(xù)下降,降幅近似相等,氟離子則是在1∶1~4∶1范圍內(nèi)下降突出。在較優(yōu)淡水和濃水比例1∶1的條件下,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%,可以滿足國標(biāo)中要求磷肥企業(yè)廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)。
由圖4還可知,用反滲透膜裝置處理磷肥廢水,廢水中的雜質(zhì)離子被反滲透膜截留,反滲透膜對不同價(jià)態(tài)離子的截留順序是不同的。在相同實(shí)驗(yàn)條件下,對比F-、SO42-和PO43-的脫除率,反滲透膜對F-、SO42-、PO43-截留率順序?yàn)?
不同離子透過反滲透膜所需要的滲透壓不同,對于選礦廢水中的F-、SO42-和PO43-,PO43-所需要的滲透壓最大,SO42-次之,F(xiàn)-所需要的滲透壓最低。
2.5 選礦藥劑和磷的回收情況
用反滲透膜裝置處理磷肥廢水,水中選礦藥劑和磷的回收率是以濃水中選礦藥劑或磷的總質(zhì)量比上進(jìn)水中選礦藥劑或磷的總質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算,回收率計(jì)算公式如下:
反滲透膜裝置的進(jìn)水壓力為0.6MPa,濃淡比例為1∶1,考察反滲透膜裝置對磷肥廢水中選礦藥劑和磷的回收情況,結(jié)果見圖5。
由圖5可知,經(jīng)反滲透膜裝置處理后,水中選礦藥劑的回收率在90%以上,水中磷的回收率在93%以上。
3、結(jié)論
(1)反滲透膜裝置的出水水量隨進(jìn)水壓力升高而增大,脫鹽率隨進(jìn)水壓力的升高而降低。
(2)反滲透膜裝置能有效的脫除磷肥廢水中的鹽離子,濃淡比例越高,越有利于磷肥廢水中鹽離子的脫除。
(3)不同離子透過反滲透膜所需要的滲透壓不同,對于選礦廢水中的F-、SO42-和PO43-,PO43-所需要的滲透壓最大,SO42-次之,F(xiàn)-所需要的滲透壓最低。
(4)在進(jìn)水壓力0.6MPa,淡水和濃水比例為1∶1的條件下,經(jīng)反滲透膜裝置處理后,磷肥廢水中選礦藥劑的回收率在90%以上,磷的回收率在93%以上。( >
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