反滲透膜處理磷肥廢水

　　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，同時具有出水質(zhì)好、耗能低和操作簡便等優(yōu)點。

　　本實驗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、實驗部分

　　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酸度計等。

　　1.2 實驗方法

　　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^-、SO₄^2-、PO₄^3-的含量。長時間運行反滲透膜裝置，考察裝置對磷肥廢水處理效果的穩(wěn)定性。

　　1.3 分析方法

　　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，因為進(jìn)水壓力超過一定值時，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，脫鹽率已基本不再上升。所以，綜合考慮，實驗較優(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SO₄^2-以及PO₄^3-的去除率很高，PO₄^3-去除率在98.5%以上，而SO₄^2-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PO₄^3-、SO₄^2-、選礦藥劑和氟離子的最大去除率為99.27%，98.86%，96.03%和98.88%，此時產(chǎn)水中的各項離子濃度分別為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PO₄^3-、SO₄^2-、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)水中的各項離子濃度分別為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，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，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，水利用率低，循環(huán)水量過高，不具備經(jīng)濟(jì)和實際意義，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，同樣不適用實際應(yīng)用，因此，綜合考慮，實驗較優(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，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，PO₄^3-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，SO₄^2-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，PO₄^3-、SO₄^2-、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，反滲透膜對不同價態(tài)離子的截留順序是不同的。在相同實驗條件下，對比F^-、SO₄^2-和PO₄^3-的脫除率，反滲透膜對F^-、SO₄^2-、PO₄^3-截留率順序為:

　　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^-、SO₄^2-和PO₄^3-，PO₄^3-所需要的滲透壓最大，SO₄^2-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)行計算，回收率計算公式如下:

　　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^-、SO₄^2-和PO₄^3-，PO₄^3-所需要的滲透壓最大，SO₄^2-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。(來源：中低品位磷礦及其共伴生資源高效利用國家重點實驗室，甕福技術(shù)研究院)