反渗透膜处理磷肥废水

来源：2021-09-02浏览量：1031

磷肥废水主要由选矿和制酸过程中产生，目前主要采用化学沉淀法进行处理。这种处理方法，使得废水中的药剂、磷资源和水资源不能得到回收利用，致使磷肥厂的污水负荷不断加大。

反渗透是一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作过程，在膜两侧生成渗透液和浓缩液。反渗透膜可以有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等，同时具有出水质好、耗能低和操作简便等优点。

本实验用反渗透膜装置处理脱钙、脱铵和除浊处理后的磷肥废水、对废水进行浓、淡分离，浓水回用到磷矿的浮选工艺，可降低浮选过程中的药剂消耗，实现选矿废水中药剂的回收利用，淡水回用到磷矿的磨矿工艺或作为高级用水使用，实现了磷肥废水的高效循环使用。考察不同工艺条件对脱盐率和不同离子的脱除情况。

1、实验部分

1.1 试剂与仪器

氢氧化钠、钼酸铵、柠檬酸、柠檬酸三钠、铬酸钾、酒石酸锑钾均为分析纯，磷肥废水，预处理后其主要成分见表1。

SHB-Ⅲ循环水式真空泵，ET99722COD快速测定仪，217型饱和甘汞电极，SG3电导率仪，TD20002B分析天平，pHS-3C酸度计等。

1.2 实验方法

用反渗透膜装置处理磷肥废水，调节装置的进水压力和浓淡比例，测定反渗透装置出水中选矿药剂和F^-、SO₄^2-、PO₄^3-的含量。长时间运行反渗透膜装置，考察装置对磷肥废水处理效果的稳定性。

1.3 分析方法

1.3.1 氟离子含量分析

电极电位法。

1.3.2 硫酸根含量的测定

重量法。

1.3.3 磷酸根含量的测定

磷钼酸喹啉滴定分析法。

2、结果与讨论

2.1 进水压力对脱盐率影响

反渗透膜装置的浓淡比例为1∶1，研究进水压力对反渗透处理磷肥废水的影响，结果见图1。

由图1可知，反渗透系统的脱盐率在94%以上，并且随着进水压力升高，产水的电解质去除率先升高然后趋于平稳。这是由于在0.3～0.6MPa压力较低的范围内，浓差极化现象不明显，随着压力的增加，透过膜的水量增大，而透过盐量基本不变，产水的电导率下降，故脱盐率上升十分明显，当进水压力大于0.6MPa后，膜通量上升的趋势开始变缓，因为进水压力超过一定值时，逐渐加大了浓差极化，会导致盐透过量增加，产水电导率上升，有降低脱盐率的趋势。这两方面因素共同作用，使脱盐率增加逐渐变缓，最终趋于96.5%，此时产水电导在98μS/cm左右。

操作压力太小，膜产水量低，系统经济性能低，产水电导率也较大，操作压力增大，膜产水量也随之增大，但是随着操作压力的增大，能耗会增加，膜两侧的浓差极化也会随之增加，同时会增大了膜污染速度即增加了膜清洗频率。由图知当操作压力达到0.6MPa时，脱盐率已基本不再上升。所以，综合考虑，实验较优的压力条件在0.6MPa左右。

2.2 进水压力对离子去除率影响

反渗透膜装置的浓淡比例为1∶1，研究进水压力对磷肥废水中主要离子脱除率的影响，结果见图2。

由图2可知，反渗透对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-也可以达到98%以上，其次是选矿药剂的去除率，在95%以上，对氟离子的去除率略低，在91%～96%之间。反渗透对这些离子的去除率也是先升高然后趋于平稳，对选矿药剂与氟离子的去除率趋势尤为明显，其原因是随着压力的升高，产水量增加，同时膜两侧的浓液浓度差增大，各种离子的也更易透过反渗透膜进入产水。初始升压过程中，产水的增量大于各种离子透过量的增加，产水中各类离子的浓度降低，去除率升高，随着压力的继续增大，各类离子透过反渗透的增量等同于抵消了水的增量，导致产水中各类离子的去除率趋于定值。反渗透装置对PO₄^3-、SO₄^2-、选矿药剂和氟离子的最大去除率为99.27%，98.86%，96.03%和98.88%，此时产水中的各项离子浓度分别为21.73，42.20，1.98，6.99mg/L，而在较优操作压力条件0.6MPa的条件下，反渗透装置对PO₄^3-、SO₄^2-、选矿药剂和氟离子的去除率分别为99.21%，98.66%，97.87%和94.94%，此时产水中的各项离子浓度分别为23.72，49.51，3.77，8.91mg/L，与最大压力条件下的去除效果相差不大。

2.3 浓淡比例对脱盐率的影响

反渗透膜装置的进水压力为0.6MPa，调节系统的浓淡比例阀门，研究产水浓淡比例对反渗透处理磷肥废水的影响，结果见图3。

由图3可知，随着淡水与浓水比例的增大，脱盐率降低。其原因是由于淡水与浓水的比例越大，反渗透膜两侧的浓度梯度越大，浓差极化越严重，在淡水与浓水的比例较低时，仅表现为膜通量的降低，产水减少，电解质透过总量变化不大，电解质浓度上升，当产水与浓液的比例超过1∶1时，不仅膜通量继续降低，产水继续减少，可溶性盐离子也更易透过反渗透膜进入产水，电解质透过量上升，导致使脱盐率急剧下降。产水与浓液比例太低时，水利用率低，循环水量过高，不具备经济和实际意义，淡水和浓水比例过高则会导致产水量偏小以及产水指标下降，同样不适用实际应用，因此，综合考虑，实验较优淡水和浓水比例为1∶1。

2.4 浓淡比例对主要离子的去除影响

反渗透膜装置的进水压力为0.6MPa，调节系统的浓淡比例阀门，研究浓淡比例对反渗透装置脱除磷肥废水中主要离子的的影响，结果见图4。

由图4可知，反渗透膜对各主要离子的去除率随着淡水与浓水的比值增大而减小，其原因是随着淡水与浓水的比例增大，产水量减少的同时，浓差极化也越来越明显，各种离子在浓度差的推进下，也更易透过反渗透膜。在比例1∶4～1∶1区间，PO₄^3-与F^-的去除率下降微弱，继续加大淡水与浓水比例则下降较为明显，SO₄^2-则随淡水与浓水比例的增大，持续下降，降幅近似相等，氟离子则是在1∶1～4∶1范围内下降突出。在较优淡水和浓水比例1∶1的条件下，PO₄^3-、SO₄^2-、选矿药剂和氟离子的去除率分别为99.30%，98.53%，96.97%和94.52%，可以满足国标中要求磷肥企业废水的排放标准。

由图4还可知，用反渗透膜装置处理磷肥废水，废水中的杂质离子被反渗透膜截留，反渗透膜对不同价态离子的截留顺序是不同的。在相同实验条件下，对比F^-、SO₄^2-和PO₄^3-的脱除率，反渗透膜对F^-、SO₄^2-、PO₄^3-截留率顺序为: