反渗透膜处理磷肥废水的实验研究

2019-05-07隋岩峰刘松林杨帆

应用化工 2019年4期

隋岩峰，刘松林，杨帆

(1.中低品位磷矿及其共伴生资源高效利用国家重点实验室，贵州贵阳 550002； 2.瓮福技术研究院，贵州贵阳 550014)

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[1-3]，在膜两侧生成渗透液和浓缩液[4-5]。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[6-7]，同时具有出水质好、耗能低和操作简便等优点[8-10]。

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；ET99722 COD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。

表1 预处理后磷肥废水的主要杂质及含量Table 1 Main impurities and contents of phosphate fertilizer wastewater after pretreatment

1.2 实验方法

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。

图1 操作压力与脱盐率的关系Fig.1 The relationship between operatingpressure and desalination rate

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0.3～0.6 MPa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0.6 MPa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98 μS/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0.6 MPa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0.6 MPa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。

图2 操作压力与主要离子去除率的关系Fig.2 Relationship between operation pressureand main ion removal rate

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0.6 MPa，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。

图3 浓淡比例与脱盐率的关系Fig.3 Relationship between desalinationratio and desalination rate

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。