反滲透膜處理磷肥廢水的實驗研究

隋巖峰，劉松林，楊帆

(1.中低品位磷礦及其共伴生資源高效利用國家重點實驗室，貴州 貴陽 550002； 2.甕福技術(shù)研究院，貴州 貴陽 550014)

磷肥廢水主要由選礦和制酸過程中產(chǎn)生，目前主要采用化學沉淀法進行處理。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[1-3]，在膜兩側(cè)生成滲透液和濃縮液[4-5]。反滲透膜可以有效地去除水中的溶解鹽類、膠體、微生物、有機物等[6-7]，同時具有出水質(zhì)好、耗能低和操作簡便等優(yōu)點[8-10]。

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，預處理后其主要成分見表1。

SHB-Ⅲ循環(huán)水式真空泵；ET99722 COD快速測定儀；217型飽和甘汞電極；SG3電導率儀；TD20002B分析天平；pHS-3C酸度計等。

表1 預處理后磷肥廢水的主要雜質(zhì)及含量Table 1 Main impurities and contents of phosphate fertilizer wastewater after pretreatment

1.2 實驗方法

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，研究進水壓力對反滲透處理磷肥廢水的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 操作壓力與脫鹽率的關(guān)系Fig.1 The relationship between operatingpressure and desalination rate

由圖1可知，反滲透系統(tǒng)的脫鹽率在94%以上，并且隨著進水壓力升高，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0.3～0.6 MPa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)水的電導率下降，故脫鹽率上升十分明顯；當進水壓力大于0.6 MPa后，膜通量上升的趨勢開始變緩，因為進水壓力超過一定值時，逐漸加大了濃差極化，會導致鹽透過量增加，產(chǎn)水電導率上升，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)水電導在98 μS/cm左右。

操作壓力太小，膜產(chǎn)水量低，系統(tǒng)經(jīng)濟性能低，產(chǎn)水電導率也較大；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。由圖知當操作壓力達到0.6 MPa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0.6 MPa左右。

2.2 進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。

圖2 操作壓力與主要離子去除率的關(guān)系Fig.2 Relationship between operation pressureand main ion removal rate

2.3 濃淡比例對脫鹽率的影響

反滲透膜裝置的進水壓力為0.6 MPa，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。

圖3 濃淡比例與脫鹽率的關(guān)系Fig.3 Relationship between desalinationratio and desalination rate

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入產(chǎn)水，電解質(zhì)透過量上升，導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)濟和實際意義；淡水和濃水比例過高則會導致產(chǎn)水量偏小以及產(chǎn)水指標下降，同樣不適用實際應用，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

反滲透膜裝置的進水壓力為0.6 MPa，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。

圖4 產(chǎn)水濃液比例與主要離子去除率的關(guān)系Fig.4 Relationship between the ratio of water toconcentrate and the removal rate of main ions

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)量比上進水中選礦藥劑或磷的總質(zhì)量進行計算，回收率計算公式如下：

(1)

反滲透膜裝置的進水壓力為0.6 MPa，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。

圖5 不同組目鈣離子的脫除率Fig.5 Optimum reaction condition experiment

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水壓力升高而增大，脫鹽率隨進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。

(4)在進水壓力0.6 MPa，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。