稀土冶煉氨氮廢水排放處理技術(shù)分析

張靜

摘 要：在稀土冶煉行業(yè)中，冶煉過(guò)程中重金屬的殘留以及過(guò)程中用到的酸液等都會(huì)隨著洗液進(jìn)入到廢水中。不對(duì)廢液進(jìn)行處理就直接排放，對(duì)環(huán)境中的動(dòng)植物以及人類都會(huì)造成重金屬的危害。當(dāng)前稀土冶煉過(guò)程中對(duì)于排出廢水的處理研究工作呈逐年增長(zhǎng)的事態(tài)；廢水處理技術(shù)得到了逐步的提升，并且膜法及高新技術(shù)已作為當(dāng)前研究的重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：稀土；氨氮廢水；化學(xué)沉淀；循環(huán)利用

通過(guò)分析了稀土冶煉廢水產(chǎn)生原因和組成成分，闡述稀土冶煉氨氮廢水主要處理技術(shù)及研究現(xiàn)狀，分別介紹了生化法、物化法及蒸餾法等處理技術(shù)原理，討論了這些稀土冶煉氨氮廢水處理技術(shù)實(shí)際運(yùn)用中存在的問(wèn)題。并著重針對(duì)目前稀土礦提取和分離過(guò)程中面臨的氨氮達(dá)不到廢水排放新標(biāo)準(zhǔn)等問(wèn)題，提出了今后加強(qiáng)對(duì)稀土礦提取分離新技術(shù)工藝及新型藥劑等研究，探索氨氮廢水循環(huán)利用新途徑，從源頭消除氨氮廢水并從根本上治理氨氮污染。

1.稀土氨氮廢水來(lái)源及主要成分分析

稀土工業(yè)在大規(guī)模的建設(shè)、生產(chǎn)和冶煉過(guò)程中產(chǎn)生了大量的“三廢”，其中氨氮廢水是稀土生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的最主要廢水，如不經(jīng)處理排放，會(huì)嚴(yán)重污染周邊環(huán)境。稀土冶煉氨氮廢水主要來(lái)源于稀土冶煉過(guò)程中的氨法中和、稀土碳酸氫氨沉淀和稀土萃取分離工藝有機(jī)萃取劑皂化，主要是指稀土生產(chǎn)中的稀土精礦焙燒尾氣噴淋產(chǎn)生的酸性廢水、碳酸稀土生產(chǎn)產(chǎn)生的硫銨廢水和稀土分離產(chǎn)生的氯化銨廢水，其廢水量占稀土濕法生產(chǎn)企業(yè)廢水的60%一70%。這3種廢水是制約稀土行業(yè)能否持續(xù)、健康發(fā)展的主要因素，目前生產(chǎn)碳酸稀土產(chǎn)生的硫銨廢水已在稀土礦浸取過(guò)程中得到了循環(huán)利用，現(xiàn)在氨氮廢水處理的難題就在于稀土萃取分離時(shí)產(chǎn)生的氨氮廢水治理。

稀土分離常用的工藝為溶劑萃取法，該工藝需使用大量的鹽酸、液氮、草酸、碳酸氫銨等化工原料及各種稀土有機(jī)萃取劑，稀土分離在為人類提供各種稀土產(chǎn)品的同時(shí)，也給環(huán)境帶來(lái)大量的各種廢水，特別是氨氮廢水，數(shù)量大、難處理、治理困難，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染還浪費(fèi)大量有用資源，是稀土濕法冶金行業(yè)的環(huán)保大問(wèn)題。

稀土分離時(shí)產(chǎn)生的廢水有來(lái)自萃取分離的有機(jī)相反萃和撈余液，稀土氟化過(guò)程產(chǎn)生的氟化上清液及含氟草酸銨洗水，碳銨沉淀產(chǎn)生的上清液和洗水，草酸沉淀產(chǎn)生的上清液和洗水。經(jīng)過(guò)各個(gè)工序之后要得到一定要求的產(chǎn)品，每個(gè)工序中添加的藥劑不一樣，所以各個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水及性質(zhì)也不一樣，其中含氨廢水主要是萃取過(guò)程中產(chǎn)生的萃余液，碳銨沉淀產(chǎn)生的上清液，以及碳銨洗水，這3種廢水統(tǒng)稱為稀土冶煉氨氮廢水，是目前稀土冶煉廢水處理難題。

2.稀土冶煉氨氦廢水處理技術(shù)

2.1生化法處理稀土冶煉氨氮廢水研究

生物脫氮被認(rèn)為是含氮廢水最佳處理方式，隨著對(duì)生物脫氮研究的不斷深入，許多不同種類的微生物被應(yīng)用到稀土氨氮廢水脫氮技術(shù)上。生物脫氮是利用細(xì)菌對(duì)氨氮傳統(tǒng)生物脫氮，一般包括硝化和反硝化兩個(gè)階段，分別由硝化菌和反硝化菌完成。其中硝化作用包括亞硝化與硝化兩個(gè)階段：亞硝化過(guò)程是由亞硝酸菌（氨氧化菌或亞硝化菌）將氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，硝化過(guò)程是由硝酸菌（亞硝酸鹽氧化菌或硝化菌）將亞硝酸鹽進(jìn)一步氧化為硝酸；反硝化主要作用是將硝酸鹽或亞硝酸鹽還原成氣態(tài)氮（N0、N20、N2），是由一群化能有機(jī)異養(yǎng)型微生物在厭氧或缺氧的條件下完成。

生化法能處理各種濃度氨氮的稀土廢水，適應(yīng)性強(qiáng)，微生物物種容易培堿皂廢水碳銨沉淀洗滌廢水養(yǎng)，成本低。然而同時(shí)也存在著一些缺點(diǎn)：①菌種馴化啟動(dòng)周期長(zhǎng)；②菌種的培養(yǎng)要求高，難于控制，如果運(yùn)行不當(dāng)，會(huì)造成出水中亞硝酸鹽氮升高，亞硝酸鹽氮與污水物質(zhì)產(chǎn)生致癌物質(zhì)，造成更大的環(huán)境危害；③脫氮后的水質(zhì)中的微生物難于處理。

2.2物化法處理稀土氨氮廢水研究現(xiàn)狀

化學(xué)沉淀法是去除稀土氨氮廢水中氨氮的常用方法之一，主要是通過(guò)化學(xué)沉淀的方式使氨與磷鎂發(fā)生反應(yīng)，生成磷酸氨鎂沉淀難溶復(fù)鹽使得氨氮以沉淀的形式分離出去，從而降低廢水中氨氮的濃度，這種方法尤其適用于高濃度氨氮廢水的處理。

化學(xué)沉淀法去除廢水中氨氮的優(yōu)點(diǎn)在于脫氮效率高、工藝簡(jiǎn)單，沉淀反應(yīng)不受溫度、水中毒素等因素的限制，容易控制，而且生成的磷酸氨鎂沉淀中含有N、P、Mg，可作為肥料回收使用。然而由于這種方法使磷酸銨鎂沉淀藥劑消耗量大，目前市場(chǎng)上難以找到大量的鎂鹽礦粉，處理費(fèi)用高，在實(shí)際生產(chǎn)中難以得到推廣。

沸石去除氨氮，天然沸石及改性沸石在城市污水處理中處理氨氮及其它有害離子的應(yīng)用技術(shù)已較成熟。沸石是沸石族礦物的總稱，是一種含水的堿金屬或堿土金屬的鋁硅酸礦物，這種礦石的共同特點(diǎn)是具有架狀結(jié)構(gòu)，在它們的晶體內(nèi)，分子像搭架子似地連在一起，中間形成很多空腔，在這些空腔里還存在很多水分子，因此在灼燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象，也因此而得名。沸石由于其特殊的結(jié)構(gòu)，使得表面積達(dá)400-800m2/g，因此具有很好的吸附性能。同時(shí)，根據(jù)架裝結(jié)構(gòu)組成的空穴大小，使得沸石對(duì)分子的吸附具有選擇性，只有分子直徑小于沸石孔穴通道直徑的物質(zhì)才能被吸附，而大于此直徑的物質(zhì)則被拒之在外。另外，沸石晶格中的陽(yáng)離子K+、Na+、Ca+等還具有離子交換能力，當(dāng)相關(guān)的物質(zhì)進(jìn)入空穴之后到達(dá)沸石表面時(shí)，與這些陽(yáng)離子發(fā)生離子交換作用。沸石去除氨氮的性能是由于離子交換和吸附2種行為共同作用的結(jié)果，因此沸石對(duì)氨氮應(yīng)該有很強(qiáng)的吸附作用。

2.3稀土冶煉氨氮的回收利用研究現(xiàn)狀

上述所研究的處理含氨廢水的方法，主要是從如何除去廢水中的氨氮的角度進(jìn)行無(wú)害化治理與研究，還有些研究是在治理氨氮廢水的同時(shí)，研究如何進(jìn)行節(jié)能減排、回收增效以及循環(huán)利用等，這也主要針對(duì)含氨氮濃度較高的稀土氨氮廢水。對(duì)于高濃度氨氮廢水中氨氮主要以2種形式被回收，一種是以銨鹽的形式回收，這主要是采用蒸發(fā)濃縮結(jié)晶回收；以氨水形式回收氨氮?jiǎng)t通常采用蒸汽汽提方法回收。由于稀土冶煉廢水中氨氮主要以NHC1形態(tài)存在，運(yùn)用蒸汽汽提法回收NH3？H20的過(guò)程中需將廢水PH調(diào)至顯堿性，需消耗大量的石灰，成本較高，如果采用蒸發(fā)濃縮結(jié)晶方法以銨鹽形式回收氨氮，則無(wú)需調(diào)節(jié)PH至堿性就可達(dá)到很好的效果，相對(duì)于蒸汽汽提法更經(jīng)濟(jì)，因此對(duì)于高濃度氨氮稀土廢水多采用蒸發(fā)濃縮結(jié)晶，以銨鹽形式對(duì)氨氮進(jìn)行回收。

還有稀土采選企業(yè)將稀土氨氮廢水直接用于稀土的就地溶浸，然而相對(duì)用硫酸銨浸出稀土，發(fā)現(xiàn)氨氮廢水溶浸稀土礦存在以下問(wèn)題：①氨氮稀土廢水浸礦的浸出速度要高，硫酸銨浸礦速度慢，加長(zhǎng)了稀土浸出周期；②氨氮稀土廢水浸礦的稀土母液中鋁、硅、鈣等雜質(zhì)的含量明顯高于硫酸銨浸礦稀土母液，加大了后續(xù)除雜工作難度，同時(shí)稀土產(chǎn)品純度略有下降。稀土氨氮廢水的處理技術(shù)一直是稀土產(chǎn)業(yè)熱門研究方向，目前更為綠色環(huán)保的處理技術(shù)應(yīng)該是稀土氨氮廢水回收利用的首選，這種綠色工藝技術(shù)的研究目的是如何將廢水合理回收，節(jié)約能源和資源，提高效率，實(shí)現(xiàn)在不以破壞環(huán)境為代價(jià)的前提下開發(fā)和利用資源。然而，現(xiàn)有的對(duì)氨氮廢水中氨氮的回收利用，沒(méi)有從根本上解決耗水量大的問(wèn)題。

3.結(jié)論與認(rèn)識(shí)

從稀土氨氮廢水處理現(xiàn)狀的概述中可得知，目前氨氮廢水的相關(guān)研究開展了很多，物化法、生化法和氨氮回收處理技術(shù)均很成熟。然而，為從根本上解決廢水的問(wèn)題，還需更深入的研究：①?gòu)U水的循環(huán)利用，研究新工藝?yán)脧U水中的氨氮就地溶浸稀土礦；②研究新型藥劑（新型浸出劑、沉淀劑等），提高稀土提取選擇性，從源頭上降低氨氮廢水的產(chǎn)生；③開發(fā)稀土提取新工藝，特別是生物提取技術(shù)，既環(huán)保效率也高。

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