磷肥廢水主要產(chǎn)生于選礦和制酸過程中。目前主要采用化學(xué)沉淀法處理。采用這種處理方法，廢水中的化學(xué)物質(zhì)、磷資源和水資源無法回收利用，導(dǎo)致磷肥廠污水負(fù)荷不斷增加。

反滲透(RO)是一種利用壓力差作為驅(qū)動(dòng)力將溶劑從溶液中分離出來，并在膜兩側(cè)產(chǎn)生透過液和濃縮液的膜分離過程。反滲透膜能有效去除溶解鹽、膠體、微生物、有機(jī)物等。具有水質(zhì)好、能耗低、操作簡單的優(yōu)點(diǎn)。

本實(shí)驗(yàn)采用反滲透膜裝置對(duì)經(jīng)過脫鈣、脫氨、除濁后的磷肥廢水進(jìn)行處理，將廢水分為濃水和輕水。濃縮水回用于磷礦浮選過程，可以降低浮選過程中的藥劑消耗，實(shí)現(xiàn)選礦廢水中藥劑的回收利用。新鮮水回用于磷礦粉磨過程或作為深度水使用，實(shí)現(xiàn)了磷肥廢水的高效循環(huán)利用?？疾炝瞬煌に嚄l件對(duì)脫鹽率和不同離子去除率的影響。

1.實(shí)驗(yàn)部分

1.1試劑和儀器

氫氧化鈉、鉬酸銨、檸檬酸、檸檬酸三鈉、鉻酸鉀和酒石酸銻鉀均為分析純，預(yù)處理后的磷肥廢水主要成分見表1。

B-ⅲ循環(huán)水真空泵、ET99722COD快速分析儀、217飽和甘汞電極、SG3電導(dǎo)率儀、TD20002B分析天平、pHS-3C酸度計(jì)等。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

采用反滲透膜裝置處理磷肥廢水，調(diào)節(jié)裝置入口壓力和濃縮比，測(cè)定反滲透裝置出水的選礦藥劑F-、SO42-和PO43-含量。長期運(yùn)行反滲透膜裝置，考察裝置對(duì)磷肥廢水處理效果的穩(wěn)定性。

1.3分析方法

氟化物含量分析

電極電位法。

硫酸鹽含量的測(cè)定

重量法。

磷酸鹽含量的測(cè)定

喹啉磷鉬酸鹽的滴定分析。

2.結(jié)果和討論

2.1進(jìn)水壓力對(duì)脫鹽率的影響

反滲透膜裝置的濃縮比為1∶1。研究了進(jìn)水壓力對(duì)反滲透處理磷肥廢水的影響。結(jié)果如圖1所示。

從圖1可以看出，反滲透系統(tǒng)的脫鹽率在94%以上，隨著進(jìn)水壓力的增加，產(chǎn)水電解質(zhì)去除率先增加后趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)樵?.3 ~ 0.6MPa的低壓范圍內(nèi)，濃差極化現(xiàn)象不明顯，隨著壓力的增加，透過膜的水量增加，而透過鹽量基本不變，產(chǎn)出水的電導(dǎo)率降低。因此，脫鹽率明顯增加。當(dāng)入口壓力大于0.6 MPa時(shí)，膜通量上升趨勢(shì)開始減緩，因?yàn)楫?dāng)入口壓力超過一定值時(shí)，濃差極化逐漸增大，會(huì)導(dǎo)致鹽透過量和產(chǎn)量的增加。這兩個(gè)因素共同作用，使脫鹽率的增幅逐漸減緩，最終趨于96.5%。此時(shí)，產(chǎn)出水的水力傳導(dǎo)度約為98μS/cm。

操作壓力太小，膜產(chǎn)水量低，系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性能低，產(chǎn)出水電導(dǎo)率也大，膜產(chǎn)水量也會(huì)隨著操作壓力的增加而增加。但隨著操作壓力的增加，能耗會(huì)增加，膜兩側(cè)的濃差極化也會(huì)增加，同時(shí)膜污染率也會(huì)增加，即膜清洗頻率會(huì)增加。從圖中可以看出，當(dāng)操作壓力達(dá)到0.6MPa時(shí)，脫鹽率已經(jīng)基本停止上升。因此，綜合考慮，較好的實(shí)驗(yàn)壓力條件為0.6MPa左右

2.2進(jìn)水壓力對(duì)離子去除率的影響

反滲透膜裝置的濃縮與稀釋比為1∶1。研究了進(jìn)水壓力對(duì)磷肥廢水中主要離子去除率的影響。結(jié)果如圖2所示。

從圖2可以看出，反滲透對(duì)SO42-和PO43-的去除率很高，PO43-的去除率在98.5%以上，SO42-的去除率也可以達(dá)到98%以上，其次是選礦藥劑的去除率，在95%以上，氟離子的去除率略低，在91%-96%之間。反滲透對(duì)這些離子的去除率也是先增加后趨于穩(wěn)定，尤其是對(duì)選礦藥劑和氟離子。原因是隨著壓力的增加，產(chǎn)水量增加，膜兩側(cè)濃縮液濃度差增大，各種離子更容易通過反滲透膜進(jìn)入產(chǎn)水量。在初始增壓過程中，產(chǎn)出水的增量大于各種離子滲透量的增量，產(chǎn)出水中各種離子的濃度降低，去除率增加。隨著壓力的不斷增加，反滲透滲透的各種離子的增量相當(dāng)于抵消了水的增量，導(dǎo)致產(chǎn)出水中各種離子的去除率趨于一個(gè)固定值。反滲透裝置對(duì)PO43-、SO42-、選礦藥劑和氟離子的去除率分別為99.27%、98.86%、96.03%和98.88%。此時(shí)，在0.6MPa的最佳操作壓力下，產(chǎn)出水中的離子濃度分別為21.73、42.20、1.98和6.99mg/L，反滲透裝置對(duì)PO43-、SO42-、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(shí)產(chǎn)出水中各種離子的濃度分別為23.72、49.51、3.77和8.91mg/L，與較高壓力下的去除效果相似。

2.3濃縮倍數(shù)和稀釋倍數(shù)對(duì)脫鹽率的影響

反滲透膜裝置入口壓力為0.6MPa，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的比例閥，研究產(chǎn)水配比對(duì)磷肥廢水反滲透處理的影響。結(jié)果如圖3所示。

從圖3可以看出，隨著淡水與濃水比例的增加，脫鹽率降低。原因是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。當(dāng)?shù)c濃水的比值較低時(shí)，只說明膜通量降低，產(chǎn)水減少，電解質(zhì)滲透總量變化不大，電解質(zhì)濃度升高。當(dāng)產(chǎn)水與濃水的比例超過1∶1時(shí)，不僅膜通量持續(xù)降低，產(chǎn)水也持續(xù)減少，可溶性鹽離子更容易通過反滲透膜進(jìn)入產(chǎn)水和電解質(zhì)中。當(dāng)采出水與濃水之比過低時(shí)，水的利用率低，循環(huán)水量過高，沒有經(jīng)濟(jì)和實(shí)際意義。如果淡水與濃水的比例過高，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)水量小，產(chǎn)水量指數(shù)降低，同樣不適合實(shí)際應(yīng)用。因此，綜合考慮，實(shí)驗(yàn)中淡水與濃水的最佳比例為1∶1。

2.4遮光率對(duì)主要離子去除的影響

反滲透膜裝置入口壓力為0.6MPa，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的比值閥，研究濃縮稀釋比對(duì)反滲透裝置去除磷肥廢水中主要離子的影響。結(jié)果如圖4所示。

從圖4可以看出，反滲透膜對(duì)主要離子的去除率隨著淡水與濃水比例的增加而降低。原因是隨著淡水與濃水比例的增加，產(chǎn)水量減少，同時(shí)濃差極化越來越明顯。在濃度差的推動(dòng)下，各種離子更容易透過反滲透膜。在1: 4 ~ 1: 1的比例范圍內(nèi)，PO43-和F-的去除率略有下降，但隨著淡水/濃水比例的增加，下降更為明顯，而SO42-的去除率隨著淡水/濃水比例的增加繼續(xù)下降，且下降幅度大致相等，而氟離子的下降在1: 1 ~ 4: 1范圍內(nèi)較為顯著。在清水與濃水比為1∶1的最佳條件下，PO43-、SO42-、選礦藥劑和氟離子的去除率分別為99.30%、98.53%、96.97%和94.52%，可達(dá)到磷肥企業(yè)廢水排放國家標(biāo)準(zhǔn)。

從圖4中還可以看出，反滲透膜裝置處理磷肥廢水時(shí)，廢水中的雜質(zhì)離子被反滲透膜截留，不同價(jià)態(tài)的離子被反滲透膜截留的順序不同。在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，比較F-、SO42-和PO43-的去除率，反滲透膜對(duì)F-、SO42-和PO43-的截留率順序如下:

不同的離子穿透反滲透膜需要不同的滲透壓。對(duì)于選礦廢水中的F-、SO42-和PO43-和PO43-來說，滲透壓較大，SO42-次之，F(xiàn)-較低。

2.5選礦藥劑和磷的回收

反滲透膜裝置用于處理磷肥廢水。水中礦物加工劑和磷的回收率是根據(jù)濃縮水中礦物加工劑或磷的總質(zhì)量與上層水中礦物加工劑或磷的總質(zhì)量之比計(jì)算的?；厥章视?jì)算公式如下:

反滲透膜裝置入口壓力為0.6MPa，濃縮與稀釋比為1∶1。采用反滲透膜裝置從磷肥廢水中回收選礦藥劑和磷。結(jié)果如圖5所示。

從圖5中可以看出，經(jīng)過反滲透膜裝置處理后，水中礦物處理劑回收率在90%以上，水中磷回收率在93%以上。

3.結(jié)論

(1)反滲透膜裝置的出水水量隨著進(jìn)水壓力的增加而增加，脫鹽率隨著進(jìn)水壓力的增加而降低。

(2)反滲透膜裝置能有效去除磷肥廢水中的鹽離子，濃縮倍數(shù)越高，越有利于去除磷肥廢水中的鹽離子。

(3)不同的離子穿透反滲透膜需要不同的滲透壓。對(duì)于選礦廢水中的F-、SO42-和PO43-和PO43-來說，滲透壓較大，SO42-次之，F(xiàn)-較低。

(4)在進(jìn)水壓力為0.6MPa、淡水與濃水比為1∶1的條件下，磷肥廢水經(jīng)反滲透膜裝置處理后，選礦藥劑回收率達(dá)到90%以上，磷回收率達(dá)到93%以上。(資料來源:甕福技術(shù)研究院中低品位磷礦及其伴生資源高效利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

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