反滲透膜處理磷肥廢水反滲透膜處理磷肥廢水

磷肥廢水主要由選礦和制酸過程中產生，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，在膜兩側生成滲透液和濃縮液。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，同時具有出水質好、耗能低和操作簡便等優點。

　　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，實現了磷肥廢水的高效循環使用。考察不同工藝條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循環水式真空泵，ET99722COD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。

　　1.2 實驗方法

　　用反滲透膜裝置處理磷肥廢水，調節裝置的進水壓力和濃淡比例，測定反滲透裝置出水中選礦藥劑和F^-、SO₄^2-、PO₄^3-的含量。長時間運行反滲透膜裝置，考察裝置對磷肥廢水處理效果的穩定性。

　　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，結果見圖1。

　　由圖1可知，反滲透系統的脫鹽率在94%以上，并且隨著進水壓力升高，產水的電解質去除*升高然后趨于平穩。這是由于在0.3～0.6MPa壓力較低的范圍內，濃差極化現象不明顯，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0.6MPa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%，此時產水電導在98μS/cm左右。

　　操作壓力太小，膜產水量低，系統經濟性能低，產水電導率也較大，操作壓力增大，膜產水量也隨之增大，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0.6MPa時，脫鹽率已基本不再上升。所以，綜合考慮，實驗較優的壓力條件在0.6MPa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，結果見圖2。

　　由圖2可知，反滲透對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-也可以達到98%以上，其次是選礦藥劑的去除率，在95%以上，對氟離子的去除率略低，在91%～96%之間。反滲透對這些離子的去除率也是先升高然后趨于平穩，對選礦藥劑與氟離子的去除率趨勢尤為明顯，其原因是隨著壓力的升高，產水量增加，同時膜兩側的濃液濃度差增大，各種離子的也更易透過反滲透膜進入產水。初始升壓過程中，產水的增量大于各種離子透過量的增加，產水中各類離子的濃度降低，去除率升高，隨著壓力的繼續增大，各類離子透過反滲透的增量等同于抵消了水的增量，導致產水中各類離子的去除率趨于定值。反滲透裝置對PO₄^3-、SO₄^2-、選礦藥劑和氟離子的最大去除率為99.27%，98.86%，96.03%和98.88%，此時產水中的各項離子濃度分別為21.73，42.20，1.98，6.99mg/L，而在較優操作壓力條件0.6MPa的條件下，反滲透裝置對PO₄^3-、SO₄^2-、選礦藥劑和氟離子的去除率分別為99.21%，98.66%，97.87%和94.94%，此時產水中的各項離子濃度分別為23.72，49.51，3.77，8.91mg/L，與最大壓力條件下的去除效果相差不大。

　　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0.6MPa，調節系統的濃淡比例閥門，研究產水濃淡比例對反滲透處理磷肥廢水的影響，結果見圖3。

　　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，僅表現為膜通量的降低，產水減少，電解質透過總量變化不大，電解質濃度上升，當產水與濃液的比例超過1∶1時，不僅膜通量繼續降低，產水繼續減少，可溶性鹽離子也更易透過反滲透膜進入產水，電解質透過量上升，導致使脫鹽率急劇下降。產水與濃液比例太低時，水利用率低，循環水量過高，不具備經濟和實際意義，淡水和濃水比例過高則會導致產水量偏小以及產水指標下降，同樣不適用實際應用，因此，綜合考慮，實驗較優淡水和濃水比例為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0.6MPa，調節系統的濃淡比例閥門，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，結果見圖4。

　　由圖4可知，反滲透膜對各主要離子的去除率隨著淡水與濃水的比值增大而減小，其原因是隨著淡水與濃水的比例增大，產水量減少的同時，濃差極化也越來越明顯，各種離子在濃度差的推進下，也更易透過反滲透膜。在比例1∶4～1∶1區間，PO₄^3-與F^-的去除率下降微弱，繼續加大淡水與濃水比例則下降較為明顯，SO₄^2-則隨淡水與濃水比例的增大，持續下降，降幅近似相等，氟離子則是在1∶1～4∶1范圍內下降突出。在較優淡水和濃水比例1∶1的條件下，PO₄^3-、SO₄^2-、選礦藥劑和氟離子的去除率分別為99.30%，98.53%，96.97%和94.52%，可以滿足國標中要求磷肥企業廢水的排放標準。

　　由圖4還可知，用反滲透膜裝置處理磷肥廢水，廢水中的雜質離子被反滲透膜截留，反滲透膜對不同價態離子的截留順序是不同的。在相同實驗條件下，對比F^-、SO₄^2-和PO₄^3-的脫除率，反滲透膜對F^-、SO₄^2-、PO₄^3-截留率順序為:

　　不同離子透過反滲透膜所需要的滲透壓不同，對于選礦廢水中的F^-、SO₄^2-和PO₄^3-，PO₄^3-所需要的滲透壓最大，SO₄^2-次之，F^-所需要的滲透壓較低。

　　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量比上進水中選礦藥劑或磷的總質量進行計算，回收率計算公式如下:

　　反滲透膜裝置的進水壓力為0.6MPa，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，結果見圖5。

　　由圖5可知，經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。

　　(3)不同離子透過反滲透膜所需要的滲透壓不同，對于選礦廢水中的F^-、SO₄^2-和PO₄^3-，PO₄^3-所需要的滲透壓最大，SO₄^2-次之，F^-所需要的滲透壓較低。

　　(4)在進水壓力0.6MPa，淡水和濃水比例為1∶1的條件下，經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