新型膜分離技術(shù)在酸洗廢液治理中的應(yīng)用

新型膜分離技術(shù)在酸洗廢液治理中的應(yīng)用

1過(guò)濾的特點(diǎn)和應(yīng)用1.1納濾膜的優(yōu)點(diǎn)納濾（nf）是介于微孔（ro）和超濾（uf）之間的新膜分離過(guò)程。它具有以下特點(diǎn)：。(1)在過(guò)濾分離過(guò)程中,能夠截留中低分子量的有機(jī)物,同時(shí)可部分透析出鹽,集濃縮與透析為一體.(2)操作壓力低.因?yàn)椴糠譄o(wú)機(jī)鹽能通過(guò)納濾膜而透析,使得納濾的滲透壓遠(yuǎn)比反滲透為低,這樣,在保證一定的膜通量的前提下,納濾所需的壓力比反滲透低得多,可節(jié)約動(dòng)力.(3)某些性能優(yōu)良的納濾膜具有良好的耐熱、耐酸堿性能和在有機(jī)溶劑中有較好的穩(wěn)定性.工作溫度可達(dá)80℃,在pH0～14工作范圍內(nèi),有較強(qiáng)的抗溶劑作用.隨著社會(huì)發(fā)展的需求,NF在飲用水凈化、染料、抗生素、多肽、多醣等化工和生物工程產(chǎn)物的分級(jí)和濃縮,脫色和去異味,甚至廢水處理和資源回收等方面都已發(fā)揮越來(lái)越明顯的作用.1.2高效膜分離技術(shù)某鋼廠設(shè)有酸洗工序,將鋼材浸入硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%左右的酸洗槽中進(jìn)行酸洗,其化學(xué)反應(yīng)如下:FeO+H2SO4(稀)=FeSO4+H2OFe2O3+3H2SO4(稀)=Fe2(SO4)3+3H2OFe2(SO4)3+Fe=3FeSO4隨著酸洗的進(jìn)行,硫酸濃度逐漸降低,硫酸亞鐵濃度不斷增高,當(dāng)溶液中H2SO4質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至6%～8%、生成的FeSO4質(zhì)量濃度超過(guò)200～250g/L時(shí),酸洗速率下降,酸洗液必須更換,從而形成了酸洗廢液的排放.另外,酸洗好的鋼材必須用清水進(jìn)行沖洗以去除表面的酸性物質(zhì),由此又形成了廢酸水的外排.為了保護(hù)環(huán)境,節(jié)約資源,根據(jù)納濾的特點(diǎn),該鋼廠采用了新型膜分離技術(shù)——納濾工藝治理上述酸洗廢液,回收了硫酸和硫酸亞鐵,達(dá)到了酸洗廢液綜合利用、廢酸水達(dá)標(biāo)排放的目的.2過(guò)濾過(guò)程和主要技術(shù)的主要技術(shù)2.1納濾及濃縮圖1為工藝流程方框圖.廢酸液集中于廢酸池中,用泵打進(jìn)粗濾器過(guò)濾,去除其中的固體懸浮物及細(xì)小微粒,濾液流入混合槽中與來(lái)自離心機(jī)分離出的母液混合,電加熱至50℃左右,由一級(jí)升壓泵將其壓力升至1.8MPa,經(jīng)納濾組件1,利用納濾膜對(duì)硫酸和硫酸亞鐵的截留率不同,將FeSO4·7H2O截留在濃縮液中,將濃縮液引入冷卻結(jié)晶罐,用冷卻水降溫至30℃后,濃縮液中FeSO4·7H2O則結(jié)晶,在離心機(jī)中與母液分開(kāi),嗣后用推車(chē)運(yùn)入倉(cāng)庫(kù),母液入混合槽.透過(guò)液再經(jīng)對(duì)H2SO4截留率較高的納濾組件2截留濃縮后成為含20%H2SO4的再生酸液,流入再生酸槽備用,納濾組件2的透過(guò)液(其中H2SO4質(zhì)量濃度為6.5g/L,FeSO4·7H2O為0.21g/L),則排至廢酸水處理站,進(jìn)一步處理排放或回用.2.2主要技術(shù)2.2.1硫酸亞鐵晶體的回收為預(yù)處理手段,能夠去除廢酸液中的固體懸浮物和粒狀雜質(zhì),為后續(xù)納濾創(chuàng)造較好的進(jìn)液條件,并保證回收的硫酸亞鐵晶體的純度.粗濾器型號(hào):SJY-2;殼體材料:不銹鋼;過(guò)濾介質(zhì):燒結(jié)管,聚乙烯(PE)制造,精度為0.5μm.2.2.2混合加熱將來(lái)自離心機(jī)的母液與待處理廢酸液混合均勻,并當(dāng)混合廢酸液溫度低于50℃時(shí),采用電加熱的方式,將其加熱至50℃,進(jìn)納濾組件分離.2.2.3兩級(jí)納濾組件的外壓泵由于廢酸液中有較高濃度的FeSO4·7H2O,滲透壓大,需使用約1.8MPa的壓力進(jìn)行操作,兩級(jí)納濾組件配置的外壓泵功率分別為11kW及7.5kW,額定流量為3.5m3/h和2.0m3/h.2.2.4mpt-32膜納濾膜采用以色列MembraneProductsKiryatWeizmann公司(MPW)生產(chǎn)的MPT-34膜,其性能:截留分子量100～300;水的通量在30℃,3MPa時(shí)為0.8m3/(m2·d),pH0～14,使用最高溫度70℃.2.2.5硫酸亞鐵結(jié)晶出液利用冷卻水將50℃的濃縮液降溫至30℃,大部分硫酸亞鐵結(jié)晶析出,用離心機(jī)將結(jié)晶與母液分離;冷卻結(jié)晶罐,采用兩臺(tái)交換使用,單罐間歇運(yùn)行方式,離心機(jī)選用SX-1000型號(hào).3納濾效應(yīng)的因素3.1水質(zhì)通量的測(cè)定壓力對(duì)MPT-34膜分離性能的影響見(jiàn)圖2.從圖中可知,濃度一定時(shí),隨壓力增大,水通量幾乎直線上升,脫鹽率也呈上升趨勢(shì),這點(diǎn)可從溶解-擴(kuò)散模型得到解釋.該模型:Jw=Α(Δp-βΔπ)(1)式中,Jw——水通量;A——水透過(guò)系數(shù);Δp——壓力差;β——濃差極化因子;Δπ——滲透壓.Js=B(βC1-C2)(2)式中,Js——鹽通量;B——鹽透過(guò)系數(shù);C1,C2——料液、透過(guò)液鹽濃度.從公式(1)可知,水通量隨壓力呈線性增大;從公式(2)可知,鹽通量與壓力無(wú)直接的關(guān)系,只是膜兩側(cè)鹽濃度的函數(shù),隨壓力增加,透過(guò)膜的水量增大而鹽量不變,故脫鹽率增大.但也使C2減小,膜兩側(cè)鹽濃度增大,有降低脫鹽率的趨勢(shì),這兩方面的共同作用使脫鹽率增加逐漸變緩,最后趨于定值.3.2膜分離性能分析由于納濾膜制備是采用復(fù)合法,故耐壓密性較整體不對(duì)稱(chēng)膜好.圖3是MPT-34膜的分離性能隨操作時(shí)間變化圖,從圖3可知,隨時(shí)間增加,膜的水通量、脫鹽率基本不變.3.3feso4濃度的影響從圖4中可知,流量增大,脫鹽率和水通量同時(shí)增大,并逐漸趨于穩(wěn)定,這主要是流量增大,使廢酸液中FeSO4濃度和膜液界面處FeSO4濃度趨于一致,濃差極化減小,β值降低趨于1,水通量和脫鹽率逐漸升高并趨于穩(wěn)定.3.4納濾和提取液的性能從以上分析可知,操作條件對(duì)納濾膜的分離性能有直接影響,操作壓力和流量的提高,可提高水通量和脫鹽率;MPT-34膜的耐壓密性較好,水通量和截留率隨操作時(shí)間延長(zhǎng)基本不變.該廠納濾操作壓力為1.8MPa;流量2～3.5m3/h,操作溫度50℃.4回收廢水某鋼廠酸洗廢液治理工程建成后,共投資195.4萬(wàn)元,有效地處理了全廠每年