反渗透膜处理磷肥废水

磷肥废水主要产生于选矿和制酸过程中。目前主要采用化学沉淀法处理。采用这种处理方法，废水中的化学物质、磷资源和水资源无法回收利用，导致磷肥厂污水负荷不断增加。

反渗透(RO)是一种利用压力差作为驱动力将溶剂从溶液中分离出来，并在膜两侧产生透过液和浓缩液的膜分离过程。反渗透膜能有效去除溶解盐、胶体、微生物、有机物等。具有水质好、能耗低、操作简单的优点。

本实验采用反渗透膜装置对经过脱钙、脱氨、除浊后的磷肥废水进行处理，将废水分为浓水和轻水。浓缩水回用于磷矿浮选过程，可以降低浮选过程中的药剂消耗，实现选矿废水中药剂的回收利用。新鲜水回用于磷矿粉磨过程或作为深度水使用，实现了磷肥废水的高效循环利用。考察了不同工艺条件对脱盐率和不同离子去除率的影响。

1.实验部分

1.1试剂和仪器

氢氧化钠、钼酸铵、柠檬酸、柠檬酸三钠、铬酸钾和酒石酸锑钾均为分析纯，预处理后的磷肥废水主要成分见表1。

B-ⅲ循环水真空泵、ET99722COD快速分析仪、217饱和甘汞电极、SG3电导率仪、TD20002B分析天平、pHS-3C酸度计等。

1.2实验方法

采用反渗透膜装置处理磷肥废水，调节装置入口压力和浓缩比，测定反渗透装置出水的选矿药剂F-、SO42-和PO43-含量。长期运行反渗透膜装置，考察装置对磷肥废水处理效果的稳定性。

1.3分析方法

氟化物含量分析

电极电位法。

硫酸盐含量的测定

重量法。

磷酸盐含量的测定

喹啉磷钼酸盐的滴定分析。

2.结果和讨论

2.1进水压力对脱盐率的影响

反渗透膜装置的浓缩比为1∶1。研究了进水压力对反渗透处理磷肥废水的影响。结果如图1所示。

从图1可以看出，反渗透系统的脱盐率在94%以上，随着进水压力的增加，产水电解质去除率先增加后趋于稳定。这是因为在0.3 ~ 0.6MPa的低压范围内，浓差极化现象不明显，随着压力的增加，透过膜的水量增加，而透过盐量基本不变，产出水的电导率降低。因此，脱盐率明显增加。当入口压力大于0.6 MPa时，膜通量上升趋势开始减缓，因为当入口压力超过一定值时，浓差极化逐渐增大，会导致盐透过量和产量的增加。这两个因素共同作用，使脱盐率的增幅逐渐减缓，最终趋于96.5%。此时，产出水的水力传导度约为98μS/cm。

操作压力太小，膜产水量低，系统经济性能低，产出水电导率也大，膜产水量也会随着操作压力的增加而增加。但随着操作压力的增加，能耗会增加，膜两侧的浓差极化也会增加，同时膜污染率也会增加，即膜清洗频率会增加。从图中可以看出，当操作压力达到0.6MPa时，脱盐率已经基本停止上升。因此，综合考虑，较好的实验压力条件为0.6MPa左右

2.2进水压力对离子去除率的影响

反渗透膜装置的浓缩与稀释比为1∶1。研究了进水压力对磷肥废水中主要离子去除率的影响。结果如图2所示。

从图2可以看出，反渗透对SO42-和PO43-的去除率很高，PO43-的去除率在98.5%以上，SO42-的去除率也可以达到98%以上，其次是选矿药剂的去除率，在95%以上，氟离子的去除率略低，在91%-96%之间。反渗透对这些离子的去除率也是先增加后趋于稳定，尤其是对选矿药剂和氟离子。原因是随着压力的增加，产水量增加，膜两侧浓缩液浓度差增大，各种离子更容易通过反渗透膜进入产水量。在初始增压过程中，产出水的增量大于各种离子渗透量的增量，产出水中各种离子的浓度降低，去除率增加。随着压力的不断增加，反渗透渗透的各种离子的增量相当于抵消了水的增量，导致产出水中各种离子的去除率趋于一个固定值。反渗透装置对PO43-、SO42-、选矿药剂和氟离子的去除率分别为99.27%、98.86%、96.03%和98.88%。此时，在0.6MPa的最佳操作压力下，产出水中的离子浓度分别为21.73、42.20、1.98和6.99mg/L，反渗透装置对PO43-、SO42-、选矿药剂和氟离子的去除率分别为99.21%、98.66%、97.87%和94.94%。此时产出水中各种离子的浓度分别为23.72、49.51、3.77和8.91mg/L，与较高压力下的去除效果相似。

2.3浓缩倍数和稀释倍数对脱盐率的影响

反渗透膜装置入口压力为0.6MPa，调节系统的比例阀，研究产水配比对磷肥废水反渗透处理的影响。结果如图3所示。

从图3可以看出，随着淡水与浓水比例的增加，脱盐率降低。原因是淡水与浓水的比例越大，反渗透膜两侧的浓度梯度越大，浓差极化越严重。当淡水与浓水的比值较低时，只说明膜通量降低，产水减少，电解质渗透总量变化不大，电解质浓度升高。当产水与浓水的比例超过1∶1时，不仅膜通量持续降低，产水也持续减少，可溶性盐离子更容易通过反渗透膜进入产水和电解质中。当采出水与浓水之比过低时，水的利用率低，循环水量过高，没有经济和实际意义。如果淡水与浓水的比例过高，会导致产水量小，产水量指数降低，同样不适合实际应用。因此，综合考虑，实验中淡水与浓水的最佳比例为1∶1。

2.4遮光率对主要离子去除的影响

反渗透膜装置入口压力为0.6MPa，调节系统的比值阀，研究浓缩稀释比对反渗透装置去除磷肥废水中主要离子的影响。结果如图4所示。

从图4可以看出，反渗透膜对主要离子的去除率随着淡水与浓水比例的增加而降低。原因是随着淡水与浓水比例的增加，产水量减少，同时浓差极化越来越明显。在浓度差的推动下，各种离子更容易透过反渗透膜。在1: 4 ~ 1: 1的比例范围内，PO43-和F-的去除率略有下降，但随着淡水/浓水比例的增加，下降更为明显，而SO42-的去除率随着淡水/浓水比例的增加继续下降，且下降幅度大致相等，而氟离子的下降在1: 1 ~ 4: 1范围内较为显著。在清水与浓水比为1∶1的最佳条件下，PO43-、SO42-、选矿药剂和氟离子的去除率分别为99.30%、98.53%、96.97%和94.52%，可达到磷肥企业废水排放国家标准。

从图4中还可以看出，反渗透膜装置处理磷肥废水时，废水中的杂质离子被反渗透膜截留，不同价态的离子被反渗透膜截留的顺序不同。在相同的实验条件下，比较F-、SO42-和PO43-的去除率，反渗透膜对F-、SO42-和PO43-的截留率顺序如下:

不同的离子穿透反渗透膜需要不同的渗透压。对于选矿废水中的F-、SO42-和PO43-和PO43-来说，渗透压较大，SO42-次之，F-较低。

2.5选矿药剂和磷的回收

反渗透膜装置用于处理磷肥废水。水中矿物加工剂和磷的回收率是根据浓缩水中矿物加工剂或磷的总质量与上层水中矿物加工剂或磷的总质量之比计算的。回收率计算公式如下:

反渗透膜装置入口压力为0.6MPa，浓缩与稀释比为1∶1。采用反渗透膜装置从磷肥废水中回收选矿药剂和磷。结果如图5所示。

从图5中可以看出，经过反渗透膜装置处理后，水中矿物处理剂回收率在90%以上，水中磷回收率在93%以上。

3.结论

(1)反渗透膜装置的出水水量随着进水压力的增加而增加，脱盐率随着进水压力的增加而降低。

(2)反渗透膜装置能有效去除磷肥废水中的盐离子，浓缩倍数越高，越有利于去除磷肥废水中的盐离子。

(3)不同的离子穿透反渗透膜需要不同的渗透压。对于选矿废水中的F-、SO42-和PO43-和PO43-来说，渗透压较大，SO42-次之，F-较低。

(4)在进水压力为0.6MPa、淡水与浓水比为1∶1的条件下，磷肥废水经反渗透膜装置处理后，选矿药剂回收率达到90%以上，磷回收率达到93%以上。(资料来源:瓮福技术研究院中低品位磷矿及其伴生资源高效利用国家重点实验室)

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