新型膜分離技術(shù)在酸洗廢液治理中的應(yīng)用

在污水處理廠、花園鋼場(chǎng)和冷焊帶鋼的車間，將鋼渣浸泡在約20%的硫酸清洗槽中，然后進(jìn)行清潔。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濃度降至6%～8%,生成的FeSO4濃度超過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。該鋼廠由于酸洗廢液未經(jīng)處理,直接排入下水道,與廢酸水相互混合,一方面增加了處理設(shè)施的負(fù)荷和運(yùn)行成本,另一方面對(duì)廢酸水處理站的運(yùn)行帶來很大不利,技術(shù)上也增加了很多困難。致使該鋼廠外排水無法達(dá)標(biāo),每年需繳排污費(fèi)22.2萬元。既造成了環(huán)境污染、又增加了經(jīng)濟(jì)損失。為了保護(hù)環(huán)境,節(jié)約資源,該鋼廠采用了新型膜分離技術(shù)——納米過濾(NF)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。1納濾技術(shù)原理和過程1.1納濾技術(shù)的特點(diǎn)膜處理技術(shù)包括反滲透(RO),超濾(UF)、微濾(MF)、滲析(O)和電滲析(ED)。近年來發(fā)展的納米過濾(NF)介于反滲透與超濾之間,是一種由壓力驅(qū)動(dòng)的新型膜分離過程。納濾技術(shù)具有下述特點(diǎn):(1)在過濾分離過程中,能夠截留小分子的有機(jī)物并可同時(shí)透析出鹽,集濃縮與透析為一體。(2)操作壓力低。因?yàn)闊o機(jī)鹽能通過納濾膜而透析,使得納濾的滲透壓遠(yuǎn)比反滲透低,這樣,在保證一定的膜通量的前提下,納濾所需的外壓比反滲透低得多,可節(jié)約動(dòng)力。(3)納濾膜具有良好的耐熱、耐酸堿性能,在有機(jī)溶劑中有較好的穩(wěn)定性。工作溫度可達(dá)80℃,在pH=0～14工作范圍內(nèi),有較強(qiáng)的抗溶劑作用。1.2基于傳統(tǒng)離子選擇性的納濾膜nw大多數(shù)的納濾膜是由多層聚合物薄膜組成。活性層通常荷負(fù)電化學(xué)基團(tuán)。一般認(rèn)為納濾膜是多孔性的,其平均孔徑為2nm。通常分子量截留范圍為100～300道爾頓MW。納濾膜也顯示建立在離子電荷密度基礎(chǔ)上的選擇性,因?yàn)槟ぞ哂须x子選擇性,含有不同離子的溶液,透過膜后離子分布是不相同的(透過率隨其他離子濃度變化),此即為Donnan效應(yīng)。例如在溶液中含有Na2SO4和NaCl時(shí),納濾膜優(yōu)先截留SO42-離子,Cl-的截留隨著Na2SO4濃度的增加而直線減少,同時(shí)為了保持電中性,Na+也會(huì)透過膜,在SO42-濃度高時(shí),Na+的截留甚少。1.3納濾及濃縮工藝流程見圖1。廢酸液集中于廢酸池中,用泵打進(jìn)粗濾器過濾,去除其中的固體懸浮物及細(xì)小微粒,流入混合槽中與來自離心機(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,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,然后用推車運(yùn)入倉(cāng)庫(kù),母液入混合槽,透過液再經(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的透過液(其中H2SO4含量6.5g/L,FeSO4·7H2O含量0.21g/L)則排至廢酸水處理站,進(jìn)一步處理排放或回用。2納濾的主要技術(shù)和影響因素2.1主要技術(shù)(1)晶粒雜質(zhì)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。過濾介質(zhì):燒結(jié)管,聚醚砜(PE)制造,精度為0.5μm。(2)混合加熱將來自離心機(jī)的母液與待處理廢酸液混合均勻,當(dāng)混合廢酸液溫度低于50℃時(shí),采用電加熱的方式,加熱至50℃,進(jìn)納濾組件分離。(3)外壓泵功率及用量由于廢酸液中含較高濃度的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3.5m3/h和2.0m3/h。(4)納濾、聚醚改性納濾組件構(gòu)型包括卷式和管式兩種,卷式膜由于單位體積中擁有較大的膜面積,因而造價(jià)較低。但通過膜的料液必須經(jīng)過預(yù)處理,以避免分離過程中膜間隙被堵塞。管式膜的單位體積中膜面積小,造價(jià)高,但料液可不經(jīng)預(yù)處理,直接濃縮,不易堵塞,清洗方便。本工藝采用管式膜構(gòu)型。納濾組件1:將硫酸與硫酸亞鐵分離、濃縮、提純。膜截留分子量150～300;膜材質(zhì):聚砜、聚醚砜;標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)截留率:Ca2+98%,Na+15%;產(chǎn)液量:0.0527m3/(m2·h)(0.69MPa)。納濾組件2:將納濾組件1的透過液進(jìn)一步處理,回收20%硫酸。膜截留分子量:100～300;膜材質(zhì)同上;標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)截留率:Ca2+98%,Na+50%,產(chǎn)液量:0.0378m3/(m2·h)(0.69MPa)。(5)硫酸亞鐵結(jié)晶利用自來水,將50℃的濃縮液降溫至30℃,大部分硫酸亞鐵都結(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,單池間歇運(yùn)行方式。2.2影響因素(1)工藝模擬fw操作壓力對(duì)納濾膜分離性能的影響可以從溶解—擴(kuò)散模型得到解釋。該模型為:FW=A(ΔP-βΔπ)式中,FW為液通量;A為水透過系數(shù);ΔP為壓力差;β為濃差極化因素;Δπ為滲透壓。當(dāng)濃度一定時(shí),隨著壓力增大,液通量幾乎直線上升,脫鹽率也呈上升趨勢(shì)。(2)操作時(shí)間由于納濾膜制備大多采用復(fù)合法,故耐壓密性較整體不對(duì)稱膜好。納濾膜的分離性能隨操作時(shí)間增加,膜的液通量及脫鹽率基本不變。(3)液體流料液流速增大,脫鹽率和液通量同時(shí)增大,并逐漸趨于穩(wěn)定。(4)納濾膜表層總能耗在制備納濾膜時(shí),為了提高膜的分離性能,往往使膜荷電化。因此大多數(shù)納濾膜表層總帶有一定的電荷。pH值的不同使得物料物質(zhì)的荷電性不同,進(jìn)而會(huì)由于它們因膜的荷電性相互作用的差異引起膜的截留率產(chǎn)生變化。3回收了資源,節(jié)約了資源該鋼廠酸