新型膜分离技术在酸洗废液治理中的应用

新型膜分离技术在酸洗废液治理中的应用

1过滤的特点和应用1.1纳滤膜的优点纳滤（nf）是介于微孔（ro）和超滤（uf）之间的新膜分离过程。它具有以下特点：。(1)在过滤分离过程中,能够截留中低分子量的有机物,同时可部分透析出盐,集浓缩与透析为一体.(2)操作压力低.因为部分无机盐能通过纳滤膜而透析,使得纳滤的渗透压远比反渗透为低,这样,在保证一定的膜通量的前提下,纳滤所需的压力比反渗透低得多,可节约动力.(3)某些性能优良的纳滤膜具有良好的耐热、耐酸碱性能和在有机溶剂中有较好的稳定性.工作温度可达80℃,在pH0～14工作范围内,有较强的抗溶剂作用.随着社会发展的需求,NF在饮用水净化、染料、抗生素、多肽、多醣等化工和生物工程产物的分级和浓缩,脱色和去异味,甚至废水处理和资源回收等方面都已发挥越来越明显的作用.1.2高效膜分离技术某钢厂设有酸洗工序,将钢材浸入硫酸质量分数为20%左右的酸洗槽中进行酸洗,其化学反应如下:FeO+H2SO4(稀)=FeSO4+H2OFe2O3+3H2SO4(稀)=Fe2(SO4)3+3H2OFe2(SO4)3+Fe=3FeSO4随着酸洗的进行,硫酸浓度逐渐降低,硫酸亚铁浓度不断增高,当溶液中H2SO4质量分数降至6%～8%、生成的FeSO4质量浓度超过200～250g/L时,酸洗速率下降,酸洗液必须更换,从而形成了酸洗废液的排放.另外,酸洗好的钢材必须用清水进行冲洗以去除表面的酸性物质,由此又形成了废酸水的外排.为了保护环境,节约资源,根据纳滤的特点,该钢厂采用了新型膜分离技术——纳滤工艺治理上述酸洗废液,回收了硫酸和硫酸亚铁,达到了酸洗废液综合利用、废酸水达标排放的目的.2过滤过程和主要技术的主要技术2.1纳滤及浓缩图1为工艺流程方框图.废酸液集中于废酸池中,用泵打进粗滤器过滤,去除其中的固体悬浮物及细小微粒,滤液流入混合槽中与来自离心机分离出的母液混合,电加热至50℃左右,由一级升压泵将其压力升至1.8MPa,经纳滤组件1,利用纳滤膜对硫酸和硫酸亚铁的截留率不同,将FeSO4·7H2O截留在浓缩液中,将浓缩液引入冷却结晶罐,用冷却水降温至30℃后,浓缩液中FeSO4·7H2O则结晶,在离心机中与母液分开,嗣后用推车运入仓库,母液入混合槽.透过液再经对H2SO4截留率较高的纳滤组件2截留浓缩后成为含20%H2SO4的再生酸液,流入再生酸槽备用,纳滤组件2的透过液(其中H2SO4质量浓度为6.5g/L,FeSO4·7H2O为0.21g/L),则排至废酸水处理站,进一步处理排放或回用.2.2主要技术2.2.1硫酸亚铁晶体的回收为预处理手段,能够去除废酸液中的固体悬浮物和粒状杂质,为后续纳滤创造较好的进液条件,并保证回收的硫酸亚铁晶体的纯度.粗滤器型号:SJY-2;壳体材料:不锈钢;过滤介质:烧结管,聚乙烯(PE)制造,精度为0.5μm.2.2.2混合加热将来自离心机的母液与待处理废酸液混合均匀,并当混合废酸液温度低于50℃时,采用电加热的方式,将其加热至50℃,进纳滤组件分离.2.2.3两级纳滤组件的外压泵由于废酸液中有较高浓度的FeSO4·7H2O,渗透压大,需使用约1.8MPa的压力进行操作,两级纳滤组件配置的外压泵功率分别为11kW及7.5kW,额定流量为3.5m3/h和2.0m3/h.2.2.4mpt-32膜纳滤膜采用以色列MembraneProductsKiryatWeizmann公司(MPW)生产的MPT-34膜,其性能:截留分子量100～300;水的通量在30℃,3MPa时为0.8m3/(m2·d),pH0～14,使用最高温度70℃.2.2.5硫酸亚铁结晶出液利用冷却水将50℃的浓缩液降温至30℃,大部分硫酸亚铁结晶析出,用离心机将结晶与母液分离;冷却结晶罐,采用两台交换使用,单罐间歇运行方式,离心机选用SX-1000型号.3纳滤效应的因素3.1水质通量的测定压力对MPT-34膜分离性能的影响见图2.从图中可知,浓度一定时,随压力增大,水通量几乎直线上升,脱盐率也呈上升趋势,这点可从溶解-扩散模型得到解释.该模型:Jw=Α(Δp-βΔπ)(1)式中,Jw——水通量;A——水透过系数;Δp——压力差;β——浓差极化因子;Δπ——渗透压.Js=B(βC1-C2)(2)式中,Js——盐通量;B——盐透过系数;C1,C2——料液、透过液盐浓度.从公式(1)可知,水通量随压力呈线性增大;从公式(2)可知,盐通量与压力无直接的关系,只是膜两侧盐浓度的函数,随压力增加,透过膜的水量增大而盐量不变,故脱盐率增大.但也使C2减小,膜两侧盐浓度增大,有降低脱盐率的趋势,这两方面的共同作用使脱盐率增加逐渐变缓,最后趋于定值.3.2膜分离性能分析由于纳滤膜制备是采用复合法,故耐压密性较整体不对称膜好.图3是MPT-34膜的分离性能随操作时间变化图,从图3可知,随时间增加,膜的水通量、脱盐率基本不变.3.3feso4浓度的影响从图4中可知,流量增大,脱盐率和水通量同时增大,并逐渐趋于稳定,这主要是流量增大,使废酸液中FeSO4浓度和膜液界面处FeSO4浓度趋于一致,浓差极化减小,β值降低趋于1,水通量和脱盐率逐渐升高并趋于稳定.3.4纳滤和提取液的性能从以上分析可知,操作条件对纳滤膜的分离性能有直接影响,操作压力和流量的提高,可提高水通量和脱盐率;MPT-34膜的耐压密性较好,水通量和截留率随操作时间延长基本不变.该厂纳滤操作压力为1.8MPa;流量2～3.5m3/h,操作温度50℃.4回收废水某钢厂酸洗废液治理工程建成后,共投资195.4万元,有效地处理了全厂每年