申请日2014.09.22
公开(公告)日2015.02.18
IPC分类号C02F9/04
摘要
本实用新型涉及一种离子型稀土矿山废水膜分离技术处理装置，属于水处理领域。包括有依次连接的预除杂装置、陶瓷膜，陶瓷膜的渗透侧连接于纳滤膜的截留侧的入口，纳滤膜的渗透侧连接于反渗透膜的截留侧的入口，在纳滤膜与反渗透膜之间的连接的管路上，还设置有稀硫酸储罐，所述的预除杂装置是炭滤装置或砂滤装置，陶瓷膜的材质选自氧化铝、氧化锆或者氧化钛;陶瓷膜的平均孔径范围为0.02～0.2μm;陶瓷膜的渗透侧上还连接有反冲洗装置。本实用新型采用膜分离技术处理离子型稀土矿山废水，既使矿山废水得到了净化，达到了排放要求，有利于环保;又使得废水中的微量稀土离子和硫酸铵得到很好地回收利用，回收了有价资源。
权利要求书
1.一种离子型稀土矿山废水膜分离技术处理装置，其特征在于，包括有依次连接的预除杂装置(1)、陶瓷膜(2)，陶瓷膜(2)的渗透侧连接于纳滤膜(3)的截留侧的入口，纳滤膜(3)的渗透侧连接于反渗透膜(5)的截留侧的入口，在纳滤膜(3)与反渗透膜(5)之间的连接的管路上，还设置有稀硫酸储罐(4)。
2.根据权利要求1所述的一种离子型稀土矿山废水膜分离技术处理装置，其特征在于：所述的预除杂装置(1)是炭滤装置或砂滤装置。
3.根据权利要求1所述的一种离子型稀土矿山废水膜分离技术处理装置，其特征在于：陶瓷膜(2)的材质选自氧化铝、氧化锆或者氧化钛。
4.根据权利要求1所述的一种离子型稀土矿山废水膜分离技术处理装置，其特征在于：陶瓷膜(2)的平均孔径范围为0.02～0.2μm。
5.根据权利要求1所述的一种离子型稀土矿山废水膜分离技术处理装置，其特征在于：陶瓷膜(2)的渗透侧上还连接有反冲洗装置(6)。
6.根据权利要求1所述的一种离子型稀土矿山废水膜分离技术处理装置，其特征在于：反渗透膜(5)的材质选自醋酸纤维素、硝酸纤维素、乙基纤维素、聚砜酰胺或者芳香族聚酰胺。
说明书
一种离子型稀土矿山废水膜分离技术处理装置
技术领域
本实用新型涉及一种离子型稀土矿山废水膜分离技术处理装置，具体地说涉及一种采用以膜分离技术为核心工艺将膜分离和传统工艺相集成的处理离子型稀土矿山废水装置，属于废水处理领域。
背景技术
南方离子型稀土矿在我国自上世纪70年代开采以来，经历了三十多年的发展，开采工艺已从最原始的“池浸工艺”发展成为现有的“原地浸矿工艺”，浸出剂也从氯化钠转变为硫酸铵。这种转变对环境是友好的，一是避免了大规模的矿石开采的“搬山运动”，保护了矿山表面植被;二是硫酸铵浸出剂的使用也防止了氯化钠对矿山的风化，而且硫酸铵中的氨又是植物生长所必须的营养，一定程度上还有助于环境的改善。
但以上工艺的改善却并不能改变稀土矿山的生态环境。多年来，矿山开采所产生的废水以及开采后留下的稀土残矿中自流出来的废水严重地浸蚀着环境。这些废水中既含有0.01~0.1g/L的稀土离子，又含有2g/L左右的硫酸铵溶液，有些甚至还含有重金属、氟离子和砷的化合物，含有这些物质的废水经过长期的积累，浓度便会越来越高，随着雨水的冲刷，便会流到矿山周围的各个角落，伤害了绿色植被，影响着矿山的生态环境。
而稀土资源是我国的宝贵资源，不可再生，如果将这些废水中稀土直接排放，将是对我国宝贵资源的极大浪费。另一方面，高氨氮的硫酸根废水直接排入水体，将导致水体富营养化，降低水体观赏价值，并且氧化生成的硝酸盐和亚硝酸盐还会对水生生物甚至人类的健康造成永久的伤害。2011年11月24日，环境保护部发布全国14个省级84家稀土企业中，只有15家企业废水氨氮含量符合环保要求。因此，如何方便、经济地将稀土生产过程排放废水中的有价稀土元素回收过来，且将氨氮含量降低到国家允许的标准已经成为我国稀土生产企业急待解决的难题之一。
现有的稀土废水处理工艺以沉淀法为主回收稀土。CN101979335A采用了石灰作为沉淀剂回收废水中的稀土。CN 101974690A采用了石灰沉淀加萃取工艺回收了废水中的稀土。这两个专利都是采用石灰沉淀法处理稀土矿山的废水而回收稀土。这种方法，投资成本和运行成本很低，但对环境一点也没有改善，不但处理后稀土废水中的稀土离子不能完全回收，而且处理后的稀土废水呈碱性而又形成二次污染，并且过程中形成大量的石灰渣的固体污染物。CN 101870506A和CN 103232124A则采用离子交换树脂的工艺处理稀土矿山废水，回收了其中的稀土。但这两个专利技术都存在着树脂容易因重金属离子的存在而中毒现象，而且饱和得很快，解吸附时又会产生大量的硫酸铵废水。另外，值得注意的是，这几个专利中只是提及了稀土离子的去除，并没有提及到氨氮的去除，因而并不完整，对稀土矿山的环境改善不能完全起到有效作用。
实用新型内容
本实用新型的目的是解决稀土废水处理难度大、废水中硫酸铵无法回收利用、资源浪费的问题。提出了一种离子型稀土矿山废水膜分离技术处理装置。
本方法利用膜分离技术处理稀土矿废水，通过陶瓷膜去除其中的悬浮物固体，通过纳滤膜除去其中的稀土离子，最后通过反渗透膜去除其中的氨氮。采用这种工艺，不但对稀土矿山废水进行了有效的处理，使处理后的出水达到了绿色环保的要求;而且提高了稀土的回收率和硫酸铵的回收使用价值，进一步降低了投资和运行成本，给稀土矿山废水的处理带来了显著的经济和环境效益。
具体的技术方案：
一种离子型稀土矿山废水膜分离技术处理方法，包括如下步骤：
第1步、对离子型稀土矿山废水进行预除杂，得清液;
第2步、对清液用陶瓷膜过滤，得到陶瓷膜清液和陶瓷膜浓液;
第3步、将陶瓷膜清液用纳滤膜进行浓缩，纳滤浓液和纳滤清液;
第4步、将纳滤清液用稀硫酸调节到pH=3～5后用反渗透膜进行浓缩，得到反渗透清液和反渗透浓液。
预除杂是指炭滤、砂滤或多介质过滤。
陶瓷膜过滤中膜面流速控制在1～3m/s;压力为0.1～0.4MPa。
陶瓷膜平均孔径范围为0.02～0.2μm，材质为氧化铝、氧化锆或者氧化钛。
陶瓷膜过滤中进行反冲洗，反冲周期为30～60 min，反冲时间为5～10s。
纳滤膜进行浓缩中，浓缩倍数10～30倍之间;纳滤膜的操作压力是1.0～3.5MPa。
纳滤膜对在0.7MPa下，对2g/L硫酸镁的截留率最优是96～99%。
反渗透浓缩过程中的浓缩倍数优选在10～30倍之间，反渗透过程的操作压力优选是1.5～4.0 Mpa。
反渗透膜的材质优选醋酸纤维素、硝酸纤维素、乙基纤维素、聚砜酰胺或者芳香族聚酰胺等有机材料。
反渗透膜在1.5MPa下，对2g/l氯化钠的截留率达到99%以上。
基于上述的方法，本实用新型的另一个目的是提供了一种离子型稀土矿山废水膜分离技术处理装置，包括有依次连接的预除杂装置、陶瓷膜，陶瓷膜的渗透侧连接于纳滤膜的截留侧的入口，纳滤膜的渗透侧连接于反渗透膜的截留侧的入口，在纳滤膜与反渗透膜之间的连接的管路上，还设置有稀硫酸储罐。
所述的预除杂装置是炭滤装置或砂滤装置。
陶瓷膜的材质选自氧化铝、氧化锆或者氧化钛;陶瓷膜的平均孔径范围为0.02～0.2μm。
陶瓷膜的渗透侧上还连接有反冲洗装置。
反渗透膜的材质选自醋酸纤维素、硝酸纤维素、乙基纤维素、聚砜酰胺或者芳香族聚酰胺等有机材料。
有益效果
本专利工艺中，将控制稀土矿废水中的稀土离子浓度和氨氮浓度以便达到排放的环保标准与稀土和硫酸铵资源回收集合起来，既处理了废水有利于环保，又回收了有价资源，与传统石灰沉淀法和离子交换树脂法相比，具有如下的优越性：
1、采用上述技术方案，本实用新型得到如下有益效果：通过陶瓷膜的浓缩，去除了废水中的悬浮物，使悬浮物达到排放指标;通过纳滤膜的浓缩回收了稀土离子，使废水中的稀土离子达到排放指标;通过反渗透的进一步浓缩，将废水中残留的硫酸铵再一次截留去除，使反渗透的出水中氨氮的排放也达到环保的标准。而被截留浓缩的稀土离子和硫酸铵则可作为有用资源加以回收，真正做到废水的零排放处理。
2、与传统的石灰沉淀法工艺相比：本实用新型中的膜浓缩不仅产生了同样的资源回收效益，降低了处理成本，而且它不会产生废水中因石灰的添加带有碱性的危害，也不会产生大量的石灰渣。
3、由于膜的高精度的截留，经过本实用新型技术处理过的废水，其透过液中的稀土和氨氮浓度可达到比石灰沉淀法效果更好的程度。同时，对废水中其他单价和二价乃至多价离子尤其重金属离子具有高的截留程度。更不会像石灰沉淀法处理后废水中留下了大量的钙离子而产生高的硬度和碱度。
4、与离子交换树脂法相比，本实用新型技术因膜再生很容易，不会产生大量的酸碱或硫酸铵废水，造成二次污染，而离子交换树脂则因为需要不断地再生而产生了大量的二次污染物，而且离子交换树脂在运行过程中容易因重金属离子中毒而失效，而本技术则不会产生这种现象。
5、本实用新型技术既能处理废水中的稀土离子，又能处理废水中的硫酸铵，使出水氨氮达标排放。而石灰沉淀法和离子交换树脂法不能处理硫酸铵中的氨氮。
总之，本实用新型技术提供了一种用膜分离集成技术处理离子型稀土矿山废水的方法，由于膜分离技术自身的高精度、容易再生、处理能力大、体积小、能连续自动化运行等特点而使其在离子型稀土矿山废水处理领域有着较好的应用前景。