申请日2018.02.24
公开(公告)日2018.06.08
IPC分类号C02F9/04; C02F103/16; C02F101/16
摘要
一种用集成膜技术处理稀土冶炼高氨氮废水的方法及装置，所述方法采用压滤/粗过滤+络合‑超滤+反渗透的工艺流程，通过预除杂、络合‑超滤耦合和反渗透对稀土冶炼高氨氮废水进行处理。所述装置包括依次连接的粗过滤装置、超滤进料泵、超滤压力阀、超滤压力表、络合剂水箱、超滤浓缩液罐、超滤膜组件、反渗透进料泵、pH调节罐、反渗透压力阀、反渗透压力表、反渗透膜组件、反渗透产水罐和反渗透浓缩液罐。本发明不仅有效解决了离子型稀土工业废水的处理以及达标排放问题，而且能够回收利用其中的氨氮，具有分离和回收效率高、工艺简单、操作方便等优点，在稀土工业中有很大的发展潜力和广阔的应用前景。
权利要求书
1.一种用集成膜技术处理稀土冶炼高氨氮废水的方法，其特征在于，所述方法采用压滤/粗过滤+络合-超滤+反渗透的工艺流程，通过预除杂、络合-超滤耦合和反渗透对稀土冶炼高氨氮废水进行处理;
所述络合-超滤耦合，对经预处理的稀土冶炼废水清液采用超滤膜工艺通过超滤单元进行过滤;投加络合水处理剂后，通过超滤单元将其中大于0.1μm的胶体、颗粒物以及重金属离子和稀土元素截留;得到超滤浓缩液和超滤透过液，透过液污染指数SDI≦3，满足反渗透进水条件;
所述反渗透，对超滤透过液进行脱盐，超滤透过液中的水透过反渗透膜形成反渗透产水，反渗透单元截留液侧为浓缩的氨氮溶液。
2.根据权利要求1所述的一种用集成膜技术处理稀土冶炼高氨氮废水的方法，其特征在于，所述超滤单元的操作条件为：进料液侧，废水pH5~6，温度25 ℃，膜面流速0.1~0.5m/s，操作压力0.2~0.6MPa。
3.根据权利要求1所述的一种用集成膜技术处理稀土冶炼高氨氮废水的方法，其特征在于，所述络合-超滤耦合过程中，添加的络合水处理剂为乙二胺四乙酸。
4.根据权利要求1所述的一种用集成膜技术处理稀土冶炼高氨氮废水的方法，其特征在于，所述反渗透单元操作条件为：进料液侧，废水pH5~6，废水温度25 ℃，膜面流速0.1~0.5m/s，操作压力1.5~4.0MPa。
5.根据权利要求1所述的一种用集成膜技术处理稀土冶炼高氨氮废水的方法，其特征在于，所述超滤单元的超滤膜组件的膜材料包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚醚砜或聚丙烯;所述超滤单元的超滤膜组件形式包括板式、卷式、中空纤维式或管式。
6.根据权利要求1所述的一种用集成膜技术处理稀土冶炼高氨氮废水的方法，其特征在于，所述反渗透单元的反渗透膜组件的膜材料为聚酰胺，膜孔径小于1nm;所述反渗透单元的反渗透膜组件形式为板式或卷式。
7.根据权利要求1所述的一种用集成膜技术处理稀土冶炼高氨氮废水的方法，其特征在于，所述超滤单元的超滤膜组件和反渗透单元的反渗透膜组件为一组或多组串联或并联。
8.一种用集成膜技术处理稀土冶炼高氨氮废水的装置，其特征在于，所述装置包括依次连接的粗过滤装置、超滤进料泵、超滤压力阀、超滤压力表、络合剂水箱、超滤浓缩液罐、超滤膜组件、反渗透进料泵、pH调节罐、反渗透压力阀、反渗透压力表、反渗透膜组件、反渗透产水罐和反渗透浓缩液罐;
稀土冶炼高氨氮废水进入粗过滤装置进行预处理;经预处理的废水依次经超滤进料泵、超滤压力阀和超滤压力表进入超滤膜组件;络合剂水箱通过管道连接超滤组件的进口向超滤膜组件加入络合水处理剂;废水经超滤膜组件处理，进行络合-超滤耦合;经超滤后的废水经反渗透进料泵、pH调节罐、反渗透压力阀、反渗透压力表进入反渗透膜组件;超滤截留的截留液进入超滤浓缩液罐;废水经反渗透膜组件处理，反渗透产水进入反渗透产水罐;反渗透的截留液进入反渗透浓缩液罐。
9.根据权利要求8所述的一种用集成膜技术处理稀土冶炼高氨氮废水的装置，其特征在于，所述超滤膜组件的膜材料包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚醚砜或聚丙烯;所述超滤膜组件形式包括板式、卷式、中空纤维式或管式;优选膜材料为聚偏氟乙烯，膜孔径为0.2μm。
10.根据权利要求8所述的一种用集成膜技术处理稀土冶炼高氨氮废水的装置，其特征在于，所述反渗透膜组件的膜材料为聚酰胺，膜孔径小于1nm;所述反渗透膜组件形式为板式或卷式。
说明书
一种用集成膜技术处理稀土冶炼高氨氮废水的方法及装置
技术领域
本发明涉及一种用集成膜技术处理稀土冶炼高氨氮废水的方法及装置，属废水处理技术领域。
背景技术
稀土元素是信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重 要基础材料，有“现代工业维生素”和“新材料宝库”的美称。我国稀土矿物 产量一直居于世界第一，离子型稀土资源占世界同类资源的90%，其中赣南地区 的离子型稀土资源占全国同类资源的65%。
然而，稀土开采过程中产生大量氨氮废水，已成为最具挑战的研究课题之一。目前我国南方离子型稀土矿的处理量达5×104 t/年，产生的氨氮废水高达2×106 m3/年，其中氨皂排水、稀土皂母液、碳铵沉淀母液和碳铵沉淀物洗水中NH4+-N浓度分别为0.9~6.5、52.2~95.4、10.8~21.6和2.2~5.4 g/L，远远超出我国《稀土工业污染物排放标准》(GB26451-2011)中对氨氮的排放标准。因此，对稀土工业中氨氮废水的治理显得尤为迫切。
传统的氨氮废水处理方法主要有蒸发浓缩法、折点氯化法、氨气吹脱法、离子交换法以及生物法等。这些方法虽各有特点，但也有一定的局限性，在不同程度存在着耗能大、费用高、效率低、二次污染等缺陷，导致生产成本居高不下。开发一套完全成熟的、生产能力高且耐高浓度氨氮的经济型分离工艺已成为稀土工业废水处理和稀土化合物及材料大规模生产和推广应用的关键。
膜分离技术是20世纪中期发展起来的新型分离技术，具有效率高、能耗低、 无相变、工艺简单、连续化操作和环境友好等特点。和传统分离氨氮废水的方 法相比，膜分离技术具有明显的节能优势，已在分离、回收和浓缩溶液中的无 机物和有机物中推广使用。
采用单一的膜工艺方法较难达到理想的处理效果，对于以无机盐为主的高氨氮稀土冶炼废水，采用集成膜处理工艺，可实现高效、低能耗、资源化三者兼备的目标。
发明内容
本发明的目的是，针对赣南地区离子型稀土冶炼废水处理较难达到处理效果的状况，为了最大限度地回收水资源和废水中氨氮，本发明提供一种用集成膜技术处理稀土冶炼高氨氮废水的方法及装置。
实现本发明的技术方案如下，一种用集成膜技术处理稀土冶炼高氨氮废水的方法，所述方法采用集成膜工艺处理废水，所述集成膜工艺包括络合-超滤耦合和反渗透。
所述络合-超滤耦合，对经预处理的稀土冶炼废水清液采用超滤膜工艺通过超滤单元进行过滤，去除废水原液中大于0.1μm的胶体、颗粒物;采用络合水处理剂浓缩与回收重金属，得到超滤浓缩液和超滤透过液，透过液污染指数SDI≦3，满足反渗透进水条件。
所述反渗透，对超滤透过液进行脱盐，超滤透过液中的水透过反渗透膜形成反渗透产水，反渗透单元截留液侧为浓缩的氨氮溶液。
一种用集成膜技术处理稀土冶炼高氨氮废水的方法，包括如下步骤：
(1)将稀土冶炼高氨氮废水进行预除杂，使稀土冶炼废水澄清，得清液;
(2)依次经如下膜工艺步骤组成的集成膜工艺进行处理：
络合-超滤耦合：对经预处理的稀土冶炼废水清液采用超滤膜工艺过滤，去除废水原液中大于0.1μm的胶体、颗粒物;采用络合水处理剂浓缩与回收重金属和稀土，得到超滤浓缩液和超滤透过液，透过液污染指数SDI≦3，满足反渗透进水条件。
反渗透：采用反渗透膜工艺对超滤透过液进行脱盐，超滤透过液中的水透过反渗透膜形成反渗透产水，反渗透单元截留液侧为浓缩的氨氮溶液。
上述过程最终得到的反渗透产水可回用于生产工艺，浓缩液产品可以用于化肥等。
所述预除杂，指压滤或粗过滤。
所述超滤单元的操作条件为：进料液侧，废水pH 5~6，温度25℃，膜面流速0.1~0.5m/s，操作压力0.2~0.6MPa。
所述络合-超滤耦合过程中，添加的络合水处理剂为乙二胺四乙酸。
所述反渗透单元操作条件为：进料液侧，废水pH5~6，废水温度25℃，膜面流速0.1~0.5m/s，操作压力1.5~4.0MPa。
所述超滤单元的超滤膜组件的膜材料包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚醚砜或聚丙烯;所述超滤单元的超滤膜组件形式包括板式、卷式、中空纤维式或管式。
所述反渗透单元的反渗透膜组件的膜材料为聚酰胺，膜孔径小于1nm;所述反渗透单元的反渗透膜组件形式为板式或卷式。
所述超滤单元的膜组件和反渗透单元的膜组件为一组或多组串联或并联。
本发明一种用集成膜技术处理稀土冶炼高氨氮废水的装置，包括依次连接的粗过滤装置(预处理单元)、超滤进料泵、超滤压力阀、超滤压力表、络合剂水箱、超滤浓缩液罐、超滤膜组件(超滤单元)、反渗透进料泵、pH调节罐、反渗透压力阀、反渗透压力表、反渗透膜组件(反渗透单元);反渗透产水罐和反渗透浓缩液罐。
稀土冶炼高氨氮废水进入粗过滤装置进行预处理;经预处理的废水依次经超滤进料泵、超滤压力阀和超滤压力表进入超滤膜组件;络合剂水箱通过管道连接超滤组件的进口向超滤膜组件加入络合剂;废水经超滤膜组件处理，进行络合-超滤耦合;经超滤后的废水经反渗透进料泵、pH调节罐、反渗透压力阀、反渗透压力表进入反渗透膜组件;超滤截留的截留液进入超滤浓缩液罐;废水经反渗透膜组件处理，反渗透产水进入反渗透产水罐;反渗透的截留液进入反渗透浓缩液罐。
所述超滤膜组件的膜材料包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚醚砜或聚丙烯;所述超滤膜组件形式包括板式、卷式、中空纤维式或管式;优选膜材料为聚偏氟乙烯，膜孔径为0.2μm。
所述反渗透膜组件的膜材料为聚酰胺，膜孔径小于1 nm;所述反渗透膜组件形式为板式或卷式。
本发明主要针对离子型稀土冶炼高氨氮废水的处理和达标排放问题，首次采用压滤/粗过滤+络合-超滤+反渗透的工艺流程。首先，将稀土冶炼高氨氮废水进行预除杂，将废水中的大颗粒固体、悬浮物等杂质筛除;其次，将预除杂后得到的清液送入超滤系统单元，投加络合水处理剂后，通过超滤将其中含有的胶体、颗粒物以及重金属离子和稀土元素截留;最后，超滤透过液泵入反渗透系统单元进行分离浓缩，通过反渗透过程，高氨氮溶液中的水透过反渗透膜形成反渗透产水，而反渗透单元截留液侧为浓缩的铵盐溶液，可用于后续过程的回收。
本发明与现有技术的实质性区别在于，本发明涉及一种用集成膜技术处理稀土冶炼高氨氮废水的方法，针对现有技术中存在的高氨氮废水的处理及达标排放问题，本发明主要采用压滤/粗过滤+络合-超滤+反渗透的耦合过程，针对赣南地区的离子型稀土废水进行处理。采用本发明的方法不仅有效解决了离子型稀土工业废水的处理以及达标排放问题，而且能够回收利用其中的氨氮，具分离和回收效率高、工艺简单、操作方便、过程易控等优点，在稀土工业中有很大的发展潜力，具有很好的应用前景。
本发明的有益效果是，本发明通过采用压滤/粗过滤+络合-超滤+反渗透的工艺过程，针对赣南地区的离子型稀土废水进行了深度处理，氨氮脱除率高，水回收率高，产水水质好，不仅有效解决了离子型稀土工业废水的处理以及达标排放问题，而且能够回收利用其中的氨氮。本发明中的集成膜过程具有分离和回收效率高、工艺简单、操作方便、过程易控等优点。本发明的方法实现了膜分离技术用于稀土冶炼废水的高效耦合，采用本发明的方法，整个耦合过程不仅可以获得大量纯净水，同时也解决了高氨氮废水难以处理和达标排放的问题，氨氮可用于制作氮肥，最大限度地提高了废水和氨氮的回收率，整个耦合过程污染物排放量极少，具有重要的环境效益和经济效益。
本发明适用于赣南地区的离子型稀土废水的深度处理。