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

在污水处理厂、花园钢场和冷焊带钢的车间，将钢渣浸泡在约20%的硫酸清洗槽中，然后进行清洁。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浓度降至6%～8%,生成的FeSO4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冲洗以去除表面的酸性物质,由此又形成了废酸水的外排。该钢厂由于酸洗废液未经处理,直接排入下水道,与废酸水相互混合,一方面增加了处理设施的负荷和运行成本,另一方面对废酸水处理站的运行带来很大不利,技术上也增加了很多困难。致使该钢厂外排水无法达标,每年需缴排污费22.2万元。既造成了环境污染、又增加了经济损失。为了保护环境,节约资源,该钢厂采用了新型膜分离技术——纳米过滤(NF)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。1纳滤技术原理和过程1.1纳滤技术的特点膜处理技术包括反渗透(RO),超滤(UF)、微滤(MF)、渗析(O)和电渗析(ED)。近年来发展的纳米过滤(NF)介于反渗透与超滤之间,是一种由压力驱动的新型膜分离过程。纳滤技术具有下述特点:(1)在过滤分离过程中,能够截留小分子的有机物并可同时透析出盐,集浓缩与透析为一体。(2)操作压力低。因为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低,这样,在保证一定的膜通量的前提下,纳滤所需的外压比反渗透低得多,可节约动力。(3)纳滤膜具有良好的耐热、耐酸碱性能,在有机溶剂中有较好的稳定性。工作温度可达80℃,在pH=0～14工作范围内,有较强的抗溶剂作用。1.2基于传统离子选择性的纳滤膜nw大多数的纳滤膜是由多层聚合物薄膜组成。活性层通常荷负电化学基团。一般认为纳滤膜是多孔性的,其平均孔径为2nm。通常分子量截留范围为100～300道尔顿MW。纳滤膜也显示建立在离子电荷密度基础上的选择性,因为膜具有离子选择性,含有不同离子的溶液,透过膜后离子分布是不相同的(透过率随其他离子浓度变化),此即为Donnan效应。例如在溶液中含有Na2SO4和NaCl时,纳滤膜优先截留SO42-离子,Cl-的截留随着Na2SO4浓度的增加而直线减少,同时为了保持电中性,Na+也会透过膜,在SO42-浓度高时,Na+的截留甚少。1.3纳滤及浓缩工艺流程见图1。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,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,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,然后用推车运入仓库,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含量6.5g/L,FeSO4·7H2O含量0.21g/L)则排至废酸水处理站,进一步处理排放或回用。2纳滤的主要技术和影响因素2.1主要技术(1)晶粒杂质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。过滤介质:烧结管,聚醚砜(PE)制造,精度为0.5μm。(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,当混合废酸液温度低于50℃时,采用电加热的方式,加热至50℃,进纳滤组件分离。(3)外压泵功率及用量由于废酸液中含较高浓度的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3.5m3/h和2.0m3/h。(4)纳滤、聚醚改性纳滤组件构型包括卷式和管式两种,卷式膜由于单位体积中拥有较大的膜面积,因而造价较低。但通过膜的料液必须经过预处理,以避免分离过程中膜间隙被堵塞。管式膜的单位体积中膜面积小,造价高,但料液可不经预处理,直接浓缩,不易堵塞,清洗方便。本工艺采用管式膜构型。纳滤组件1:将硫酸与硫酸亚铁分离、浓缩、提纯。膜截留分子量150～300;膜材质:聚砜、聚醚砜;标准物质截留率:Ca2+98%,Na+15%;产液量:0.0527m3/(m2·h)(0.69MPa)。纳滤组件2:将纳滤组件1的透过液进一步处理,回收20%硫酸。膜截留分子量:100～300;膜材质同上;标准物质截留率:Ca2+98%,Na+50%,产液量:0.0378m3/(m2·h)(0.69MPa)。(5)硫酸亚铁结晶利用自来水,将50℃的浓缩液降温至30℃,大部分硫酸亚铁都结晶析出,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,单池间歇运行方式。2.2影响因素(1)工艺模拟fw操作压力对纳滤膜分离性能的影响可以从溶解—扩散模型得到解释。该模型为:FW=A(ΔP-βΔπ)式中,FW为液通量;A为水透过系数;ΔP为压力差;β为浓差极化因素;Δπ为渗透压。当浓度一定时,随着压力增大,液通量几乎直线上升,脱盐率也呈上升趋势。(2)操作时间由于纳滤膜制备大多采用复合法,故耐压密性较整体不对称膜好。纳滤膜的分离性能随操作时间增加,膜的液通量及脱盐率基本不变。(3)液体流料液流速增大,脱盐率和液通量同时增大,并逐渐趋于稳定。(4)纳滤膜表层总能耗在制备纳滤膜时,为了提高膜的分离性能,往往使膜荷电化。因此大多数纳滤膜表层总带有一定的电荷。pH值的不同使得物料物质的荷电性不同,进而会由于它们因膜的荷电性相互作用的差异引起膜的截留率产生变化。3回收了资源,节约了资源该钢厂酸