超滤_电渗析集成技术综合处理赤泥附液的研究_李新冬

超滤-电渗析集成技术综合处理赤泥附液的研究

李新冬　黄万抚

(江西理工大学　江西赣州341000)

摘　要　针对铝厂高碱度赤泥附液,采用超滤-电渗析集成技术处理回收其有用成分。首先采用超滤装置进行预处理,使透过液达到电渗析器的进水要求并富集其中的铝,然后对超滤透过液采用电渗析工艺进行调试,确定最佳工艺参数,最终使净化水达到生产用水标准,同时使浓缩端出水中的碱含量富集到可以回收的浓度,从而实现资源循环利用。

关键词　超滤　电渗析　浓缩　脱碱

Study on Treatment of Wastewater From Red Mud

by Ultrafiltration-Electrodialysis Integrated Technology

LI Xindong　HUANG Wan fu

(J iangxi University of Science and Technology　G an zhou,Jiangxi341000) Abstract　The high-alkalinity wastewater generated from aluminu m factory is treated by ultrafiltration-electrodialysis in-tegrated technology.Firstly,an ultrafiltration device is used for pretreatment of alkaline wastewater to make permeation solu-tion meet influent requirements of electrodialyzer and enrich the aluminu m therein;secondly,the ultrafiltration permeation solution is adjusted by electrodialysis technology to determine the optimum technological parameters,make purified water reach the process water standard and moreover and the alkali content in effluent water at concentration end enriched to the recycled concentration,so that the purp ose of resource recycle can be realized.

Key Words　ultrafiltration　electrodialysis　concentration　dealkalization

0　引言

氧化铝生产过程产生的工业废渣赤泥是一种碱性污染源。赤泥所带的附液含有大量的碱,若直接排入水体可使水的渗透压增加,并使氢离子浓度发生变化对水生物产生不良影响和毒害作用,含有的硫化物还原性物质还会减少水中的溶解氧,不溶于水的固体物质在水中呈悬浮状,增加水的浊度,严重危害自然环境,造成土壤碱化、沼泽化,污染地表地下水源。同时碱的大量流失,给氧化铝生产也造成了巨大的经济损失。

本文采用超滤-电渗析集成技术处理赤泥附液并回收其有用成分。首先使超滤透过液达到电渗析器的进水要求并富集其中的铝,然后对超滤透过液采用电渗析工艺进行调试,确定最佳工艺参数,实现废水的循环利用。

1　赤泥附液的理化性质分析

对取自某铝厂的赤泥附液分析表明,废水表观呈淡黄色,碱性强,密度小,固体物含量高并含有粒度小于10μm的固体悬浮物。化学成分十分复杂,主要成分为Na2CO3、Na OH和NaAl(OH)4,其中Al(OH)-4、OH-、CO2-3、SO2-、Si2-

3

、Cl-、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+等以阴阳离子状态存在。该赤泥附液的一般理化性质分析结果如表1所示。

2　试验设备与工艺流程

表1　赤泥附液的理化性质m g/L 浊度Na Al3+Fe Mn碱度SS C OD Cr 0～303000～7000600～12001.0～3.0<0.053～5300～600200～300

注:碱度以Na2O计,g/L。下文中提到的碱含量与此相同。

2.1　试验设备

(1)超滤装置:选用截留分子量为1000～100000范围内的螺旋卷式结构聚砜材料作为实验用超滤膜材料。

(2)电渗析水处理设备:由山东某膜技术有限公司装配,基本配置:200mm×400m m离子交换膜一

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2012年第38卷第4期

April2012 工业安全与环保　

Industrial Safety and Environmental Protection

套(50对),其中阴膜为均相阴离子交换膜,阳膜为聚乙烯异相阳离子交换膜,有效膜面积为648cm 2,隔室流程长度为40.25c m 。

(3)离心磁力泵。

(4)便携式电导率仪。

(5)便携式微电脑打印数据存储式酸度计。(6)流量计、压力表等。

2.2　试验方法(1)预处理:对赤泥附液进行预过滤除去大颗粒杂质,然后采用超滤膜进行预处理,使碱液浓缩。(2)电渗析处理:本处理工艺包括对超滤透过液进行电渗析脱碱和对碱回收。2.3　实验工艺流程

该试验的工艺流程示意图如图1所示

。

图1　试验工艺流程

3　试验结果与讨论

3.1　超滤预处理工艺实验

超滤预处理工艺主要是对赤泥附液进行预处理,使碱的回收率最大最优。实验操作压力控制在0.28～0.42MPa 之间。水力反冲洗压力控制在

0.20～0.30MPa 之间,过滤流量由操作压力和运行时间确定,基本上由开始运行的90L /h 下降到27L /h 。

探索试验结果表明,随着超滤级数的增多,透过液中金属及硅含量逐级越低,预处理效果越好。选用截留分子量为1000/2000的聚砜卷式超滤膜,采用一级一段浓缩液循环三元件组件,将单元件组件回收比(透过水量与供给水量之比率)控制在30%,三元件组件控制在90%,浓缩液回流率控制在5%～30%,过滤压力控制在0.28～0.42MPa 之间,透过液浓度已达到电渗析装置进水要求(见表2,并将铝富集至890mg /L 。试验结果见表3。3.2　电渗析工艺处理超滤透过液试验研究3.2.1　电渗析法对超滤透过液的脱碱研究

3.2.1.1　工艺流程

由于要求脱碱深度大,且要求脱碱水水质稳定。因此本实验选择循环式电渗析脱碱流程。流程如图2所示。

表2

　电渗析进水水质要求

m g /L (水温除外)浊度Fe Mn 余氯水温/℃≤3

≤0.3

≤0.1

≤0.3

5～40表3　超滤透过液与浓缩液理化性质

m g /L

　Al Fe Mg Ca M n Si

透过液3300.210.0751.50<0.0519.295浓缩液

890

1.2

0.29

4.50

<0.05

25.

765

图2

循环式脱碱流程随着浓稀相进料浓度比的提高,膜两侧溶液的浓度

差增大,使浓差扩散和水渗透增强,离子迁移阻力增

大,导致电渗析装置(ED )的工艺性能下降。为了便于分离过程的正常进行,必须选择一个适宜的浓度比,得到好的分离效果。故脱碱工艺需采用若干个浓度段的循环式脱碱流程。3.2.1.2　工艺参数的确定

(1)流量。为了使膜两侧的压力平衡,以减小压差渗漏损失,在操作中,保持浓、淡两室的进料流量

相等。

在浓淡水进水流量分别为100,150,200L /h 时,在其极限电流的80%下运行10min ,对电渗析的脱碱率和浓淡水的分离效果进行比较,如表4所示。浓淡水进水流量为150L /h 时,浓淡水的分离效果最好,而且脱碱率与浓淡水进水流量为200L /h 时

的脱碱率相差不大,故而选定最佳流量为150L /h 。 (2)工作电流。由于工艺流程较长,电渗析脱碱端进水浓度变化较大,极限电流密度相应要发生变化,以电流密度作为指标,实验选用极限电流密度的80%作为每个浓度段脱碱工艺的工作电流密度,可

表4　不同进水流量下电渗析的脱碱率与分离率流量/(L ·h -1)

100150

200

脱碱率/%10.7523.2824.55分离率

1.55

2.21

1.6

注:将分离率定义为电渗析出水中,浓缩液与脱碱液的比值。

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