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        德興銅礦精尾廠廢水納濾法濃縮和分離

        2014-12-26 07:46:10李小生劉久清周欽何俊穎
        有色金屬科學(xué)與工程 2014年5期
        關(guān)鍵詞:納濾膜分離原液

        李小生,劉久清,周欽,何俊穎

        (1.江西銅業(yè)公司德興銅礦,江西 德興 334224;2.中南大學(xué)冶金與環(huán)境學(xué)院,長(zhǎng)沙 410083)

        0 引 言

        德興銅礦是我國(guó)最大的斑巖型露天礦山,其特點(diǎn)是地質(zhì)儲(chǔ)量大、含銅品位低、伴生有益組分多、礦化連續(xù)性好、易采易選,具有相當(dāng)高的綜合利用價(jià)值[1-2].德興銅礦廢水處理系統(tǒng)主要處理來(lái)自采礦場(chǎng)的酸性水和來(lái)自日處理量10萬(wàn)t的選礦廠的堿性廢水[3-4],但是目前德興銅礦精尾廠的酸性廢水和綜合廢水采用HDS工藝處理后,COD和部分金屬離子含量仍超過(guò)國(guó)家 《銅、鎳、鈷工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB25467-2010).隨著酸性廢水及綜合廢水處理量增加,需要新的技術(shù)將處理后的水質(zhì)控制在合理排放范圍.

        膜分離技術(shù)作為新的分離凈化和濃縮方法,與傳統(tǒng)的分離操作相比,具有能耗低、分離效果高、無(wú)二次污染、工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)[5-7].因此在水處理[8]、生物化工[9]、食品工業(yè)[10]、造紙工業(yè)[11]、制藥工業(yè)[12]等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,在國(guó)外的Asacro Ray、BHP San Manuel、Mexicana de canane[13-15]等礦山浸出液處理中效果顯著,是一種高效、環(huán)保、節(jié)能的新方法.因此,本文提出在原有HDS工藝中加入新型的膜分離工藝,截留廢水中的金屬離子和有機(jī)物,降低排放水中金屬離子和COD含量,達(dá)到深度處理精尾廠廢水的目的,降低生產(chǎn)成本,保護(hù)礦山生態(tài)環(huán)境.

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 實(shí)驗(yàn)原料

        實(shí)驗(yàn)原料為德興銅礦精尾廠的酸性廢水(如表1所示)和綜合廢水(如表2所示).

        表1 德興銅礦精尾廠的酸性廢水水質(zhì)情況

        表2 德興銅礦精尾廠的綜合廢水水質(zhì)情況

        1.2 實(shí)驗(yàn)儀器及裝置

        實(shí)驗(yàn)儀器為TAS-990原子吸收分光光度計(jì)、pHS-3C pH計(jì)、DDS-11A型電導(dǎo)率儀、DR2400分光光度計(jì)、FA2004電子天平.

        實(shí)驗(yàn)所用膜為納濾膜:美國(guó)GE公司,型號(hào)DK2540F1072,截留分子量為150~300道爾頓(中性有機(jī)物分子),有效膜面積為1.77 m2.膜裝置示意圖如圖1所示.

        圖1 膜處理裝置示意圖

        1.3 實(shí)驗(yàn)方法

        實(shí)驗(yàn)料液先經(jīng)孔徑5 μm的濾袋除去懸浮顆粒后,取一定體積的濾液在溫度30℃、進(jìn)料壓力1.5 MPa、流量16~18 L/min條件下進(jìn)行納濾濃縮.其中,濃縮倍數(shù)是按照料液桶內(nèi)剩余料液的體積與原始料液的體積比來(lái)確定,即料液桶內(nèi)還剩下l/N料液時(shí),即為濃縮N倍.

        1.4 分析方法

        膜通量Jw計(jì)算公式:

        式(1)中,Jw為膜通量,L/(m2·h);S為濾速,s/L;A為膜面積,m2.

        SS 含量采用重量法測(cè)定,Cu、Mn、Zn、Pb、Ca 含量采用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定,S2-、SO42-、COD、TFe、Fe3+采用分光光度法測(cè)定.

        1.5 實(shí)驗(yàn)考察指標(biāo)

        1)膜通量(Jw)指標(biāo)的測(cè)定;

        2)滲透液和濃縮液的pH、電導(dǎo)率、COD及金屬離子濃度的測(cè)定;

        3)清洗劑清洗對(duì)水通量恢復(fù)的考察.

        2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

        2.1 納濾處理酸性廢水

        1)取40 L酸性廢水,在溫度為30℃、進(jìn)料壓力為1.5 MPa和流量為18 L/min的條件下,濃縮倍數(shù)對(duì)納濾處理酸性廢水膜通量的影響如圖2所示.

        圖2 納濾濃縮酸性廢水時(shí)倍數(shù)對(duì)膜通量的影響

        由圖2可知,隨著納濾濃縮倍數(shù)的增大,膜通量呈現(xiàn)下降趨勢(shì),由 70.06 L/(m2·h)減小到 21.86 L/(m2·h),這一現(xiàn)象可以用非平衡熱力學(xué)模型[16]和優(yōu)先吸附-毛細(xì)孔流模型來(lái)解釋[17]:

        式(2)中:Lp是純水透過(guò)系數(shù)(水滲透率),m/(s·Pa);ΔP是膜兩側(cè)操作壓力差,Pa;σ是膜反射系數(shù);Δπ是膜兩側(cè)溶質(zhì)滲透壓力差,Pa.

        式(3)中,C為溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量濃度,g/L;R為氣體常數(shù);T為絕對(duì)溫度,K;M為分子量;B為特定常數(shù),它是由溶質(zhì)和溶劑相互作用的大小來(lái)決定的.

        由式(2)和式(3)可知,隨著濃縮倍數(shù)的增大,料液中的COD和金屬離子濃度增加,滲透壓Δπ增大,因此膜通量降低.

        2)精尾廠酸性廢水原液、納濾4倍濃縮液和納濾平均滲透液的pH、電導(dǎo)率、COD及金屬離子濃度,如表3所示.

        由表3可以看出,納濾處理酸性廢水后,納濾滲透液中的COD及金屬離子與酸性廢水原液相比,均有大幅度地降低,其中 SS、COD、S2-、Zn、Pb 均達(dá)到現(xiàn)有企業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn),Cu含量仍然偏高.將納濾滲透液再次納濾濃縮5倍后,所得滲透液Cu含量降低至0.03 mg/L,達(dá)到現(xiàn)有企業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn).

        3)精尾廠酸性廢水原液、納濾4倍濃縮液和納濾平均滲透液水質(zhì)對(duì)比圖如圖3所示.

        由圖3可以看出,納濾處理后,納濾平均滲透液相對(duì)于酸性廢水原液相比,水質(zhì)透明清亮,說(shuō)明納濾處理酸性廢水效果顯著.

        2.2 納濾處理綜合廢水

        1)取40L酸性廢水,在溫度為30℃、進(jìn)料壓力為1.5 MPa和流量為16 L/min的條件下,濃縮倍數(shù)對(duì)納濾處理綜合廢水膜通量的影響如圖4所示.

        圖4 納濾濃縮綜合廢水時(shí)倍數(shù)對(duì)膜通量的影響

        由圖4可知,隨著納濾濃縮倍數(shù)的增大,膜通量同樣呈現(xiàn)下降趨勢(shì),由 103.14 L/(m2·h)減小到39.99 L/(m2·h),具體解釋同 2.1.

        2)精尾廠綜合廢水原液、納濾5倍濃縮液和納濾平均滲透液的pH、電導(dǎo)率、COD及金屬離子濃度,如表4所示.

        由表4可以看出,納濾處理綜合廢水后,納濾滲透液中的COD及金屬離子與酸性廢水原液相比,均有大幅度地降低,其中 SS、Cu、S2-、COD、Zn、Pb 均達(dá)到現(xiàn)有企業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn).

        3)精尾廠綜合廢水原液、納濾5倍濃縮液和納濾平均滲透液水質(zhì)對(duì)比圖如圖5所示.

        表4 納濾處理綜合廢水前后水質(zhì)對(duì)比

        圖5 納濾處理綜合廢水前后水質(zhì)對(duì)比

        由圖5可以看出,納濾處理后,納濾平均滲透液相對(duì)于綜合廢水原液相比,水質(zhì)較為清亮,說(shuō)明納濾處理綜合廢水效果顯著.

        2.3 納濾的清洗

        納濾運(yùn)行后進(jìn)行常規(guī)清洗:先用自來(lái)水沖洗2遍,再加清洗劑,膜循環(huán)運(yùn)行半小時(shí)后排水,重復(fù)2遍后,再用清水清洗2遍即可.清洗完畢后測(cè)其固定壓力下的膜通量,結(jié)果如表5和表6所示.

        由表5和表6可知,納濾處理酸性和綜合廢水后,膜均有不同程度的污染,導(dǎo)致滲透濾速增大,膜通量減小,經(jīng)過(guò)常規(guī)清洗后,膜性能恢復(fù)較好.

        表5 納濾處理酸性廢水前后及清洗后運(yùn)行情況

        表6 納濾處理綜合廢水前后及清洗后運(yùn)行情況

        3 結(jié) 論

        1)納濾對(duì)酸性廢水和綜合廢水中的COD和金屬離子均有顯著的截留作用:處理酸性廢水時(shí),其中SS、COD、S2-、Zn、Pb 均達(dá)到現(xiàn)有企業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn),Cu 含量仍然偏高.將納濾滲透液再次納濾濃縮5倍后,所得滲透液Cu含量降低至0.03 mg/L,達(dá)到現(xiàn)有企業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn).處理綜合廢水時(shí),其中 SS、Cu、S2-、COD、Zn、Pb均達(dá)到現(xiàn)有企業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn).

        2)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,采用常規(guī)方法對(duì)納濾膜進(jìn)行清洗后,納濾膜基本恢復(fù)到原來(lái)的膜通量.

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