混凝—砂滤—活性炭过滤—微滤—反渗透集成技术处理钒冶炼废水

摘要

目前，我国钒冶炼生产存在着一系列的环境污染问题。国家对钒冶炼生产企业的标准更为严格，为了更好的规范钒工业生产及污染治理，在2011年制定了《钒工业污染物排放标准》(GB26452-2011)，并从2013年1月1日起所有钒工业企业全部执行新建企业水污染物排放限值。该标准不仅降低了污染物的排放限值，尤其是对氯离子排放限值的规定，而且对单位产品基准排水量有了更严格的规定。因此研究钒冶炼废水的深度处理及回用成为必然。膜技术具有独特的优点，随着膜装置性价比的不断提高及膜材料的不断开发和技术成熟，膜技术在废水处理及回用等领域发挥着巨大的作用。本文分析了钒冶炼废水处理现状和湖南湘西某企业在“低钠焙烧-水浸取—离子交换树脂提纯”生产钒工艺下钒冶炼废水的水质特点，提出并采用了“混凝-砂滤-活性炭过滤-微滤-反渗透”集成技术处理该钒冶炼废水，确定了最佳运行参数并研究了系统稳定运行后的处理效果，进行三个月的现场各处理阶段的水质监测及分析，考察设备清洗周期并对其清洗后处理效果的恢复情况，简要计算处理每吨该废水的成本。
　　本课题研究内容及结果如下:
　　(1)该企业钒冶炼废水的主要水质指标:pH为7.8～9.0，浊度为18NTU～45NTU，悬浮物为153mg/L～419mg/L，氯化物为25200mg/L～32700mg/L，V为15mg/L～21mg/L，总铬为47mg/L～55mg/L，六价铬为30mg/L～37mg/L，COD为120mg/L～400mg/L，电导率为47800μS/cm～58600μS/cm。
　　(2)混凝沉淀的最佳条件为:PAC投加量为600mg/L，pH≧9，最佳停留时间为1.5h。此阶段总钒和总铬去除率达到80％左右，六价铬去除率达到87％左右，COD去除率达到31％左右，悬浮物和浊度去除率达到90％左右。
　　(3)重点探讨了操作压力、运行时间和pH等操作参数对膜运行效果的影响。膜运行效果由膜的水通量和脱盐率共同决定。运行压力与水通量基本呈正线性相关，而除盐率随着压力的升高而急剧增大，当压力达到3MPa时，去除率已经达到99.4％，因改膜的最大压力为3.5MPa，综合考虑采用工作压力为3MPa。膜系统运行稳定后，水通量和除盐率都比较稳定，运行时间对水通量和除盐率影响不大。过低或过高的进水pH值对膜的水通量影响不大，但是随着pH值的升高，除盐率先升高后降低。pH值在8-9时除盐率达到最大值，这正好与混凝沉淀的最佳pH值吻合，可省去进入反渗透膜之前调节pH值的步骤。
　　(4)反渗透出水的COD为5.8mg/L，C1-1为176mg/L，电导率为387μS/cm，除盐率达到99.4％，总铬、六价铬和总钒等重金属的去除率都达到99％以上，达到了《钒工业污水排放标准》(GB26452-2011)的排放要求，且满足循环水的回用标准，回用于大部分生产工序。浓缩液也能回用于成球工艺和烟气处理工序，实现了钒冶炼废水的零排放。
　　(5)保持在最佳参数条件不变的情况下，对该处理工艺中各个阶段的出水水质进行三个月现场监测并考察设备清洗周期。反渗透装置第一次经化学清洗后膜的水通量平均为38.4L.m-2h-1，这与反渗透清洗前的31.2L.m-2h-1相比，提高了18.8％;与反渗透装置刚开始运行时的40.5L.m-2h-1相比，恢复到了原来的95％。
　　(6)对该工艺处理每吨钒冶炼废水的成本进行了简要的概算，处理每吨钒冶炼废水的成本大概是4.29元。
　　试验结果表明:“混凝-砂滤-活性炭过滤-微滤-反渗透”集成技术处理该钒冶炼废水是可行的，可用于工程应用，且符合循环经济理念，具有比较可观的经济价值和广泛的应用前景。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 钒的性质及应用

1．1．1 钒的理化性质

1．1．2 钒的主要化合物

1．1．3 五氧化二钒的用途

1．1．4 钒资源分布

1．2 钒冶炼生产工艺及特点

1．2．1 提钒原理

1．2．2 传统提钒工艺

1．2．3 低钠焙烧-水浸取-离子交换树脂提纯工艺

1．3 钒冶炼废水概况

1．3．1 钒冶炼废水的来源

1．3．2 钒冶炼废水的危害

1．3．3 钒冶炼废水的排放标准

1．4 钒冶炼废水处理现状

1．4．1 氨氮的处理方法

1．4．2 重金属的处理方法

1．5 膜法处理钒冶炼废水

1．5．1 膜分离技术

1．5．2 反渗透膜的分离原理

1．5．3 反渗透膜的发展与运用现状

1．5．4 反渗透膜材料的选取

1．5．5 反渗透膜的组件

1．5．6 反渗透膜污染及清洗

1．6 课题研究的目韵、意义和内容

1．6．1 立题背景及意义

1．6．2 主要研究内容

第2章 材料与方法

2．1 项目简介

2．1．1 进水水质特征

2．1．2 工艺流程及装置

2．2 实验分析方法

2．2．1 实验测定的项目及分析方法

2．2．2 主要实验试剂

第3章 参数条件实验结果与分析

3．1 实验考察指标

3．2 PAC投加量对混凝效果的影响

3．3 pH值对混凝效果的影响

3．4 膜的运行效果与压力的关系

3．5 膜的运行效果与运行时间的关系

3．6 膜的运行效果与pH值的关系

3．7 各处理过程中的水质分析及资源回用

3．8 反渗透的脱盐机理

第4章 中试监测结果与分析

4．1 进水及各处理阶段水质监测

4．1．1 进水水质监测

4．1．2 混凝沉淀后出水水质监测

4．1．3 砂滤后出水水质监测

4．1．4 活性炭滤后出水水质监测

4．1．5 微滤后出水水质监测

4．1．6 反渗透出水水质监测

4．2 中试期间典型污染物去除效果分析

4．2．1 COD去除效果分析

4．2．2 氯离子去除效果分析

4．2．3 氨氮去除效果分析

4．2．4 总钒去除效果分析

4．2．5 膜的水通量变化分析

4．2．6 膜的产水率变化分析

4．3 清洗周期与清洗

4．3．1 设备清洗周期

4．3．2 反渗透膜的化学清洗

4．4 运行成本概算

结论

参考文献

致谢

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