反渗透膜分离技术在含磷污水处理中的应用
【发表来源】陈诚,周勇,陈其林,等.反渗透膜分离技术在含磷废水处理中的应用[J].磷肥与复合肥,2022,37(4)44-45,48。
反渗透膜分离技术在含磷废水处理中的应用
陈诚、周勇、陈其林、廖继兴
（贵阳开磷化肥有限公司，贵州省贵阳市）
［摘要］为验证反渗透膜分离技术处理含磷废水的可行性，进行了中试，结果表明，该技术可直接回收废水中宝贵的磷资源，同时使废水中的ρ（总磷）和ρ（氟）分别降低至0.5 mg/L和10 mg/L以内，达标排放或回用制备除盐水，经济效益显著。
［关键词］反渗透膜；分离技术；含磷废水；处理；经济效益
0 前言
磷化工企业磷石膏库渗滤液主要污染物为总磷和氟，渗滤液若不经处理直接排放，将对地下水、地表水造成严重污染，不符合国家环保政策和企业绿色健康发展的要求。贵阳开磷化肥有限公司（以下简称公司）拥有一套年产60万t/a湿法磷酸装置，配套的磷石膏库自2006年建设投入使用以来，磷石膏存量已达3700多万吨。但在实际运行过程中，磷石膏堆场位于岩溶地层之上，导致下游乌江34号泉水受到污染，对乌江水环境构成严重威胁。
为了更好地治理乌江34号泉，该公司制定了“源头治理、中段截流、末端治理”的思路，从源头对磷石膏库进行整体覆盖，中段截流回泵受污染地下水，末端治理乌江34号泉。在中段截流环节，通过几年的磷石膏库下游水文地质勘察和工程投入，形成了抽水能力600m3/h以上的地下截污抽水井群。截流污水总磷质量浓度为500～/L。采用常规石灰中和法进行处理，不仅石灰消耗量大、成本高，还会产生大量的副产品石灰渣，带来新的环保问题。 为此，公司专门成立了科研团队，探索含磷污水处理新工艺和磷资源回收利用新工艺。
反渗透技术是在正常的扩散运动基础上，利用外部压力差作为推动力，将溶剂从溶液中分离出来的膜分离操作。该工艺比较成熟，在除盐水制备、海水淡化、重金属废水处理等领域得到广泛应用[1]。拟利用反渗透膜分离技术对磷石膏库下游抽取的地下污水进行磷回收利用试验，验证该工艺在高浓度含磷废水处理中的可行性。
1 中试试验 1.1 试验水样
试验对象为抽水井群截留的地下污水。待处理水源水质随季节波动较大。雨季ρ（总磷）较低，范围为500～/L，浊度较高，水样呈淡黄色；旱季ρ（总磷）较高，范围为1500～/L，水质清澈，水样电导率约7800μS/cm。试验水样还含有氟化物、硫酸盐、钙、镁、钠等其他成分。水质分析数据见表1。
表1 试验水样水质分析数据 mg/L
1.2 测试设备
中试主要设备为反渗透膜处理系统，分两段布置，共计6片反渗透膜作为试验膜元件，其中第一段4片膜元件，第二段2片膜元件。试验装置还配有缓冲罐、供水泵、高压泵、PP棉滤芯、保安过滤器等设备。考虑到井群地下污水抽取情况复杂，采用5μm PP棉滤芯及保安过滤器作为反渗透膜分离系统正常运行的保障。
1.3 实验总结
整个中试分为三个阶段，第一阶段通过“浓水连续回流”、“浓水不回流”、“分步浓缩”等不同操作将水样中的总磷浓缩3~10倍，验证了反渗透膜分离技术处理含磷氟废水的可行性。结果见表2。从表2可以看出，当操作压力为1.8MPa、系统回收率为77.3%时，总磷浓缩效果最好，浓缩倍数达到3.95。中试过程中，反渗透膜运行稳定可靠，证明了反渗透膜分离工艺处理含磷氟废水是可行的。
表2 第一阶段实验结果
第二阶段通过长期稳定运行，探究反渗透膜分离工艺在长期运行下的膜通量、脱盐率衰减情况；同时对膜的抗老化、耐酸性进行评价，对膜材料的使用寿命进行评估。结果如图1、表3所示。如图1所示，6月9日至7月4日，总处理水量950m3，产水流量衰减率为23.6%（产水流量由21.1L/min下降到16.1L/min）。经过中试过程中的化学清洗后，装置通量可恢复到初始通量。反渗透膜元件经过约70天的中试运行，脱盐率这一关键指标未出现衰减，膜元件也未出现老化、损坏等现象。
图1 实验第二阶段产水流量
表3 第二阶段实验中膜组件的清洗情况
第三阶段根据全厂水量平衡及各用水点需求，论证逐级浓缩工艺对氟化物、总磷的去除效果，使处理后的淡水水质达到直排或作为除盐水原料回用的要求，结果见表4。由表4可见，第一、二级反渗透膜系统产水率分别达到80%、90%，总产水经检测ρ（总磷）小于0.5mg/L、ρ（氟）小于10mg/L、电导率小于50μS/cm，相关指标均满足《磷肥工业水污染物排放标准》（GB 15580-2011）和《石油化工给排水水质标准》（SH 3099-2000）的水质要求。
表4 三级处理水质分析结果
2 项目建设 2.1 项目建设流程优化
在实际生产过程中，含磷废水膜处理工艺存在以下问题：①井组抽取地下大量水泥及悬浮物；②反渗透膜稳定运行条件较为恶劣，易发生不可逆损坏；③地下水温度受季节影响波动较大。为保证含磷废水处理工艺稳定运行，在中试基础上对相关工艺进行改进，提出了“预处理+超滤+两级反渗透”处理工艺，具体流程如图2所示。
图2 项目建设流程
2.2 技术经济分析
（1）直接效益：反渗透膜处理工艺可将磷石膏储存过程中产生的含磷废水浓缩，副产浓水可直接输送至湿法磷酸装置作为洗涤水使用。按处理量600m3/h、平均废水ρ（总磷）/L、年运行时间7200h、磷回收率98%、回收工序生产成本按产品价值扣除20%计算，磷资源回收年效益为5429.93万元。
处理后淡水电导率≤50μS/cm，未检出w（固体），经简易混床树脂塔处理即可达到工业脱盐水相关标准。与公司脱盐水装置原使用电导率450μS/cm的河水相比，使用淡水可大大减少树脂及树脂再生剂的消耗，脱盐水装置运行费用可降低60%以上。按淡水副产480m3/h、年运行时间7200h、脱盐水生产成本6元/m3计算，可节约1244.16万元。
（2）生产成本：该装置装机负荷为，按功率因数0.85、电费0.5元/（kW·h）计算，年用电成本740.52万元；年添加剂消耗成本691.53万元；膜更换维护成本614.9万元；人工成本242万元；折旧成本624.48万元。年总运行成本2913.43万元。
（3）效益分析：该装置投入使用后，每年可为公司创造效益3760.66万元，经济效益十分显著。
3 结论
通过长期的中试，充分验证了反渗透膜分离技术在含磷废水处理中的可行性，该工艺不仅将废水中的磷资源变废为宝，而且在实现废水循环利用处理的同时，还大幅降低了公司现有海水淡化设备的运行成本，为公司创造了显著的经济效益，相关经验对同行业同类设备具有良好的推广价值。
[参考]
［1］徐俊,王志,王继晓,等.反渗透膜技术研究及应用进展［J］.化工与工程,2010,27(4):351-357.
在
陈诚，周勇，陈其林，廖
（ 中国 有限公司 ）
：在 进行了中试，结果表明，该处理工艺可以使 中、ρ（总P）和ρ（F）分别降至 0.5 mg/L 和 10 mg/L 以下，出水可达到 ，或回用于自来水。
关键词： ； ； ； ；
［中图分类号］X781
[文档编号] A
[货号] 1007-6220 (2022) 04-0044-02