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世韩CSM纳滤膜处理含钼酸性废水的研究

  纳滤膜

  在本试验中,采用世韩CSM纳滤膜系统处理酸性废水,试验结果较为理想。表现在:

  (1)试验所需操作压力不大,在1~1.5MPa之间。且设备占地小,能耗较小,处理时间短。

  (2)浓缩倍数较高,可浓缩至少6倍以上。对钼和其他高价金属有较高的截留率。方便了后续对钼和其他重金属离子的回收。

  (3)通过世韩CSM纳滤膜处理后的透过液可以返回生产系统回用,减少废水排放,达到环保要求。但试验局限于小型中试,试验过程对膜的寿命,膜的保养,膜的清洗等一些主要环节还未系统研究,所以还有很多工作要做。

  1 试验部分

  1.1 试验原液

  试验所用酸性废水为钼酸铵生产过程中产生的酸性废水,其pH在2.0~2.5之间,所含金属离子指标选取2组见表1。

  表1 原液金属离子质量浓度

  1.2 试验装置

  纳滤膜系统装置采用上海某家企业提供的小型中试设备,设备较高操作压力可达2.5MPa。膜对液体的pH值要求范围为2~10。膜为管径30cm的管式复合纳滤膜。

  1.3 试验过程

  首先进行设备调试、试压以及水通量测试。将原液经过过滤器后加入到纳滤膜废水处理系统,试验一次采用的原液为200L左右,分次加入。系统排空气后进行全循环,维持系统稳定运行至少5~10min。循环过程中维持温度稳定。每隔数分钟测水通量的变化,当浓缩到一定倍数后,进行加水透析,控制加水透析量,直至达到脱盐的指标,此时试验结束,进行设备清洗。其试验操作参数设定见表2。

  1.4 纳滤膜的分离原理

  纳滤过程之所以具有离子选择性,是由于在膜上或者膜中有负的带电基团,它们通过静电互相作用,阻碍多价离子的渗透。根据文献[5]说明,可能的荷电密度为0.5~2.0meq/g。为此,可用道南效应加以解释:

  ηj=μj+zj.F.

  式中 ηj——电化学势;μj——化学势;zj——被考查组分的电荷数;F——每摩尔简单荷电组分的电荷量(称为法拉第常数);<——相的内电位,并且具有电压的量纲。式中的电化学势不同于熟知的化学势,是由于附加了zjF<项,该项包括了电场对渗透离子的影响。利用此式,可以推导出体系中的离子分布,以计算出纳滤膜的分离性能。

  2 结果与讨论

  2.1 浓缩液和透过液的分析

  2组试验原液经过纳滤系统处理后的浓缩液和透过液的指标见表3、表4。

  通过表3、表4可以看出,该系统对原液的浓缩倍数可达6~8倍,对二价及更高价态的金属离子有很好的截留率。对钼的截留率高达98%以上,对Cu、Fe、Ca、Mg的截留率都在80%~95%之间。对一价金属离子有较高的透过率,K、Na的透过率达60%以上。通过纳滤系统浓缩后的原液钼含量大为提高,对后续处理浓缩液提取钼较为方便。透过液各种金属离子指标较低,可以返回钼酸铵生产过程回用,达到环保效果。

  2.2 过程中水通量的变化

  在试验过程中,随着浓缩倍数的增加,造成膜中液体浓度较差,会使膜通量逐渐变小,图1为一次试验过程中膜通量随时间的变化曲线。

  从图1可以看出,随着时间增加及浓缩倍数的提高,膜通量会逐渐减小。当通量减小到一定值时,可作为浓缩的界限值。

  2.3 加水透析

  试验中随着浓缩倍数的提高,膜中液体的浓度较差增大,膜通量值有所减小,对膜也有很大影响,甚至堵塞膜,所以为了增加浓缩倍数,可在浓缩阶段后期加入适量水透析,提高浓缩的倍数。图2为试验进行到后期时加入适量水对膜通量的影响变化曲线。

  由图2可以看出,在11∶20时加入一定量的纯水,膜通量值会有明显增加,这样可以增加浓缩倍数。

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