CN110980882A - 一种膜基吸收法处理离子型稀土矿高浓度氨氮废水的系统和方法 - Google Patents

一种膜基吸收法处理离子型稀土矿高浓度氨氮废水的系统和方法 Download PDF

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韩润林
张小琪
钟洪林
丁成航
黄生友
姜新怡
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • C02F2103/10—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from quarries or from mining activities

Abstract

本发明提供一种膜基吸收法处理离子型稀土矿高浓度氨氮废水的系统和方法，系统包括膜接触器，分离膜为疏水性有机高分子膜，所述分离膜的一侧为流动的经过预处理的氨氮废水，另一侧为逆向流动的碱性吸收液。应用于离子型稀土矿开采过程中所产生的的含有高浓度硫酸铵、碳酸氢氨等高氨氮废水的处理，其溶液一般为中性，经过本发明膜吸收处理后，氨氮废水可以一次性达标排放，出水氨含量低于10mg/L，且为中性。本发明工艺流程简单、装置便携、占地小，能够实现氨的资源回收、显著降低离子型稀土矿氨氮废水处理成本、提高生产效率、减少环境污染。

Description

一种膜基吸收法处理离子型稀土矿高浓度氨氮废水的系统和 方法
技术领域
本发明属于高浓度氨氮废水处理技术领域，具体涉及一种膜基吸收法处理离子型稀土矿高浓度氨氮废水的系统和方法。
背景技术
中国南方离子型稀土矿富含中、重稀土元素，是我国的优势战略矿产资源。该类稀土矿目前主要采用硫酸铵浸出、碳酸氢氨沉淀的工艺进行提取，提取过程产生大量高浓度氨氮废水。膜吸收技术是一种新型的废水处理技术，具有低能耗、占地小、操作维护简单、无二次污染的优点。离子型稀土矿山普遍处在偏远山区、公共设施欠缺，服务年限一般为3到五年，难以像普通工厂集中建立配套的污水处理设施，采用硫酸铵原地浸提稀土元素时，废水会对当地生态造成严重破坏。采用膜接触器则设备较为紧凑，不需要高压电等辅助设备，可以用货车搬运水处理设备，非常适合用于离子型稀土矿就近进行废水处理，但是目前膜吸收法处理氨氮废水，需要先碱性处理，然后析出氨气，使用酸液进行吸收，气液吸收不容易控制，产生压力真空，导致吸收液穿过膜进入废水，且处理过程复杂、存在二次污染。
发明内容
为解决上述技术问题，提供一种易于操作运行和移动的膜基吸收法处理离子型稀土矿高浓度氨氮废水的系统和方法。以商品化的高分子如聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚砜等中的一种或几种为吸收膜材料，膜装置采用平板式或中空纤维式，利用分离膜的高效率实现废水的快速处理，被吸收的氨可以通过加热、酸处理等方式进一步实现回收利用，出水为中性，氨氮浓度低于国家一级排放标准。本发明有助于大大提高高浓度氨氮废水的处理效率，设备简单，操作运行方便且易于移动，非常适合于南方离子型稀土矿高浓度氨氮废水的高效处理，经济效益和社会效益显著。由于碱性吸收液与废水被膜分割，与其他的膜吸收法或加热法处理氨氮废水相比，工艺简单、出水为中性、可直接达标排放。
本发明的技术方案如下：
一种膜基吸收法处理离子型稀土矿高浓度氨氮废水的系统，包括膜接触器，分离膜为疏水性有机高分子膜，所述分离膜的一侧为流动的经过预处理的氨氮废水，另一侧为逆向流动的碱性吸收液。
氨氮废水进水浓度为500-5000mg/L，溶液pH为5-9。
优选膜接触器为平板膜分离器或中空纤维膜分离器。
优选所述分离膜孔径为5-50nm，厚度为50～350μm。
优选氨氮废水的流速为2-20cm/s；碱性吸收液的流速为2-10cm/s。
制备有机高分子分离膜的材料为聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈和聚砜中的一种或几种。
氨氮废水中氨的形式为离子氨，常见为硫酸铵、碳酸氢氨、氯化铵和硝酸铵的一种或几种。
优选碱性吸收液为氢氧化钠溶液和氢氧化钾溶液中的至少一种，碱性吸收液中溶质的质量百分数为1-5%。
优选所述膜接触器的操作温度为10-60℃。
本发明还提供一种膜基吸收法处理离子型稀土矿高浓度氨氮废水的方法，包括如下步骤：
S1 将高浓度氨氮废水进入膜接触器；
S2 将碱性吸收液逆向进入膜接触器；
S3 氨氮废水中的铵根离子向碱液测移动，并被转化为氨水及氨气，实现氨氮废水的净化。
本发明的工作原理如下：
疏水性有机高分子膜的一侧流动的是经过预处理的氨氮废水，另一侧逆向流动的是碱性吸收液。由于膜材料的疏水性特征，废水和碱液都不能浸润膜，被分割在膜的两侧各自流动。由于铵根离子在碱性条件下可以发生化学平衡形成氨水及氨气，因此膜两侧存在显著的浓度差。在浓度差的及废水侧压力的推动下，铵根离子向碱液测移动，并被转化为氨水及氨气，而碱液不会流动到废水侧，保证了废水侧仍然为中性条件，不引起二次污染。吸收侧中形成的氨水及氨气等可以进一步进行处理回用，可以在此用作稀土提取液、氮肥等。
本发明的有益效果：本发明采用的是一种高分子膜接触器来对高浓度氨氮废水进行吸收分离的技术，采用膜接触器避免了碱性吸收液和废水的直接接触、废水处理效率高、不引入二次污染、出水氨氮含量低且呈中性（出水中氨含量为10mg/L以下，溶液pH为5-9之间）、氨氮回收率高、装置简单易操作、便携可移动，此外，液液吸收容易控制，有效防止碱性吸收液穿过膜进入废水，非常适用于离子型稀土矿所产生的的高浓度氨氮废水的处理。
具体实施方式
以下结合技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
实施例1
采用平均孔径为10nm的聚偏氟乙烯微孔膜为膜接触器用膜材料，膜接触器为平板式，进料液为硫酸铵溶液，质量体积浓度为1000mg/L，料液流速为10cm/s；吸收液为NaOH溶液，质量百分浓度为1%，流速为5cm/s。操作温度为25℃，出水硫酸铵浓度为8mg/L，溶液为中性（pH为5-7）。
实施例2
采用平均孔径为10nm的聚丙烯微孔膜为膜接触器用膜材料，膜接触器空纤维式，进料液为硫酸铵和碳酸氢氨混合溶液，质量体积浓度为1000mg/L，料液流速为10cm/s；吸收液为NaOH溶液，质量百分浓度为1%，流速为5cm/s。操作温度为25℃，出水氨浓度为6-8mg/L，溶液为接近中性（pH为6-8）。
实施例3
采用平均孔径为10nm的聚丙烯微孔膜为膜接触器用膜材料，膜接触器为平板式，进料液为硫酸铵和碳酸氢氨混合溶液，质量体积浓度为2000mg/L，料液流速为10cm/s；吸收液为NaOH溶液，质量百分浓度为2%，流速为5cm/s。操作温度为25℃，出水氨浓度为9mg/L，溶液为接近中性（pH为6-8）。

Claims (8)

1.一种膜基吸收法处理离子型稀土矿高浓度氨氮废水的系统，其特征在于：包括膜接触器，分离膜为疏水性有机高分子膜，所述分离膜的一侧为流动的经过预处理的氨氮废水，另一侧为逆向流动的碱性吸收液。
2.如权利要求1所述的一种膜基吸收法处理离子型稀土矿高浓度氨氮废水的系统，其特征在于：氨氮废水进水浓度为500-5000mg/L，溶液pH为5-9。
3.如权利要求1所述的一种膜基吸收法处理离子型稀土矿高浓度氨氮废水的系统，其特征在于：所述膜接触器为平板膜分离器或中空纤维膜分离器。
4.如权利要求1或2所述的一种膜基吸收法处理离子型稀土矿高浓度氨氮废水的系统，其特征在于：所述分离膜的孔径为5-50nm，厚度为50～350μm。
5.如权利要求1或2所述的一种膜基吸收法处理离子型稀土矿高浓度氨氮废水的系统，其特征在于：氨氮废水的流速为2-20cm/s；碱性吸收液的流速为2-10cm/s。
6.如权利要求1或2所述的一种膜基吸收法处理离子型稀土矿高浓度氨氮废水的系统，其特征在于：碱性吸收液为氢氧化钠溶液和氢氧化钾溶液中的至少一种，碱性吸收液中溶质的质量百分数为1-5%。
7.如权利要求1或2所述的一种膜基吸收法处理离子型稀土矿高浓度氨氮废水的系统，其特征在于：所述氨氮废水为硫酸铵、碳酸氢氨、氯化铵和硝酸铵的一种或几种。
8.一种如权利要求1所述的系统处理离子型稀土矿高浓度氨氮废水的方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1 将高浓度氨氮废水进入膜接触器；
S2 将碱性吸收液逆向进入膜接触器；
S3 氨氮废水中的铵根离子向碱液测移动，并被转化为氨水及氨气。
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