铅冶炼高盐废水应用电渗析专业技术处理试验与研究.docx

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铅冶炼高盐废水应用电渗析专业技术处理试验与研究

铅冶炼高盐废水应用电渗析技术处理试验与研究

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铅冶炼含盐废水应用电渗析技术试验与研究

李辉

（云锡铅业分公司）

摘要：

本文主要介绍应用电渗析技术，对铅冶炼废水处理站反渗透膜产出的难以回收利用的高盐浓水，进行再浓缩处理试验与研究，考察产水率、含盐量、运行费用等经济技术指标，分析适应性和可行性，为综合治理该部分浓水提供适合的工艺路线和参数。

关键词：

含盐废水电渗析试验与研究可行性

本公司铅冶炼烟气制酸产生的重金属酸性废水，采用硫化法+石灰铁盐法，去除重金属后，与一般生产废水合并，采用“絮凝沉淀+膜过滤”进行深度处理，淡水返回生产系统，浓水用于冲渣、药剂配制、地面冲洗等。

因浓水产量大于冲渣用水量，外排会导致环境污染，多余浓水用于场面洗水、废水处理药剂配制，最终进入废水处理站反复处理循环，造成膜产水率降低、设备设施结垢等问题，并增加运行费用。

针对浓水含盐量高（含盐量1.1～1.3%，其中含硫酸钠90%，氯化钠10%），回收利用受限的问题，公司决定对废水处理系统进行升级改造，计划采用浓水再浓缩蒸发工艺，将废水深度处理反渗透膜产出的浓水进一步浓缩，最大限度的提高浓缩倍率，减少后续蒸发的运行成本和投资；浓缩产出的高盐水进行蒸发，实现硫酸钠、氯化钠与水的分离，并产出合格的硫酸钠产品、工业盐进行销售，冷凝水回收利用，提高废水的综合利用效果，消除高含盐废水可能外排的隐患，从根本上解决浓水问题，满足持续稳定生产和发展要求。

1、现状及其工艺流程

已建有较完整的污水处理系统。

污酸处理：

采用“硫化（反应槽+中间槽+膜过滤器）+石膏（一次中和槽+二次中和槽+浓密机”处理工艺，硫化一个系列，石膏两个系列；处理物料为污酸和尾气处理碱洗混合液；处理规模250m3/d；

中和处理：

采用“一级石灰铁盐（一次中和槽+氧化槽+二次中和槽+膜过滤器）”处理工艺，两个系列；处理物料为污酸处理出液和一般酸性废水；处理规模900m3/d；

深度处理：

采用“一体化净水器+多介质过滤器+超滤+活性炭过滤器+反渗透”处理工艺，一个系列；处理物料为中和处理出液和生产废水；设计处理规模3200m3/d。

现有反渗透处理废水量约2100m3/d，软水产率60%，浓水产率40%，浓水产量840m3/d，电导率7000～13000μS/cm。

2、浓水再浓缩工艺

用于现有反渗透浓水浓缩的应用工艺有高压反渗透浓缩、电渗析、电吸附三种方法。

2.1高压反渗透

反渗透又称逆渗透，一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。

对膜一侧的料液施加压力，当压力超过它的渗透压时，溶剂会逆着自然渗透的方向作反向渗透。

从而在膜的低压侧得到透过的溶剂，即渗透液；高压侧得到浓缩的溶液，即浓缩液。

高压反渗透浓缩在进水电导率＞13000μS/cm时，反渗透淡水回收率不大于50%。

而且由于压力和电导率的升高，导致膜堵塞越加频繁。

2.2电吸附

电吸附技术是利用带电电极表面吸附水中离子及带电粒子的现象，使水中溶解盐类及其它带电物质在电极的表面富集浓缩而实现水的净化/淡化的一种新型水处理技术。

电吸附在电导率≤8000μS/cm的脱盐系统有工程应用。

高于此电导率的在同行业没有应用。

2.3电渗析

电渗析（ED）是在直流电场作用下，利用荷电离子膜的反离子迁移原理从水溶液和其他不带电组分中分离带电离子的膜过程，是一个以电位差为推动力的膜分离过程。

如图2-1所示，在电渗析器内设置多组交替排列的阴、阳离子交换膜，在直流电场作用下，阳离子穿过阳膜向负极方向运动；阴离子穿过阴膜向正极方向运动。

这样就形成了去除溶液中离子的淡水室和盐分得到浓缩的浓水室，产出淡水和浓水。

在进水电导率=13000mg/L时，淡水回收率可高达90%。

图2-1电渗析脱盐浓缩原理图

通过分析比较，选择电渗析工艺对反渗透浓水再浓缩，具有高产水率的优势，可大大减小后续蒸发系统规模，而综合降低整个系统的投资和运行费用。

3、试验

3.1试验研究的内容

（1）研究现有反渗透浓水中硬度对电渗析膜的影响；

（2）采用碱法进行预处理除钙试验,确定药剂投加量及去除效果；

（3）对碱法软化后的浓水进行分段浓缩,一段浓缩后的浓缩液采用树脂软化,再进入二段浓缩，选择合适树脂,考察软化效果；

（4）考察电渗析浓缩最终浓水的TDS,以及淡水的电导率,验证电渗析浓缩工艺的可行性；

（5）确定优化的工艺流程和工艺参数,为实施废水升级改造提供依据。

3.2试验的目的

将反渗透浓水浓缩至TDS大于14%，淡水电导率小于3000

us/cm。

3.3试验方法

现场中试，对浓水先用碳酸钠进行预处理除钙、镁，上清液进入一级电渗析，产出淡水和浓水，浓水经树脂软化，进入二级电渗析，再次产出淡水和浓水,淡水返回一段电渗析浓缩,浓水进入下段工艺处理。

模拟生产连续运行。

3.5试验条件及对象

（1）试验设备：

一体二段电渗析设备一套（含钠型阳离子树脂交换柱），处理规模300L/h；水箱1m3的6个；

（2）药剂：

硫酸、碳酸钠、阴离子型（PAM）、聚合氯化铝（PAC）。

（3）试验对象：

现有反渗透产出的浓水，浓水水质成分见表3-1。

表3-1反渗透浓水水质表

水质mg/L

项目电导率pH

（μS/cm）AsPbCdCuF-ZnCaMgCI-SO42-

水质指标79206.51.260.3810.0930.1520.051.815379213604580

（4）试验流程

纯碱、PAM、PAC

↓

反渗透浓水→预处理（药剂软化）→上清液→一段电渗析→淡水

↓

树脂离子交换

↓

淡水←二段电渗析→浓水

流程简述：

加入纯碱搅拌，调节PH值到10，然后加入适量PAM、PAC，静置沉淀30分钟；用硫酸回调PH值至7，抽取上清液至一段电渗析浓缩，产出淡水和浓水，浓水进入钠型阳离子树脂交换柱继续软化，软化后水进入二段电渗析浓缩，产出淡水和浓水。

3.6试验结果及讨论

3.6.1预处理

取反渗透浓水1000kg，根据钙含量537mg/L、镁含量92mg/L，按理论量加入碳酸钠1829mg/L，搅拌20分钟，然后加入适量PAM、PAC，静置沉淀30分钟；测试PH值至9.8。

然后加硫酸回调PH值至7.8，取上清液分析，结果如表3-2所示。

表3-2加碱软化后水质成分表

水质mg/L

项目电导率pH

（μS/cm）AsPbCdCuF-ZnCaMgCI-SO42-

水质指标85307.81.070.3430.0430.11636.51.4555.788615505038

从表3-2中看出，砷、氟含量较高，本次试验仅计算除钙、镁的纯碱量，未考虑去除砷、氟等元素的量，在今后的生产实践中，应同时计算，使之砷、氟等元素达标。

表3-3的数据可以看出，

3.6.2钙、镁的去除效果

软化后钙镁去除率，如表3-3所示。

表3-3软化后钙镁去除率统计表

Ca（mg/L）Mg（mg/L）

反渗透浓水53792

软化后水55.7886

去除率（%）89.616.52

钙的去除率89.61%，达到预期效果，但镁的去除效果较差，应适当增加纯碱的加入量。

3.6.2一段电渗析浓缩

取软化后水256.86kg，进入一段电渗析浓缩，流量300L/h，压力0.01MPa，产出淡水230.66kg，产率89.8%，浓水26.2kg，产率10.2%。

（1）淡水水质指标

表3-4一段电渗析浓缩淡水成分表

水质mg/L

项目电导率

（μS/cm）AsPbCdCuF-ZnCaMgCI-SO42-

水质指标19660.510.320.0430.0595.30.07712.010.9211900

电导率达到小于3000μS/cm的要求。

（2）浓水水质指标

表3-4一段电渗析浓缩指标

水质mg/L

项目电导率

（μS/cm）AsPbCdCuF-ZnCaMgCI-SO42-

水质指标540004.020.5510.0440.30236.54.14280801155019370

（3）产水量、含盐量分析

一段电渗析浓缩产出淡水230.75kg，产水率89.8%，电导率1966us/cm，TDS=1352mg/L；产出浓水26.2kg，产率10.2%，电导率54000us/cm，TDS=49624mg/L，达到预期目的。

软化水、一段电渗析淡水、一段电渗析浓水产水及含盐量如表3-5所示。

表3-5一段产水、电导率、盐量统计表

TDS电导率（mg/L）水量（kg）/占比（%）

软化后水61608350256.95/100

一段电渗析淡水13521966230.75/89.8

一段电渗析浓水496245400026.2/10.2

3.6.3一段电渗析浓水进离子交换柱软化

在离子交换柱中填充1.7L钠型阳离子树脂，使用10%盐酸3L清洗，流速3L/h，用纯水清洗至PH值大于2，再用8%氢氧化钠2L清洗，流速1L/h，然后用纯水清洗至PH值小于10。

把浓水引入离子交换柱，流速12L/h，产出软化水。

软化后Ca离子含量6.413mg/L，Mg离子含量78.246mg/L，软化水量26.2kg。

树脂软化前后统计如表3-6。

表3-6树脂软化前后统计表

Ca（mg/L）Mg（mg/L）

一段电渗析浓水280.56801

树脂软化后水6.40378.246

去除率（%）97.790.2

从表3-6可知，钙、镁去除率大于90%，树脂软化效果好，说明选择的钠型阳离子树脂，满足水质处理需求。

3.6.4二段电渗析浓缩

取树脂软化水21.5kg进行二段电渗析浓缩试验，实验结果如下：

（1）二段电渗析产出淡水16.5kg，电导率21300us/cm，TDS=17936mg/L，水质指标如表3-7。

表3-7二段电渗析淡水指标

水质mg/L

项目电导率

（μS/cm）AsPbCdCuF-ZnCaMgCI-SO42-

水质指标213002.530.3030.010.123104.968.0159.7928809870

（2）二段电渗析产出浓水5kg，电导率124100uS/cm，TDS=147428mg/L，水质指标如表3-8。

表3-8二段电渗析浓水指标

水质mg/L

项目电导率

（μS/cm）AsPbCdCuF-ZnCaMgCI-SO42-

水质指标1241003.064.961.280.62954.1284597558856430

（3）树脂软化水、二段电渗析淡水、二段电渗析浓水电导率、产水量、含盐量对比分析，如表3-9。

表3-9二段产水、电导率、盐量统计表

TDS（mg/L）电导率（μS/cm）水量（kg）/占比（%）

树脂软化水496245400021.5/100

二段电渗析淡水179362130016.5/76.7

二段电渗析浓水1474281241005/23.3

二段电渗析浓水TDS：

147428mg/L，达到试验大于14%的目的。

（4）系统产水

二段电渗析淡水需进入一段电渗析浓缩，最终淡水与浓水产出情况如表3-10所示。

表3-10最终产水、电导率、盐量统计表

TDS（mg/L）电导率（μS/cm）水量（kg）/占比（%）

纯碱软化水61608530256.95/100

一段电渗析淡水13521966248.55/96.7

一段电渗析浓水1474281241008.4/3.3

从表3-10可以看出，系统产淡水率96.7%、浓水产率3.3%，脱盐率78%，淡水电导率1966μS/cm，TDS：

1352mg/L，最终浓水TDS147428mg/L，电导率124100μS/cm，达到试验目的。

4、结语

4.1在试验过程中未发生堵膜现象，说明纯碱软化、树脂软化能够满足电渗析浓缩要求；

4.2产淡水率96.7%、淡水电导率1966μS/cm；浓水TDS147428mg/L,达到试验产淡水率＞90%，电导率＜3000μS/cm，浓水含盐量TDS＞14%的试验目的；

4.3电渗析浓缩工艺具有产水率高、浓水盐含量高、耐余氯能力强等优点，用电渗析工艺作为反渗透浓水的再浓缩，工艺可行。

4.4建议和措施

4.4.1通过试验，建议用电渗析工艺对反渗透浓水进行再浓缩；

4.4.2应用纯碱预处理除钙、镁，应同时考虑砷、氟等元素的去除率，尽量降低钙、镁含量，防止结垢堵膜，并确保产淡水水质达到《铅、锌工业污染物排放标准》（GB25466-2010）；

4.4.3进一步试验探索电流、电压对产水量、含盐量的影响；

4.4.4在实施过程中，应充分考虑离子交换再生废水、电渗析酸洗水、电渗析碱洗水的回收处理。

参考文献

[1]王兆熊，郭崇涛．化工环境保护和三废治理技术．15063．3539．1982．6

[2]张宏伟．云锡铅业分公司废水系统升级改造工程可行性研究报告．2A14J64FS0001-1．

[3]谢佳锋．云锡铅业分公司高盐水电渗析浓缩试验报告．2014，7．