论文部分内容阅读
传统的矿山酸性废水处理技术虽然能去除水中的重金属离子，但重金属离子的危害依然存在，不能彻底解决污染问题，更不能回收和循环利用，而且容易造成二次污染。在当今世界上能源短缺、水资源匮乏和环境污染日益严重的情况下，膜技术是缓解资源短缺、能源危机和治理环境污染的重要措施，因而得到了世界各国的高度重视，已成为推动国家支柱产业发展、改善人类生存环境、提高人们生活质量的共性技术。针对矿山酸性废水的污染特点，本文采用反渗透和纳滤及其耦合技术处理矿山酸性废水，以达到废水回用和重金属回收的双重目的。
(1)采用RE系列反渗透膜(RE4040-BL和RE4040-BE)处理经二级处理的安徽某铜矿矿山酸性废水，首先考察了压力、pH、温度、水回收率等因素对RE系列反渗透膜分离性能的影响以及RE系列反渗透膜运行的稳定性，并用溶解扩散模型、物质传递系数和Hagen—Poiseuille方程解释实验结果，最后用超低压反渗透膜进行浓缩实验。实验结果表明，在本实验条件下：超低压反渗透膜(RE4040-BL)处理矿山酸性废水的渗透液的重金属离子Ni<2+>、Cu<2+>Zn<2+>和pb<2+>的浓度平均值分别为0.43±0.13，1.79±0.83，0.38±0.15和0.2±0.08 mg/L，截留率平均值分别为97.41％、97.73％、97.89％和98.06％；苦咸水反渗透膜RE-4040-BE对矿山酸性废水中的Ni<2+>、Cu<2+>、zn<2+>和pb<2+>的截留率平均值分别为97.91％，98.19％，98.45％和98.63％，膜渗透液中的Ni<2+>、Cu<2+>、Zn<2+>和pb<2+>的平均浓度分别为0.35±0.13，1.43±0.63，0.28±0.15和0.14±0.09 mg/L；在△P=1.0MPa，T=25℃，Q=1200L/h条件下，上述两种反渗透膜的渗透液经二级反渗透后，普通分析仪器检验不出出水水质中的重金属离子浓度，说明浓度极低；超低压反渗透膜RE4040-BL处理矿山酸性废水的总电导率(TC)截留率平均值为96.25％，膜渗透液的总电导率(TC)平均值为105±12.6μs/cm；苦咸水反渗透膜RE-4040-BE处理矿山酸性废水的总电导率(TC)截留率平均值为96.82％，膜渗透液的总电导率(TC)平均值为89±14.56μs/cm；普遍认为处理后的工业废水的总电导率(TC)低于100-300gs/cm可以回用。在AP=1.0MPa，T=25℃，Q=1200L/h条件下，超低压反渗透对重金属离子Ni<2+>、Cu<2+>、Zn<2+>和pb<2+>的浓缩倍数分别为7.26、7.83、8.16和9.35。
(2)采用纳滤膜(DK2540和D12540)法处理经二级处理的安徽某铜矿矿山酸性废水，首先讨论了操作压力、pH、温度、浓差极化、流量和共存离子对膜性能的影响，最后用DK2540纳滤膜对矿山酸性废水做了浓缩实验。实验结果表明，在本实验条件下，DK2540和DL2540纳滤膜对矿山酸性废水中的重金属离子的脱除率均超过90％，一级纳滤膜DK2540透过液中的重金属离子Ni<2+>、Cu<2+>、Zn<2+>和pb<2+>水质指标平均值分别为1.25±0.21 mg/L、5.33±1.32mg/L、1.03±0.37mg/L，和0.48±0.17 mg/L，并且Ni<2+>、Cu<2+>、Zn<2+>和pb<25+>的平均截留率分别是92.45％、93.24％、94.37％和95.19％；一级纳滤膜DL2540透过液中的重金属离子Ni<2+>、Cu<2+>、Zn<2+>和pb<2+>水质指标平均值分别为1.59±0.26 mg/L、6.90±1.33 mg/L、1.37±0.34 mg/L，和0.67±0.17 mg/L，并且Ni<2+>、Cu<2+>、zn<2+>和Pb<2+>的截留率平均值分别是90.40％、91.25％、92.52％和93.24％；二级纳滤膜DK2540透过液中重金属离子Ni<2+>、Cu<2+>、Zn<2+>和pb<2+>的水质指标分别是0.06mg/L、0.19mg/L、0.02mg/L和未检出，将完全达到排放标准；二级纳滤膜DL2540透过液中重金属离子Ni<2+>、Cu<2+>、zn<2+>和Pb<2+>的水质指标分别是0.22、0.38、0.04和0.02mg/L，完全达到排放标准。浓缩液可进一步回收利用。在△P=1.0MPa，T=25℃，Q=1200L/h条件下，纳滤膜对重金属离子Ni<2+>、Cu<2+>、Zn<2+>和pb<2+>的浓缩倍数分别为9.35、10.13、10.56和11.35。
(3)电解质溶液在纳滤膜中的截留率大小对于重金属离子的脱除非常重要。因此，在纳滤膜处理单一电解质溶液和多离子组分矿山酸性废水的试验基础上，用扩展的Nemst-Planck方程分别描述了单一电解质溶液和矿山酸性性废水中的离子在的DK254．O纳滤膜中传递行为。
(4)评价了两种ULPRO/NF膜耦合技术对矿山酸性废水处理出水水质以及重金属离子截留率的影响。对比ULPRO，ULPRO+NF耦合技术的水回收率有明显的提升，最高可达25％，超过ULPRO的最高水回收率18.6％；而NF+ULPRO却明显降低，最高水回收率不超过5％。两种耦合技术对重金属离子和总电导率的截留率均分别超过97％和98.5％，因此，耦合技术的出水水质均有明显的提高。实验结果表明，耦合技术能更加有效降低废水中的盐份。推导出两种ULPRO/NF耦合过程的特征方程并对其进行了模拟计算。
(5)采用超低压反渗透膜处理矿山酸性废水，对膜污染及清洗进行了研究。探讨了不同清洗剂和不同清洗方法对膜通量的恢复效果；对清洗温度和压力进行了优化；清洗后膜通量恢复率达99％以上。
矿山酸性废水的主要成分是重金属离子、硫酸根离子、酸、氟化物、氯化物、可溶性盐类以及固体悬浮物等，也包括少量的有机物。因此其主要污染源是无机盐、微生物、细菌和少量的有机物。不同的预处理与反渗透条件其污染程度不同，即使清洗条件相同，清洗效果也不同。较适宜的清洗条件：在浓缩液流量始终是1200L/h情况下，先关闭透过液阀门，用纯水反渗透15min(0.6MPa，室温)，再开启透过液阀门反渗透15min；然后用0.1％NaOH反渗透30min(1.0MPa，45℃)；接着用0.3％H<,2>O<,2>浸泡16h；最后用纯水反渗透30min(0.6MPa，室温)，膜通量可恢复99％以上。