高磷赤铁矿选矿酸性废水动态膜反应器处理试验

Series N o .411

September 2010

金 属 矿 山M ETAL M I NE

总第411期

2010年第9期

* 十一五 国家科技支撑计划重点项目(编号:2007BAB15B00)。张 义(1985!),男,武汉理工大学资源与环境工程学院,硕士研究生,430070湖北省武汉市珞狮路122号。

?安全与环保?

高磷赤铁矿选矿酸性废水动态膜反应器处理试验

张 义 夏世斌 张一敏

(武汉理工大学)

摘 要 利用改性脱磷剂开发原位生成型动态膜反应器对高磷赤铁矿选矿酸性废水处理进行了试验研究。试验结果表明,选矿酸性废水除磷效果与脱磷剂的投加量、速度梯度(G 值)、反应时间及p H 等因素有关。对于p H =2.50~2.53,含磷98.85mg /L 的实际选矿废水,原生脱磷剂和改性脱磷剂的最佳投加量分别是23.00g /L,20.00g /L,经动态膜反应器处理后出水磷去除率分别达到94.33%,99.72%,出水p H 分别为8.12和3.06,其浊度均能达到出水要求。采用改性脱磷剂和动态膜反应器耦合技术可实现高磷赤铁矿选矿酸性废水在线循环与资源化高效利用。

关键词 高磷赤铁矿 酸性废水 动态膜反应器 改性

除磷

Experi m ent on t he Treat m ent of A cidW astewater from Beneficiation of

H igh phosphate H e m atite by Dynam ic M e m brane R eact or

Zhang Y i X ia Shibin Zhang Y i m i n

(W uhan Universit y of T echnology )

Abstrac t The trea t m ent of ac i d waste w ate r fro m beneficiati on of h i gh phospha te he m a ti te m i nera l by i n sit u self for m ed dyna m ic m e m brane reac t o r developed w it h mod ified dephospho rization agent w as stud i ed .T he resu lts i ndicated t hat the m ain effects on phosphate re m oval w ere t he dosage o f depho spho rization ag ent ,ve l o city grad i ent (G va l ue),reacti on ti m e ,p H and so on .F or the ac t ua l beneficiati on waste w ate r w ith p H 2.50~2.53,and phospha te conten t o f 98.85m g /L,the opti m u m dosage o f ra w and mod ified dephospho rization agen t was 23.00g /L and 20.00g /L,respectively .T he phospha te re m oval coul d reach 94.33%and 99.72%,correspond i ng ly effluent p H w as 8.12and 3.06,respec ti ve l y .Both o f e turb i d ity cou l d reach the effl uent require m ent after be i ng treated w it h dyna m i c m e mbrane reactor .T he on li ne circu l a ti on and entirely recy cle o f the ac i d i c w aste w ater cou l d be ach i eved by t he coup ling techn i que ofm odified dephosphor i za ti on and t he dyna m ic m e m brane reac t o r .

K eywords H i gh phospha te he m atite ,A cidic w astewa ter ,Dyna m i c m e m brane reactor ,M odifica ti on ,Pho sphate re m ova l

铁矿是我国重要的战略性矿产资源,进入21世纪以来,随着世界经济一体化进程的加快,人类对铁矿资源的需求量日益增长,矿山废水产生的环境问题将会更加严重,其污染将日益引起人们的重视

[1 2]

。本试验所研究的高磷赤铁矿选矿酸性废水

若不经处理直接排放,将污染环境。过去由于很多此类含磷废液未经有效处理便直接大量排入湖泊、河流、沿海水域和远海中,导致了严重的环境污染

[3 6]

。

目前,常用的高磷废水脱磷方法主要是物理法、化学法、生物法和物理化学法。其中物理化学法应用最广的是吸附法

[7 10]

。吸附法除磷的研究重点在

提高吸附剂的性能上,现有吸附剂主要有天然材料废渣、人工合成吸附剂等

[11 12]

。本试验利用含A ,l

Fe 等金属氧化物的废渣制备出改性脱磷剂,并研究其对高磷赤铁矿选矿酸性废水的除磷性能,以期实现高磷赤铁矿选矿酸性废水在线循环与资源化高效利用。

动态膜反应器是利用膜表面的污染层来实现高效截留作用的一种高新污水处理装置,主要由膜表

?

121?

面滤饼层和凝胶层组成动态膜。动态膜可用于反渗透、渗透汽化、纳滤、超滤和微滤等分离过程

[13 17]

,

并具有制备过程简单、膜原料丰富、渗透通量高、出水水质好、处理周期短、膜污染控制和消除简易等优点,在废水处理领域具有广泛的应用前景。

1 试验材料及方法

1.1 试验材料

水样采用高磷赤铁矿选矿酸性废水,总磷(TP)(存在形态PO 3-

4!

P)96.65~98.85m g /L ,p H =2.50~2.53,浊度600~800NTU 。原生脱磷剂为含A ,l Fe 等金属氧化物的混合物,改性脱磷剂是通过焙烧和酸化等方法对原生脱磷剂进行活化处理得到。

1.2 试验方法及运行条件1.

2.1 批量试验

根据不同条件,在数个搅拌杯中分别加入一定量的脱磷剂和一定体积(600mL)的高磷赤铁矿选矿酸性废水(TP 为98.85m g /L ,pH =2.53),置于搅拌机上,调整速度梯度(G 值),在室温下搅拌一定时间进行吸附反应,一定时间(5~75m i n )后停止搅拌,静置2h 后测定上清液磷浓度,计算磷去除率及其他相关指标。

1.2.2 动态膜反应器间歇试验

动态膜反应器试验装置是由陶瓷膜组件、微孔曝气系统及混合液等形成的原位动态分离膜系统。动态膜反应器装置运行时采取间歇进水,在装有实际选矿酸性废水(20L)的混凝反应器中加入一定量的脱磷剂,混凝反应一定时间后,在曝气条件下经过动态陶瓷膜反应器出水。试验工艺流程如图1所

示。

图1 试验工艺流程

1.3 分析方法和设备

水溶液中磷的测定采用钼酸铵分光光度法(UN I CO 7200型可见分光光度计),样品p H 用精密p H 计(PH S-3C ),检测样品显微照片的观察采用分析透射电子显微镜(TE M )(H -600STE M /EDX PV9100),其他试验设备和仪器包括TA61程控混凝试验搅拌仪、电热恒温干燥箱、电子天平等。各项水质指标采用#水和废水监测分析方法?标准测试方法进行。所有试剂均采用分析纯,所用器皿在使用

前经稀盐酸浸泡12h ,经水洗干净后,用去离子水冲洗3次,烘干使用。设计平行试验(3次)并取平均值进行数据分析。

2 试验结果与分析

2.1 脱磷剂的活化改性

对于除磷,真正起吸附作用的是一些金属氧化物或金属氢氧化物,本试验采用的脱磷剂成分比较复杂,其中的一些矿物和无机金属离子(如N a +

、K

+

等)等杂质成分对脱磷剂的除磷会产生影响;另外,脱磷剂表面羟基的存在往往带负电,这对于除磷不利,因为表面羟基会与同样带负电荷的磷酸根离子产生静电斥力,从而抑制脱磷剂对磷酸根离子的吸附作用。

脱磷剂改性过程使脱磷剂主要成分转化为铁铝氢氧化物,同时去除了一些可溶性盐。改性过程中焙烧处理进一步减少脱磷剂中的水分,产生微孔,使脱磷剂比表面积从14.79m 2

/g 增大到23.46m 2

/g ,从而提高吸附能力。酸处理把附着于脱磷剂表面、妨碍磷吸附的薄膜清洗掉,同时疏通了脱磷剂的内部孔道。原生脱磷剂和改性脱磷剂成分分析结果见表1,扫描电镜SE M 照片见图2。

表1 原生脱磷剂和改性脱磷剂成分分析结果

%项目名称Na 2O A l 2O 3S i O 2Ca O T i O 2原生脱磷剂15.0526.7123.572.381.78改性脱磷剂13.2228.39

24.33

2.122.65项目名称Fe 2O 3M g O ZnO p H 原生脱磷剂29.460.190.6110.21改性脱磷剂