申请日2019.06.24
公开(公告)日2019.09.27
IPC分类号C02F9/04
摘要
本发明公开了一种高岭土废水的处理方法，将高岭土废水经NaOH调碱后，依次经水洗、微滤膜、高压RO膜和低压NF/RO膜，获得超细高岭土产品。本发明通过控制高岭土废水pH值为酸性，使铁以铁离子形式存在，不会堵膜，同时会被反渗透膜和纳滤膜截留，pH值也在RO膜和NF膜耐受范围内;无需混凝沉淀，节省大量药剂，改善工作环境，且不会对后端膜系统造成影响;用氢氧化钠调碱，不影响高岭土的纯度，不会造成管路和膜系统堵塞;通过自然沉降、离心分离，可回收粒径大的高岭土;通过分置式微滤膜系统浓缩并加入纯水进行洗脱，可最大限度回收高纯度的超细高岭土，工艺简单，可操作性强;其高压透析液和低压透析液可直接回用，减少污水排放量并降低新水用量。
权利要求书
1.一种高岭土废水的处理方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将高岭土废水置于调节预沉池中，水力停留时间为0.5-2h，获得pH为1-2的第一上清液，粒径较大的高岭土通过自然沉降，成为第一沉淀物;
(2)在上述第一上清液中加入NaOH调节pH至2-4;
(3)将步骤(2)所得的物料沿器壁切向送入水力旋流器进行固液分离，粗颗粒物质被抛向器壁并旋转向下和形成的浓液一起排出，细颗粒物质被液体带动由其中心溢流管流出，经第一循环泵进入分置式微滤膜系统，该水力旋流器的直径为50mm-500mm，进口压力为0.3～0.8kgf/cm2，流速2-6m/s;
(4)将上述第一沉淀物和浓液送入水洗池，进行脱酸和除杂后，在加水洗涤至中性，获得洗水和大粒径高岭土，将该洗水返回上述调节预沉池中，将大粒径高岭土送入阳光房进行晾晒;
(5)将由上述中心溢流管流出的液体通过第一循环泵送入分置式微滤膜系统中浓缩20-35倍，期间分批加入纯水进行洗脱至浓缩液的pH恢复中性，将浓缩液排出，送入阳光房晾晒，脱除部分水分，然后与上述大粒径高岭土一同送入盘式连续干燥器进行干燥，获得粒径为0.5-10μm且比表面积为800-1200m2/kg的超细高岭土产品;上述分置式微滤膜系统的膜通量为250-500LMH，压力为2-4bar，温度为10-40℃，第一循环泵保证其膜面流速为1-3m/s以缓解膜污染，该分置式微滤膜系统为内压式，且其微滤膜为无机管式微滤膜，孔径为0.02μm-3μm;
(6)将上述分置式微滤膜系统所得的透析液经保安过滤器过滤后，依次通过第二循环泵和高压泵送入高压RO膜，获得相应的高压浓缩液和高压透析液，该高压RO膜的压力为10-30bar，膜通量为5-25LMH，其对COD和铁离子截留率99%以上，回收率为75-90%，第二循环泵保证其膜面流速1-4m/s以缓解膜污染;
(7)将上述高压浓缩液通过上述高压泵作用于高压RO膜产生的余压送入低压NF膜或低压RO膜，获得低压浓缩液和低压透析液;
(8)将高压透析液和低压透析液合并后送入产水箱作为中水回用，将低压浓缩液送入调碱池，用NaOH调节pH至9-12，该调碱池的上清液返回上述调节预沉池，该调碱池的沉淀为氢氧化铁胶体。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述无机管式微滤膜的材质为陶瓷。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述陶瓷包括氧化铝、氧化锆、氧化钛、碳化硅和堇青石。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述无机管式微滤膜的材质为金属。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述金属为不锈钢、钛合金、Ni 200合金、Monel 400合金，Inconel 600合金、625合金，Hastalloy B合金、C22合金、C276合金或X合金。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中，每次加入纯水进行洗脱的体积为所述分置式微滤膜系统进料体积的0.05-2倍。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述盘式连续干燥器中的干燥温度为110-150℃，时间为0.5-8h。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述低压NF膜膜通量为5-20LMH，对COD和铁离子截留率在95%以上，回收率为60-70%。
9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述低压RO膜膜通量为5-18LMH，其对COD和铁离子截留率在99%以上，回收率为60-70%。
说明书
一种高岭土废水的处理方法
技术领域
本发明属于工业废水处理技术领域，具体涉及一种高岭土废水的处理方法。
背景技术
高岭土是一种重要的非金属矿产资源，具有良好的可塑性和耐火性等理化性质，被广泛用于造纸、陶瓷和耐火材料等领域，产量逐年递增。在高岭土的选矿及精加工过程中，会产生大量酸性废水，该废水含有大量超细高岭土颗粒及高浓度的铁离子。该超细高岭土粒径小，价值高，但是现有技术无法从废水中进行回收。大量超细高岭土造成废水SS居高不下，为降低废水SS含量，需额外投入大量的设备和药剂进行处理，不仅造成超细高岭土资源浪费，还需额外投入大量的治污费用。
现有的高岭土废水处理工艺，一般企业都是简单调节废水pH值后排放，甚至不经处理直接排放，对环境造成极大的污染。另外一种主流工艺，一般采用石灰调碱除铁，同时加入混凝剂进行混凝沉淀，去除SS，上清液再调酸排放。经上述处理后的废水悬浮物含量仍然很高，无法达到国家排放标准;经中和后的废水碱性强，钙含量高，容易引起管道和设备结垢，严重制约了废水回用;混凝剂的添加，会往废水中引入杂质离子，使超细高岭土无法回收利用，造成水资源和矿产资源的极大浪费。
CN 109110967A公开了一种基于膜化学反应器的铝土矿选矿废水回用系统及方法，其中系统包括：气浮装置、膜化学反应器以及反渗透-纳滤处理系统，该方法一方面改善铝土矿选矿循环水使之可持续利用，另一方面服务铝土矿浮选，能提高铝土矿精矿产率和精矿铝硅比。但是该系统仍需加药，气浮装置中同时加入聚合氯化铝和聚丙烯酰胺，混凝反应装置加入氢氧化钠和石灰，加药不但增加成本，而且混凝剂一旦过量，容易使微滤膜过滤器发生堵塞，添加石灰容易使废水中钙含量升高，使管道和反渗透-纳滤处理系统结垢;其次，混凝反应装置加入氢氧化钠和石灰，使废水碱性大幅增强，而微滤膜过滤器中的微滤膜组件又是有机材质，大部分有机膜耐碱性较差，长期以往，膜丝老化，膜层表面的膜孔将变大，从而降低甚至失去过滤效果，对SS的截留效果将变差;另外，该废水含有大量粘性高岭，容易造成膜化学反应器以及反渗透-纳滤处理系统堵塞，短时间内膜系统的产水量可能会大幅降低，膜清洗频率可能会大幅增加;最后，反渗透-纳滤处理系统的浓水COD高、碱度高，对后端的污水处理系统造成极大的压力。
CN 105502455 A公开了一种利用高岭土选矿废水制备铵明矾的方法，利用高岭土选矿酸性废水与高岭土多次循环，使其溶解在其中的硫酸铝达到饱和，再与硫酸氢铵进行反应，两次结晶制得铵明矾，该方法可有效处理高岭土选矿酸性废水，使高岭土选矿废水中的铝元素得到充分利用，达到节能减排、变废为宝的目的。但是该方法工艺流程长，只有废水量大的企业才能产生经济效益;为了回收铝元素，又添加了其它大量的化学药剂，容易造成二次污染。
因此，急需开发一种节能环保的高岭土废水处理及超细高岭土回收工艺，在废水处理的同时，可以回收大量高价值的超细高岭土及水资源，达到节能减排、变废为宝的目的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种高岭土废水的处理方法。
本发明的技术方案如下：
一种高岭土废水的处理方法，包括如下步骤：
(1)将高岭土废水置于调节预沉池中，水力停留时间为0.5-2h，获得pH为1-2的第一上清液，粒径较大的高岭土通过自然沉降，成为第一沉淀物;
(2)在上述第一上清液中加入NaOH调节pH至2-4;
(3)将步骤(2)所得的物料沿器壁切向送入水力旋流器进行固液分离，粗颗粒物质被抛向器壁并旋转向下和形成的浓液一起排出，细颗粒物质被液体带动由其中心溢流管流出，经第一循环泵进入分置式微滤膜系统，该水力旋流器的直径为50mm-500mm，进口压力为0.3～0.8kgf/cm2，流速2-6m/s;
(4)将上述第一沉淀物和浓液送入水洗池，进行脱酸和除杂后，在加水洗涤至中性，获得洗水和大粒径高岭土，将该洗水返回上述调节预沉池中，将大粒径高岭土送入阳光房进行晾晒;
(5)将由上述中心溢流管流出的液体通过第一循环泵送入分置式微滤膜系统中浓缩20-35倍，期间分批加入纯水进行洗脱至浓缩液的pH恢复中性，将浓缩液排出，送入阳光房晾晒，脱除部分水分，然后与上述大粒径高岭土一同送入盘式连续干燥器进行干燥，获得粒径为0.5-10μm且比表面积为800-1200m2/kg的超细高岭土产品;上述分置式微滤膜系统的膜通量为250-500LMH，压力为2-4bar，温度为10-40℃，第一循环泵保证其膜面流速为1-3m/s以缓解膜污染，该分置式微滤膜系统为内压式，且其微滤膜为无机管式微滤膜，孔径为0.02μm-3μm;
(6)将上述分置式微滤膜系统所得的透析液经保安过滤器过滤后，依次通过第二循环泵和高压泵送入高压RO膜，获得相应的高压浓缩液和高压透析液，该高压RO膜的压力为10-30bar，膜通量为5-25LMH，其对COD和铁离子截留率99%以上，回收率为75-90%，第二循环泵保证其膜面流速1-4m/s以缓解膜污染;
(7)将上述高压浓缩液通过上述高压泵作用于高压RO膜产生的余压送入低压NF膜或低压RO膜，获得低压浓缩液和低压透析液;
(8)将高压透析液和低压透析液合并后送入产水箱作为中水回用，将低压浓缩液送入调碱池，用NaOH调节pH至9-12，该调碱池的上清液返回上述调节预沉池，该调碱池的沉淀为氢氧化铁胶体。
在本发明的一个优选实施方案中，所述无机管式微滤膜的材质为陶瓷。
进一步优选的，所述陶瓷包括氧化铝、氧化锆、氧化钛、碳化硅和堇青石。
在本发明的一个优选实施方案中，所述无机管式微滤膜的材质为金属。
进一步优选的，所述金属为不锈钢、钛合金、Ni 200合金、Monel 400合金，Inconel600合金、625合金，Hastalloy B合金、C22合金、C276合金或X合金。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(5)中，每次加入纯水进行洗脱的体积为所述分置式微滤膜系统进料体积的0.05-2倍。
在本发明的一个优选实施方案中，所述盘式连续干燥器中的干燥温度为110-150℃，时间为0.5-8h。
在本发明的一个优选实施方案中，所述低压NF膜膜通量为5-20LMH，对COD和铁离子截留率在95%以上，回收率为60-70%。
在本发明的一个优选实施方案中，所述低压RO膜膜通量为5-18LMH，其对COD和铁离子截留率在99%以上，回收率为60-70%。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过控制高岭土废水pH值为酸性，使铁以铁离子形式存在，不会堵膜，同时会被反渗透膜和纳滤膜截留，pH值也在RO膜和NF膜耐受范围内。
2、本发明无需混凝沉淀，节省大量药剂，改善工作环境，且不会对后端膜系统造成影响。
3、本发明不用石灰调碱，改用氢氧化钠，不往废水中引入钙离子，不会影响高岭土的纯度，也不会造成管路和膜系统堵塞。
4、本发明通过自然沉降、离心分离，可回收粒径大的高岭土;通过分置式微滤膜系统浓缩并加入纯水进行洗脱，可回收粒径小的高岭土，可最大限度回收高纯度的超细高岭土，工艺简单，可操作性强。
5、本发明经过膜系统，高压透析液和低压透析液可直接回用，减少污水排放量，同时降低新水用量。
6、本发明的分置式微滤膜系统和高压RO膜系统均采用循环泵保证高膜面流速，缓解膜污染，降低清洗频率。
7、本发明的高压RO膜系统获得的高压浓缩液借助余压直接进入低压NF膜或低压RO膜系统，低压NF膜或低压RO膜无需额外的高压泵，节能降耗，提高回收率。
8、本发明的膜系统产生的低压浓缩液，通过调碱将铁离子沉淀出来，上清液返回前端调节预沉池系统，不浪费碱液，也无需增加后端的污水处理系统。
