公布日：2022.07.08
申请日：2022.04.22
分类号：C02F9/10(2006.01)I;C02F1/44(2006.01)I;C02F1/04(2006.01)N;C02F5/00(2006.01)N;C02F103/34(2006.01)N;C02F101/10(2006.01)N;
C02F101/20(2006.01)N
摘要
本发明涉及磷酸铁废水处理技术领域，公开了一种多级膜浓缩的磷酸铁废水处理新工艺，包括预处理阶段、纳滤膜浓缩阶段和多效蒸发阶段，所述纳滤膜浓缩阶段包括由不同数量耐酸纳滤膜柱串联而成的多级纳滤膜过滤装置，多级纳滤膜过滤装置对磷酸铁废水及冲洗设备产生的洗水进行过滤浓缩，浓缩形成的浓盐水经多效蒸发形成固体复合肥和清水；浓缩后的浓盐水中硫酸铵含量可达17％～20％，远超现有技术中行业同等水平(约10％)，本方案通过减少多效蒸发阶段进水量，显著降低多效蒸发阶段的投资及处理成本。另，本方案因采用耐酸纳滤膜，无须对废水进行调节pH，简化废水处理流程，进一步降低整个工艺所需成本，使得本方案广泛适用于各种酸性废水的处理。
权利要求书
1.一种多级膜浓缩的磷酸铁废水处理新工艺，其特征在于：包括预处理阶段、纳滤膜浓缩阶段和多效蒸发阶段，所述纳滤膜浓缩阶段包括多级纳滤膜过滤装置对磷酸铁废水的过滤浓缩，所述纳滤膜为耐酸纳滤膜。
2.根据权利要求1所述的一种多级膜浓缩的磷酸铁废水处理新工艺，其特征在于：所述预处理阶段包括叠片过滤阶段和超滤阶段；所述纳滤膜浓缩阶段包括多级反渗透(RO)阶段、母液反渗透阶段、多级洗水反渗透阶段和清水反渗透阶段。
3.根据权利要求2所述的一种多级膜浓缩的磷酸铁废水处理新工艺，其特征在于：包括如下步骤：S1：叠片过滤阶段，磷酸盐废水母液经泵送至叠片过滤器进行过滤，产生浓水Ⅰ和清水Ⅰ，浓水Ⅰ经板框压滤后汇集至磷酸盐废水母液中；S2：超滤阶段，S1产生的清水Ⅰ流过超滤膜装置，获得浓水Ⅱ和清水Ⅱ；浓水Ⅱ经板框压滤后汇集至磷酸盐废水母液中；S3：多级反渗透(RO)阶段，S2产生的清水Ⅱ经三级RO装置(分别为第一级RO装置、第二级RO装置和第三级RO装置)进行浓缩，获得浓盐水Ⅰ和清水Ⅲ；S4：母液反渗透阶段，S3所得清水Ⅲ经母液反渗透装置浓缩，获得浓水Ⅲ和清水Ⅳ；S5：多级洗水反渗透阶段，所述浓水Ⅲ进入二级洗水反渗透装置(分别为第一级洗水反渗透装置、第二级洗水反渗透装置)过滤，获得浓水Ⅳ和清水Ⅴ，浓水Ⅳ重新进入第一级RO装置进行浓缩；S6：清水反渗透阶段，清水Ⅳ和清水Ⅴ汇集后进入清水反渗透装置，获得浓水Ⅴ和清水Ⅵ；S7：多效蒸发阶段，S3所得浓盐水Ⅰ经多效蒸发获得固体1和清水Ⅶ。
4.根据权利要求3所述的一种多级膜浓缩的磷酸铁废水处理新工艺，其特征在于：所述超滤阶段还包括出水检测阶段，检测指标为浊度≤0.5NTU，SDI≤3。
5.根据权利要求4所述的一种多级膜浓缩的磷酸铁废水处理新工艺，其特征在于：所述磷酸盐废水进入超滤装置前包括自清洗过滤器对废水的过滤，所述自清洗过滤器的过滤精度为100～300μm；所述磷酸盐废水进入每级反渗透装置前均包括保安过滤器对废水的过滤，所述保安过滤器的过滤精度为5μm；所述叠片过滤阶段和超滤阶段均设有反洗装置，反洗水回至前端板框压滤，并回至母液收集调节水池。
6.根据权利要求5所述的一种多级膜浓缩的磷酸铁废水处理新工艺，其特征在于：在S3中，所述废水在进入第一级RO装置的保安过滤器前包括添加阻垢剂阶段，所述阻垢剂为低磷复合阻垢剂。
7.根据权利要求6所述的一种多级膜浓缩的磷酸铁废水处理新工艺，其特征在于：在S3中，清水Ⅱ经第一级RO装置过滤后产生的浓盐水进入S7中完成多效蒸发，第一级RO装置产生的清水则进入第二级RO装置进行浓缩，第二级RO装置产生的浓水经第三级RO装置进行浓缩产生的浓盐水进入S7完成多效蒸发，第三级RO装置产生的清水则与第一级RO装置产生的清水汇合，再次进入第二级RO装置进行浓缩；第二级RO装置产生的清水则进入母液反渗透装置进行浓缩。
8.根据权利要求7所述的一种多级膜浓缩的磷酸铁废水处理新工艺，其特征在于：在S5中，进入多级洗水反渗透阶段的废水还包括磷酸铁生产过程中清洗装置产生的洗水，包括第一洗水和第二洗水；母液反渗透装置产生的浓水与第二洗水经第二级洗水反渗透装置浓缩，产生的浓水与第一洗水汇集后进入第一级反渗透装置进行浓缩，产生的浓水重新进入反渗透阶段，母液反渗透装置、第一级洗水反渗透装置和第二级洗水反渗透装置产生的清水汇集后进入清水反渗透装置进行浓缩。
9.根据权利要求8所述的一种多级膜浓缩的磷酸铁废水处理新工艺，其特征在于：在S3中，第一级RO装置、第二级RO装置、第三级RO装置、母液反渗透装置、第一级洗水反渗透装置、第二级洗水反渗透装置和清水反渗透装置中耐酸纳滤膜组件的数量比为9:10:3:5:7:5:10，且各级反渗透装置中耐酸纳滤膜组件均串联设置，两端均设有压力计；相邻反渗透装置之间管道连接储水池。10.根据权利要求9所述的一种多级膜浓缩的磷酸铁废水处理新工艺，其特征在于：在S3～S6中，各级反渗透装置的压力均设置为：进水压为1.0～3.0MPa，出水压为0.5～1.5MPa；所述一级RO装置的回水率为80％，二级RO装置的回水率为65％，三级RO装置的回水率为42％，母液反渗透装置的回水率为75％，清水反渗透装置的回水率为85％。
发明内容
本发明意在提供一种多级膜浓缩的磷酸铁废水处理新工艺，以解决现有磷酸铁废水处理前需要使用大量氨水调节pH，从而增大处理成本的技术问题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种多级膜浓缩的磷酸铁废水处理新工艺，包括预处理阶段、纳滤膜浓缩阶段和多效蒸发阶段，所述纳滤膜浓缩阶段包括多级纳滤膜过滤装置对磷酸铁废水的过滤浓缩，所述纳滤膜为耐酸纳滤膜。
本方案的原理及优点是：
1、相比于现有技术中母液均需要调节pH后再进入反渗透单元不同，本方案技术中母液经预处理阶段后直接进入纳滤膜浓缩阶段，打破磷酸铁废水处理技术的技术壁垒，同时有效避免加碱液调节母液pH时大量水随碱进入母液中，从而增大了废水处理体量；或需要投入大量的碱，增加运行成本。申请人实验发现，本方案相对于传统工艺用氨水调节pH工艺节约水处理费用至少3元/吨，本方案显著节约了水资源和水处理资源。
2、与现有技术使用常规纳滤膜不同，本方案首次采用耐酸纳滤膜制作多级纳滤膜过滤装置，克服了磷酸铁废水的技术偏见，具有更加简易的母液处理流程及更优的磷酸铁废水处理效果；且本方案耐酸纳滤膜对酸的耐受效果好，适用于推广至各种酸性废水的处理。
3、本方案的磷酸盐废水在纳滤膜浓缩阶段经多级纳滤膜过滤装置进行过滤浓缩，显著降低废水中的溶质含量，便于处理后的废水的再利用；同时，提升废水回收率，如本方案处理151m3/h的废水仅产生29m3/h浓盐水，显著提升废水的资源利用率；且浓缩后的浓盐水中硫酸铵含量可达17％～20％，远超现有技术中行业同等水平(约8％～10％)，本方案通过减少多效蒸发阶段进水量，显著降低多效蒸发阶段的投资及处理成本。
优选的，所述预处理阶段包括叠片过滤阶段和超滤阶段；所述纳滤膜浓缩阶段包括多级反渗透(RO)阶段、母液反渗透阶段、多级洗水反渗透阶段和清水反渗透阶段。
采用上述方案，叠片过滤阶段去除水中的较大悬浮物等杂质，超滤阶段进一步去除水中的悬浮物、胶体、大分子有机物等；两则均不涉及现有技术中对废水的pH调节和除硬工序，简化磷酸盐废水的处理工序；多级纳滤膜浓缩阶段则有效截留磷酸铁废水中的各类无机离子，且通过调节每级阶段中各级装置中纳滤膜组件的数量，使得水的回收率大大提高，显著提升废水处理效果。
优选的，包括如下步骤：
S1：叠片过滤阶段，磷酸盐废水母液经泵送至叠片过滤器进行过滤，产生浓水Ⅰ和清水Ⅰ，浓水Ⅰ经板框压滤后汇集至磷酸盐废水母液中；
S2：超滤阶段，S1产生的清水Ⅰ流过超滤膜装置，获得浓水Ⅱ和清水Ⅱ；浓水Ⅱ经板框压滤后汇集至磷酸盐废水母液中；
S3：多级反渗透(RO)阶段，S2产生的清水Ⅱ经三级RO装置(分别为第一级RO装置、第二级RO装置和第三级RO装置)进行浓缩，获得浓盐水Ⅰ和清水Ⅲ；
S4：母液反渗透阶段，S3所得清水Ⅲ经母液反渗透装置浓缩，获得浓水Ⅲ和清水Ⅳ；
S5：多级洗水反渗透阶段，所述浓水Ⅲ进入二级洗水反渗透装置(分别为第一级洗水反渗透装置、第二级洗水反渗透装置)过滤，获得浓水Ⅳ和清水Ⅴ，浓水Ⅳ重新进入第一级RO装置进行浓缩；
S6：清水反渗透阶段，清水Ⅳ和清水Ⅴ汇集后进入清水反渗透装置，获得浓水Ⅴ和清水Ⅵ；
S7：多效蒸发阶段，S3所得浓盐水Ⅰ经多效蒸发获得固体1和清水Ⅶ。
采用上述方案，磷酸盐废水在不经过pH调节和除硬工序的情况下，通过多级纳滤膜浓缩阶段中各级反渗透装置的合理设置，使得磷酸盐废水中的水和溶质分离，申请人实验证明，本方案浓盐水Ⅰ中硫酸铵含量可达17％～20％，远超现有技术中行业同等水平(约10％)，显著降低了多效蒸发阶段的设备成本，具有意想不到的技术效果。
优选的，所述超滤阶段还包括出水检测阶段，检测指标为浊度≤0.5NTU，SDI≤3。采用上述方案，预处理阶段的出水符合反渗透阶段装置的进水水质要求，保证反渗透的正常稳定运行，延长多级纳滤膜系统的清洗周期及寿命。
优选的，所述磷酸盐废水进入超滤装置前包括自清洗过滤器对废水的过滤，所述自清洗过滤器的过滤精度为100～300μm；所述磷酸盐废水进入每级反渗透装置前均包括保安过滤器对废水的过滤，所述保安过滤器的过滤精度为5μm；所述叠片过滤阶段和超滤阶段均设有反洗装置，反洗水回至前端板框压滤，并回至母液收集调节水池。采用上述方案，能有效地除去废水中的悬浮物、微粒、铁锈等杂质，避免废水中的杂质对超滤阶段的超滤膜及反渗透阶段的耐酸纳滤膜造成影响，从而降低膜的使用寿命。
优选的，在S3中，所述废水在进入第一级RO装置的保安过滤器前包括添加阻垢剂阶段，所述阻垢剂为低磷复合阻垢剂。采用上述方案，可以有效提高水中的难溶物质(如硫酸钡、硫酸锶、氟化钙和二氧化硅等)的饱和度；同时使用的阻垢剂是低磷的有机复合物，避免排放后对自然水体产生富营养化的影响。
优选的，在S3中，清水Ⅱ经第一级RO装置过滤后产生的浓盐水进入S7中完成多效蒸发，第一级RO装置产生的清水则进入第二级RO装置进行浓缩，第二级RO装置产生的浓水经第三级RO装置进行浓缩产生的浓盐水进入S7完成多效蒸发，第三级RO装置产生的清水则与第一级RO装置产生的清水汇合，再次进入第二级RO装置进行浓缩；第二级RO装置产生的清水则进入母液反渗透装置进行浓缩。
采用上述方案，初步浓缩和分离废水中的无机物和水，其中含有无机物的高浓度盐水直接进入多效蒸发装置完成固液分离，得到能运用至化工复合肥中的产品和能循环至磷酸铁生产阶段或车间其他用水点，提升废水中水和无机盐的利用率。
优选的，在S5中，进入多级洗水反渗透阶段的废水还包括磷酸铁生产过程中清洗装置产生的洗水，包括第一洗水和第二洗水；母液反渗透装置产生的浓水与第二洗水经第二级洗水反渗透装置浓缩，产生的浓水与第一洗水汇集后进入第一级反渗透装置进行浓缩，产生的浓水重新进入反渗透阶段，母液反渗透装置、第一级洗水反渗透装置和第二级洗水反渗透装置产生的清水汇集后进入清水反渗透装置进行浓缩。
采用上述方案，经多级反渗透装置浓缩后的清水和生产过程中产生的低浓度洗水在余下的反渗透装置中进一步完成浓缩，产生的浓水重新进入反渗透阶段，产生的清水则可循环至磷酸铁的生产阶段或车间其他用水点，实现资源的重复利用，减少废水排放量。
优选的，在S3中，第一级RO装置、第二级RO装置、第三级RO装置、母液反渗透装置、第一级洗水反渗透装置、第二级洗水反渗透装置和清水反渗透装置中耐酸纳滤膜组件的数量比为9:10:3:5:7:5:10，且各级反渗透装置中耐酸纳滤膜组件均串联设置，两端均设有压力计；相邻反渗透装置之间管道连接储水池。采用上述方案，有效根据车间实际生产情况组装各级反渗透装置，提升磷酸盐废水的处理效果和效率。
优选的，在S3～S6中，各级反渗透装置的压力均设置为：进水压为1.0～3.0MPa，出水压为0.5～1.5MPa；所述一级RO装置的回水率为80％，二级RO装置的回水率为65％，三级RO装置的回水率为42％，母液反渗透装置的回水率为75％，清水反渗透装置的回水率为85％。采用上述方案，便于废水在反渗透装置中充分浓缩，提升水的回收率和废水处理效率。
（发明人：王璐;王勃;胡伟;王思亮）
