一种膜法回收稀土废水中的硫酸铵的处理系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种膜法回收稀土废水中的硫酸铵的处理系统及方法，本系统包括过滤装置、纳滤膜过滤分离装置和反渗透膜过滤分离装置。本发明专利技术针对现有稀土废水处理工艺的缺陷，提供一种膜法回收稀土废水中的硫酸铵和稀土废水的处理系统及方法，其工艺流程短、占地面积小、投资小、废水中的硫酸铵能有效回收利用、处理后的出水水质高、运行成本低、对废水水质的适应性强、持续效果好。持续效果好。持续效果好。

A treatment system and method for recovering ammonium sulfate from rare earth wastewater by membrane method

【技术实现步骤摘要】
一种膜法回收稀土废水中的硫酸铵的处理系统及方法


[0001]本专利技术属于资源循环利用和环保领域，具体涉及一种膜法回收稀土废水中的硫酸铵的处理系统及方法。

技术介绍

[0002]稀土(Rare earth)是元素周期表中的镧系元素和钪、钇共十七种金属元素的总称，是宝贵的战略资源，自然界中有250种稀土矿。我国是稀土资源大国，也是稀土产品生产大国。稀土开采要根据不同的矿类进行，典型的有包头氟碳酸铈矿床和南方的离子型稀土矿。离子型稀土矿是花岗岩风化后的产物，以离子状态存在于泥土层中，开采方法是以硫酸铵溶液浸泡泥土，把离子态的稀土元素置换到溶液中。这种采矿方法在具体实施时有堆浸、池浸和原地浸矿等三种方法。前两种现已禁止，原地浸矿得到广泛推广。原地浸矿是直接在矿山打巷道，灌硫酸铵溶液，在下面收集母液后经过碳酸氢铵沉淀得碳酸稀土。原地浸矿是离子型稀土矿的主要开采方法，但是，在稀土开采完成后，会有大量含有硫酸铵的废水不断流出，年复一年，日复一日，常年不断，流出的废水中硫酸铵的浓度约150～5000mg/L，水体多偏酸性，pH为2～6.5之间，这些废水直接排入周围自然水体，会导致局部水环境的氨氮严重超标。因此，必须对稀土含铵废水进行处理。目前，稀土含铵废水处理方法较多，但成功案例不多，主要有物理法、化学法、生物法。其中，物理法包括反渗透、蒸馏、土壤灌溉等处理技术；化学法包括离子交换、氨吹脱、折点加氯、焚烧、化学沉淀、电渗析、电化学等处理技术；生物法包括藻类养殖、生物硝化、固定化生物技术等处理技术。生物法去除含硫铵的稀土废水是指废水中的氨氮在各种微生物的作用下，通过硝化和反硝化等一系列反应，最终形成氮气，从而达到去除氨氮的目的。
[0003]氨吹脱法是将稀土废水的pH从2～6.5之间调节到8.5～9.5，加入混凝剂经过混凝沉淀，去除其硅酸盐、偏铝酸盐及铁等杂质后，进一步加入氢氧化钠溶液将pH调节到11.5～12，使硫酸铵中铵离子与氨分子形成平衡，然后进入氨蒸发器进行蒸发，氨受热蒸发成氨气，再采用冷却和吸收塔中，在吸收塔中硫酸或盐酸反应，生成硫酸铵或氯化铵，再经蒸发结晶而去除废水中稀土废水中的硫酸铵。这个方法投资较大，运行费用高，且为了防止蒸发器结垢，必须首先进行混凝沉淀，产生大量的污泥。同时，氨吹脱法能耗和药剂消耗大，蒸发器极易腐蚀，蒸发设备的使用寿命短。此外，因大多数的稀土废水的pH为2.5～4，酸性强，因硅酸盐和偏铝酸盐的存在，形成强大的缓冲体系，将pH从2.5～4调节到8.5～9.5需要大量的氢氧化钠溶液，运行成本高。因此，氨吹脱法经济性差。
[0004]生物法脱氮的工艺有很多种，但是机理基本相同，都需要经过硝化和反硝化两个阶段。硝化反应是在好氧条件下通过好氧硝化菌的作用将废水中的氨氮氧化为亚硝酸盐或硝酸盐，包括两个基本反应步骤：由亚硝酸菌参与的将氨氮转化为亚硝酸盐的反应，由硝酸菌参与的将亚硝酸盐转化为硝酸盐的反应。其中，亚硝酸菌和硝酸菌都是自养菌，它们利用废水中的碳源，通过与NH3
‑
N的氧化还原反应获得能量。反应方程式如下：
[0005]亚硝化：2NH4++3O2
→
2NO2
‑
+2H2O+4H+
[0006]硝化：2NO2
‑
+O2
→
2NO3
‑
[0007]硝化菌的适宜pH值为8.0～8.4，最佳温度为35℃，温度对硝化菌的影响很大，温度下降到10℃时，硝化反应几乎停止；DO浓度：2～3mg/L；BOD5负荷：0.06～0.1kgBOD5/(kgMLSS
·
d)；泥龄在3～5天以上。在缺氧条件下，利用反硝化菌(脱氮菌)将亚硝酸盐和硝酸盐还原为氮气而从废水中逸出，由于兼性脱氮菌(反硝化菌)的作用，将硝化过程中产生的硝酸盐或亚硝酸盐还原成N2的过程，称为反硝化。反硝化过程中的电子供体是各种各样的有机底物(碳源)。以甲醇为碳源为例，其反应式为：
[0008]6NO3
‑
+2CH3OH
→
6NO2
‑
+2CO2+4H2O
[0009]6NO2
‑
+3CH3OH
→
3N2+3CO2+3H2O+6OH
‑
[0010]反硝化菌的适宜pH值为6.5～8.0；最佳温度为30℃，当温度低于10℃时，反硝化速度明显下降，而当温度低至3℃时，反硝化作用将停止。
[0011]但是，生化法的硝化和反硝化除了主要适应氨氮浓度比较低、碳氮比适当的水体外，在硝化和反硝化过程中还需要消耗大量的碳源。由于稀土开采和稀土加工过程中产生的高铵废水几乎不含碳源，因此，如果用生化法，全部碳源需要外部投加。另外，稀土开采和稀土的高铵废水铵离子浓度高达150～5000mg/L，因此，除了生化池要建设得很大之外，就是运行时需要投加大量碳源，导致生产成本难以接受。此外，稀土废水中含有大量的硫酸铵，如果直接进行处理，不仅造成硫酸铵资源的浪费，而且导致处理费用偏高。氨吹脱法不仅运行成本高，而且蒸发器结垢和设备腐蚀严重。因此，急需一种从稀土废水中回收硫酸铵且对稀土废水的处理效率高、投资运行成本低的稀土废水处理系统。

技术实现思路

[0012]为了解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种膜法回收稀土废水中的硫酸铵的处理系统及方法。
[0013]本专利技术通过以下技术方案来实现：
[0014]一种膜法回收稀土废水中的硫酸铵的处理系统，包括过滤装置、纳滤膜过滤分离装置和反渗透膜过滤分离装置：
[0015]所述过滤装置包括稀土废水调节池、第一高压泵、过滤器、第一洗脱液储罐、第一反洗清水罐以及滤液储罐，所述第一高压泵的进水口与稀土废水调节池连通，所述第一高压泵的出水口与过滤器的进水口连通，所述过滤器的出水口与滤液储罐的进水口连通，所述过滤器的反洗液出水口与第一洗脱液储罐连通，所述第一反洗清水罐的出水口与过滤器连通；
[0016]所述纳滤膜过滤分离装置包括第二高压泵、纳滤膜组件、纳滤洗脱液储罐、第一药洗罐、第二反洗清水罐、第一透析液储罐、纳滤膜浓缩液储罐以及污泥浓缩池，所述第二高压泵的进水口与滤液储罐连接，所述第二高压泵的出水口与纳滤膜组件的进水口连接，所述纳滤膜组件的透析液出水口与第一透析液储罐的进水口连接，所述纳滤膜组件的浓缩液出水口与纳滤膜浓缩液储罐连接，所述第一透析液储罐的出水口与反渗透膜过滤分离装置连接，所述纳滤膜组件的洗脱液出水口与纳滤洗脱液储罐连接，所述纳滤洗脱液储罐的上清液出水口与稀土废水调节池连接，所述纳滤洗脱液储罐的污泥出口与污泥浓缩池连接；
[0017]所述反渗透膜过滤分离装置包括第三高压泵、反渗透膜组件、反渗透洗脱液储罐、
第二药洗罐、第二反洗清水罐以及第二透析液储罐，所述第三高压泵的进水口与第一透析液储罐连接，所述第三高压泵的出水口与反渗透膜组件的进水口连接，所述反渗透膜组件的透析液出水口与第二透析液储罐的进水口连接，所述反渗透膜组件的浓缩液出水口与纳滤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种膜法回收稀土废水中的硫酸铵的处理系统，其特征在于，包括过滤装置、纳滤膜过滤分离装置和反渗透膜过滤分离装置：所述过滤装置包括稀土废水调节池、第一高压泵、过滤器、第一洗脱液储罐、第一反洗清水罐以及滤液储罐，所述第一高压泵的进水口与稀土废水调节池连通，所述第一高压泵的出水口与过滤器的进水口连通，所述过滤器的出水口与滤液储罐的进水口连通，所述过滤器的反洗液出水口与第一洗脱液储罐连通，所述第一反洗清水罐的出水口与过滤器连通；所述纳滤膜过滤分离装置包括第二高压泵、纳滤膜组件、纳滤洗脱液储罐、第一药洗罐、第二反洗清水罐、第一透析液储罐、纳滤膜浓缩液储罐以及污泥浓缩池，所述第二高压泵的进水口与滤液储罐连接，所述第二高压泵的出水口与纳滤膜组件的进水口连接，所述纳滤膜组件的透析液出水口与第一透析液储罐的进水口连接，所述纳滤膜组件的浓缩液出水口与纳滤膜浓缩液储罐连接，所述第一透析液储罐的出水口与反渗透膜过滤分离装置连接，所述纳滤膜组件的洗脱液出水口与纳滤洗脱液储罐连接，所述纳滤洗脱液储罐的上清液出水口与稀土废水调节池连接，所述纳滤洗脱液储罐的污泥出口与污泥浓缩池连接；所述反渗透膜过滤分离装置包括第三高压泵、反渗透膜组件、反渗透洗脱液储罐、第二药洗罐、第二反洗清水罐以及第二透析液储罐，所述第三高压泵的进水口与第一透析液储罐连接，所述第三高压泵的出水口与反渗透膜组件的进水口连接，所述反渗透膜组件的透析液出水口与第二透析液储罐的进水口连接，所述反渗透膜组件的浓缩液出水口与纳滤膜浓缩液储罐连接。2.根据权利要求1所述的一种膜法回收稀土废水中的硫酸铵的处理系统，其特征在于，所述过滤器为机械过滤器或膜组件。3.根据权利要求2所述的一种膜法回收稀土废水中的硫酸铵的处理系统，其特征在于，所述机械过滤器为砂滤、活性砂滤、多介质过滤、V型滤池、精滤或纤维滤芯过滤器中的一种。4.根据权利要求2所述的一种膜法回收稀土废水中的硫酸铵的处理系统，其特征在于，所述膜组件为微滤或超滤膜组件的一种。5.根据权利要求4所述的一种膜法回收稀土废水中的硫酸铵的处理系统，其特征在于，所述微滤或超滤膜组件为管式膜组件、卷式膜组件、中空纤维膜组件或平板膜组件中的一种。6.根据权利要求4所述的一种膜法回收稀土废水中的硫酸铵和处理稀土废水的系统，其特征在于，所述过滤装置还包括提升泵以及保安过滤器，所述提升泵的进水口与稀土废水调节池连通，所述提升泵的出水口与保安过滤器的进水口连通，所述保安过滤器的出水口与膜组件连接。7.根据权利要求1
‑
6任一所述的一种膜法回收稀土废水中的硫酸铵和处理稀土废水的系统，其特征在于，所述纳滤膜过滤分离装...

【专利技术属性】
技术研发人员：张世文，
申请(专利权)人：张世文，
类型：发明
国别省市：