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戈尔膜过滤技术在冶炼废水处理中的应用

                           戈尔膜过滤技术在冶炼废水处理中的应用
                                                      黄一东
                   (紫金矿业集团黄金冶炼厂,福建 龙岩 364200)
     摘 要:简要介绍了戈尔膜过滤系统的核心部件与工作原理,详细阐述了戈尔膜过滤技术在紫金矿业黄金冶炼厂冶炼废水处理中的使用方法与应用效果,指出了该过滤技术的优缺点,阐明了戈尔膜设备维护保养的主要方法。表明了戈尔膜过滤技术与传统工艺相比具有明显的优势,该技术为冶炼废水的处理提供了一条新的途径,值得同行应用与推广。
    关键词:戈尔膜;过滤技术;废水处理
    前言
    戈尔膜过滤技术是一种先进的固液分离技术。该技术在冶炼、氯碱化工、制酸、煤气脱硫等行业被越来越广泛的应用。在冶炼废水处理领域,戈尔膜过滤技术已经在上海宝钢集团冷轧厂[1]、武钢集团能源动力公司[2]、铜陵有色第一冶炼厂[3]等企业的冶炼废水处理中得到成功的应用。紫金矿业集团股份公司黄金冶炼厂在环保废水处理第三期技改中引进了戈尔膜过滤技术处理冶炼废水,设备从2011 年12 月份正式投入运行至今,各项技术指标稳定,达到了预期设计的要求。与传统冶炼废水处理工艺相比,该技术具有工艺流程短、占地面积小、药剂使用量少、自动化程度高等许多突出优点。
    1 ·戈尔膜过滤技术简介
    戈尔膜过滤技术是指由戈尔膜过滤元件、气动挠性阀门、气源系统、PLC 自动控制系统、过滤罐体、反冲罐等各种设备完美的组合在一起的过滤系统。
    1.1 戈尔膜过滤元件
    戈尔膜过滤元件是整个过滤器的核心部件,它是由戈尔膜固定在笼骨上组成的。戈尔膜是美国戈尔公司的专利产品,它是由膨化聚四氟乙烯(PTFE)薄膜和2~3mm厚的聚丙烯、聚脂无纺布(外形如羊毛毡)复合组成的滤袋[4]。该滤膜具有极佳的化学稳定性,能耐任何酸、碱、盐溶液,它表面光滑、多孔、摩擦系数低,过滤效果好,能将液体中微小粒径的颗粒全部截留在薄膜的表面[5]。由于摩擦系数低,滤膜具有极佳的不黏性,表面极易清洗;所以当滤膜表面的滤泥达到一定厚度时,在控制器的控制下,可快速、自动地进行滤膜表面反冲洗,将滤泥彻底从滤膜表面清理干净。
    1.2 戈尔膜过滤技术的原理
    经过化学法处理后的废水用泵打入过滤罐体,并经过戈尔膜过滤袋进行过滤。清液从过滤罐体上腔(即:清液腔)溢流口排出。过滤液中的固体物质(滤渣)被戈尔膜过滤袋截留在滤袋表面。当过滤一段时间后,薄膜过滤袋上的滤渣达到一定厚度后,过滤压力上升,在PLC 控制柜控制下,系统自动进入反冲清膜状态,进液阀、排气阀、反冲阀按各自的功能自动切换,使滤渣脱离薄膜过滤袋表面并沉降到过滤灌体的锥形底部,过滤系统自动进入下一个过滤、反冲、沉降周期。当过滤次数达到工艺设定的次数时,系统自动打开排渣阀排出滤渣,然后进入下一运行循环周期[6]。戈尔膜过滤系统工作原理示意图如图1 所示,自动循环工作程序流程如图2 所示:
    
    
    2 ·戈尔膜过滤技术在冶炼废水处理中的应用
    紫金矿业黄金冶炼厂的废水主要是酸性废水和少量碱性废水,废水中含有Cu2+、Cd2+、Pb2+、Zn2+、ΣCN等污染物。废水未处理前,其污染物的含量范围如表1所示。废水处理工艺主要分为化学法处理与戈尔膜过滤两个部分。

    2.1 冶炼废水的预处理方法
    根据污染物的种类,冶炼废水处理采用的化学方法有:化学沉淀法和化学氧化法。
    (1)化学沉淀法:它是通过投加化学药剂,使废水中呈溶解状态的重金属离子或它们的络合物转变为难溶的、难解离的沉淀物的方法。化学沉淀法有中和沉淀法和硫化法两种。由于黄金冶炼废水中一部分重金属离子是以络合物的形式存在(如:Cu(NH3)22+络合物),这些络合物的化学性质很稳定,很难用中和沉淀法使其形成金属沉淀物。因此,选择硫化沉淀法处理重金属污染物。
    (2)化学氧化法:它是利用氧化剂漂白粉氧化分解废水中污染物质ΣCN,使其转变成无毒的CO2和N2,从而达到治理的目的。由于添加漂白粉处理ΣCN后,废水中含有比较多的游离性余氯(如:HOCl、OCl-、Cl2)等强氧化性物质,这些物质的存在会影响戈尔膜的使用寿命[7],所以在废水进入戈尔膜过滤之前,需要采用少量还原性物质(如:Na2S)除去余氯。
    因此,根据废水处理的实际需要,选择废水处理投加药剂的流程为:用石灰或废酸调节废水pH值为7.0左右→用漂白粉氧化ΣCN→用硫化钠处理重金属污染物以及游离性余氯。
       
    2.2 戈尔膜过滤进行固液分离
    经过化学法处理的废水中含有固体颗粒、重金属沉淀物、悬浮物等物质,因此要进一步对这类物质进行固液分离。传统的固液分离方法是采用混凝法使固体类物质快速的实现沉淀,上清液抽至高位池继续沉降分离,然后再经过多级平流沉降池等设施进一步的实现固液分离,处理池底部的沉渣抽至污泥浓缩池进行浓缩。这种混凝法在冶炼废水的处理中起到了很大的作用[8]。但是它的不足之处有:⑴、经过混凝法反应后,废水中的上清液还要经过多级沉降池、污泥浓缩池等大型设施,因此占地面积大、工艺流程较长,工人劳动强度高,不易管理,而且会出现沉降不彻底、污染物超标的情况。⑵、混凝法需要投加较多的混凝剂,经常性运行费用较高,沉渣量大,投加的药剂长期使用可能带来二次环境污染。
    但是戈尔膜过滤技术的应用,可以解决化学混凝法带来的不足,而且不需要投加混凝剂。运用膜过滤技术处理冶炼废水的工艺流程主要有:废水化学法处理,膜过滤进行固液分离,把废水中的固体小颗粒、悬浮物、重金属沉淀物等物质分离开,过滤后的清液经过活性炭吸附系统回收其中所含的微量溶解态黄金,然后清液回生产系统循环使用。过滤的低流(滤渣)用压滤机压滤,压滤出的浑浊液重新进戈尔膜过滤,滤饼进行有价金属回收或无害化处理(填埋)。戈尔膜过滤技术应用后,冶炼废水处理的工艺流程如图3所示。
     
    3 ·戈尔膜过滤技术的优缺点
    3.1 戈尔膜过滤技术的优点
    (1)出水水质优。过滤出水悬浮物≤10mg·L-1,出水透明无色,且能保证长期稳定出水,过滤出的清水稳定达标,清水中各个污染物的分析检测结果如表2所示。从表2的检测结果可以看出:经过化学法处理与戈尔膜过滤后,清水中污染物的含量低于国家污水综合排放一级标准(GB8979-1996)。特别是清水中的悬浮物(SS)含量很低,充分体现了戈尔膜在固液分离方面的优良性能。

    (2)过滤压力低,过滤范围广泛。过滤系统运行3 个月后,压力仍然会稳定在0.02~0.03Mpa 之间;因此,平均4~5 个月才对膜进行化学清洗1 次。而且被过滤液体中的固体含量从20ppm(0.002%)到100000ppm(10%)均可被有效去除且滤液清澈[9]。
    (3)过滤通量大、过滤精度高。每套设备平均过滤能力为16 吨/h,而且过滤膜可以把废水中大于0.5 微米的固体颗粒全部分离出来,一次完成固液分离。虽然本流程中也用了压滤机,但是它的用途只是对滤渣做进一步脱水。
    (4)体积小、占地省。戈尔膜过滤系统的占地面积远小于其他相同处理量的传统过滤装置,尤其适用于场地小、设备改造等场合。
    (5)自动化程度高。过滤系统可在数秒内完成自动反清洗,反清洗压力仅需0.035Mpa,反清洗时无需排空过滤器,反清洗一结束,过滤系统从新进入过滤状态,整个过程由PLC 控制,自动循环进行过滤,直至把污水池里的水过滤完成。
    3.2 戈尔膜过滤技术的缺点
    (1)戈尔膜对废水中的菌藻类、油类、有机高分子物质适应性较差,这些物质会附着在戈尔膜上很难通过自动反冲洗脱落掉,从而影响膜的过滤通量[10]。有时甚至会出现膜的过滤压力迅速上升的情况,导致过滤无法正常进行。因此,在废水处理中,必须防止这类物质进入过滤系统或通过投加药剂除去这类物质。
    (2)戈尔膜是戈尔公司的专利产品,戈尔膜滤袋和气动挠性阀门都要依赖进口,因此价格比较高。这个缺点是制约戈尔膜过滤技术在水处理中更广泛应用的原因。但是需要说明的是:虽然戈尔薄膜滤袋和挠性阀门的价格比较贵,但是它们的总体价格还是小于药剂节省的费用,所以该工艺废水处理成本比传统工艺处理成本低。
    4· 膜过滤设备维护保养的主要措施
    使用膜过滤设备需要做好日常维护保养工作,通过勤检查、勤清洗,精细维护,可以延长戈尔膜滤袋和气动挠性阀的使用寿命。
    (1)当过滤膜的通量下降,过滤罐体压力上升至0.07Mpa时,要及时用酸、碱液对薄膜滤袋进行清洗。以使过滤膜在良性条件下运行,延长薄膜的使用寿命。
    (2)尽量减少拆卸过滤元件的次数,拆卸时要精心操作,避免过滤薄膜被碰伤、刮伤,个别过滤薄膜破损时可用玻璃胶进行局部修补后使用,只有当过滤效果不能满足工艺指标要求时,才对薄膜滤袋进行更换。
    (3)由于压力过高会缩短挠性阀的使用寿命,所以要选用最小的空气压力来操作阀门,关闭阀门的空气压力只要大于管道内介质压力的0.35Mpa就够了[9]。同时,还要根据生产情况,将戈尔膜过滤系统由连续操作改为间歇操作,减少挠性阀开停次数,可延长阀门使用寿命,减少阀门费用。
    (4)过滤系统停机或检修时,薄膜滤袋要保持湿润。浸泡薄膜滤袋的水不能含有菌藻类。如果长期(夏天48小时,冬天72小时以上)停机时,应将过滤罐体内的废水全部排放,用清水浸泡,并需在清水中加入少量的漂白粉或其它含有ClO-的物质,以阻止浸泡液中菌藻类物质的生成。
    5· 结语
    (1)采用戈尔膜过滤技术处理该厂的冶炼废水是成功的,处理后水中剩余污染物浓度完全符合国家污水综合排放一级标准的要求;膜过滤系统运行稳定,过滤通量大,膜不容易被污堵,平均4~5 个月才需要对膜进行化学清洗1 次。
    (2)戈尔膜过滤出的水质量优于传统废水处理工艺,过滤出的水透明无色,悬浮物含量很低(小于10mg·L),非常有利于废水回生产系统循环使用。
    (3)戈尔膜过滤技术在冶炼废水处理中应用具有处理效果好工艺流程短、占地面积小、自动化程度高、劳动强度小、药剂费用节省等优点,为冶炼废水的处理提供了一条新的途径,值得在冶炼废水处理中应用和推广。
参考文献
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[2]韩新萍. 硫泡沫回收系统改造浅析[J]. 科技情报开发与经济, 2008, 18(7): 146-148.
[3]汪满清. 戈尔膜过滤技术治理冶炼烟气制酸产生的污酸污水[J]. 中国有色冶金, 2005, 2(1): 45-47.
[4]杨红梅, 宋维君. 浅谈盐湖工程开发过程的膜分离工艺技术[J]. 盐业与化工, 2007, 36(5): 34-36.
[5]高生军, 宋绍富. 戈尔膜过滤器在采油废水处理中的应用[J]. 油气田环境保护, 2008, 18(1): 47-48.
[6]张文星. 用戈尔过滤技术处理磷复肥厂酸性废水[J].工业水处理, 2002, 22(9): 56-57.
[7]殷厚义, 仇志义. 戈尔膜的改进及戈尔新膜的应用[J].氯碱工业, 2009, 45(8): 9-10.
[8]赵由才, 牛冬杰. 湿法冶金污染控制技术[J]. 北京:冶金工业出版社, 2003: 139-146.
[9]美国戈尔公司. 戈尔薄膜液体过滤器用户手册. 2012.
[10]王毅. 膜过滤技术在含煤废水处理中应用的探讨[J].陕西电力, 2010(9): 6-8.


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