电渗析处理石煤提钒废水

摘 要：采用循环式电渗析器处理石煤提钒过程中产生的大量高盐度、富含重金属的酸性废水。结果表明：在不 同电压条件下，淡水箱中的盐度在脱盐开始时变化显著，随着脱盐的进行，盐度变化逐渐趋于平缓；55 V 时的平 均脱盐速率为19.84 mg/(L·s)，约为25V 时脱盐速率的3 倍；电流随时间都表现出先上升再下降的变化趋势，55 V 时的单位能耗为25 V 时的2 倍。脱盐过程中，阴离子的脱除顺序为Cl−、SO4 2−。试验中单台循环式电渗析的最大 淡水产率为78%，淡水可回收用于工业生产或排放。
  关键词：电渗析；高盐废水；钒；石煤
  石煤是我国特有的一种含钒资源。据统计，我国 南方7 省含钒石煤中V2O5 的储量达1.197 9 亿吨，是 国内钒钛磁铁矿中V2O5 的7 倍，比其它国家V2O5 的 地质总储量还多。随着钢铁、化工等行业对钒的需 求逐年上升，利用石煤提取钒在我国正日益受到重 视。由于钒在石煤中特殊的赋存状态，大部分石煤 需经加盐焙烧才能保证钒具有较高的产率和回收率， 但加盐焙烧工艺带来的主要问题就是会产生大量高盐 度废水。大量随意排放这种高盐度、高矿化度水体会 给环境造成很大的危害。高含盐水体能加速电化学 反应，严重腐蚀、损害生产设备；如排入农田，由于 其含盐量大大高于农田灌溉用水标准[6]，可造成土地 盐渍化、土壤板结、农作物烂死，给生态环境和当地 居民的生活以及工农业生产带来严重的负面影响。因此，对高盐废水进行综合处理，实现该类水体的二次 利用或无害排放对于我国石煤资源的环境友好型开发 利用具有重要的意义。 高盐废水的处理方法目前主要分为膜法和热法两 大类，膜法由于能耗低、投资小和操作简单等优点在 其中占主导地位。反渗透和电渗析是目前应用最为 广泛的膜法脱盐技术，但前者存在着对水质要求较高、 淡水产率低、膜易结垢等缺点[9]，而电渗析技术在这 些方面具有较大的优势。因此，本文作者主要研究电 渗析器对石煤提钒废水的处理，以期推动电渗析器在 该类废水处理中的应用。
  1实验
  1.1 试验仪器和方法
  研究所用的循环式电渗析装置如图1 所示。膜堆 组装方式为一级二段式，采用钛涂钌电极，阴阳膜采 用国产某新型异相离子交换膜，膜面积为160 mm× 520 mm，膜对数为50，湿阳膜厚约0.90 mm，湿阴膜 厚约0.88 mm，隔板厚为1 mm。废水阳离子含量用电 感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES，Perkin- Elmer) 测定； 阴离子含量用离子色谱(DIONEX® ICS-1500) 测定；悬浮固体(SS)和化学需氧量(COD) 的测定据《水和废水监测分析方法》[10]；pH 值用精 密pH 仪(上海精科 PHS-3C)测定；电导用电导率仪(上 海精科DDS-307A)测定；溶液盐度通过电导−盐度标 准曲线换算得到。
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  2 结果与分析
  3 结论
  1) 石煤提钒废水的重金属离子浓度、SS 含量和 盐度较高，利用石灰−纯碱−混凝沉淀法对进行预处理 后，可有效除去其中的重金属离子和SS，但对去除盐 度没有效果。经石灰−纯碱−混凝沉淀法预处理后的废 水可以满足电渗析的进水要求。
  2) 电渗析脱盐过程中，在不同的电压条件下，淡 水箱盐度呈单调下降的趋势，且盐度在脱盐开始时下 降明显，随着脱盐的进行，盐度变化逐渐趋于稳定； 电流随时间呈现出先升高后降低的特征；25 V 时的单 位能耗约为55 V 时的50%，但平均脱盐速率却只有 55 V 条件下的33%。
  3) 不同电压条件下，Cl−浓度在脱盐初期变化显 著，随着脱盐进行而逐渐趋于稳定，SO4 2−浓度开始变 化较小，在脱盐中期变化明显，最后与Cl−一样趋于 稳定。阴离子的脱除顺序为Cl−、SO4 2−。淡水箱的pH 值随时间不断降低，到脱盐终点时pH 从10.12 下降到 9 左右。本研究中单台电渗析的最大淡水产率为78%， 淡水可回用于工业生产或排放。

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