鈾多金屬礦選冶廢水處理新工藝

楊　飛，劉　勇，劉　猛，陳　果

(1.廣東省礦產應用研究所，廣東 韶關　512026;2.國土資源部放射性與稀有稀散礦產綜合利用重點實驗室，廣東 韶關　512026)

隨著我國工業的不斷發展，人們的居住環境也日益惡化，國家對工業廢水污染的危害性也日益重視。工業廢水污染主要包括含鹽廢水及含有機物廢水污染；含鹽廢水主要包括含鹽工業廢水、含鹽生活污水和其他含鹽廢水等[1]。隨著工農業各行業的飛速發展和人民生活水平的不斷提高，各種工業及日常生活中產生的含鹽廢水不斷增多，含鹽廢水的排放量正日益增加，對普通污水處理系統和自然水體造成了很大的環境壓力。含鹽廢水處理方法有蒸餾、分步沉淀等傳統物化處理法[2-3]，好氧顆粒污泥、生物濾池等生物處理法[4-7]，也有物化-生化組合處理方法[8-9]。隨著膜工藝技術的逐步提高，含鹽廢水的膜分離處理方法正受到越來越多的關注[10-15]。

合成膜是一種功能高分子，用它分離物質時，一般沒有相變問題。合成膜種類眾多，按過程分有微濾、超濾、反滲透、電滲析、滲透蒸發、膜蒸餾和氣體分離等膜[16]。微濾膜一般指過濾孔徑在0.1～1μm之間的過濾膜， 微濾膜能截留0.1～1μm之間的顆粒。微濾膜允許大分子和溶解性固體(無機鹽)等通過，但會截留懸浮物，細菌，及大分子量膠體等物質，其分離機理主要是篩分截留。超濾膜是一種孔徑規格一致，額定孔徑范圍為0.01～0.2μm的一種微孔過濾膜，是介于微濾膜及納濾膜之間的一種壓力驅動膜，分離分子量大于500道爾頓(原子質量單位)、粒徑大于10nm的顆粒。納濾膜：孔徑在1nm以上，一般1～2nm，是允許溶劑分子或某些低分子量溶質或低價離子透過的一種功能性的半透膜，在水軟化、有機低分子的分級濃縮、有機物的除鹽凈化和濃縮等方面有獨特的優點和明顯的節能效果[17]。電滲析：在電場作用下進行滲析時，溶液中的帶電的溶質粒子(如離子)通過膜而遷移的現象稱為電滲析，在電解質水溶液中，陽膜允許陽離子透過而排斥阻擋陰離子，陰膜允許陰離子透過而排斥阻擋陽離子，這就是離子交換膜的選擇透過性。

本論文以某鈾多金屬礦選冶廢水為研究對象，針對不同合成膜的特性，采用不同的前期處理方式及預處理方法，有針對性的處理鈾多金屬礦選冶廢水中的有害物質，從而達到鈾多金屬礦選冶廢水處理回收利用。

1　實驗和方法

主要實驗流程如圖1所示，主要步驟包括：pH調節沉淀預處理、微濾膜截留大分子有機物預處理、超濾膜降COD處理、納濾膜深度除COD及陰陽離子、電滲析濃縮凈化處理等。

圖1試驗原則流程圖

1.1　實驗裝置

微濾膜采用國產平板陶瓷膜，過濾精度為0.5～1.0μm。

超濾膜采用海德能中控纖維超濾膜，過濾精度為0.01～0.20μm。

納濾膜采用海德能卷式納濾膜，過濾精度為1～2nm。

電滲析膜采用國產均相離子交換膜，均相膜具有離子選擇透過性高、電阻低、穩定性優異、耐強酸強堿、濃縮效率高的特點。

1.2　實驗原料

采用某鈾多金屬礦選冶廢水，水溶液質量濃度范圍10000～20000mg/L，其具體成分如表1。

表1　鈾多金屬礦選冶廢水成分表(單位:mg/L)

1.3　實驗內容

實驗內容包括以下：

1.4　實驗過程

1.4.1pH調節、微濾膜前期預處理

表2　pH調節、微濾膜前期預處理結果(單位mg/L)

1.4.2超濾膜降COD

超濾膜預處理原理上是根據其孔徑比微濾膜更小，而達到對大分子有機物的阻透效果，微濾膜孔徑在0.1～1μm之間，而超濾膜孔徑只有其十分之一，達到0.01～0.2μm之間；在此孔徑下，大部分大分子有機物不可通過，其除COD效果比微濾膜更好，其具體COD處理效果如表3所示。

表3　超濾膜降COD處理效果(單位mg/L)

根據結果顯示：溶液中COD經超濾膜預處理，COD從處理前的238mg/L ，下降到處理后的68mg/L，在此過程中COD可去除近71%，而其它陰陽離子在此過程中幾乎無下降的趨勢。

1.4.3納濾膜深度除COD及陰陽離子

納濾膜孔徑一般在1～2nm之間，可截留相對分子量200～300以上的無機及有機低分子物，對無機及有機低分子物有明顯的截留效果，其COD去除效果十分好；同時，對重金屬陽離子及其它酸根陰離子也有明顯的去除效果，其結果如表4。

表4　納濾膜深度除COD及陰陽離子(單位mg/L)

結果顯示：COD去除率大于99%；其它重金屬離子及陰離子去除率也達96%以上，去除效果明顯，經納濾膜處理后的廢水已達到廢水回用及排放標準。

1.4.4電滲析濃縮凈化處理

電滲析處理是利用半滲透膜的選擇性來控制陰陽離子的遷移方向，從而達到廢水的濃縮和凈化，電滲析膜對微量的有機物有很好的去除效果，并對陰陽離子可進行濃縮凈化，其處理效果見表5。

表5　電滲析濃縮凈化處理效果(單位mg/L)

結果顯示：經電滲析濃縮凈化處理后，COD含量可降至1.8mg/L其它重金屬離子和陰離子含量可達到純凈水的標準，處理效果明顯。

2　結論

本論文采用微濾膜、超濾膜、納濾膜以及電滲析膜對鈾多金屬礦選冶廢水進行凈化處理，可使原廢水的有機物COD含量從最初的450mg/L降至1.8mg/L，COD去除率可達99%以上；廢水中重金屬離子及酸根陰離子從原廢水最初的近10000mg/L降至10mg/L以下，從而達到鈾多金屬礦選冶廢水的回用及合格排放，進一步凈化可達到純凈水的標準；本論文采用的廢水處理工藝流程簡潔有效；處理過程無瓶頸之處，可實現工業化大規模的廢水處理，并且處理成本極低。