一種低濃度磷酸廢液的濃縮方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及工業廢水處理領域，具體說是一種低濃度磷酸廢液的濃縮方法。尤指采用兩級膜蒸餾技術處理低濃度磷酸廢液的濃縮方法。
【背景技術】
[0002]磷酸被廣泛用于鋼鐵、冶金、石化等行業中，其使用過程中會排放含大量廢磷酸的廢液(磷酸廢液)，這類廢液的直接排放不僅造成嚴重的環境污染，而且造成極大的資源浪費。磷是評價水質的重要指標。當水體中磷的質量濃度超過0.01mg/L時，就可能引起水的富營養化。
[0003]現有磷酸廢液的處理方法主要有生物處理法和化學處理法。生物處理法處理周期長、設施占地面積大、投資大，并且不能回收利用廢液中的磷酸；化學處理法主要采用電石渣、石灰等物質進行中和，中和過程中產生大量磷酸鹽等泥渣，也不能回收利用廢液中的磷酸，浪費大量資源。因此，回收利用廢液中的磷酸在經濟和環境方面均具有重大意義。
[0004]現有技術中，常用的回收工藝有擴散滲析、電滲析、離子交換、萃取等，但是這些過程中常產生稀酸溶液，在回收再利用之前，這些稀酸溶液必須經過濃縮才能達到回用所需濃度。目前工業上濃縮磷酸的方法主要是高溫濃縮和真空蒸發濃縮。這些濃縮過程能耗高，設備體積大，投資大，并且易產生夾帶等現象。
[0005]膜蒸餾(MD)技術是將膜技術與蒸餾技術結合起來的一種新型分離技術，它是采用微孔疏水膜，以膜兩側蒸汽壓差為驅動力的一種新型膜分離過程。膜蒸餾的過程推動力是膜兩側的蒸汽壓差，較高蒸汽壓側的水蒸汽和其他揮發性組分的蒸汽分子透過膜孔向低蒸汽壓側擴散，并在低蒸汽壓側冷凝，形成產水，從而達到分離或濃縮目的。膜蒸餾的優勢主要是:產水水質好，回收率高，可利用工業廢熱。膜蒸餾和多效蒸發相比:膜蒸餾可以低溫操作，產水水質更好，蒸餾效率更高，不存在蒸發塔的結垢和腐蝕問題，設備造價也比常規蒸餾塔低。
[0006]中國專利CN103011460A涉及一種含金屬鹽廢磷酸的除磷工藝，采用石灰中和+初步過濾+陰離子交換的工藝流程。本專利的方法能夠有效去除磷酸廢液中的磷，使其轉變成磷酸鹽沉淀。經過本專利處理后的磷酸廢液，廢液中的磷含量達到國家排放標準。本專利并不涉及磷酸廢液中磷的回收問題，僅是將磷酸廢液處理達標排放。
[0007]中國專利CN101254966A涉及一種磷酸廢液的回收方法，采用過濾+離子交換+真空蒸發的工藝流程。采用本專利，磷酸廢液經過普通過濾后，進入離子交換柱進行離子交換，經過離子交換后的磷酸溶液進行真空蒸發，通過真空蒸發，磷酸溶液中的大部分或全部水分被去除排放到大氣中。本專利涉及的方法適用于濃度較低的磷酸廢液處理。
【發明內容】
[0008]針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種低濃度磷酸廢液的濃縮方法，所述低濃度磷酸廢液為較純凈的稀磷酸廢液，因其濃度相對較低，不能直接回用，必須經過濃縮處理后才能回用。本發明采用兩級膜蒸餾的方法處理所述低濃度磷酸廢液，經過兩級膜蒸餾處理后得到滿足回用濃度的純凈磷酸溶液，可直接回用于生產工藝。
[0009]為達到以上目的，本發明采取的技術方案是:
[0010]一種低濃度磷酸廢液的濃縮方法，其特征在于:采用兩級膜蒸餾技術對低濃度磷酸廢液進行濃縮處理。
[0011]在上述技術方案的基礎上，所述低濃度磷酸廢液為較純凈的稀磷酸廢液，所述較純凈指磷酸廢液中不含或含有極少量其他雜質離子。
[0012]在上述技術方案的基礎上，所述低濃度磷酸廢液的質量濃度范圍為5%?10%。
[0013]在上述技術方案的基礎上，具體步驟為:
[0014]一級膜蒸餾:首先，所述低濃度磷酸廢液進入一級膜蒸餾單元進行濃縮處理，經過一級膜蒸餾單元濃縮處理后，一級膜蒸餾單元的截留液即為經過一級濃縮后的磷酸廢液；
[0015]二級膜蒸餾:所述經過一級濃縮后的磷酸廢液進入二級膜蒸餾單元進一步進行濃縮處理，經過二級膜蒸餾單元濃縮處理，將經過一級濃縮后的磷酸廢液經過二級再次濃縮到回用的濃度，二級膜蒸餾單元的截留液即為滿足回用濃度的純凈磷酸溶液，可回用于生產工藝；
[0016]在上述濃縮過程中，一級膜蒸餾單元和二級膜蒸餾單元產生的膜蒸餾產水混合處理回收利用或直接排放。
[0017]在上述技術方案的基礎上，所述低濃度磷酸廢液達到一定溫度后，作為進料液泵入一級膜蒸餾單元進行濃縮處理，經過一級膜蒸餾單元濃縮處理后，如果一級膜蒸餾單元的截留液達不到設定濃度，則一級膜蒸餾單元的截留液與進料液混合后，再次返回到一級膜蒸餾單元進行濃縮處理，如果一級膜蒸餾單元的截留液達到設定濃度，則一級膜蒸餾單元的截留液作為經過一級濃縮后的磷酸廢液泵入二級膜蒸餾單元進一步進行濃縮處理。
[0018]在上述技術方案的基礎上，具有一定溫度的經過一級濃縮后的磷酸廢液，泵入二級膜蒸餾單元進行濃縮處理，經過二級膜蒸餾單元濃縮處理后，如果二級膜蒸餾單元的截留液達不到設定濃度，則二級膜蒸餾單元的截留液與經過一級濃縮后的磷酸廢液混合后，再次返回到二級膜蒸餾單元進行濃縮處理，如果二級膜蒸餾單元的截留液達到設定濃度，則二級膜蒸餾單元的截留液作為滿足回用濃度的純凈磷酸溶液回收利用。
[0019]在上述技術方案的基礎上，所述低濃度磷酸廢液采用加熱方式加熱到67?85°C。
[0020]在上述技術方案的基礎上，采用塑料換熱器I和二級膜蒸餾單元的截留液換熱將低濃度磷酸廢液加熱到67?85°C。
[0021]在上述技術方案的基礎上，一級膜蒸餾的設定濃度按質量濃度計為30%?40%。
[0022]在上述技術方案的基礎上，二級膜蒸餾的設定濃度按質量濃度計為大于等于50%。
[0023]在上述技術方案的基礎上，一級膜蒸餾單元和二級膜蒸餾單元的膜蒸餾均采用內壓式真空膜蒸餾；
[0024]內壓式真空膜蒸餾的操作條件為:一級膜蒸餾膜面流速0.1?0.6m/s，二級膜蒸餾膜面流速0.5?1.0m/s, 一級膜蒸餾和二級膜蒸餾的冷側真空度均為-0.075 ?-0.095MPa。
[0025]在上述技術方案的基礎上，一級膜蒸餾單元和二級膜蒸餾單元的膜蒸餾組件形式為板式、中空纖維式或管式；
[0026]所述膜蒸餾組件的膜材料為聚四氟乙烯，膜蒸餾組件為一組或多組串聯或并聯；
[0027]所述膜蒸餾組件的膜孔徑為0.1?0.3 μ m。
[0028]本發明所述的低濃度磷酸廢液的濃縮方法，所述低濃度磷酸廢液為較純凈的稀磷酸廢液，對其采用兩級膜蒸餾的方法處理，回收其中的磷酸，在節省資源的同時，保護了自然生態環境。本發明所述的方法，可以用于處理各行業生產過程中產生的較純凈的稀磷酸廢液。
[0029]本發明所述的低濃度磷酸廢液的濃縮方法，具有以下有益效果:
[0030]1、本發明采用兩級膜蒸餾技術處理較為純凈的稀磷酸廢液，在最大限度回收廢液中磷酸的同時，還回收了磷酸廢液中的水資源，解決了磷酸廢液的處理、排放和回收問題；
[0031]2、本發明采用兩級膜蒸餾過程處理磷酸廢液的優勢在于，通過采用兩級膜蒸餾過程完成不同磷酸廢液濃度范圍的濃縮，有效減緩了兩級膜蒸餾過程的膜污染，延長了兩級膜蒸餾過程的穩定運行周期；
[0032]3、本發明中的膜蒸餾過程不需要外加壓力或外壓壓力很小，方法簡單易行，容易操作；
[0033]4、本發明中的膜蒸餾過程中的膜污染較輕，延長了膜蒸餾過程的連續穩定運行時間；
[0034]5、本發明中的膜蒸餾裝置采用塑料管路，換熱器采用聚四氟乙烯塑料換熱器，有效避免了磷