一种低浓度磷酸废液的浓缩方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及工业废水处理领域，具体说是一种低浓度磷酸废液的浓缩方法。尤指采用两级膜蒸馏技术处理低浓度磷酸废液的浓缩方法。
【背景技术】
[0002]磷酸被广泛用于钢铁、冶金、石化等行业中，其使用过程中会排放含大量废磷酸的废液(磷酸废液)，这类废液的直接排放不仅造成严重的环境污染，而且造成极大的资源浪费。磷是评价水质的重要指标。当水体中磷的质量浓度超过0.01mg/L时，就可能引起水的富营养化。
[0003]现有磷酸废液的处理方法主要有生物处理法和化学处理法。生物处理法处理周期长、设施占地面积大、投资大，并且不能回收利用废液中的磷酸；化学处理法主要采用电石渣、石灰等物质进行中和，中和过程中产生大量磷酸盐等泥渣，也不能回收利用废液中的磷酸，浪费大量资源。因此，回收利用废液中的磷酸在经济和环境方面均具有重大意义。
[0004]现有技术中，常用的回收工艺有扩散渗析、电渗析、离子交换、萃取等，但是这些过程中常产生稀酸溶液，在回收再利用之前，这些稀酸溶液必须经过浓缩才能达到回用所需浓度。目前工业上浓缩磷酸的方法主要是高温浓缩和真空蒸发浓缩。这些浓缩过程能耗高，设备体积大，投资大，并且易产生夹带等现象。
[0005]膜蒸馏(MD)技术是将膜技术与蒸馏技术结合起来的一种新型分离技术，它是采用微孔疏水膜，以膜两侧蒸汽压差为驱动力的一种新型膜分离过程。膜蒸馏的过程推动力是膜两侧的蒸汽压差，较高蒸汽压侧的水蒸汽和其他挥发性组分的蒸汽分子透过膜孔向低蒸汽压侧扩散，并在低蒸汽压侧冷凝，形成产水，从而达到分离或浓缩目的。膜蒸馏的优势主要是:产水水质好，回收率高，可利用工业废热。膜蒸馏和多效蒸发相比:膜蒸馏可以低温操作，产水水质更好，蒸馏效率更高，不存在蒸发塔的结垢和腐蚀问题，设备造价也比常规蒸馏塔低。
[0006]中国专利CN103011460A涉及一种含金属盐废磷酸的除磷工艺，采用石灰中和+初步过滤+阴离子交换的工艺流程。本专利的方法能够有效去除磷酸废液中的磷，使其转变成磷酸盐沉淀。经过本专利处理后的磷酸废液，废液中的磷含量达到国家排放标准。本专利并不涉及磷酸废液中磷的回收问题，仅是将磷酸废液处理达标排放。
[0007]中国专利CN101254966A涉及一种磷酸废液的回收方法，采用过滤+离子交换+真空蒸发的工艺流程。采用本专利，磷酸废液经过普通过滤后，进入离子交换柱进行离子交换，经过离子交换后的磷酸溶液进行真空蒸发，通过真空蒸发，磷酸溶液中的大部分或全部水分被去除排放到大气中。本专利涉及的方法适用于浓度较低的磷酸废液处理。
【发明内容】
[0008]针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种低浓度磷酸废液的浓缩方法，所述低浓度磷酸废液为较纯净的稀磷酸废液，因其浓度相对较低，不能直接回用，必须经过浓缩处理后才能回用。本发明采用两级膜蒸馏的方法处理所述低浓度磷酸废液，经过两级膜蒸馏处理后得到满足回用浓度的纯净磷酸溶液，可直接回用于生产工艺。
[0009]为达到以上目的，本发明采取的技术方案是:
[0010]一种低浓度磷酸废液的浓缩方法，其特征在于:采用两级膜蒸馏技术对低浓度磷酸废液进行浓缩处理。
[0011]在上述技术方案的基础上，所述低浓度磷酸废液为较纯净的稀磷酸废液，所述较纯净指磷酸废液中不含或含有极少量其他杂质离子。
[0012]在上述技术方案的基础上，所述低浓度磷酸废液的质量浓度范围为5%?10%。
[0013]在上述技术方案的基础上，具体步骤为:
[0014]一级膜蒸馏:首先，所述低浓度磷酸废液进入一级膜蒸馏单元进行浓缩处理，经过一级膜蒸馏单元浓缩处理后，一级膜蒸馏单元的截留液即为经过一级浓缩后的磷酸废液；
[0015]二级膜蒸馏:所述经过一级浓缩后的磷酸废液进入二级膜蒸馏单元进一步进行浓缩处理，经过二级膜蒸馏单元浓缩处理，将经过一级浓缩后的磷酸废液经过二级再次浓缩到回用的浓度，二级膜蒸馏单元的截留液即为满足回用浓度的纯净磷酸溶液，可回用于生产工艺；
[0016]在上述浓缩过程中，一级膜蒸馏单元和二级膜蒸馏单元产生的膜蒸馏产水混合处理回收利用或直接排放。
[0017]在上述技术方案的基础上，所述低浓度磷酸废液达到一定温度后，作为进料液泵入一级膜蒸馏单元进行浓缩处理，经过一级膜蒸馏单元浓缩处理后，如果一级膜蒸馏单元的截留液达不到设定浓度，则一级膜蒸馏单元的截留液与进料液混合后，再次返回到一级膜蒸馏单元进行浓缩处理，如果一级膜蒸馏单元的截留液达到设定浓度，则一级膜蒸馏单元的截留液作为经过一级浓缩后的磷酸废液泵入二级膜蒸馏单元进一步进行浓缩处理。
[0018]在上述技术方案的基础上，具有一定温度的经过一级浓缩后的磷酸废液，泵入二级膜蒸馏单元进行浓缩处理，经过二级膜蒸馏单元浓缩处理后，如果二级膜蒸馏单元的截留液达不到设定浓度，则二级膜蒸馏单元的截留液与经过一级浓缩后的磷酸废液混合后，再次返回到二级膜蒸馏单元进行浓缩处理，如果二级膜蒸馏单元的截留液达到设定浓度，则二级膜蒸馏单元的截留液作为满足回用浓度的纯净磷酸溶液回收利用。
[0019]在上述技术方案的基础上，所述低浓度磷酸废液采用加热方式加热到67?85°C。
[0020]在上述技术方案的基础上，采用塑料换热器I和二级膜蒸馏单元的截留液换热将低浓度磷酸废液加热到67?85°C。
[0021]在上述技术方案的基础上，一级膜蒸馏的设定浓度按质量浓度计为30%?40%。
[0022]在上述技术方案的基础上，二级膜蒸馏的设定浓度按质量浓度计为大于等于50%。
[0023]在上述技术方案的基础上，一级膜蒸馏单元和二级膜蒸馏单元的膜蒸馏均采用内压式真空膜蒸馏；
[0024]内压式真空膜蒸馏的操作条件为:一级膜蒸馏膜面流速0.1?0.6m/s，二级膜蒸馏膜面流速0.5?1.0m/s, 一级膜蒸馏和二级膜蒸馏的冷侧真空度均为-0.075 ?-0.095MPa。
[0025]在上述技术方案的基础上，一级膜蒸馏单元和二级膜蒸馏单元的膜蒸馏组件形式为板式、中空纤维式或管式；
[0026]所述膜蒸馏组件的膜材料为聚四氟乙烯，膜蒸馏组件为一组或多组串联或并联；
[0027]所述膜蒸馏组件的膜孔径为0.1?0.3 μ m。
[0028]本发明所述的低浓度磷酸废液的浓缩方法，所述低浓度磷酸废液为较纯净的稀磷酸废液，对其采用两级膜蒸馏的方法处理，回收其中的磷酸，在节省资源的同时，保护了自然生态环境。本发明所述的方法，可以用于处理各行业生产过程中产生的较纯净的稀磷酸废液。
[0029]本发明所述的低浓度磷酸废液的浓缩方法，具有以下有益效果:
[0030]1、本发明采用两级膜蒸馏技术处理较为纯净的稀磷酸废液，在最大限度回收废液中磷酸的同时，还回收了磷酸废液中的水资源，解决了磷酸废液的处理、排放和回收问题；
[0031]2、本发明采用两级膜蒸馏过程处理磷酸废液的优势在于，通过采用两级膜蒸馏过程完成不同磷酸废液浓度范围的浓缩，有效减缓了两级膜蒸馏过程的膜污染，延长了两级膜蒸馏过程的稳定运行周期；
[0032]3、本发明中的膜蒸馏过程不需要外加压力或外压压力很小，方法简单易行，容易操作；
[0033]4、本发明中的膜蒸馏过程中的膜污染较轻，延长了膜蒸馏过程的连续稳定运行时间；
[0034]5、本发明中的膜蒸馏装置采用塑料管路，换热器采用聚四氟乙烯塑料换热器，有效避免了磷