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摘要：氨氮废水已严重制约了稀土行业的可持续发展，概述了氨氮废水处理的现状，对稀土产业氨氮废水的处理工艺进行了研究。
关键词：稀土氨氮废水；处理工艺
引言
我国稀土加工产业已形成包括采矿、选矿、分离、冶炼、加工为一体的产业链，该产业链中对环境污染最大的是冶炼环节。传统的离子型稀土冶炼分离工艺采用盐酸溶解碳酸稀土或氧化稀土矿石—氨皂化萃取分离—酸反萃取—碳酸氢铵或草酸沉淀得单一稀土氧化物工艺，在冶炼、萃取分离生产过程中会使用大量酸、碱、萃取剂等，排放废水中的首要污染物是酸和氨氮。按目前行业平均指标，每处理１t南 方离子型稀土矿石（92％ＲＥＯ），将消耗1～1.2ｔ液氨，相应地产生大量含酸和氨的废水。针对各种废水，可采用清浊分流、分类处理、综合回收等工艺实现减排及资源回收，但由于废水中存在的大多是强腐蚀性化学物质，在设备、仪器、管道的选材上有一定难度，工艺建设投资非常大，治理成本较高，运行费用也很高。
1稀土氨氮废水来源及主要成分分析
稀土工业在大规模的建设、生产和冶炼过程中产生了大量的“三废”，其中氨氮废水是稀土生产过程中产生的最主要废水，如不经处理排放，会严重污染周边环境。稀土冶炼氨氮废水主要来源于稀土冶炼过程中的氨法中和、稀土碳酸氢氨沉淀和稀土萃取分离工艺有机萃取剂皂化，主要是指稀土生产中的稀土精矿焙烧尾气喷淋产生的酸性废水、碳酸稀土生产产生的硫铵废水和稀土分离产生的氯化铵废水，其废水量占稀土湿法生产企业废水的60 %～70 %，这 3 种废水是制约稀土行业能否持续、健康发展的主要因素，目前生产碳酸稀土产生的硫铵废水已在风化壳淋积型稀土矿浸取过程中得到了循环利用，现在氨氮废水处理的难题就在于稀土萃取分离时产生的氨氮废水治理。
国内外稀土分离常用的工艺为溶剂萃取法，该工艺需使用大量的盐酸、液氮、草酸、碳酸氢铵等化工原料及各种稀土有机萃取剂，稀土分离在为人类提供各种稀土产品的同时，也给环境带来大量的各种废水，特别是氨氮废水，数量大、难处理、治理困难，对环境造成严重污染还浪费大量有用资源，是稀土湿法冶金行业的环保大问题。稀土分离时产生的废水有来自萃取分离的有机相反萃和捞余液，稀土氟化过程产生的氟化上清液及含氟草酸铵洗水，碳铵沉淀产生的上清液和洗水，草酸沉淀产生的上清液和洗水。经过各个工序之后要得到一定要求的产品，每个工序中添加的药剂不一样，所以各个过程中产生废水及性质也不一样，其中含氨废水主要是萃取过程中产生的萃余液，碳铵沉淀产生的上清液，以及碳铵洗水，这3种废水统称为稀土冶炼氨氮废水，是目前稀土冶炼废水处理难题。
2氨氮废水处理现状
2.1直接蒸发结晶法
采用直接加热蒸发的方式，将水以热水或蒸馏水的方式循环使用，铵盐以结晶方式回收，此方法只适用于含有铵盐比较高的废水，且废水中的杂质较少，以利于回收铵盐产品，消耗蒸汽的成本和产品价格相互抵消，目前工业上主要采用此方法。例如：包头和发稀土公司采用的三效蒸发处理氨氮废水装置，节约了蒸汽成本，实现了一定的经济效益。
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2.2沸石吸附法
沸石吸附法是指沸石离子交换废水中游离的氨（或铵离子），达到除去工业污水和生活污水中氨氮的目的。沸石是一种硅质的阳离子交换剂，成本低，pH影响其吸附能力。张晓丽等在研究沸石法去除废水中氨氮的实验研究中指出，沸石对非离子氨的吸附作用要强于与离子氨的离子交换作用。该法适用于中低浓度的氨氮废水（< 40mg/L），对于高浓度的氨氮废水，会因沸石再生频繁而造成操作困难。
2.3吹脱法
氨吹脱主要基于气液传质原理，通过调节 ph 值使NH4+转化为游离态 NH3，然后大量曝气促使水中NH3解吸向大气中转移，以达到去除氨氮的目的。氨吹脱主要受ph、气液比、温度等因素影响。黄海明、肖贤明等人通过实验研究表明：（a）ph、气液比和温度对氨氮的去除率都有显著的影响。试验发现最优吹脱工艺参数为：ph = 12，气液比为 3000～4000，温度在 35～ 45℃，此时经吹脱处理后出水残余氨氮浓度可控制在100 mg/L 以下。（b）不同初始氨氮浓度及水质特点对氨氮吹脱效果影响较小。（c）采用Ca（OH）2来调 ph 进行吹脱，虽然能获得相同的去除效果，但容易造成结垢，影响操作，因此不宜采用 Ca（OH）2。
2.4化学沉淀法
磷酸铵镁（ＭＡＰ）沉淀法是目前使用较多的化学沉淀法，其主要通过往氨氮废水中添加 Ｍｇ２＋和 ＰＯ４３－使其与 ＮＨ４＋生成 ＭｇＮＨ４ＰＯ４（ＭＡＰ）沉淀从而去除废水中的氨氮。ＭＡＰ化学沉淀法去除氨氮的效率较高，可达到90％以上，同时反应生成的沉淀可作为缓释肥料回收利用。但是这种方法在处理高浓度稀土氨氮废水时其成本较高。针对这个问题，王美荣等经过实验研究，提出了处理氨氮废水的“集成技术－闭路循环”方法，将沉淀产生的ＭＡＰ 进行焙烧，分解产生的固体 ＭｇＨＰＯ４（ＭＨＰ）可重新在氨氮废水处理中进行循环利用。这种方法降低了废水处理所需的药剂成本。与此同时，焙烧过程中产生的热蒸汽，经过冷凝，成为浓度约为10％的氨水。10％浓度的氨水能回用于稀土冶炼工艺的生产，使大量低浓度氨氮废水处理实现经济化、高效化。
2.5用循环冷却水系统脱氨
该法是利用稀土厂的现有设备－循环冷却水系统（冷却塔），为氨氮的转化提供了合适的水温、长的停留时间、巨大的填料表面积、充足的空气等优良条件，在冷却塔中，80%为硝化作用，10%为解吸作用，10%为微生物同化作用，三种作用同时进行，但以硝化作用为主。本法适宜处理低浓度的氨氮浓度废水，最佳操作条件：温度为25～40℃，停留时间为12.5 h，pH为7.0～8.2。该法最大优势是：循环冷却水系统兼用脱氨不需增加费用就可使废水处理达标，具有双重效益。缺点是必须定期对冷却塔进行清洗，提高换热效率。
2.6电渗析法
电渗析法属于膜分离法，其在正负电极之间交替排列阴、阳离子交换膜，用隔板将两者分隔开来，由此形成了两大系统———除盐系统和浓缩系统。接下来将装置连通直流电，在电位差的作用下，处理氨氮废水。但是电渗析法对进水的水质要求十分苛刻，技术含量相对较高，处理的辅助设施多，工艺流程长，此外，电渗析使用的设备投资较高。再者稀土冶炼工艺中产生的氨氮废水水量大、水质变化快，用电渗析法处理控制难度大，处理效果难以保证。
2.7液膜法
用液膜法处理氨氮废水，以膜两侧氨浓度差为推动力，从而使氨分子通过液膜表面，扩散迁移至膜相内侧，在膜相内侧发生解吸，从而将废水中的氨氮去除。经过液膜法处理的废水，在理论上氨氮浓度可达到零，满足国家的废水排放标准（＜15ｍg／Ｌ）。在使用液膜法处理氨氮废水时，微孔膜厚度一般比较薄，以保证较高通量，此时，在压差的作用下，微孔膜两侧的水相易发生渗漏，影响废水处理效果。
3结语
稀土氨氮废水处理采用单一方法进行处理时，处理后的出水很难达到排放标准，或运行成本过高，因此在氨氮废水处理时，可考虑采用组 合工艺以减少处理成本，增强处理效果，如：化学沉淀＋吹脱，吹脱＋吸附等。除此之外，对稀土工艺产生的大量氨氮废水进行处理的同时，要考虑氨氮副产品的回收利用，以抵消废水处理的成本，增强处理技术的可应用性。
参考文献
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[3]彭志强.房丹.洪玲.稀土冶炼废水治理研究进展[J]．湿法冶金.2015.34（2）：96-99．
论文作者:翁焕志
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第16期
论文发表时间:2017/11/22
标签：稀土论文; 废水论文; 废水处理论文; 工艺论文; 较高论文; 水中论文; 浓度论文; 《建筑学研究前沿》2017年第16期论文;