超濾作為預(yù)處理在納濾回用電鍍廢水中的應(yīng)用

羅強，黃瑞敏，周海濱，聶凌燕

（華南理工大學環(huán)境科學與工程學院，廣東 廣州 510006）

【三廢治理】

超濾作為預(yù)處理在納濾回用電鍍廢水中的應(yīng)用

羅強，黃瑞敏*，周海濱，聶凌燕

（華南理工大學環(huán)境科學與工程學院，廣東 廣州 510006）

以某電鍍廠經(jīng)化學沉淀處理后的排放水為研究對象研究了超濾預(yù)處理對納濾回用電鍍廢水的影響。結(jié)果表明：超濾預(yù)處理對納濾膜有良好的保護作用，提高了納濾膜通量達32.46%，增強了回用處理系統(tǒng)運行效率，降低了運行成本，并提高了最終出水水質(zhì)。

超濾；納濾；電鍍廢水；回用

1 前言

電鍍廢水重復(fù)利用率是電鍍行業(yè)清潔生產(chǎn)的一大重要衡量指標[1]。目前，電鍍廢水常規(guī)處理方法有化學沉淀法、氧化還原法和離子交換法等，但這些方法處理程度有限[2-3]，能滿足需要的只有納濾、反滲透膜法[4-5]。

目前，有關(guān)納濾膜的研究主要集中在對金屬離子的去除[6-7]、納濾膜最佳操作條件[8]、納濾膜分離原理[9]、納濾膜材料[10]等。納濾膜對進水水質(zhì)要求很高，否則將會污染膜材，縮短膜的使用壽命。因此，保護納濾、反滲透膜不被污染是解決納濾、反滲透膜長期穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。針對以上問題，本文對比考察了有無超濾預(yù)處理條件下的納濾膜處理電鍍廢水的運行效果，研究超濾作為納濾預(yù)處理的可行性。

2 實驗

2. 1 實驗用水

實驗廢水取自惠州某電鍍廠銅鎳廢水經(jīng)石灰、PAC混凝沉淀處理后的排放水，其中含有銅、鎳、有機物等污染物，其水質(zhì)指標如下：

2. 2 實驗方法

實驗規(guī)模 1 m3/h，進行兩組平行對比試驗：一組將原水直接用高壓泵泵入納濾系統(tǒng)；另一組用高壓泵泵入超濾系統(tǒng)，經(jīng)超濾預(yù)處理后，再用高壓泵泵入納濾系統(tǒng)?？疾靸山M平行試驗的膜通量及Cu2+、Ni2+、COD等污染物指標。實驗中納濾膜為海德能 HNF40-4040聚酰胺復(fù)合膜，超濾膜為海德能HUF10-160聚氯乙烯膜。

2. 3 分析方法

超濾運行壓力0.3 MPa，納濾運行壓力0.8 MPa，每天每隔6 h讀取余姚市振興流量儀表廠K3013型流量計數(shù)據(jù)，4組值取平均值即為膜通量，超濾、納濾膜每天沖洗一次。用重鉻酸鉀法測量COD；用二乙氨基–二硫代甲酸鈉萃取分光光度計法測量 Cu2+質(zhì)量濃度；Ni2+質(zhì)量濃度用丁二酮肟分光光度法測量；用便攜式電導(dǎo)儀法測量電導(dǎo)率；用便攜式濁度計測量濁度；懸浮物測量采用重量法[11]。

3 結(jié)果與討論

3. 1 膜通量

超濾預(yù)處理對納濾膜通量的影響如圖1所示。

圖1 超濾預(yù)處理對納濾膜通量的影響Figure 1 Effect of ultra-filtration pretreatment on membrane flux of nano-filtration

由圖1可知，無超濾預(yù)處理的納濾膜運行16 d后膜通量為30.96 L/(m2·h)，隨后膜通量急劇下降，30 d內(nèi)平均膜通量為31.22 L/(m2·h)；經(jīng)過超濾預(yù)處理的納濾膜運行25 d后膜通量為38.28 L/(m2·h)，隨后膜通量急劇下降，30 d內(nèi)平均膜通量為41.27 L/(m2·h)。對比可知，有超濾膜預(yù)處理的平均納濾膜通量比無超濾預(yù)處理的納濾膜通量高32.46%。另外，無超濾預(yù)處理的納濾膜通量急劇下降時間(16 d)遠遠早于經(jīng)超濾預(yù)處理的納濾膜通量下降時間(25 d)，因此，在一定程度上，采用超濾預(yù)處理可延緩納濾化學清洗時間。其原因可能為：電鍍廢水中的金屬離子、含鈣沉淀物、有機物及微生物等污染物覆蓋在納濾膜表面形成污垢，而簡單的清洗無法清洗掉該類結(jié)垢，長時間運行后將導(dǎo)致膜通量下降；經(jīng)超濾預(yù)處理后，超濾有效截留一部分大分子污染物，減少了納濾膜的負荷，延緩了納濾膜的膜通量急劇下降的時間，從而有效提高了納濾膜通量。

3. 2 出水水質(zhì)

連續(xù)運行裝置7 d，每日取水樣3次測量出水水質(zhì)，然后取平均值，有無超濾預(yù)處理時的出水水質(zhì)對比如圖2所示。由圖2可知，納濾膜在有超濾預(yù)處理時出水水質(zhì)各項指標均略微優(yōu)于無超濾預(yù)處理的納濾膜出水水質(zhì)。這是因為納濾膜截留物質(zhì)的大小約為1 nm，截留的有機物分子量為200 ～ 400；而超濾膜截留的顆粒和雜質(zhì)大小為3 ～ 100 nm，截留的有機物分子量介于1 000 ～ 100 000之間[12]，因此超濾膜能截留電鍍廢水中粒徑稍大的顆粒、雜質(zhì)及細菌，使出水達到納濾膜的進水要求，提高了納濾膜去除污染物效率，進而在一定程度上提高了納濾最終出水水質(zhì)。

圖2 超濾預(yù)處理對出水水質(zhì)的影響Figure 2 Effect of ultra-filtration pretreatment on effluent quality

3. 3 超濾去除污染物的情況

連續(xù)7 d分別取超濾、納濾的進水、出水水樣，檢測其水質(zhì)情況，各取3組并取平均值，結(jié)果如表1所示。

表1 污染物去除結(jié)果Table 1 Contaminants removal results

由表 1可知，超濾膜預(yù)處理對廢水中懸浮物及濁度去除率達 98%以上，對 CODCr去除率 5.0%，而對Cu2+、Ni2+、TDS、電導(dǎo)率及色度去除率小于 5%。由此可見，超濾作為納濾預(yù)處理的主要作用是去除電鍍廢水中的大部分懸浮物及少量COD。該廠電鍍綜合廢水采用石灰+PAC(聚合氯化鋁)處理，導(dǎo)致出水含有鈣鹽等懸浮物[13]，超濾膜可去除該類懸浮物，同時使出水濁度降低。電鍍廢水中含有糖精(相對分子量183)、平平加(相對分子量600 ～ 1 500)、表面活性劑(相對分子量200 ～ 500) 和HEDP(相對分子量206)等電鍍有機添加劑[14]，但超濾膜只能去除分子量大于1 000的平平加等有機物，因此超濾膜對COD去除率不高。超濾膜對電鍍廢水中 Cu2+、Ni2+、TDS等去除較少，因此色度及電導(dǎo)率變化不明顯。經(jīng)超濾預(yù)處理后的納濾最終出水水質(zhì)部分指標優(yōu)于自來水(參照 GB 5749–2006《生活飲用水衛(wèi)生標準》)。

4 成本分析

運行成本主要來自于電耗、膜材耗損及藥洗費用。無超濾預(yù)處理的納濾系統(tǒng) 3種費用分別為 0.91、0.18和0.4元/t，總計1.49元/t；有超濾預(yù)處理的納濾系統(tǒng)3種費用分別為0.96、0.1和0.25元/t，總計1.31元/t。說明采用超濾預(yù)處理可節(jié)約運行成本。

5 結(jié)論

(1) 超濾作為預(yù)處理可提高納濾膜通量，同時延長了納濾膜的藥劑沖洗周期及使用壽命。

(2) 經(jīng)過超濾預(yù)處理后，納濾出水水質(zhì)得到一定的提升。

(3) 超濾膜作為預(yù)處理，去除的污染物主要為懸浮物、濁度及分子量大的有機污染物，而對電鍍廢水中的金屬離子及TDS無明顯去除效果。超濾最終出水達到納濾膜進水水質(zhì)要求，有效地保護了納濾膜。

(4) 超濾膜預(yù)處理可節(jié)省回用系統(tǒng)的膜材耗損及藥洗費用，降低納濾回用系統(tǒng)總運行費用。

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Application of ultra-filtration as pretreatment of nano-filtration for recycling electroplating wastewater

LUO Qiang, HUANG Rui-min*, ZHOU Hai-bin, NIE Ling-yan

The effects of ultra-filtration as the pretreatment on nano-filtration for recycling electroplating wastewater were studied with the discharge water after chemical precipitation as the research object. The results show that the pretreatment of ultra-filtration has the advantages of protecting nano-filtration membrane, improving membrane flux by 32.46% and recycling system efficiency, decreasing operational cost and enhancing the final effluent quality.

ultra-filtration; nano-filtration; electroplating wastewater; recycling

College of Environmental Science and Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510006, China

X703

A

1004 – 227X (2011) 04 – 0047 – 03

2010–10–19

2010–11–11

羅強（1986–），男，湖北人，在讀碩士研究生，主要研究方向為水污染控制與給水凈化。

黃瑞敏，教授，(E-mail) lcmhuang@scut.edu.cn。

[ 編輯：吳定彥 ]