納濾膜處理礦山廢水中重金屬離子的實(shí)驗(yàn)研究

劉曉 王新想

摘 要：納濾膜是20世紀(jì)80年代研發(fā)一種新型分離膜，以壓力驅(qū)動(dòng)的荷電納濾膜對(duì)水中二價(jià)離子和多價(jià)離子具有很好的分離效果。文中概括總結(jié)了納濾方法在水處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。研究得出：納濾膜可在外加壓力下脫出溶液中的無(wú)機(jī)鹽和大分子物質(zhì)，此外，納濾膜還可以較好的截留總?cè)芙夤腆w、有機(jī)物、色度等多項(xiàng)指標(biāo)，使處理后的水質(zhì)滿(mǎn)足排放要求甚至達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：納濾；水處理；回用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.007

當(dāng)今社會(huì)，隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展，工業(yè)化也有了很大的突破，隨之產(chǎn)生的就是含大量重金屬污染物的工業(yè)廢水，加重了環(huán)境問(wèn)題。為解決這一問(wèn)題，工業(yè)界一直在尋找簡(jiǎn)單、高效的技術(shù)對(duì)重金屬?gòu)U水進(jìn)行處理，與此同時(shí)，在一些資源短缺的國(guó)家或者地區(qū)，金屬和水的回收再利用問(wèn)題也是至關(guān)重要的，從我國(guó)來(lái)說(shuō)，我國(guó)淡水短缺，而且有百分之六十的污水含有重金屬，所以，為了保護(hù)人類(lèi)的生存家園，需要研究出更加經(jīng)濟(jì)高效的重金屬工業(yè)廢水處理技術(shù)。

1 膜分離技術(shù)處理重金屬?gòu)U水

1.1 微濾和超濾膜技術(shù)

當(dāng)處于帶有壓力差的環(huán)境中，微濾和超濾技術(shù)可以根據(jù)孔徑的大小進(jìn)行篩分，也就是說(shuō)，不同大小的分子混合進(jìn)入微濾和超濾膜的過(guò)程中，以現(xiàn)有孔徑值為標(biāo)準(zhǔn)參照點(diǎn)，超過(guò)孔徑的物質(zhì)就會(huì)滯留在原來(lái)的位置，小于孔徑的物質(zhì)就會(huì)流出，經(jīng)過(guò)這一過(guò)程的操作，就實(shí)現(xiàn)了廢水中混合物的有效分離。除此之外，還有一種方法，需要經(jīng)過(guò)精確計(jì)算，如果把超濾膜的孔徑控制在在3μm左右的時(shí)候，就能夠做到有效攔截較大的顆粒物，達(dá)到凈化廢水的目的。當(dāng)超濾膜孔徑控制在0.2μm以下時(shí)，就可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水中的小顆粒分子的攔截，此時(shí)的運(yùn)行壓力是1～10bar。需要我們注意的是，由于重金屬離子相比于其他物質(zhì)的離子來(lái)說(shuō)要小許多，通常微濾和超濾膜技術(shù)不能夠完成去除雜質(zhì)的工作，此時(shí)，就應(yīng)該考慮和其他先進(jìn)工藝進(jìn)行有效融合。

1.2 反滲透膜技術(shù)

反滲透膜技術(shù)是通過(guò)利用一種半透膜經(jīng)純化液體透過(guò)，進(jìn)而對(duì)污染物進(jìn)行截留的技術(shù)。近年來(lái)，反滲透技術(shù)在重金屬?gòu)U水處理中開(kāi)始受到廣泛關(guān)注，尤其是在化工及環(huán)境工程領(lǐng)域（但是目前對(duì)該技術(shù)的應(yīng)用并不樂(lè)觀），因?yàn)樵摷夹g(shù)不僅能夠處理不同種類(lèi)的污水，而且能夠?qū)挿秶倪M(jìn)行處理。相關(guān)技術(shù)人員對(duì)反滲透技術(shù)的研究表明，該技術(shù)能夠成功提取出Cu2+和Ni2+離子的重金屬?gòu)U水，而且去除率極高，能夠達(dá)到99.5%，專(zhuān)家對(duì)此進(jìn)行過(guò)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明將反滲透技術(shù)和膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)相組合，處理重金屬?gòu)U水的效率非常高，但是，現(xiàn)在該項(xiàng)技術(shù)還存在著成本高、耗能高的弊端，所以也就阻礙了該技術(shù)在工業(yè)化上的進(jìn)一步應(yīng)用。

1.3 納濾膜技術(shù)

“納率”是一種特殊的，并且十分有前途的膜分離技術(shù)，操作區(qū)間在超濾和反滲透之間，納率區(qū)間可以截留大小約為1納米的物質(zhì)，而且，納率還具有多方面優(yōu)勢(shì)，比如穩(wěn)定可靠、便于操作、能耗低、去除污染物強(qiáng)等等，這使納率膜技術(shù)在重金屬?gòu)U水處理的有關(guān)行業(yè)受到廣泛關(guān)注。有關(guān)專(zhuān)家經(jīng)過(guò)對(duì)NF90和N30F這兩種納濾膜對(duì)含砷重金屬?gòu)U水進(jìn)行研究，結(jié)果表明納率膜的去除力率會(huì)隨著操作溫度、廢水濃度和PH值的增加而增加，研究發(fā)現(xiàn)在納率膜對(duì)含鎳重金屬的廢水的處理中，初始濃度為5mg/L的鎳重金屬?gòu)U水凈化能力高達(dá)98%；初始濃度為250mg/L的重金屬?gòu)U水去除率也能達(dá)到92%。使用商業(yè)納濾膜對(duì)含有鎳離子和鎘離子的重金屬?gòu)U水進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果顯示當(dāng)廢水的初始濃度為5mg/L時(shí)，對(duì)含有這兩種重金屬的廢水的去除率分別高達(dá)98.94%和82.69%，總而言之，納濾膜分離技術(shù)有多方面優(yōu)點(diǎn)（操作壓力低、水通量大等），具備廣闊的發(fā)展前景，但是，我國(guó)目前還無(wú)法自行掌握納濾膜的制作技術(shù)，科技水平有待提高。

2 工業(yè)廢水中重金屬的處理方法

2.1 零排放的處理方法

零廢水排放也稱(chēng)“零排放”，顧名思義，也就是一種接近零的排放標(biāo)準(zhǔn)，將能源排放至零的活動(dòng)就稱(chēng)為“零排放”，合理利用資源，進(jìn)而減少?gòu)U水的排放量，這樣有助于實(shí)現(xiàn)零排放，但是想要完全實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要做好以下方面的工作：（1）對(duì)廢棄物進(jìn)行回收再利用，實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，廢物轉(zhuǎn)化原材料，一次或多次利用；（2）在生產(chǎn)過(guò)程中要加大對(duì)廢棄物排放的控制力度，減少排放量。經(jīng)科學(xué)研究，在能量守恒定律中，廢棄物很難做到全部轉(zhuǎn)化，廢棄物中一定部分的物質(zhì)會(huì)以其它形式排放到環(huán)境中，因此，想要實(shí)現(xiàn)零排放的目標(biāo)，必須要引進(jìn)相關(guān)新型技術(shù)，從而回收廢棄物，但是存在難度大、成本高的弊端。

2.2 重金屬離子回收利用

去除金屬離子可以達(dá)到重金屬的零排放，而膜處理技術(shù)能夠高效率的去除金屬離子，所以該技術(shù)在重金屬?gòu)U水處理中被廣泛應(yīng)用，而且膜處理技術(shù)是重金屬?gòu)U水進(jìn)行零排放的核心，治理電鍍廢水時(shí)，可使用超濾反滲透膜集成技術(shù)進(jìn)行萃取，至于電鍍廢水零排放方案是自主研發(fā)的，該方案由三部分組成，分別是重金屬析出劑、微孔膜過(guò)濾預(yù)處理和反滲透凈化分離，重金屬析出劑所產(chǎn)生的離子能夠與固液分離并且迅速發(fā)生反應(yīng)，這樣可以使重金屬高效析出，得以重新利用，滿(mǎn)足重金屬?gòu)U水零排放要求。

除此之外，在各行各業(yè)中多或多或少的應(yīng)用到了納慮技術(shù)，其中應(yīng)用最多的要數(shù)石化領(lǐng)域和醫(yī)院產(chǎn)生的廢水中。在廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)上，我們也應(yīng)該清晰地看到，在膜分離的過(guò)程中，產(chǎn)生的膜污染、成本問(wèn)題都十分嚴(yán)峻，因此膜技術(shù)的使用被限制，尤其在對(duì)高含鹽污水處理時(shí)，對(duì)于納濾膜的選用更需謹(jǐn)慎，需要選擇合適的運(yùn)行周期，防止出現(xiàn)堵塞。還有，想要有效的減少膜污染，要對(duì)膜污染原因進(jìn)行分析，而后采取合適的清理周期及方式，當(dāng)然，做好預(yù)處理工作也是預(yù)防膜污染的有效策略。

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