膜分離技術(shù)處理電鍍廢水的應(yīng)用及其發(fā)展前景

摘要：電鍍廢水可以經(jīng)過處理之后實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，文章對膜分離技術(shù)的相關(guān)概念進(jìn)行闡述，并且對近期國內(nèi)外的膜分離技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行敘述，介紹了膜分離技術(shù)在電鍍廢水中的具體應(yīng)用，旨在為電鍍廢水的處理提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：膜分離技術(shù)；電鍍廢水；處理技術(shù)；工業(yè)生產(chǎn)；環(huán)境污染 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：X703 文章編號：1009-2374（2017）06-0053-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.06.027

工業(yè)是一個(gè)國家的支柱產(chǎn)業(yè)，工業(yè)發(fā)展過程中會對環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重污染，電鍍行業(yè)是全球三大污染工業(yè)之一，在電鍍廢水中，含有大量的重金屬離子、氰化物等，其中一些屬于致癌、致突變的劇毒物質(zhì)，對人類會造成嚴(yán)重的危害，當(dāng)廢水排入水中，還會對水體產(chǎn)生污染，使得水體毒化，對生活在其中的魚類和其他生物造成極其嚴(yán)重的威脅。雖然電鍍廢水對環(huán)境以及人類的危害嚴(yán)重，但是電鍍廢水中有一些價(jià)值較高的金屬，可以回收利用。當(dāng)前對電鍍廢水進(jìn)行處理的技術(shù)主要有集中，比如化學(xué)沉淀、氧化還原、離子交換、電解法等，隨著該行業(yè)研究的不斷深入，一些其他的方法也逐漸應(yīng)用在電鍍廢水的處理過程中，比如鐵氧體法、膜分離技術(shù)、吸附法、生物法等新技術(shù)，在電鍍廢水處理過程中應(yīng)用這些新技術(shù)，可以提高廢水的回收效率，減少直接排放廢水帶來的污染。其中膜分離技術(shù)是一種高效率的回收技術(shù)，實(shí)用性較高，是當(dāng)前發(fā)展前景最好的一種新技術(shù)。

1 膜分離技術(shù)的特點(diǎn)

膜分離技術(shù)指的是通過膜對各種物質(zhì)進(jìn)行過濾和分類的技術(shù)，膜能夠?qū)Σ煌奈镔|(zhì)進(jìn)行選擇性透過，可以完成物質(zhì)的分離、提純以及濃縮。膜分離技術(shù)是一種物理技術(shù)，無相變、低能耗，其效率較高，而且能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能目的，其處理過程易于控制，不會對外界產(chǎn)生污染，根據(jù)待分離的物質(zhì)的大小，可以將膜分離技術(shù)分為微濾、超濾、納濾和反滲透。微濾對于電鍍液的預(yù)過濾比較適用，超濾則主要應(yīng)用在電泳漆的回收過程中，納濾和反滲透在化學(xué)處理的后處理以及工藝純水的制備過程中使用比較廣泛。借助膜技術(shù)對電鍍生產(chǎn)過程中的重金屬漂洗水進(jìn)行分離和濃縮，可以對其中的金屬離子進(jìn)行回收，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)對水資源的回收利用，使得漂洗水中的金屬和水之間可以形成閉路循環(huán)。當(dāng)前，膜分離技術(shù)在電鍍水的處理過程中有十分廣泛的應(yīng)用，各國都在積極加強(qiáng)對這種技術(shù)的研究和開發(fā)。

2 膜分離技術(shù)在電鍍水處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀

有學(xué)者在電鍍鎳漂洗水的處理過程中采用膜分離技術(shù)，通過對漂洗水進(jìn)行濃縮以及回用發(fā)現(xiàn)，這種技術(shù)在電鍍液中應(yīng)用是可行的，膜分離技術(shù)可以對其中的鎳離子進(jìn)行有效地截留，其中截留率大于99%。在實(shí)驗(yàn)中選取的鎳離子濃度為145mg/L，經(jīng)過膜分離技術(shù)濃縮之后，濃縮液中的鎳離子濃度達(dá)到50g/L，而其余的透過液經(jīng)過處理之后還能回收利用。這種工藝對于金屬液中的金屬和水都能利用，但是由于采用兩級反滲透，其消耗的能源較多，投資也比較大。

在膜分離技術(shù)中，膜是很關(guān)鍵的物質(zhì)，膜的過濾效果會對金屬液的處理效果產(chǎn)生直接影響，有的學(xué)者以異丙醇為主要原料，經(jīng)酸解、除醇、干燥和燒結(jié)過程，制成了陶瓷超濾膜，在外界施用大約0.2MPa的壓力，在此壓力下進(jìn)行超濾分離，并且經(jīng)過沉淀處理，最終得到電鍍廢水上的清澈液體。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，膜的通過量會不斷下降，而且下降速度比較快，比如開始過濾10分鐘左右，膜的通過率大約為2.61立方米，而開始70分鐘之后，膜的通透率變?yōu)?.5立方米。經(jīng)過沉淀之后，電鍍水中的金屬離子主要以絡(luò)合、配合物的形式存在，可以通過孔徑比較小的陶瓷超濾膜從而被截留。其中金屬銅的去除率達(dá)到70%，金屬鉻的去除率大約為10%，在透過液中，銅、鉻、鎳的濃度分別是0.0663mg/L、0.0051mg/L和0.0763mg/L。

利用金屬離子絡(luò)合物的性質(zhì)進(jìn)行電鍍廢水膜分離試驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)的流程如圖1所示：

該實(shí)驗(yàn)中，聚丙烯酸鈉是絡(luò)合劑，采用該物質(zhì)對含有銅離子的電鍍廢水進(jìn)行處理，其中液體的pH值對銅離子在廢水中的存在形態(tài)有很大的影響，產(chǎn)生絡(luò)合反應(yīng)的前提是液體的pH值要大于6，在試驗(yàn)中將液體的pH值調(diào)節(jié)到2～3，就可以使得銅離子從絡(luò)合物中釋放出來。研究還表明，在解絡(luò)反應(yīng)之前，有一個(gè)超濾過程，隨著液體中的體積濃度因子不斷增大，廢水中的銅離子和聚丙烯酸鈉的濃度也會不斷增大，而且還會影響膜的通透性，使得通量下降。但是，銅離子和聚丙烯酸鈉之間形成的絡(luò)合物是比較穩(wěn)定的，超濾膜對銅離子的截留率不會改變，同時(shí)，解絡(luò)反應(yīng)之后，超濾回收的聚丙烯酸鈉與原始的聚丙烯酸鈉具有相似的效果。這種工藝對電鍍廢水中的銅離子的回收率可以達(dá)到96%之多，同時(shí)，經(jīng)過處理之后排放的水，銅的含量較低，其濃度小于1.0mg/L，滿足外界環(huán)境對廢水的排放要求。

另一組學(xué)者采用納濾對含有鉻例子的廢水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，具體的實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示：

微濾器的孔徑很小，為5μm，納濾膜為NF90-2540型卷式納濾膜，切割分子量為300。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，納濾膜能夠?qū)﹄婂儚U水中的鉻離子進(jìn)行有效地處理，其去除率能夠達(dá)到98%，經(jīng)過過濾之后的液體，鉻的濃度低于0.5mg/L，可以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)還能用于對鍍件的漂洗。鉻溶液的濃度對膜的截留率的影響不大，但是過濾液中的鉻離子的濃度會隨著鉻溶液濃度的增加而上升，而且液體的pH值也會對鉻的截留效果產(chǎn)生顯著的影響。

外國學(xué)者也對膜分離進(jìn)行深入研究，其中有學(xué)者研究了膜處理電鍍鎳廢水過程中pH值對分離過程的影響。研究結(jié)果表明，如果過濾方式為超濾，對于超濾膜而言，當(dāng)液體的pH小于3.68時(shí)，基本不能對金屬離子進(jìn)行截留，但是隨著pH值的不斷上升，其截留率會發(fā)生改變，當(dāng)pH值為6.6的時(shí)候，截留率會達(dá)到98.7%。對于反滲透膜而言，如果電鍍廢水中含有弱酸根離子，當(dāng)電鍍廢水的pH值較低的時(shí)候，透過液的pH值要比原液高，當(dāng)pH值達(dá)到6.6的時(shí)候，透過液的pH值比原液低，當(dāng)原液的pH值為6的時(shí)候，透過液和原液的pH值相等，隨著原液的pH值不斷升高，膜的通量會降低。

3 膜分離技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用情況

從20世紀(jì)70年代開始，我國開始有工廠應(yīng)用膜分離技術(shù)處理電鍍鎳廢水和回收鎳，經(jīng)過20多年的發(fā)展，在本世紀(jì)初，膜分離技術(shù)才開始大規(guī)模、廣泛的使用，有公司利用膜分離技術(shù)回收電鍍泡沫鎳廢水中的鎳和水。此后越來越多公司開始采用膜分離技術(shù)進(jìn)行電鍍廢水處理，比如寧波科寧達(dá)工業(yè)有限公司、寧波光華電池有限公司、長沙力元新材料股份有限公司等，對膜分離技術(shù)的應(yīng)用都比較多。比如長沙力元新材料股份有限公司是全國知名的連續(xù)化帶狀泡沫鎳生產(chǎn)廠家，其產(chǎn)量在全世界都處于領(lǐng)先地位，但是在電鍍生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生了很多含鎳廢水，長沙力元膜分離項(xiàng)目，就是對該公司電鍍廢水中的鎳離子進(jìn)行分離處理的工程，一開始該公司采用化學(xué)處理法進(jìn)行處理，產(chǎn)生的效果不好，而且排放的廢水中鎳離子的濃度依舊比較高，還產(chǎn)生了較多的含鎳污泥，對環(huán)境的污染愈發(fā)嚴(yán)重，隨著膜分離技術(shù)的應(yīng)用，其廢水排放中的金屬離子含量降低，而且經(jīng)過處理之后的水資源也可以利用。經(jīng)過處理之后，回收水中的總?cè)芙夤腆w量小于10mg/L，成為質(zhì)量較優(yōu)的電鍍工藝用水。運(yùn)行過程中，基本達(dá)到行業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)境排放

要求。

4 結(jié)語

綜上所述，電鍍行業(yè)是工業(yè)生產(chǎn)中的一個(gè)重要行業(yè)，在電鍍生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生很多電鍍廢水，廢水直接排放會對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，給人們的健康帶來威脅，在排放廢水之前應(yīng)該要加以處理。傳統(tǒng)的處理方式是化學(xué)沉淀處理，這種方法會產(chǎn)生其他的沉淀污染，而且過濾效果不好。膜分離技術(shù)可以從金屬溶液中分離出各種重金屬離子，將重金屬離子和水溶液分開利用，對很多電鍍水中的價(jià)值較高的金屬都能實(shí)現(xiàn)高效回收，所以膜分離技術(shù)可以促進(jìn)電鍍行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。

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作者簡介：張有會（1979-），女，河北石家莊人，廣東新大禹環(huán)境科技股份有限公司中級工程師，碩士，研究方向：污水處理。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）