反滲透膜技術(shù)在含鉛廢水處理中的應用

陳　蓉

反滲透膜技術(shù)在含鉛廢水處理中的應用

陳蓉

（沈陽工學院遼寧沈陽110000）

文章闡述了水體重金屬鉛的來源和危害以及現(xiàn)階段水體鉛污染治理的必要性。通過處理工藝的對比分析提出現(xiàn)階段反滲透膜技術(shù)在處理含鉛廢水中的應用優(yōu)勢，并從反滲透膜技術(shù)的應用原理入手，明確其技術(shù)應用的優(yōu)勢，且對未來反滲透膜技術(shù)可能發(fā)展方向進行分析以及對未來環(huán)境污染治理的展望。

水體鉛污染；危害；反滲透膜技術(shù)；未來發(fā)展

隨著經(jīng)濟快速的發(fā)展，越來越多的環(huán)境問題給我們帶來了極大的困擾。而當前的水體重金屬污染問題更需要得到人們的重視，其中重金屬鉛及其化合物對人體的危害極大，一旦進入水體就會破壞水體環(huán)境，不僅影響水生動植物正常生長繁殖，還嚴重影響人類的正常生活。因此有必要正視目前水體中重金屬鉛污染所造成的嚴重危害，并采取相應技術(shù)措施對其進行治理，以保證水環(huán)境質(zhì)量符合人們健康生活的需要和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展發(fā)展。

1 水體中鉛的主要來源

研究表明，鉛以及其他化合形式均是不可以被生物降解的環(huán)境污染物質(zhì)，其性質(zhì)一般都非常穩(wěn)定，鉛及其化合物進入環(huán)境的途徑主要有3個方面，分別是廢水、廢氣和廢渣。而水體環(huán)境中的鉛主要來自含鉛廢水排放、含鉛粉塵污染和含鉛輸水管道。

（1）選礦廢水、有色金屬礦尾礦水、廢渣等處理不徹底，排放的含鉛廢水未處理或處理不達標而排放到自然環(huán)境界中，會造成水體污染。如果生活用水受到污染的話，則局部水質(zhì)鉛含量會嚴重超標，甚至造成飲水者重度鉛中毒[1]。

（2）含鉛物質(zhì)在溫度達到400 ℃時就會有鉛蒸汽溢出，以煙氣的形式存在于大氣環(huán)境中。特別是在用鉛錠制造鉛粉和極板的生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，以及汽車廢氣的排放垃圾的焚燒等都會有鉛塵產(chǎn)生，散發(fā)在空氣中，以不同的形式存在。大氣中的鉛主要是顆粒鉛和無機化合物，這些物質(zhì)均可通過沉降作用進入水源造成水的污染，特別是在發(fā)生酸雨的地區(qū)污染更為嚴重。

（3）以前的自來水管道材料含鉛未得到更換，或者在維修過程中用鉛焊料焊接過的水龍頭幾乎都含有鉛，鉛通過水管管道就會進入自來水中。

2 水體中鉛污染的危害分析

2.1 對水生植物的危害

在含鉛水體環(huán)境中的植物其細胞內(nèi)葉綠素會減少，線粒體和細胞核等細胞結(jié)構(gòu)或多或少都會遭到破壞，鉛在水生植物體內(nèi)的遷移能力較低，這就導致重金屬會在植物體內(nèi)大量的聚集，而多累積在根部，影響植物體內(nèi)酶活性，從而導致植物細胞進行光合作用和呼吸作用減慢，使其生長受阻，花期延遲。進而影響植物品質(zhì)和多樣性。

2.2 對水生動物的危害

鉛進入水生生態(tài)系統(tǒng)后，對生態(tài)系統(tǒng)各個組分均能夠產(chǎn)生影響。重金屬鉛能夠抑制水生生態(tài)系統(tǒng)中動物的酶活性，阻礙機體的代謝作用，甚至對內(nèi)分泌調(diào)控系統(tǒng)產(chǎn)生毒害作用。鉛在生物體內(nèi)不會被降解，不斷地積累到一定數(shù)量后，就會產(chǎn)生毒害作用，而且還會隨著食物鏈不斷傳遞，最后會使整個水生生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能遭到破壞[2]。

2.3 對人體的危害

鉛具有很強的神經(jīng)毒性且毒性作用與其化合物的形態(tài)、溶解度有很大的聯(lián)系。但大多數(shù)形態(tài)都具有毒性，區(qū)別在于毒性的大小。

鉛進入人體后鉛毒性持久，半衰期可長達10年且是作用于全身各器官和系統(tǒng)的有毒物質(zhì)，鉛過量還對神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、腎臟及生殖體系等有很大的損害。神經(jīng)系統(tǒng)最容易受到鉛的損害，因為中樞神經(jīng)系統(tǒng)相對脆弱，一旦受到影響其視力、智力、記憶、反應時間、語言等能力都會減弱。尤其是對兒童的影響較為嚴重，鉛中毒兒童個子矮小、成長緩慢、智力受損。因此要加大對兒童的保護是必要的，而美國CDC（國家疾病控制中心）的“兒童鉛中毒指南”就有指出，血鉛水平超過或等于100 ug/L,及時未能夠表現(xiàn)出相應的臨床癥狀、體狀及其他血液生化指標變化，只要濃度達到100 ug/L就會被診斷為鉛中毒，并且還把兒童血鉛水平分為5級，分別表示不同程度的鉛中毒。鉛進入人體后很難、幾乎不能排泄出來，在體內(nèi)長期累積。因此人體內(nèi)鉛的含量為環(huán)境中的5倍，而且其積累含量不存在下線，任何程度的鉛濃度都會對人體健康產(chǎn)生不利影響。隨著時間不斷的積累，最后表現(xiàn)出患病癥狀，影響人們正常生命活動，其危害是多方面、多層次的。

3 水體中鉛污染的治理方法分析

目前含鉛廢水的處理技術(shù)有很多，如化學法、離子交換法、電解法、吸附法等及其組合工藝，但這些處理技術(shù)或多或少都會存在一定的局限性，如處理費用高、藥劑使用量大、反應慢且不易控制、處理效果不明顯、回收金屬難等缺點[3]。例如，利用化學沉淀法如何選擇藥劑以及對量的控制是個難題，且在處理過后還會產(chǎn)生大量污泥，且對污泥要進行處理處置，增加后續(xù)處理和經(jīng)濟的負擔;離子交換法對于再生液處理量大，周期較長而且耗鹽量也很大。而且離子交換樹脂容易被污染不利于重復利用；電解法處理含鉛廢水時，對物質(zhì)濃度有要求，如處理較低濃度的含鉛廢水達不到理想的效果；吸附法處理費用高且不易清洗，易產(chǎn)生二次污染等。因此，國內(nèi)外研究者致力于研究更高效的重金屬水體污染處理技術(shù)與方法。而反滲透膜分離技術(shù)的應用卻能克服以上缺點，且反滲透膜技術(shù)處理含鉛廢水，不僅可以實現(xiàn)鉛金屬的回收再利用減少二次污染，還能夠真正實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

反滲透膜分離技術(shù)是近年國內(nèi)應用最成功、發(fā)展最快、遍及較廣的一種，是當今最先進和最節(jié)能有效的膜分離技術(shù)。

3.1 反滲透膜技術(shù)的優(yōu)勢

用反滲透膜分離技術(shù)處理水體中的鉛則不需要投加藥品、不需要經(jīng)過能量的密集交換耗能低、易實現(xiàn)自動化管理、在處理過程中不改變?nèi)芤旱奈锢砘瘜W性質(zhì)；可以回收清水和鉛，裝置簡單，操作方便。此技術(shù)擁有一個高效的分離過程，分離過程可以在常溫條件下完成，不僅節(jié)能還便于維護，設(shè)備的可靠性高；處理量可隨之改變，設(shè)備規(guī)模不大占空間小，與其他設(shè)備配合使用處理效果更佳，其能夠在較短的處理周期內(nèi)實現(xiàn)較高凈化效率，其經(jīng)濟性遠遠高于其他處理工藝，適合于經(jīng)濟高速發(fā)展的當今社會。由于反滲透膜的膜孔徑十分微小，因此能夠有效地去除水體中的鉛，再加上和螯合劑的輔助應用，其去除率能夠達到99 %以上，處理效果好[4]。目前該技術(shù)主要被運用于海水淡化和苦堿水脫鹽等方面，其運用于重金屬廢水的處理與回用也正逐漸被各國學者研究與開發(fā)。

20 世紀90年代低污染、中壓、低壓及超低壓復合反滲透膜的成功研發(fā)提高了膜的性能，拓展了反滲透膜應用范圍。發(fā)展至今，隨著新型膜材料的研制以及技術(shù)的改良膜技術(shù)的發(fā)展前景可觀?，F(xiàn)如今芳香聚酰胺類復合反滲透膜作為商品反滲透膜的主流，為反滲透膜分離力技術(shù)的革新奠定了良好的基礎(chǔ)。該技術(shù)還與我國提倡的節(jié)能環(huán)保政策相符合，因此反滲透膜分離技術(shù)是由廣闊的發(fā)展前景的。

3.2 反滲透膜技術(shù)基本原理

滲透是指一種溶劑通過一種選擇性透過性膜進入一種溶液，或是從一種稀溶液向另一種較濃溶液的自由擴散。如果在較濃溶液的一邊加上適當?shù)膲毫Γ憧墒棺匀粷B透停止，此時的壓力稱為該溶液的滲透壓。如果在較濃溶液一邊加以比自然滲透壓更高的壓力，改變自由擴散的方向，把濃溶液中的溶劑擠壓到選擇透過性膜另一邊的稀溶液中，這個過程是和自然界正常滲透相反的，此時就稱之為反滲透。

反滲透膜技術(shù)以壓力為主動力，傳質(zhì)機理一般認為是溶劑的擴散傳遞，利用半透膜對不同物質(zhì)進行選擇性透過，透過半透膜的物質(zhì)是水溶劑[5]，由于處理的是廢水中的鉛，因此截留物為鉛離子及其化合物，膜的類型為非對稱膜或復合膜。

3.3 反滲透膜技術(shù)分離工藝流程

反滲透膜分離工藝中常見的流程有一級一段法、一級多段法、兩級一段法和多級反滲透等，而處理含鉛廢水，利用多級反滲透處理效果較好。

在利用多級反滲透工藝中，將第一級的含鉛濃縮液可以作為第二級處理的原液，而第二級的含鉛濃縮液再作為下一級處理的原液，此時由于各級透過水都向膜外直接排出，然后伴隨著級數(shù)的不斷增加，水的回收率也大大提高，濃縮的含鉛液體體積會減少而濃度不斷變大，從而有利于回收鉛。

此外，膜污染問題以及膜組件的定時清洗在該技術(shù)處理過程中是不可避免的，膜受到嚴重污染和頻繁的化學清洗會使反滲透膜的性能減低，不利于膜的再生利用和可持續(xù)發(fā)展。因此在減少故障和降低反滲透膜組件的清洗頻率可從以下方面入手。

（1）在取得水質(zhì)全分析的基礎(chǔ)上設(shè)計反滲透系統(tǒng)。

（2）在處理前確定RO進水的SDI值。

（3）必須保證足夠的預處理。

（4）對運行數(shù)據(jù)進行標準化。

（5）選擇比較保守的水通量等。

3.4 反滲透膜技術(shù)的研究方向及展望

在以后的發(fā)展中，反滲透膜分離技術(shù)的應用將會越來越廣，而對于這一技術(shù)的不斷完善和改進也是必然的趨勢。

（1）開發(fā)耐污染膜、特種膜以及膜組件等，提高膜性能，使其對進水水質(zhì)好壞不敏感。

（2）反滲透膜系統(tǒng)可以和其他處理系統(tǒng)組合應用，取長補短。例如，可以和超濾、納濾、微濾等系統(tǒng)聯(lián)用，充分發(fā)揮各種膜分離技術(shù)的優(yōu)勢，形成一個完整的體系鏈，使?jié)饪s、分離、提純的效率最大化[5]。

（3）著眼于膜再生技術(shù)和方法的研究，提高膜的使用壽命和重復利用率，達到可持續(xù)發(fā)展的目的。

應用反滲透技術(shù)及其組合工藝能回收利用水和重金屬離子，節(jié)約資源的同時又能實現(xiàn)環(huán)境的可持續(xù)。今后隨著反滲透膜分離技術(shù)在重金屬廢水處理領(lǐng)域與回用方面的研究，分離膜制備技術(shù)的不斷提高，反滲透技術(shù)處理重金屬廢水的工藝將會更有效、更經(jīng)濟，更具有廣泛的應用前景。

4 小結(jié)

水體鉛污染給我們帶來的危害是巨大的、持久的。對整個生態(tài)環(huán)境都會造成不良影響，而鉛只是水體污染物中重金屬污染的一種，從這一小方面就可以看出當今環(huán)境治理所面臨的挑戰(zhàn)。那么如何恢復已經(jīng)遭受重金屬污染地區(qū)的本來面目，這是一個正在進行的全球性研究課題，雖然取得了一些成績，但是仍然存在一些理論上和技術(shù)上的問題，有待我們進一步的研究和探討，我們必須采取綜合性的技術(shù)策略有針對性地對環(huán)境污染進行治理，而末端治理始終不能夠滿足可持續(xù)發(fā)展的需要，因此在治理環(huán)境污染的同時，把清潔生產(chǎn)以及可持續(xù)發(fā)展理念融入生活生產(chǎn)中，才是目前刻不容緩的事情。只有這樣才能保證水體環(huán)境以及整個生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)的健康性。

[1]于天宇,胡思雨.水體重金屬污染現(xiàn)狀及治理方法概述[J].水體污染及其防治,2019(6):75-78.

[2]徐涓涓.淺談重金屬污染物鉛在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化[J].生態(tài)毒理學報,2019(3):288

[3]胡興億.環(huán)境工程中反滲透技術(shù)的應用[J].廢水的處理與應用,2018(16):26-27.

[4]鄒定.反滲透技術(shù)在工業(yè)廢水回用方面的應用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2017(14):109-110.

[5]倪國強,解田,胡宏等.反滲透技術(shù)在水處理中的應用進展[J].化工技術(shù)與開發(fā),2017(10):23-27.

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10.3969/j.issn.2095-1205.2020.03.44