膜分离技术在电镀废水处理中的应用现状

Posted 2023-01-12 反渗透

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膜分离技术作为一种新型分离技术，具有分离效率高、过程能耗低等特点，被广泛应用于废水处理领域。由于电镀废水污染物种类多样，纳滤、反渗透、聚合物强化超滤、电渗析等膜分离过程作为电镀废水的处理与资源化技术被深入研究，纳滤、反渗透及其组合工艺等被应用于电镀废水的处理及其资源化，有着良好的应用前景。
电镀废水是一类重要的工业废水，由于废水中所含污染物对环境的危害及电镀污染物排放要求的提高，目前，企业在对电镀废水进行处理的同时，也在对处理后的废水和污染物，如铜、镍进行资源化研究。
1 电镀废水的来源
电镀废水主要包括电镀漂洗废水、钝化废水、镀件酸洗废水、刷洗地坪和极板的废水以及由于操作或管理不善引起的“跑、冒、滴、漏"产生的废水，另外还有废水处理过程中自用水的排放以及化验室的排水等。
镀件漂洗水是电镀废水中主要的来源之一，几乎要占车间废水排放总量的80%以上，废水中绝大部分的污染物是由镀件表面的附着液在清洗时带入的。
废水中主要的污染物质均为各种金属离子，常见的有铬、铜、镍等，主要的污染是重金属离子、酸、碱和部分有机物的污染。
2 膜分离技术概述[2～3]
膜分离技术是一种新型的分离方法，它利用一张具有选择透过性的薄膜，在一定的外推动力作用下使溶液中的溶质和溶质，溶质和溶剂(水)分离，达到提纯、浓缩和净化的目的。当推动力为浓度差加化学反应时，膜过程为液体膜分离；当推动力为电位差时，膜分离过程为电渗析；当推动力为压力差时，膜分离过程为微滤、超滤、反渗透、纳滤。膜分离技术具有如下特点：一个高效的分离过程，分离效果可达纳米级；分离过程能耗低；工作温度为室温，便于维护，设备的可靠性高；处理量和设备规模可在很大的范围内变化，且设备的占地面积小，与其它设施的兼容性好；分离过程不会在待处理物质中引入其它化学物质，从而不会有新的分离问题或二次污染。
膜分离技术作为一种高新技术在工业废水处理领域已有广泛的研究和探索，其分离效率高、无相变、节能环保、设备简单、操作简便等特点，使其在水处理领域具有相当的技术优势，已成为工业废水处理不可缺少的技术之一。
3 废水膜法处理
3.1 纳滤膜分离
傅前君采用纳滤对含Cu2+废水进行试验研究，NF90膜对含CuSO4的废液截留效果很好，Cu离子的截留率都在99%以上，出水铜离子质量浓度低于2.0mg/L，可以达标排放或回用于镀件漂洗；浓水经进一步浓缩后也可回用。铜液质量浓度对截留率影响不大，但产水中的铜质量浓度随铜液质量浓度的增加有上升的趋势。
ZhiWang等采用DL、DK和NTR-7450三种纳滤膜处理含Cu、Cr的电镀废水，DL和DK膜对Cr的平均去除率分别为96.65%和94.7%，对Cu的平均去除率分别为90.0%和82.8%；NTR-7450膜对Cr和Cu的去除率低于70%。
Z.V.P.Murthy等采用纳滤膜，处理Ni2+质量浓度为5mg/L和250mg/L废水，镍的最大去除率分别为98%和92%。
AlkaG.Boricha等采用纳滤膜对重金属去除率在93%以上，对SS和TDS去除率近100%。
EvgeniaChilyumova等采用FilmtecNF和FilmtecNF90纳滤膜对含硝酸镍废水进行处理，在pH值为2.4时，对镍的去除率分别为95.3%和99.82%，pH值为3.2时，对镍的去除率分别为94%和99.85%。
3.2 反渗透膜分离
Y.Benito等采用反渗透处理电镀废水，75%～95%的水得以回收，透过液中几乎不含金属离子。
朱贤等采用反渗透过程对电镀废水中常见的含镍废水进行了处理，表明反渗透基本受操作压力的影响较小，截留率稳定且大于99%。
3.3 聚合物强化超滤膜分离
超滤膜很难对金属离子实行有效的截留，因为未经络合处理的金属离子能自由透过超滤膜。聚合物强化超滤耦合工艺以大分子聚电解质络合金属离子，再以超滤膜进行截留，可有效处理重金属废水。
陈桂娥等研究了络合-超滤耦合过程处理含锡工业废水，利用聚丙烯酸钠(PAASS)为络合剂络合去除含Sn2+的重金属废水，重金属可达到95.2%截留，经过浓缩的重金属锡废水，可进行重金属回收，而透过液可达到回用水的标准.
3.4 电渗析膜分离
目前常采用的电渗析技术有：中高温电渗析工艺、倒极电渗析工艺EDR、双极膜电渗析工艺、填充床电渗析工艺EDI等。
卢会霞等采用EDI过程对模拟电镀镍漂洗水进行了处理，认为使用强酸强碱性大孔型树脂较凝胶型树脂有更优的分离效率，填充大孔型弱酸弱碱性树脂时过程分离效率则相对最低；当在淡水室中混床填充大孔型强酸强碱性树脂时，在Ni2+质量浓度为50mg/L、pH为5.7的原水条件下，EDI淡水出水中Ni2+质量浓度在开机后数分钟内就降低到0.1mg/L以下，并保持稳定至试验结束。
3.5 组合膜工艺分离
(1)反渗透-纳滤工艺
马楫等将纳滤和反渗透两种不同的膜进行有机组合，纳滤膜透过液进入反渗透过程，充分利用各自的优点，使废水实现大比例深度回用。纳滤膜选用海德能公司的ESNA1-8040聚酰胺抗污染纳滤膜，平均产水0.85t/h，反渗透膜选用DOW公司的BW30-365FR抗污染反渗透膜，平均产水1.10t/h，纳滤产水率维持在85%左右，剩余浓水由于含有多种重金属离子，排入化学沉淀处理设施处理后达标排放。纳滤系统对重金属离子质量浓度的去除率可达95%。反渗透产水率维持在58%左右，反渗透系统的脱盐率可达99%。
楼永通等在中试基础上建立1200m3/d电镀镍漂洗水膜法回收工程，采用三级膜分离技术浓缩电镀废水并回收水和镍，第一级膜过程为纳滤，处理量50m3/h，浓缩10倍；第二级为反渗透，对纳滤浓缩液进行处理，处理量5m3/h，浓缩5倍；第三级为反渗透，对第二级反渗透浓缩液进行处理，处理量1m3/h，浓缩2倍以上，共浓缩100倍以上。一级膜分离系统对镍的截留率为98%；二级、三级膜分离系统对镍截留率均在99%以上，整个系统运行良好，基本上实现了电镀废水的资源化。
(2)微滤(超滤)-电渗析-纳滤(反渗透)工艺
WenruiZuo等采用三级膜过程，第一级为微滤或超滤，第二级为电渗析，处理对象为第一级透过液，第三级为纳滤或反渗透，处理对象为电渗析浓水，以提高水的回收率。电渗析离子去除率97%以上，COD去除率84.7%，重金属质量浓度低于0.01mg/L。
4 结语
随着新的电镀污染物排放标准的颁布，对电镀废水排放要求更为严格。重金属是电镀废水中所含的一类重要污染物，许多企业在对电镀废水进行处理的同时，加大了废水和重金属等污染物资源化的程度。
膜分离技术是一种新型分离技术，通过选择不同的分离膜和将不同的膜过程进行组合，可以实现废水的回用和重金属的资源化。
随着膜分离机理研究的不断深入和膜材料性能的提高，膜分离技术在电镀废水的处理和资源化过程中将起着重要的作用。