含鉻廢水高效膜處理新技術的應用

王建剛 張偉東崔怡亭 李軍記 王偉兵谷松濤

（1鄭州大學綜合設計研究院膜分離技術研究所 河南鄭州 450000 2鄭州銀科爾科技有限公司 河南鄭州 450000）

含鉻廢水高效膜處理新技術的應用

王建剛1張偉東1崔怡亭1李軍記1王偉兵2谷松濤2

（1鄭州大學綜合設計研究院膜分離技術研究所 河南鄭州 450000 2鄭州銀科爾科技有限公司 河南鄭州 450000）

本文對含鉻廢水的傳統(tǒng)處理技術進行了簡要論述，并介紹了超濾膜分離技術在含鉻廢水處理中的優(yōu)缺點，著重闡述了高效膜處理新技術對膜污染的控制及在含鉻廢水處理中的應用與資源化綜合利用。

含鉻廢水；傳統(tǒng)方法；膜分離技術；資源化綜合利用

近年來隨著工業(yè)生產和城市現(xiàn)代化水平的發(fā)展，廢水排放量日趨增大，水源中重金屬積累加劇，重金屬污染越來越嚴重。按照國家“十二五”規(guī)劃的要求，重金屬廢水治理為污水處理中的一項重要內容，重金屬廢水的治理刻不容緩[1]。含鉻廢水作為重金屬廢水中的一類污染物，污染問題日益突出。含鉻廢水主要來源于電鍍、制革、化工、顏料、冶金、耐火材料等行業(yè)。含鉻廢水中鉻的存在形式有Cr6+和Cr3+兩種，其中以Cr6+的毒性最大，它的毒性比Cr3+約高一百倍，可引起肺癌、腸道疾病和貧血等[2]。鑒于六價鉻對環(huán)境的嚴重危害作用，環(huán)保部對鉻的排放有嚴格的規(guī)定，在《電鍍污染物排放標準》（GB21900-2008）中規(guī)定，新建企業(yè)的車間或生產設施廢水排放口，水中Cr6+的最高容許濃度為0.2mg/L，總鉻的最高容許濃度為1.0mg/L，并不得用稀釋法代替必要的處理。就電鍍廢水而言，全國約有1萬家電鍍廠，每年排放出的廢水達40× 108m3，并且呈逐年上升趨勢。對含鉻廢水的治理受到國內外科研工作者的高度重視。本文論述了含鉻廢水的處理現(xiàn)狀及超濾膜分離技術的優(yōu)缺點，并著重闡述了高效膜處理新技術在含鉻廢水中的應用及發(fā)展趨勢。

1 含鉻廢水的傳統(tǒng)處理技術

電鍍廢水中的六價鉻主要以CrO42-和Cr2O72-兩種形式存在，在酸性條件下，六價鉻主要以Cr2O72-形式存在，堿性條件下則以CrO42-形式存在。對含鉻廢水的治理一般可分為兩大類[3]：一類是以達到排放標準為目的，如化學還原法、電解法等；另一類是以回用廢水或者回收鉻資源為目的，如鋇鹽法、離子交換法和活性炭吸附法、膜分離法等。

傳統(tǒng)的含鉻廢水處理技術主要包括化學法（化學沉淀法、鐵氧體法、二氧化硫法）、電解法、離子交換法等。化學還原法、沉淀法處理含鉻廢水雖然工藝簡單，但是廢水中Cr6+含量容易出現(xiàn)反彈現(xiàn)象。電化學法處理含鉻廢水的主要優(yōu)點是離子選擇性高，便于對處理產物回收利用，克服了沉淀法處理含鉻廢水的不足。但是電化學法耗電量大，處理費用高，處理時間長，而且產生的大量沉渣容易結塊，影響處理系統(tǒng)運行。鐵氧體法處理含鉻廢水雖然處理量大、凈化效果好、去除率高，并最終能得到回收產物鐵氧體，但是鐵氧體的回收利用價值不高。離子交換法主要應用于處理電鍍含鉻廢水，出水水質好，可回收有用物質，便于實現(xiàn)自動化。但該法的樹脂易被氧化和污染，對預處理要求較高。

2 超濾膜分離技術對含鉻廢水處理的優(yōu)缺點

膜分離法是一種新型隔膜分離技術，利用一種特殊的半透膜使溶液中的某些組分隔開，某些溶質和溶劑滲透而達到分離、純化、濃縮的目的[4]。它具有分離效率高、無相變、無二次污染、能耗低、等優(yōu)點，被譽為本世紀最具有應用前景的六大新技術之一。

超濾膜技術作為膜分離技術中的一種也迅速的發(fā)展起來，它是一種以機械篩分原理為基礎，以膜兩側壓差（100 KPa～100 KPa）為驅動力的膜分離技術。它可分離液相中分子量大于500道爾頓、粒徑大于2 nm～20 nm的顆粒。用超濾技術去除實驗室廢液中Cr6+，處理后的廢液中Cr6+濃度符合國家一級污染物排放標準。銀玉容等[5]用抗污染超濾膜（聚偏氟乙烯合金膜）、高壓納濾膜（聚芳香酰胺膜）處理含Cr6+，Ni2+，Cu2+等重金屬離子的電鍍廢水，工藝流程為：電鍍廢水—預處理（加入Na2SO3先將Cr6+還原為Cr3+，然后將電鍍廢水PH值調節(jié)至堿性，金屬離子與OH-結合生成沉淀，再加入絮凝劑絮凝沉淀）—抗污染膜超濾—高壓納濾，實驗結果顯示采用抗污染膜超濾—納濾多級膜處理后Cr6+去除率可達93.8%，電鍍廢水可達電鍍清洗水標準，回用率達到85%。易瓊[6]通過向實驗室廢液中加入NaOH調節(jié)pH值，采用微濾+超濾工藝對水的濁度卻具有很好的去除效果。與傳統(tǒng)含鉻廢水處理技術相比，超濾膜技術具有高效、快捷、處理效果好等優(yōu)點，但在運行過程中膜的堵塞、污染一直未得到良好的解決。

3 含鉻廢水高效膜處理新技術的應用

采用超濾膜在含鉻廢水處理運行的過程中經常會遭遇顆粒、膠體污染，為解決這一難題,以往膜處理工藝需添加大量的絮凝劑[7]，從而保證進膜設備的廢液濃度低于50ppm來減少膜的污染。對于膜污染問題，我們設計的高效膜處理新技術采用雙循環(huán)的運行模式，并將超濾膜技術與氣浮技術[8]相結合連接特制的分離裝置，有效地解決了膜污染問題，延長了膜的清洗周期及使用壽命，提高了膜的工作效率。根據實驗證明，該技術不僅可允許進膜裝置的廢液濃度最高可達20000 ppm，而且出水水質更好。

含鉻廢水高效膜處理新技術是將傳統(tǒng)的化學還原法與超濾膜污染控制技術相結合，本技術不僅解決了膜污染問題，還打破了繁瑣且操作困難的傳統(tǒng)技術[9]，從全新的角度出發(fā)，設計出適合重金屬污染企業(yè)較為實用的新技術，從而簡化了處理流程，降低了工程投資，減少占地面積，節(jié)約了大量時間，同時也增強了可操作性，在后續(xù)處理過程中以純物理的方法處理廢水，避免了投加化學藥劑所帶來的二次污染，不僅能夠實現(xiàn)水資源的重復利用，還提高了鉻渣的純度，可實現(xiàn)資源化利用。

整套含鉻廢水高效膜處理新技術系統(tǒng)由含鉻廢水預處理（調節(jié)、反應、沉淀）、高效膜處理裝置、板框收渣三大部分組成。

處理工藝圖如下：

3.1 含鉻廢水（含Cr6+、Cr3+等重金屬離子）進入調節(jié)池，調節(jié)水質水量后進入反應池，調節(jié)PH并加入還原劑，將Cr6+還原成Cr3+，然后廢水進入沉淀池，加入氫氧化鈉調節(jié)廢水篇pH值至7～8，使廢水中的Cr3+沉淀，化學反應方程式如下：