反滲透技術在重金屬廢水處理與回用中的應用

劉明亞 張 凱 畢遠偉

（核工業理化工程研究院，天津 300180）

反滲透技術在重金屬廢水處理與回用中的應用

劉明亞 張 凱 畢遠偉

（核工業理化工程研究院，天津 300180）

近年來，隨著社會的進步，我國工業也得到了長足的發展，但與此同時，工業生產之中所產生的重金屬廢水給人們帶來了很大的困擾，如何對重金屬廢水進行處理與回收成為相關行業熱議的話題，反滲透技術在這種情形下得到了極為廣泛的應用?；诖?，文章對反滲透技術在重金屬廢水處理與回用中的應用進行了研究。

反滲透技術；重金屬廢水；廢水處理；廢水回用；節能環保；工業生產

重金屬廢水處理與回用的問題隨著我國工業的發展日益凸顯。礦山生產過程中產生的廢水、冶煉金屬時排放的酸洗水和化工企業的生產廢水都屬于重金屬廢水。重金屬廢水中含有各種重金屬成分，這些成分在處理時只能夠用物理或化學辦法對其進行抽離或者稀釋，但無法被徹底除去或消失，因此重金屬廢水若是不經處理就進行排放的話，勢必會對環境造成極為嚴重的危害，且重金屬成分的流散本身也是一種極大程度的浪費。

1 反滲透技術原理

目前處理重金屬廢水的方法有很多種，如離子交換法、電解法、吸附法以及反滲透處理法等。重金屬廢水中含有較多的重金屬離子，且種類較多、成分復雜，因此在對其進行處理時，采用反滲透技術往往會取得比較顯著的效果。

反滲透技術的工作原理，就是利用外界的作用力，對廢水中的溶劑通過半透膜進行過濾，從而隔離出重金屬離子。在這一項技術的實施過程中，必須要滿足兩項基本條件：一是要讓外界的作用力遠遠超出溶液的滲透壓；二是要求具有一種高選擇性和滲水性的半透膜。一般來說，反滲透技術中用到的半透膜表面孔徑不能超過1nm，只有這樣才能保證在進行滲透的過程中對絕大多數重金屬離子進行隔離。反滲透技術主要的依據為滲透截留機理，通過對這一理論的實際應用來對金屬離子進行篩選分割，因此在對其應用的時候要考慮到離子的價態問題。

20世紀中后期，人們開始應用反滲透技術對重金屬廢水進行處理，在最初始的時候，其只被應用于電鍍水的處理當中，由于其效果較好，因此被人們越來廣泛地應用于重金屬廢水處理的各個領域。利用反滲透技術進行廢水處理時，既不用任何化學藥劑，也不需要輔助手段，因此其具有能耗低、效率高的突出優點。

2 反滲透技術在重金屬廢水處理中的應用

2.1 在電鍍廢水處理中的應用

電鍍行業生產所產生的廢水與漂洗金屬所產生的廢水中重金屬離子含量都很高，其中鎳、鉛、鎘等元素尤為突出，除此以外，上述廢水中還含有較多的氯化物以及氰化物。在廢水處理中應用反滲透技術的先驅就是電鍍行業。在對電鍍廢水進行處理的過程中，為了將廢水之中的重金屬離子進行有效回收，一般會采用脫鹽或者是局部滲透的方法。對電鍍廢水的有效處理是十分必要的，比如在電鍍行業進行電鍍鎳的生產過程中，會產生含有很多鎳離子的重金屬廢水，眾所周知，鎳離子對于人體的毒害作用極大，如果不對含鎳廢水進行處理就任其排放，就會對周邊居民的生命安全造成極大的威脅，因此必須對電鍍鎳過程中產生的廢水進行科學有效的處理，這不僅可以保障人們的生命安全，還能對廢水之中的鎳離子進行回收，從經濟上講也是十分合理的。從20世紀中后期開始，電鍍行業就開始在處理廢水時應用反滲透技術，到現在為止，其已經形成了一套較為完備的體系。在利用反滲透技術處理污水的過程中還可以與鈉濾工藝技術結合使用來對重金屬進行回收利用。

2.2 對其他重金屬廢水的處理

重金屬廢水不僅僅是指電鍍廢水，其還包含著許多化工行業、冶金行業生產所產生的廢水以及其他行業產生的廢水等。在這些重金屬廢水中，均含有大量的重金屬離子，諸如鉛、鋅等，對這些重金屬廢水進行處理回收，一方面可以在很大程度上減小重金屬廢水對于環境產生的危害，保護生態環境，降低重金屬對人們造成的威脅與損傷；另一方面，對廢水里的重金屬離子進行回收，可以減少資源的浪費，從而降低企業的生產成本，提高企業的經濟效益。通過實際的調查研究可以得出結論，利用反滲透技術在對重金屬廢水進行處理時，可以將其中重金屬離子的95%以上進行回收，這就表示反滲透技術對于重金屬廢水的處理是具有十分顯著效果的。

3 運用反滲透技術處理廢水時值得注意的問題

3.1 反滲透技術的成本問題

隨著反滲透技術在重金屬廢水處理與回收之中得到越來越廣泛的應用，我們必須要對其成本問題進行深入的思考。反滲透技術中的核心部分就是反滲透膜，能否選擇好正確的反滲透膜對于廢水處理的效果有著極為關鍵的影響。如今我國市場上已經研發出了很多的反滲透膜類型，其具體功能與處理能力不一，因此其價格也不盡相同，但總體來說，反滲透膜的價格還是比較昂貴的，企業在對其進行選擇時一定要結合自身的實際情況，不要盲目選擇價格高的。值得一提的是，隨著科學技術手段的不斷進步與發展，反滲透膜的專業水平也得到了長足的進步，這種情況若是不斷發展，反滲透膜的整體成本將在未來得到降低，這對使用反滲透技術處理污水的企業無疑是一個好消息。

3.2 對于污水的預處理

在利用反滲透技術進行重金屬污水的處理過程中，對重金屬污水進行科學合理的預處理手段可以有效的延長滲透膜的使用時間，從而使企業因更換滲透膜而產生的成本降低。在利用反滲透技術進行重金屬污水處理時，一定要保證進水的質量符合其處理要求，如此才能保證在處理過程中滲透膜不會受到污染或受到的污染較小，并同時對滲透膜的使用壽命和反滲透技術的處理效果做出保障?？傊?，在利用反滲透技術對重金屬廢水進行處理回收時，一定要進行科學有效的預處理，保證處理水體的質量符合標準，從而在整體上保證對于重金屬廢水處理的高效性。

3.3 反滲透膜的選擇

當前國際上有很多生產反滲透膜的企業，我國市場上各種國際品牌的反滲透膜屢見不鮮，國產反滲透膜也層出不窮，各企業生產的不同類型的反滲透膜在性能上各有千秋，其在去污染物能力與抗污染能力和產水量等方面的功效有著較大的區別。不同的廢水之中含有的溶質及溶質的濃度都不盡相同，在應用反滲透法對其處理時要注意其相關的酸、堿、氧化性等性能，根據這些來選擇合適的反滲透膜。當前很多膜生產企業都有針對膜選擇的專業軟件，其能夠根據需處理水質來選擇膜的型號、滲透率以及濃縮倍數等，并可以對設計方案的可靠性、處理效果以及膜的壽命進行評估。

3.4 工藝操作參數

根據原水的水質特點來合理選擇反滲透系統的工藝操作參數，能夠有效地提高出水水質。反滲透裝置的主要工況參數為進水的pH值、溫度以及運行壓力等。

用卷式反滲透膜設備處理含Cu2+的漂洗水，結果表明膜通量隨膜壓降和溫度的增加而增加；溫度不變時，滲透液的濃度隨膜壓降的升高而降低，降低的速率也隨壓降升高而降低，呈漸近線關系；離子的透過性與水對膜產生的膨脹作用有關。反滲透膜對重金屬離子的截留率隨pH下降而降低，不同的膜要求pH值不同，一般控制在4～7比較好。隨著膜技術的發展，反滲透膜的pH耐受范圍在擴大，pH的使用下限一般為2；也有報道表示，用反滲透膜濃縮含銅料液，其濃縮液pH達0.9。

3.5 膜清洗

反滲透裝置長期運行后，膜表面會逐漸積累各種污染物，如無機物垢和金屬氧化物等，這些物質沉積在膜表面上，會引起反滲透裝置性能的下降。為了恢復膜的性能，需對膜進行化學清洗和消毒?；瘜W清洗時應根據膜的材質和污染物的種類選擇合適的清洗劑。合理選擇洗膜方法、定期洗膜，如定期的反沖洗能夠最大限度地減少膜結垢，保證膜通量以延長膜的壽命、提高出水水質、增加產水量。

4 結語

總而言之，反滲透技術應用在重金屬廢水的處理回收過程中可以起到很好的效果，對于重金屬離子的回收率甚至可以達到98%以上，這對凈化回收重金屬廢水、實現清潔生產有著極為重要的意義。隨著現代科學技術的不斷發展與創新，反滲透技術也必將得到更為廣泛的應用與更好的發展，從而提高重金屬廢水的回收利用率，創造更大的經濟價值。

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（責任編輯：王 波）

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1009-2374（2017）12-0138-02

10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.12.071

劉明亞（1982-），男，河北石家莊人，核工業理化工程研究院工程師，研究方向：工藝控制、水處理系統工藝。

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