膜分離技術處理電鍍廢水的應用及其發展前景

摘要：電鍍廢水可以經過處理之后實現循環利用，文章對膜分離技術的相關概念進行闡述，并且對近期國內外的膜分離技術發展現狀進行敘述，介紹了膜分離技術在電鍍廢水中的具體應用，旨在為電鍍廢水的處理提供理論依據。

關鍵詞：膜分離技術；電鍍廢水；處理技術；工業生產；環境污染 文獻標識碼：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

工業是一個國家的支柱產業，工業發展過程中會對環境產生嚴重污染，電鍍行業是全球三大污染工業之一，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，對人類會造成嚴重的危害，當廢水排入水中，還會對水體產生污染，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重的威脅。雖然電鍍廢水對環境以及人類的危害嚴重，但是電鍍廢水中有一些價值較高的金屬，可以回收利用。當前對電鍍廢水進行處理的技術主要有集中，比如化學沉淀、氧化還原、離子交換、電解法等，隨著該行業研究的不斷深入，一些其他的方法也逐漸應用在電鍍廢水的處理過程中，比如鐵氧體法、膜分離技術、吸附法、生物法等新技術，在電鍍廢水處理過程中應用這些新技術，可以提高廢水的回收效率，減少直接排放廢水帶來的污染。其中膜分離技術是一種高效率的回收技術，實用性較高，是當前發展前景最好的一種新技術。

1 膜分離技術的特點

膜分離技術指的是通過膜對各種物質進行過濾和分類的技術，膜能夠對不同的物質進行選擇性透過，可以完成物質的分離、提純以及濃縮。膜分離技術是一種物理技術，無相變、低能耗，其效率較高，而且能夠實現節能目的，其處理過程易于控制，不會對外界產生污染，根據待分離的物質的大小，可以將膜分離技術分為微濾、超濾、納濾和反滲透。微濾對于電鍍液的預過濾比較適用，超濾則主要應用在電泳漆的回收過程中，納濾和反滲透在化學處理的后處理以及工藝純水的制備過程中使用比較廣泛。借助膜技術對電鍍生產過程中的重金屬漂洗水進行分離和濃縮，可以對其中的金屬離子進行回收，同時還能實現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。當前，膜分離技術在電鍍水的處理過程中有十分廣泛的應用，各國都在積極加強對這種技術的研究和開發。

2 膜分離技術在電鍍水處理中的應用現狀

有學者在電鍍鎳漂洗水的處理過程中采用膜分離技術，通過對漂洗水進行濃縮以及回用發現，這種技術在電鍍液中應用是可行的，膜分離技術可以對其中的鎳離子進行有效地截留，其中截留率大于99%。在實驗中選取的鎳離子濃度為145mg/L，經過膜分離技術濃縮之后，濃縮液中的鎳離子濃度達到50g/L，而其余的透過液經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。

在膜分離技術中，膜是很關鍵的物質，膜的過濾效果會對金屬液的處理效果產生直接影響，有的學者以異丙醇為主要原料，經酸解、除醇、干燥和燒結過程，制成了陶瓷超濾膜，在外界施用大約0.2MPa的壓力，在此壓力下進行超濾分離，并且經過沉淀處理，最終得到電鍍廢水上的清澈液體。實驗結果表明，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，膜的通透率變為0.5立方米。經過沉淀之后，電鍍水中的金屬離子主要以絡合、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。

利用金屬離子絡合物的性質進行電鍍廢水膜分離試驗，該實驗的流程如圖1所示：

該實驗中，聚丙烯酸鈉是絡合劑，采用該物質對含有銅離子的電鍍廢水進行處理，其中液體的pH值對銅離子在廢水中的存在形態有很大的影響，產生絡合反應的前提是液體的pH值要大于6，在試驗中將液體的pH值調節到2～3，就可以使得銅離子從絡合物中釋放出來。研究還表明，在解絡反應之前，有一個超濾過程，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合物是比較穩定的，超濾膜對銅離子的截留率不會改變，同時，解絡反應之后，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到96%之多，同時，經過處理之后排放的水，銅的含量較低，其濃度小于1.0mg/L，滿足外界環境對廢水的排放要求。

另一組學者采用納濾對含有鉻例子的廢水進行實驗，具體的實驗裝置如圖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。實驗結果表明，納濾膜能夠對電鍍廢水中的鉻離子進行有效地處理，其去除率能夠達到98%，經過過濾之后的液體，鉻的濃度低于0.5mg/L，可以達到排放標準，同時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生顯著的影響。

外國學者也對膜分離進行深入研究，其中有學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。研究結果表明，如果過濾方式為超濾，對于超濾膜而言，當液體的pH小于3.68時，基本不能對金屬離子進行截留，但是隨著pH值的不斷上升，其截留率會發生改變，當pH值為6.6的時候，截留率會達到98.7%。對于反滲透膜而言，如果電鍍廢水中含有弱酸根離子，當電鍍廢水的pH值較低的時候，透過液的pH值要比原液高，當pH值達到6.6的時候，透過液的pH值比原液低，當原液的pH值為6的時候，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 膜分離技術在國內的應用情況

從20世紀70年代開始，我國開始有工廠應用膜分離技術處理電鍍鎳廢水和回收鎳，經過20多年的發展，在本世紀初，膜分離技術才開始大規模、廣泛的使用，有公司利用膜分離技術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進行電鍍廢水處理，比如寧波科寧達工業有限公司、寧波光華電池有限公司、長沙力元新材料股份有限公司等，對膜分離技術的應用都比較多。比如長沙力元新材料股份有限公司是全國知名的連續化帶狀泡沫鎳生產廠家，其產量在全世界都處于領先地位，但是在電鍍生產過程中，產生了很多含鎳廢水，長沙力元膜分離項目，就是對該公司電鍍廢水中的鎳離子進行分離處理的工程，一開始該公司采用化學處理法進行處理，產生的效果不好，而且排放的廢水中鎳離子的濃度依舊比較高，還產生了較多的含鎳污泥，對環境的污染愈發嚴重，隨著膜分離技術的應用，其廢水排放中的金屬離子含量降低，而且經過處理之后的水資源也可以利用。經過處理之后，回收水中的總溶解固體量小于10mg/L，成為質量較優的電鍍工藝用水。運行過程中，基本達到行業生產標準和環境排放

要求。

4 結語

綜上所述，電鍍行業是工業生產中的一個重要行業，在電鍍生產過程中會產生很多電鍍廢水，廢水直接排放會對環境造成嚴重污染，給人們的健康帶來威脅，在排放廢水之前應該要加以處理。傳統的處理方式是化學沉淀處理，這種方法會產生其他的沉淀污染，而且過濾效果不好。膜分離技術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值較高的金屬都能實現高效回收，所以膜分離技術可以促進電鍍行業的可持續發展，實現清潔生產。

參考文獻

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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。

（責任編輯：黃銀芳）