樹枝狀聚合物在含銅廢水深度處理中的應用

張亮(美國PWT中國代表處上海賽沃環保科技有限公司，上海200086)

1 引言

近幾年來，樹枝狀聚合物綜合工程學的發展促進了其在各個領域的應用，諸如醫藥研究中的藥物傳遞系統，就是使用了有樹枝狀分叉結構的蛋白質分子來完成。由于其獨特的結構和特性，樹枝狀聚合物已成為當今高科技應用中的首選技術手段，這一顯著的特點在水處理應用上的成果也同樣令人驚喜。

在水處理行業中，特別是反滲透系統中，Dendrimer 樹枝狀聚合物以其獨特的分子結構,利用螯合與網狀分子矩陣控制結垢離子，而非采用傳統晶體修改的方式來阻垢，使反滲透系統得到高效運行的保證，從而在反滲透阻垢領域大方光彩。

在電子廠含銅廢水深度處理中，已普遍使用反滲透系統作為深度處理的重要一環。但是由于來水水質復雜，常會在各級反滲透進水側甚至在產水側發現紅色污染物。將Dendrimer 樹枝狀聚合物Titan ASD 200 SC(以下簡稱“T200”)的強力吸附作用衍生應用至吸附有機分子和微生物，既起到了阻垢的作用，同時也延長紅色污染物出現的時間，延長反滲透清洗周期。

2 項目情況

該電子廠位于長江下游江蘇某經濟開發區，車間廢水以切割銅板沖淋水為主。主要成份含有銅和鎳。

2.1 回用水水處理系統工藝

2.1.1 回用水水處理工藝流程

回用水水處理工藝流程如圖1所示。

2.1.2 系統設備概況

(1)袋式過濾器共6臺，每2臺對應一組一級反滲透，更換頻率3-5天，更換后的濾袋丟棄；

(2)一級反滲透三組，一段式結構，每組11支膜殼，6芯裝，每運行45分鐘使用MCR 產水沖洗60s，化學清洗周期為15天；

圖1回用水水處理工藝流程

(3)二級反滲透一組，一段式結構，每組11支膜殼，6芯裝，每運行90分鐘使用一級產水沖洗60s，化學清洗周期為23天；

(4)三級反滲透一組，二段式結構，10:6排列，6芯裝，每運行120 分鐘使用二級產水沖洗60s，化學清洗周期為35天；

反滲透膜型號DOW BW 30FR-400/34

2.1.3 水質報告情況

水質報告情況如表1所示。

2.2 系統運行問題及檢查

一級反滲透膜面有明顯的類微生物粘泥糊在膜表面，類似的一層薄薄的涼粉狀，無異味。

二級反滲透膜面有明顯的黑色污染物，通過水槍沖洗能夠全部刷下來。

三級反滲透膜面有明顯的鮮紅色污染物，通過水槍沖洗能夠全部刷下來。

一、二級反滲透產水箱均壁上有大量紅色污染物，用水槍沖洗后，能被徹底沖干凈。紅色污染物出現的時間為運行20天后。

表1水質報告情況

3 前后數據對比

在MCR 前添加0.2ppm 的Titan ASD 200 SC 后可以明顯的看到后續各反滲透產水箱中紅色物出現的時間延長，反滲透清洗周期延長。

(1)為了驗證Titan ASD 200SC對反滲透系統中紅色污染物的作用，進行了以下對比實驗，將實驗數據分為三組，每次在一級、二級反滲透產水箱出現紅色污染物并徹底清洗后，依次按照順序為①不添加Titan ASD 200SC；②添加0.2ppm Titan ASD 200SC；③停止添加Titan ASD 200SC。分別觀察紅色污染物出現時間(見表2)。

表2

(2)為了驗證Titan ASD 200SC對延長反滲透系統清洗周期的作用，進行了以下對比實驗，將實驗數據分為兩組，在一級、二級、三級反滲透清洗徹底后，對比添加0.2ppmTitan ASD 200 SC前后的化學清洗周期(見表3)。

表3

(3)添加0.2ppm Titan ASD 200SC 后一級反滲透產水箱紅色污染物出現的時間由空白組的20天延長到了26天，同比延長了40%，并且在之后的停止添加Titan ASD 200 SC 的對比組中一級反滲透水箱紅色污染物出現的時間為21天，又恢復到原來的狀態。

(4)添加0.2ppm Titan ASD 200SC 后二級反滲透產水箱紅色污染物出現的時間由空白組的31天延長到了38天，同比延長了33%，并且在之后的停止添加Titan ASD 200 SC 時的對比組中二級反滲透水箱紅色污染物出現的時間為33天，又恢復到原來的狀態。

(5)通過對比空白組和實驗組的前后清洗周期，一級反滲透化學清洗周期延長了33%，二級反滲透化學清洗周期延長了30%，三級反滲透化學清洗周期延長了37%。

4 系統分析及研究

(1)原水中有高含量的銅，即便在MCR 產水側依然有很高的銅含量。同時Cu2+在還原劑的作用下會被還原成Cu+，反應方程式為：SO32-+2Cu2++2H2O→SO42-+4H++Cu2O↓，在微生物的作用下，形成了鮮紅色的泥狀物。

(2)樹枝狀聚合物在其結構中有兩個主要化學環境，一是包括外部終端功能團所構成的表面化學層，二是內部分叉結構支撐空間。這是一個與外部環境屏蔽的分子內部球行空間體。樹枝狀聚合物在自己樹枝狀內部空間中可以容納銅離子、亞銅離子、氧化亞銅，甚至會吸引其他有機分子進入其環境。并且可以隔絕與外界的接觸。樹枝狀聚合物可以將這些離子或者有機物分子吸引并控制在它由終端功能團和內部分叉空間所構成的化學環境之中，一起懸浮分散于反滲透膜濃水側，并最終隨濃水一起排放出膜系統，從而避免了這些物質在反滲透膜上沉積所造成的污染。(類似于樹枝狀聚合物阻垢劑作用機理)。

5 結語

基于樹枝狀聚合物的反滲透阻垢劑Titan ASD 200 SC含有增強的幾何分子構造和巨量終端功能團，同時具有更高的阻垢載荷和更強的離子吸附捕捉能力。在水處理化學應用中可以給用戶更加多元化的反滲透系統給水化學控制，降低膜的污染傾向并減少膜的清洗需求。對于處理含銅量極高的工業廢水時，除了使用殺菌劑直接控制微生物數量級這一傳統的方法外，也可以通過吸附、隔絕的辦法，將微生物和它依附的載體包裹起來，暫時屏蔽與外界的接觸，并隨著反滲透濃水一起排出反滲透體系，從而減少對膜的污染。另外基于樹枝狀聚合物Titan ASD 200SC是無磷配方，不會因為添藥劑的使用引起水體中磷含量的上升，造成濃水排放的困擾。