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【簡介】
膜系統(tǒng)處理電鍍廢水實驗研究
董佳1彭麗花1黃瑞敏2
(1.北京理工大學(xué)珠海學(xué)院，廣東珠海519085;2.華南理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，廣州510006)
摘要：采用膜系統(tǒng)處理二級排放電鍍廢水，研究在不同的進水條件與操作條件下，膜系統(tǒng)分離電鍍廢水中重金屬離子及回收廢水的效果;研究結(jié)果表明:膜系統(tǒng)去除二價及以上重金屬離子非常有效，當(dāng)系統(tǒng)的運行壓力為0.65MPa，進水pH在6～8，進水流量和回流比分別維持在
關(guān)鍵詞：電鍍廢水;膜系統(tǒng)處理;重金屬離子;廢水回收
隨著改革開放的進一步深入，電鍍行業(yè)的發(fā)展勢頭異常迅猛，同時每年產(chǎn)生大量的電鍍廢水也嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境，制約了電鍍行業(yè)的長遠發(fā)展。電鍍廢水包括鍍件漂洗、退鍍件漂洗、工件除油、酸洗等幾種廢水，其中不僅有重金屬離子，而且還含有毒陰離子、各種有機絡(luò)合物、表面活性劑、油份及酸、堿等。對電鍍廢水的常規(guī)處理包括化學(xué)沉淀、氧化還原、鐵氧體技術(shù)等;這些技術(shù)在實際應(yīng)用中可有效去除電鍍廢水中的重金屬物質(zhì)，但由于成本和操作原因，經(jīng)常出現(xiàn)廢水不達標(biāo)排放等情況;針對氧化還原、化學(xué)沉淀法處理后的不達標(biāo)電鍍廢水，擬采用膜系統(tǒng)深度處理，分離其中重金屬離子的同時回收廢水，實現(xiàn)經(jīng)濟與環(huán)境的雙贏。
1·實驗部分
1.1進水水質(zhì)及工藝流程
進水為惠州某電鍍公司二級處理后的排放廢水，系統(tǒng)進水流量為
1.2實驗方法
首先從廢水排放池用泵1將廢水引入保安過濾器過濾，以去除廢水中存在的懸浮顆粒物和濁度，防止污染后續(xù)處理設(shè)備;然后進入中間儲水罐，待其滿后關(guān)閉泵1，開啟泵2，將廢水引入膜分離系統(tǒng)，將分離后的產(chǎn)水和濃縮水都回流至中間儲水箱，以保持廢水中污染物的濃度不變;期間分別調(diào)整膜系統(tǒng)壓力、pH、濃水回流比，研究膜系統(tǒng)在各種不同操作條件下對廢水中重金屬離子的分離效果和廢水回收率;每次做完實驗后放空中間儲水池。
2·結(jié)果與討論
2.1壓力對膜系統(tǒng)去除污染物的影響
膜系統(tǒng)對二價及以上重金屬離子的去除率高。
如圖2所示，當(dāng)進水中Cu2+、Ni2+、總鉻(主要為Cr3+)平均質(zhì)量濃度分別為8，10，10mg/L時，產(chǎn)水Cu2+、Ni2+、總鉻質(zhì)量濃度分別為<0.1，0.15，<0.1mg/L，平均去除率為98.85%、98.5%、99.1%;膜系統(tǒng)對重金屬離子的去除率隨運行壓力的升高而略有增大;這是因為當(dāng)膜兩邊驅(qū)動力增大時，水分子比重金屬離子更易透過膜，使得產(chǎn)水中重金屬離子濃度相對減少;但過大的運行壓力會增大膜表面的濃差極化，本實驗確定適宜的運行壓力為0.65MPa。膜系統(tǒng)對總鉻的去除率最大，而對Ni2+去除率最小，原因在于，一方面Cr3+的電荷密度比Cu2+、Ni2+大，受膜表面電荷的排斥力強;另一方面Cu2+、Ni2+的水合作用比Cr3+強，水合作用在周圍形成的離子氛降低了它們的電荷密度。在各種壓力下，產(chǎn)水中有機物濃度和色度都很低;始終ρ(COD)<10mg/L，去除率達92%以上，產(chǎn)水清澈透明，色度在4倍以內(nèi);pH在6.8～7.2。
2.2進水pH對膜系統(tǒng)去除污染物的影響
膜對重金屬離子的分離作用取決于兩個方面，納米級的孔徑和膜表面電荷;pH對膜系統(tǒng)去除污染物的影響在于它改變膜表面電荷的屬性，從而在增強對一部分離子排斥力的同時削弱對另外一部分離子的排斥力;本實驗所使用的膜表面等電點為4.25～4.55，調(diào)整運行壓力為0.65MPa，采用H2SO4和NaOH調(diào)節(jié)pH。進水pH對去除率影響見圖3。
pH始終在6.5～7.5，而Cr3+、Cu2+、Ni2+去除率隨進水pH變化略有波動，但總體穩(wěn)定;當(dāng)進水中的pH從2逐漸變化到5過程中，Cr3+、Cu2+、Ni2+去除率先是有不同程度的增大，而后Cr3+、Cu2+、Ni2+去除率則均出現(xiàn)一定程度的下降，但也隨著pH的持續(xù)增大而有所上升;這是因為，當(dāng)進水pH<4.5時，膜表面帶有正電荷，對Cr3+、Cu2+、Ni2+為排斥作用，而當(dāng)進水pH>4.5后，膜表面開始帶有負電荷，對Cr3+、Cu2+、Ni2+的吸引作用使得膜對它們的去除率降低，但pH的進一步增大又使得Cr3+、Cu2+、Ni2+生成各自氫氧化物，從而促使膜對它們的去除。
在正常運行的過程中，由于系統(tǒng)進水pH在6～8，膜系統(tǒng)對重金屬離子的去除率可維持在較高水平，因而不需調(diào)節(jié)進水pH。
2.3回流比對膜去除污染物的影響
濃水回流會對膜系統(tǒng)去除污染物及產(chǎn)水水量產(chǎn)生一定影響。當(dāng)系統(tǒng)壓力保持在0.65MPa，進水pH為6.5～7.5，進水流量控制在
從圖4可以看出，膜對Cr3+、Cu2+、Ni2+的去除率隨濃水回流比的增高先增后減;當(dāng)回流比在0.25～0.1時，Cr3+、Cu2+去除率分別從99.2%、98.8%微增至99.3%和98.95%;隨后當(dāng)回流比>1.0時，去除率分別降為98.7%和98.6%，Ni2+去除率從98.5%增長至98.7%;當(dāng)回流比>1.5時，Ni2+去除率又降為98.4%。增大濃水回流會增強膜表面的沖刷作用，減輕濃差極化的污染，因此適量地提高濃水回流比會提升膜對重金屬離子的去除率;由于進水量僅為
當(dāng)系統(tǒng)運行壓力為0.65MPa，進水pH6.5～7.5，回流比1.0，進水量
在上述操作條件下，膜系統(tǒng)進水
2.4運行成本
運行成本主要產(chǎn)生于兩臺泵所消耗的電費，以及膜系統(tǒng)定期清洗所需要的藥劑費，電費約為1.4元/t，而藥劑費約為0.15元/t，總運行成本約為1.55元/t。
3·結(jié)論
1)壓力對膜系統(tǒng)去除重金屬離子有較大的影響，隨著壓力的升高，膜系統(tǒng)對Cr3+、Cu2+、Ni2+去除率不斷升高，當(dāng)系統(tǒng)運行壓力為0.65MPa時，膜系統(tǒng)對Cr3+、Cu2+、Ni2+去除率分別高達99.2%、98.8%、98.6%。
2)pH對膜系統(tǒng)去除污染物的影響就在于pH可改變膜表面電荷的屬性，當(dāng)進水pH<4.5時，膜表面帶有正電荷，對Cr3+、Cu2+、Ni2+具有排斥作用，pH為4～5時達到最高，分別為99.3%、98.9%、98.5%;當(dāng)進水pH>4.5時，膜表面帶有負電荷，對其去除率降低，但逐漸增大的pH使得Cr3+、Cu2+、Ni2+生成各自氫氧化物，使去除率再次升高。
3)回流比對膜去除Cr3+、Cu2+、Ni2+的影響在于降低膜表面的濃差極化和影響廢水水質(zhì)，膜處理二級排放電鍍廢水的適宜回流比為1.0。
4)膜系統(tǒng)處理二級排放電鍍廢水的產(chǎn)水水質(zhì)優(yōu)良，回收率達35%，運行成本僅為1.55元/t，具有較好的經(jīng)濟價值和環(huán)境效益，運用前景廣闊。
參考文獻
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