O前言 反渗透技术现在已从最初的海水、苦咸水脱盐及各种纯水制造领域向废水处理、回用的环保领域发展。膜法处理镀镍废水是利用反渗透膜在一定压力下将镀镍漂洗水浓缩一定的倍数，再返回到镍镀槽中使用。 瑞标集团有限公司是国内生产汽车、摩托车等动力机械标准件、非标准紧固件产品的主要厂家。该公司拥有镀槽容量为10.8万L的全自动电镀生产线，其中镀镍废水为9000t／a。公司现使用复合反渗透膜法回收镀镍废水，预计每年可节约使用1.8 t镍，经济效益和社会效益显著。该工艺克服了目前多级反渗透镍回收工艺连续性差、结构复杂、投资和能耗高等问题，有利于工艺的推广应用。 l实验设备与工艺流程 1.1 实验设备 膜元件使用美国BOw膜元件(12支4 in BW30-4040，6支4 in SW30-4040)，高压泵2台(扬程分别为178m和800m)，增压泵一台。 1.2原水水质 经测定，电镀镍漂洗废水水质：pH值5.5～6.0，SO2-3-220mg／L，Ni2+300～400 mg／L，cl-60 mg／L，温度5～25℃。 1.3复合反渗透工艺流程 复合反渗透工艺流程，如图1所示。
该工艺分三段：第一段和第二段将原水浓缩约5倍，产生的纯水(回收率约80％)可回用。第三段经加压后将第一、第二段浓水再次浓缩约10倍，浓缩液回流至电镀槽；同时第三段产生的淡水因含盐量较高，回流至工艺前段。三段系统同时运行，一次性连续浓缩镀镍废水。当废水处理量较大时，于末段加装能量回收装置，可以大大节约能耗。本次实验因流量不大，暂不采用该装置。 该工艺第一段和第二段以制备纯水为主要目的。使用低压BW反渗透膜元件(1.5 MPa)，严格限制产水含盐量低于20 mg／L。第三段加压至6.5 MPa后，使用SW反渗透膜元件以高倍浓缩(10倍左右)为主要目的，不考虑产水水质。 2结果与讨论 2.1 第一段和第二段反渗透运行结果 第一段和第二段膜堆的排列方式依据6支段饱和结构，主要目的是保证产水含盐量低于20 mg／L的前提下获得极限回收率。根据设计要求，第一段和第二段产水回收率达到80％，同时考虑使用膜元件数量最少。表1为多支BW膜元件分段系统运行数据，Ni2+的质量浓度为300 mg／L，温度为15℃。
表1表明：12支BW膜元件能够获得的极限产水回收率为79.5％，此时透盐率为2.75％，产水流量为4.1m3／h，达到设计要求。12支以上的BW膜元件可以获得的极限回收率更大，单位产水量所需要的能耗也有所降低，但系统的透盐率会随着增加。因此，采用12支BW膜元件的分段并串联结构。 虽然膜元件数量增加可以提高极限回收率，但透盐率也由于第一段和第二段工艺以回收纯水为主要目的。因此，适当减少膜元件数量，不仅可以提高产水水质，而且降低了设备成本，缩短和简化了工艺流程。由于系统流程缩短，第一、第二段工艺对于工作压力和给水流量变化的响应更加敏感，使系统容易调节以获得最佳运行效果。 2.2第三段高压反渗透运行结果 第三段高压反渗透工艺完全以浓缩为主要目的，不考虑产水水质，并且反渗透产水完全回流至工艺前段。由于第三段所要处理的含镍废水流量约1m3／h，浓缩10倍后产水流量接近1 m3／h，SW30—4040规格膜元件的有效膜面积7.9 m2，膜平均通量取30 L／(m2·h)。经计算至少需要4支膜元件。为了获得高倍浓缩水，选择6支膜元件的串联结构来延长第三段的处理流程，并适当提高工作压力，以获得10倍左右的浓缩效率。
运行结果表明：第三段系统的工作压力逐渐提高后，系统透盐率明显增加(见图2)。当压力为7MPa时，连续运行1月后膜恢复最初性能所需要的清洗时间为20 min(见图3)；系统的平均能耗为3.6kw·h／m3(见图4)；回收率为91％(见图5)，达到浓缩10倍的要求。当第三段工作压力降为6.5 MPa后，SW膜恢复最初性能所需要的清洗时间仅为13 min，能耗为2.3 kw·h／m3，回收率为88％，浓缩倍数为8.3。综上所述，当压力低于6.5 MPa时，第三段系统回收率过低，不能满足设计要求；当压力高于7.0 MPa时，能耗率过大，SW膜的恢复性能下降，必将影响其使用寿命。 从经济观点出发，过低的膜通量将使膜系统的设备利用率降低，使膜系统的设备规模增大，使系统的投资成本增高。从技术观点出发，过高的膜通量将加重膜污染，加速膜性能的衰减，增加膜清洗与更换的运行成本。为了增加膜通量以获得最大浓缩效率(此时不考虑产水水质)，同时兼顾膜的使用寿命，我们最终选定第三段压力为6.5 MPa，此时回收率为88％。 3 结论 (1)该套复合反渗透工艺分三段，配合段间加压实现了镀金回收废水的一次性连续浓缩，浓缩液和纯水可以再利用。 (2)该工艺前后段分别使用Bw和sw两种反渗透膜，前段(第一段、第二段)主要考虑纯水回收；后段(第三段)主要考虑高倍浓缩而不计较产水水质。整个工艺较目前多级反渗透工艺连续性更高，并适当减少了膜元件数量，提高了膜利用率，降低了投资和维护成本，有利于工艺的推广应用。 (3)系统前段进水量为5 m3／h，能耗率为0.45kw·h／m3；后段水量l m3／h，能耗率2.3 kw·h／m3。整个系统能耗率最低为0.9lkw·h／m3，大大节省能源。 |
