膜系统处理电镀废水实验研究

膜系统处理电镀废水实验研究

董佳1彭丽花1黄瑞敏2

(1.北京理工大学珠海学院，广东珠海519085;2.华南理工大学环境科学与工程学院，广州510006)

摘要：采用膜系统处理二级排放电镀废水，研究在不同的进水条件与操作条件下，膜系统分离电镀废水中重金属离子及回收废水的效果;研究结果表明:膜系统去除二价及以上重金属离子非常有效，当系统的运行压力为0.65MPa，进水pH在6～8，进水流量和回流比分别维持在1m3/h与1.0左右，膜系统对Cr3+、Cu2+、Ni2+去除率分别可达99.3%、98.9%、98.6%;废水回收率达35%，运行成本仅为1.6元/t;运用膜系统处理二级排放电镀废水可产生显著的经济与环境效益。

关键词：电镀废水;膜系统处理;重金属离子;废水回收

随着改革开放的进一步深入，电镀行业的发展势头异常迅猛，同时每年产生大量的电镀废水也严重影响生态环境，制约了电镀行业的长远发展。电镀废水包括镀件漂洗、退镀件漂洗、工件除油、酸洗等几种废水，其中不仅有重金属离子，而且还含有毒阴离子、各种有机络合物、表面活性剂、油份及酸、碱等。对电镀废水的常规处理包括化学沉淀、氧化还原、铁氧体技术等;这些技术在实际应用中可有效去除电镀废水中的重金属物质，但由于成本和操作原因，经常出现废水不达标排放等情况;针对氧化还原、化学沉淀法处理后的不达标电镀废水，拟采用膜系统深度处理，分离其中重金属离子的同时回收废水，实现经济与环境的双赢。

1·实验部分

1.1进水水质及工艺流程

进水为惠州某电镀公司二级处理后的排放废水，系统进水流量为1m3/h，废水中的有机物含量较高，重金属离子仍具有较高浓度，为不达标废水，具体数据如表1所示。

1.2实验方法

首先从废水排放池用泵1将废水引入保安过滤器过滤，以去除废水中存在的悬浮颗粒物和浊度，防止污染后续处理设备;然后进入中间储水罐，待其满后关闭泵1，开启泵2，将废水引入膜分离系统，将分离后的产水和浓缩水都回流至中间储水箱，以保持废水中污染物的浓度不变;期间分别调整膜系统压力、pH、浓水回流比，研究膜系统在各种不同操作条件下对废水中重金属离子的分离效果和废水回收率;每次做完实验后放空中间储水池。

2·结果与讨论

2.1压力对膜系统去除污染物的影响

膜系统对二价及以上重金属离子的去除率高。

如图2所示，当进水中Cu2+、Ni2+、总铬(主要为Cr3+)平均质量浓度分别为8，10，10mg/L时，产水Cu2+、Ni2+、总铬质量浓度分别为<0.1，0.15，<0.1mg/L，平均去除率为98.85%、98.5%、99.1%;膜系统对重金属离子的去除率随运行压力的升高而略有增大;这是因为当膜两边驱动力增大时，水分子比重金属离子更易透过膜，使得产水中重金属离子浓度相对减少;但过大的运行压力会增大膜表面的浓差极化，本实验确定适宜的运行压力为0.65MPa。膜系统对总铬的去除率最大，而对Ni2+去除率最小，原因在于，一方面Cr3+的电荷密度比Cu2+、Ni2+大，受膜表面电荷的排斥力强;另一方面Cu2+、Ni2+的水合作用比Cr3+强，水合作用在周围形成的离子氛降低了它们的电荷密度。在各种压力下，产水中有机物浓度和色度都很低;始终ρ(COD)<10mg/L，去除率达92%以上，产水清澈透明，色度在4倍以内;pH在6.8～7.2。

2.2进水pH对膜系统去除污染物的影响

膜对重金属离子的分离作用取决于两个方面，纳米级的孔径和膜表面电荷;pH对膜系统去除污染物的影响在于它改变膜表面电荷的属性，从而在增强对一部分离子排斥力的同时削弱对另外一部分离子的排斥力;本实验所使用的膜表面等电点为4.25～4.55，调整运行压力为0.65MPa，采用H2SO4和NaOH调节pH。进水pH对去除率影响见图3。

pH始终在6.5～7.5，而Cr3+、Cu2+、Ni2+去除率随进水pH变化略有波动，但总体稳定;当进水中的pH从2逐渐变化到5过程中，Cr3+、Cu2+、Ni2+去除率先是有不同程度的增大，而后Cr3+、Cu2+、Ni2+去除率则均出现一定程度的下降，但也随着pH的持续增大而有所上升;这是因为，当进水pH<4.5时，膜表面带有正电荷，对Cr3+、Cu2+、Ni2+为排斥作用，而当进水pH>4.5后，膜表面开始带有负电荷，对Cr3+、Cu2+、Ni2+的吸引作用使得膜对它们的去除率降低，但pH的进一步增大又使得Cr3+、Cu2+、Ni2+生成各自氢氧化物，从而促使膜对它们的去除。

在正常运行的过程中，由于系统进水pH在6～8，膜系统对重金属离子的去除率可维持在较高水平，因而不需调节进水pH。

2.3回流比对膜去除污染物的影响

浓水回流会对膜系统去除污染物及产水水量产生一定影响。当系统压力保持在0.65MPa，进水pH为6.5～7.5，进水流量控制在1m3/h，调整浓水回流比，该系统对重金属离子去除率如图4所示。

从图4可以看出，膜对Cr3+、Cu2+、Ni2+的去除率随浓水回流比的增高先增后减;当回流比在0.25～0.1时，Cr3+、Cu2+去除率分别从99.2%、98.8%微增至99.3%和98.95%;随后当回流比>1.0时，去除率分别降为98.7%和98.6%，Ni2+去除率从98.5%增长至98.7%;当回流比>1.5时，Ni2+去除率又降为98.4%。增大浓水回流会增强膜表面的冲刷作用，减轻浓差极化的污染，因此适量地提高浓水回流比会提升膜对重金属离子的去除率;由于进水量仅为1m3/h，过大的浓水回流又会影响进水水质，造成去除率降低;本实验中适宜的浓水回流比为1.0;从总体上说，浓水回流对膜系统的去除率影响不大，但适宜的浓水回流比在增强膜的分离能力的同时也会延长膜本身的使用寿命。

当系统运行压力为0.65MPa，进水pH6.5～7.5，回流比1.0，进水量1m3/h，产水水质如表2所示。

在上述操作条件下，膜系统进水1m3/h，可产水0.35m3/h，回收率为35%;产水可用于电镀过程中的镀件清洗、工件除油、酸洗等方面，可节约大量用水;浓水则引至原氧化还原、沉淀反应系统。

2.4运行成本

运行成本主要产生于两台泵所消耗的电费，以及膜系统定期清洗所需要的药剂费，电费约为1.4元/t，而药剂费约为0.15元/t，总运行成本约为1.55元/t。

3·结论

1)压力对膜系统去除重金属离子有较大的影响，随着压力的升高，膜系统对Cr3+、Cu2+、Ni2+去除率不断升高，当系统运行压力为0.65MPa时，膜系统对Cr3+、Cu2+、Ni2+去除率分别高达99.2%、98.8%、98.6%。

2)pH对膜系统去除污染物的影响就在于pH可改变膜表面电荷的属性，当进水pH<4.5时，膜表面带有正电荷，对Cr3+、Cu2+、Ni2+具有排斥作用，pH为4～5时达到最高，分别为99.3%、98.9%、98.5%;当进水pH>4.5时，膜表面带有负电荷，对其去除率降低，但逐渐增大的pH使得Cr3+、Cu2+、Ni2+生成各自氢氧化物，使去除率再次升高。

3)回流比对膜去除Cr3+、Cu2+、Ni2+的影响在于降低膜表面的浓差极化和影响废水水质，膜处理二级排放电镀废水的适宜回流比为1.0。

4)膜系统处理二级排放电镀废水的产水水质优良，回收率达35%，运行成本仅为1.55元/t，具有较好的经济价值和环境效益，运用前景广阔。

参考文献

［1］楼永通，陈益棠，王寿根，等.膜分离技术在电镀镍漂洗水回用中的应用［J］.膜科学与技术，2002，22(4):182-186.

［2］孙华，李梅，刘利亚.涂镀三废处理工艺与设备［M］.北京:化学工业出版社，2006.

［3］杨兴涛.纳滤处理电镀废水实验研究［D］.天津:天津大学，2006.

［4］薛莉娉.纳滤膜的模型表征及其在电镀废水处理中的应用［D］.南京:南京师范大学，2007.

［5］Wang Z，Zhao Y Y，Wang J X，et al.Studies on nanofiltration membrane fouling in the treatment of water solutions containinghumic acids［J］.Desalination，2005.

注：本站部分资料需要安装PDF阅读器才能查看，如果你不能浏览文章全文，请检查你是否已安装PDF阅读器！