北極星水處理網訊:摘要：電鍍行業在生產過程中會產生並排放大量的含重金屬的廢水，這不僅嚴重汙染環境，還造成資源的浪費。如採用膜技術處理含重金屬廢水，不僅設備緊湊，操作簡單，而且能夠實現重金屬的回收和廢水的回用，這也符合清潔生產的原則，因而其應用前景十分廣闊。重點介紹了膜技術的原理，反滲透/納濾技術對電鍍鎳漂洗水的處理及回用，反滲透技術在應用中需注意的問題，並展望了進一步研究的方向和發展趨勢。
關鍵詞：重金屬廢水膜技術反滲透清潔生產
中圖分類號：TG174.441文獻標識碼：B
1˙引言
1.1電鍍行業是我國的三大汙染行業之一
每年排放大約4億t含重金屬的廢水，其中電鍍鎳廢水1.3億t。由於電鍍廢水中含有重金屬，不能被分解和破壞，無法改變其物理和化學形態，因此電鍍廢水中的重金屬為「永久汙染物」，加上電鍍工藝中加入各種化工原料，電鍍廢水給環境帶來嚴重汙染和金屬資源的浪費。電鍍鎳廢水中含鎳離子[1]一般達40～300mg/L，如放任自流不僅流失寶貴資源，還對周圍環境造成汙染。
1.2含鎳廢水的危害
1)水體的汙染：水中的可溶性鎳離子能與水結合形成水合離子，當遇到Fe3+、Mn4+的氫氧化物、粘土或絮狀的有機物時會被吸附，也會和硫離子(S2-)反應生成硫化鎳而沉澱。
2)對土壤的汙染：過量的鎳能阻滯植物生長發育，導致植物生長不良，對植物造成危害，直至死亡。鎳可以在植物體內積蓄，當積蓄超出正常含量的植物進入食物鏈時，就會影響動物乃至人類的健康。
3)對人體的危害：鎳的化合物有毒，進入人體後主要存在於脊髓、腦、肺和心臟，以肺為主，它能刺激人體的精氨酶、羥化酶、引發各種炎症，傷害心臟和肝臟，屬致癌物。鎳基其鹽類對電鍍工人的毒害，主要是鎳皮炎。
2˙國內外處理電鍍廢水概況
1)20世紀60年代以來，各類工業廢水汙染控制技術中，電鍍廢水的治理技術是開發最早、品種齊全、水平也較高的一類技術，國外先後採用了二十幾種方法。這些方法，從是否改變金屬形態來看，大體分為兩大類：其一，使溶解性金屬轉化為不溶解或難溶解的金屬化合物，從廢水中除去。其二，在不改變金屬形態下進行濃縮分離的方法[2]。
(1)化學法[3]，是在廢水中投放藥劑等，利用化學反應使廢水中有害離子沉澱分離或分解而除去的方法。由於化學法投資少、上馬速度快、處理技術容易掌握，因此至今仍為國內外廣泛採用的方法之一，並認為是一種有發展前途的方法。其缺點是，要不斷消耗化工材料，一般因沉澱而產生汙泥，排出的水回用困難，佔地面積較大。
(2)離子交換法[4]，是利用離子交換樹脂對廢水中陰陽離子的選擇性交換作用來處理廢水的方法。幾乎對所有的無害離子都可以用此法處理的。當不考慮再生洗脫液的處理時，用離子交換法可以實現無廢水排放的「零排放系統」。但是其一次性投資大，一般佔地面積較大，技術難掌握，廢水中的處理物濃度不宜太高，存在再生洗脫液的處理問題。
(3)活性炭法，是利用了活性炭的物理吸附、化學吸附及氧化還原等作用，以除去廢水中的有害物質。該法投資少、佔地面積小、見效快、處理效果較好，但活性炭的吸附速度較慢，吸附容量較小，不適於有害物濃度高的廢水，而且活性炭的再生費用相對較高。
(4)蒸發濃縮法，是對電鍍廢水在常壓或減壓狀態下加溫，使溶劑水份蒸發，而將廢水濃縮的方法。濃縮的溶液可返回鍍槽，蒸發後的水蒸氣經冷凝回收後可作為清洗水或回收槽的補充水。當使用得當時，能實現對廢水的零排放。但是本法除了要有設備及較大的場地外，尚要消耗較多的熱能。
(5)反滲透法，是利用對廢水施加較高壓力時，作為溶劑的水透過特種半透膜而溶質難以透過的原理對廢水進行濃縮的方法。這種方法投資較少，佔地面積不大，操作控制方便，能回收有用材料，可以實現對廢水的「零排放」。實踐中的問題是製造適用的反滲透器，其中關鍵有在於製造高效長壽的反滲透膜。
(6)滲析法，電滲析法也是一種薄膜技術。利用對廢水通以低電壓直流電時，陰陽離子定向運動並選擇性的透過陰、陽薄膜的性質而將電解質濃縮在一定的區域內，另一些區域內則得到較純淨的水。由於要求處理水具有足夠的電導以提高滲析效率，因此處理水中的電解質濃度不能過低。目前電滲析法主要用於處理鍍鎳廢水。
2)隨著我國節能減排佔率的實施，電鍍廢水的綜合利用也越來越受到關注。傳統的電鍍廢水處理方法存在很多弊端，如化學法需要消耗大量化學藥劑，離子交換法會產生二次汙染等。因此，各種新的電鍍廢水處理機回收工藝被相繼開發出來。其中膜分離技術已經越來越多被應用到電鍍廢水的處理和回用。
3˙膜分離技術介紹
膜分離方法按其分離對象可分為氣體(蒸汽)分離和液體分離，按其用途又可分為反滲透(RO)，納濾(NF)、超濾(UF)，微濾(MF)，滲析(D)、電滲析(ED)、氣體分離(GS)，滲透蒸發(PVAP)、乳化液膜(ELM)以及與其它過程相結合的分離過程膜蒸餾和膜萃取等。其中，反滲透、超濾、微濾、電滲析分離過程日臻成熟，氣體分離和滲透汽化和納濾是正在開發中的技術，且將是今後的發展重點。膜作為膜分離過程中用於電鍍廢水處理過程通常包括超濾(UF)、納濾(NF)、反滲透(RO)、高壓反滲透(HPRO)。
依據不同的分類方法，它可以是均相的或非均相的;對稱型的或非對稱型的;固體或液體的;中性的或荷電性的。其厚度從幾微米(甚至是0.1μm)到幾毫米。膜分離過程[6]是已選擇性透過膜為分離介質，通過膜的滲透作用，藉助於外界能量或膜兩側存在的某種推動力(如壓力差、濃度差、電位差等)，對兩組份或多組份混合的氣體或液體進行分離、分級、提純和富集的過程。
液體分離膜的分類，根據待分離物質的大小，依次可分為微濾、超濾、納濾、反滲透，它們的分離範圍如圖1所示。
膜分離技術應用在廢水處理和回用中，主要是微濾、超濾、反滲透。微濾和超濾屬於篩分機理，主要用於處理有機汙染物的膜生物反應器及廢水的預處理等，反滲透是將溶液中溶劑(如水)，在壓力作用下透過一種對溶劑(如水)有選擇透過性的半透膜進入膜的低壓側，而溶液中的其它成份(如鹽)被阻留在膜的高壓側從而得到濃縮。即利用反滲透膜截留金屬離子和有機添加劑，而讓水分子透過膜，從而達到分離濃縮目的。
如果用反滲透和納濾組合工藝則可實現電鍍鎳漂洗水回收利用。長沙力元新材料股份有限公司採用一套處理能力1200m3/d的3級濃縮膜分離裝置處理電鍍鎳漂洗水，第1級納濾濃縮10倍，第2級納濾濃縮5倍，第3級納濾濃縮2倍，總濃縮倍數為100倍，Ni2+的截留率>99.5%。Ni2+質量濃度>20g/L濃縮液回用於電鍍槽，或經負壓蒸餾後得硫酸鎳晶體再出售;透過液回用作漂洗水，或作為其他工藝用水。整個系統的水回用率>98%，鎳的回收率>97%。膜分離系統處理每噸廢水的電耗為1.112kW˙h，系統一般3～6個月清洗1次，清洗時1、2、3級膜分離系統同時進行。因而化學藥劑的消耗也非常有限，經核算(考慮膜元件的折舊)，該系統的投資回收期約為2年實現了廢水資源化，取得了很好的經濟效益和環境效益。
4˙擬採用的電鍍廢水處理方法
擬採用納濾/反滲透膜的集成工藝結合在線監控系統在線處理電鍍鎳廢水，從而達到對電鍍鎳漂洗工藝廢水全程控制的目的。電鍍鎳漂洗廢水處理工藝過程如下。
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