膜分離處理技術(shù)在電鍍廢水零排放上運(yùn)用
【上海純水設(shè)備行業(yè)新聞】
如今,各項(xiàng)資源尤其是水資源日益緊張,尋求高效用水的方法刻不容緩。國(guó)相比世界其他國(guó)家,水資源更是緊缺且污染十分嚴(yán)重,這些都很大水平上抑制了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。膜技術(shù)的普及讓廢水回用以及物質(zhì)回收變成了可能。膜技術(shù)在水處理方面的應(yīng)用,以其節(jié)能環(huán)保、設(shè)備簡(jiǎn)單等特性獲得了世界各國(guó)的重視,越來(lái)越成為廢水處置方面不可或缺的一個(gè)關(guān)鍵因素。尤其是近幾年以來(lái),納濾技術(shù)的發(fā)展,今后含低分子量廢水處理的應(yīng)用方面必將發(fā)揮更大的影響力。電鍍廢水可以經(jīng)過(guò)處置之后實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用,文章對(duì)膜分離技術(shù)的相關(guān)概念進(jìn)行論述,并且對(duì)近期國(guó)內(nèi)外的膜分離技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行敘述,介紹了膜分離技術(shù)在電鍍廢水中的具體應(yīng)用,旨在為電鍍廢水的處置提供理論依據(jù)。關(guān)鍵詞:膜分離技術(shù);電鍍廢水零排放;處置技術(shù);工業(yè)生產(chǎn);環(huán)境污染
前言:工業(yè)是一個(gè)國(guó)家的支柱產(chǎn)業(yè),工業(yè)發(fā)展過(guò)程中會(huì)對(duì)環(huán)境發(fā)生嚴(yán)重污染,電鍍行業(yè)是全球三大污染工業(yè)之一,電鍍廢水中,含有大量的重金屬離子、氰化物等,其中一些屬于致癌、致突變的劇毒物質(zhì),會(huì)對(duì)人類(lèi)造成嚴(yán)重的危害,當(dāng)廢水排入水中,還會(huì)對(duì)水體發(fā)生污染,使得水體毒化,對(duì)生活在其中的魚(yú)類(lèi)和其他生物造成極其嚴(yán)重的威脅。,上海水處理設(shè)備雖然電鍍廢水對(duì)環(huán)境以及人類(lèi)的危害嚴(yán)重,但是電鍍廢水中有一些價(jià)值較高的金屬,可以回收利用。當(dāng)前對(duì)電鍍廢水進(jìn)行處置的技術(shù)主要有幾種,比如化學(xué)沉淀、氧化還原、離子交換、電解法等,隨著該行業(yè)研究的不時(shí)深入,一些其他方法也逐漸應(yīng)用在電鍍廢水的處置過(guò)程中,比如鐵氧體法、膜分離技術(shù)、吸附法、生物法等新技術(shù),電鍍廢水處置過(guò)程中應(yīng)用這些新技術(shù),可以提高廢水的回收效率,減少直接排放廢水帶來(lái)的污染。其中膜分離技術(shù)是一種高效率的回收技術(shù),實(shí)用性較高,當(dāng)前發(fā)展前景最好的一種新技術(shù)。
1膜技術(shù)概述
1.1膜技術(shù)簡(jiǎn)介
目前的膜分離技術(shù)有多種,包括超濾、電滲析、滲析、納濾、液膜等。各個(gè)領(lǐng)域得到運(yùn)用,具有廣闊的應(yīng)用前景。但是不可忽視的目前的膜分離法還存在一些阻礙其廣泛發(fā)展的因素。例如,進(jìn)水水質(zhì)要求高、需定期清洗、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高等,還需要持續(xù)的研究。
1.2膜技術(shù)原理介紹
膜技術(shù)處理廢水的基本原理主要是利用了水溶液(原水)中的水分子具有穿透性的特征,使得分離膜能夠堅(jiān)持穿過(guò)的物質(zhì)不相變,并且在外力的作用下水溶液(原水)與溶質(zhì)或其他雜質(zhì)能夠起到分離的效果,最終獲得較為純潔的水,達(dá)到處置廢水、提高水質(zhì)的目的這項(xiàng)技術(shù)實(shí)質(zhì)上是屬于物理分離的范疇,物質(zhì)穿過(guò)膜不發(fā)生相變,因而其能量轉(zhuǎn)化率就比較高,并且分離的效率也較好,還具有節(jié)能好、易操作、能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。因此,未來(lái)的研究中,這是很值得探索的且具有很大前途的新型水處理技術(shù)。
1.3膜分離技術(shù)的特點(diǎn)
膜分離技術(shù)指的通過(guò)膜對(duì)各種物質(zhì)進(jìn)行過(guò)濾和分類(lèi)的技術(shù),膜能夠?qū)Σ煌奈镔|(zhì)進(jìn)行選擇性透過(guò),可以完成物質(zhì)的分離、提純以及濃縮。膜分離技術(shù)是一種物理技術(shù),無(wú)相變、低能耗,其效率較高,而且能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能目的其處置過(guò)程易于控制,不會(huì)對(duì)外界產(chǎn)生污染,根據(jù)待分離的物質(zhì)的大小,可以將膜分離技術(shù)分為微濾、超濾、納濾和反滲透。微濾對(duì)于電鍍液的預(yù)過(guò)濾比較適用,超濾則主要應(yīng)用在電泳漆的回收過(guò)程中,納濾和反滲透在化學(xué)處置的后處置以及工藝純水的制備過(guò)程中使用比較廣泛。借助膜技術(shù)對(duì)電鍍生產(chǎn)過(guò)程中的重金屬漂洗水進(jìn)行分離和濃縮,可以對(duì)其中的金屬離子進(jìn)行回收,同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)對(duì)水資源的回收利用,使得漂洗水中的金屬和水之間可以形成閉路循環(huán)。當(dāng)前,膜分離技術(shù)在電鍍水的處置過(guò)程中有十分廣泛的應(yīng)用,各國(guó)都在積極加強(qiáng)對(duì)這種技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)。
2膜分離技術(shù)在電鍍水處理中的應(yīng)用
有學(xué)者在電鍍鎳漂洗水的處置過(guò)程中采用膜分離技術(shù),通過(guò)對(duì)漂洗水進(jìn)行濃縮以及回用發(fā)現(xiàn),這種技術(shù)在電鍍液中應(yīng)用是可行的膜分離技術(shù)可以對(duì)其中的鎳離子進(jìn)行有效地截留,其中截留率大于99%實(shí)驗(yàn)中選取的鎳離子濃度為145mg/L經(jīng)過(guò)膜分離技術(shù)濃縮之后,濃縮液中的鎳離子濃度達(dá)到50g/L而其余的透過(guò)液經(jīng)過(guò)處置之后還能回收利用。這種工藝對(duì)于金屬液中的金屬和水都能利用,但是由于采用兩級(jí)反滲透,其消耗的能源較多,投資也比較大。
膜分離技術(shù)中,膜是很關(guān)鍵的物質(zhì),膜的過(guò)濾效果會(huì)對(duì)金屬液的處置效果發(fā)生直接影響,有的學(xué)者以異丙醇為主要原料,經(jīng)酸解、除醇、干燥和燒結(jié)過(guò)程,制成了陶瓷超濾膜,外界施用大約0.2MPa壓力,此壓力下進(jìn)行超濾分離,并且經(jīng)過(guò)沉淀處置,最終得到電鍍廢水上的清澈液體。實(shí)驗(yàn)結(jié)果標(biāo)明,膜的通過(guò)量會(huì)不斷下降,而且下降速度比較快,常州水處理設(shè)備比如開(kāi)始過(guò)濾10分鐘左右,膜的通過(guò)率大約為2.61立方米,而開(kāi)始70分鐘之后,膜的通透率變?yōu)?.5立方米。經(jīng)過(guò)沉淀之后,電鍍水中的金屬離子主要以絡(luò)合、配合物的形式存在可以通過(guò)孔徑比較小的陶瓷超濾膜從而被截留。其中金屬銅的去除率達(dá)到70%金屬鉻的去除率大約為10%透過(guò)液中,銅、鉻、鎳的濃度分別是0.0663mg/L0.0051mg/L和0.0763mg/L
利用金屬離子絡(luò)合物的性質(zhì)進(jìn)行電鍍廢水膜分離試驗(yàn),該實(shí)驗(yàn)的流程如圖1所示:
圖1
該實(shí)驗(yàn)中,聚丙烯酸鈉是絡(luò)合劑,采用該物質(zhì)對(duì)含有銅離子的電鍍廢水進(jìn)行處置,其中液體的pH值對(duì)銅離子在廢水中的存在形態(tài)有很大的影響,發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)的前提是液體的pH值要大于6試驗(yàn)中將液體的pH值調(diào)節(jié)到23就可以使得銅離子從絡(luò)合物中釋放出來(lái)。研究還表明,解絡(luò)反應(yīng)之前,有一個(gè)超濾過(guò)程,隨著液體中的體積濃度因子不時(shí)增大,廢水中的銅離子和聚丙烯酸鈉的濃度也會(huì)不斷增大,而且還會(huì)影響膜的通透性,使得通量下降。但是銅離子和聚丙烯酸鈉之間形成的絡(luò)合物是比較穩(wěn)定的超濾膜對(duì)銅離子的截留率不會(huì)改變,同時(shí),解絡(luò)反應(yīng)之后,超濾回收的聚丙烯酸鈉與原始的聚丙烯酸鈉具有相似的效果。這種工藝對(duì)電鍍廢水中的銅離子的回收率可以達(dá)到96%之多,同時(shí),經(jīng)過(guò)處置之后排放的水,銅的含量較低,其濃度小于1.0mg/L滿(mǎn)足外界環(huán)境對(duì)廢水的排放要求。
另一組學(xué)者采用納濾對(duì)含有鉻例子的廢水進(jìn)行實(shí)驗(yàn),具體的實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示:
圖2
微濾器的孔徑很小,為5μm納濾膜為NF90-2540型卷式納濾膜,切割分子量為300實(shí)驗(yàn)結(jié)果標(biāo)明,納濾膜能夠?qū)﹄婂儚U水中的鉻離子進(jìn)行有效地處理,其去除率能夠達(dá)到98%經(jīng)過(guò)過(guò)濾之后的液體,鉻的濃度低于0.5mg/L可以達(dá)到排放規(guī)范,同時(shí)還能用于對(duì)鍍件的漂洗。鉻溶液的濃度對(duì)膜的截留率的影響不大,但是過(guò)濾液中的鉻離子的濃度會(huì)隨著鉻溶液濃度的增加而上升,而且液體的pH值也會(huì)對(duì)鉻的截留效果發(fā)生顯著的影響。
外國(guó)學(xué)者也對(duì)膜分離進(jìn)行深入研究,其中有學(xué)者研究了膜處置電鍍鎳廢水過(guò)程中pH值對(duì)分離過(guò)程的影響。研究結(jié)果標(biāo)明,如果過(guò)濾方式為超濾,對(duì)于超濾膜而言,當(dāng)液體的pH小于3.68時(shí),基本不能對(duì)金屬離子進(jìn)行截留,但是隨著pH值的不時(shí)上升,其截留率會(huì)發(fā)生改變,當(dāng)pH值為6.6時(shí)候,截留率會(huì)達(dá)到98.7%對(duì)于反滲透膜而言,如果電鍍廢水中含有弱酸根離子,當(dāng)電鍍廢水的pH值較低的時(shí)候,透過(guò)液的pH值要比原液高,當(dāng)pH值達(dá)到6.6時(shí)候,透過(guò)液的pH值比原液低,當(dāng)原液的pH值為6時(shí)候,透過(guò)液和原液的pH值相等,隨著原液的pH值不斷升高,膜的通量會(huì)降低。
3膜分離技術(shù)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展情況
從20世紀(jì)70年代開(kāi)始,國(guó)開(kāi)始有工廠應(yīng)用膜分離技術(shù)處理電鍍鎳廢水和回收鎳,經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展,本世紀(jì)初,膜分離技術(shù)才開(kāi)始大規(guī)模、廣泛的使用,有公司利用膜分離技術(shù)回收電鍍泡沫鎳廢水中的鎳和水。爾后越來(lái)越多公司開(kāi)始采用膜分離技術(shù)進(jìn)行電鍍廢水處理,比如寧波科寧達(dá)工業(yè)有限公司、寧波光華電池有限公司、長(zhǎng)沙力元新資料股份有限公司等,對(duì)膜分離技術(shù)的應(yīng)用都比較多。比如長(zhǎng)沙力元新資料股份有限公司是全國(guó)知名的連續(xù)化帶狀泡沫鎳生產(chǎn)廠家,其產(chǎn)量在全世界都處于領(lǐng)先地位,但是電鍍生產(chǎn)過(guò)程中,發(fā)生了很多含鎳廢水,長(zhǎng)沙力元膜分離項(xiàng)目,就是對(duì)該公司電鍍廢水中的鎳離子進(jìn)行分離處置的工程,一開(kāi)始該公司采用化學(xué)處置法進(jìn)行處理,發(fā)生的效果不好,而且排放的廢水中鎳離子的濃度依舊比較高,還產(chǎn)生了較多的含鎳污泥,對(duì)環(huán)境的污染愈發(fā)嚴(yán)重,隨著膜分離技術(shù)的應(yīng)用,其廢水排放中的金屬離子含量降低,而且經(jīng)過(guò)處置之后的水資源也可以利用。經(jīng)過(guò)處置之后,回收水中的總?cè)芙夤腆w量小于10mg/L成為質(zhì)量較優(yōu)的電鍍工藝用水。運(yùn)行過(guò)程中,基本達(dá)到行業(yè)生產(chǎn)規(guī)范和環(huán)境排放要求。
3.1紡織廢水
紡織工業(yè)發(fā)生的廢水里所包含的成分是比較復(fù)雜多樣的并且在這類(lèi)污水中各種物質(zhì)可能發(fā)生較快的變化。目前,國(guó)已經(jīng)有局部紡織企業(yè)引進(jìn)并開(kāi)始應(yīng)用膜分離技術(shù)處理企業(yè)的廢水了例如,寧波神鷹針織工貿(mào)有限公司,有效地利用膜分離技術(shù)來(lái)對(duì)企業(yè)中的印染污水進(jìn)行處置和回用。兵器科學(xué)研究院寧波分院在納濾膜和反滲透膜應(yīng)用的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出了全新的污水處置技術(shù),新技術(shù)的原理是一定壓力下,99.5%水中鈉離子無(wú)法通過(guò)反滲透膜,比鈉離子更大的粒子更是難以穿過(guò)“篩孔”只有較純凈的水能通過(guò)。經(jīng)過(guò)膜技術(shù)處理后,水硬度低,能夠被循環(huán)利用。有效的利用反滲透膜,對(duì)于印染企業(yè)來(lái)說(shuō)具有十分重要的意義。杭州水處理設(shè)備不只能夠有效回收利用印染的原料,很大水平降低企業(yè)的利息費(fèi)用,還有希望實(shí)現(xiàn)印染企業(yè)的廢水零排放或者微排放的目標(biāo),節(jié)約了自來(lái)水等新鮮水的運(yùn)用,對(duì)環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)效益等都是一大貢獻(xiàn)。
3.2造紙廢水
這幾年來(lái),國(guó)內(nèi)中小型造紙企業(yè)廢水處置方法主要是應(yīng)用酸化法和超濾法。其原理是為了分離出黑液中的木質(zhì)素,同時(shí)降低其中的COD和BOD但是隨著膜分離技術(shù)的普及,又加上該技術(shù)具有低利息和占地面積小等優(yōu)勢(shì),杜明等運(yùn)用微濾—凝沉淀法來(lái)對(duì)造紙廢水進(jìn)行處置,原理是利用微濾來(lái)對(duì)紙漿進(jìn)行回收,并且運(yùn)用混凝沉淀來(lái)去除造紙廢水中的主要污染物。造紙企業(yè)中,利用納濾來(lái)進(jìn)行廢水處置,并且實(shí)現(xiàn)廢水中有用物質(zhì)的回收,能進(jìn)一步對(duì)廢水排放的污染加以有效控制。潘碌亭等則是采用TOA 正三辛胺)乳狀液膜法來(lái)對(duì)黑液進(jìn)行有效處置,這種方法能夠讓COD去除率高達(dá)98%以上,并且經(jīng)過(guò)提取后的木質(zhì)素還可以在日后的生產(chǎn)中成為其它化工的原料和產(chǎn)品,可以起到治理污染的同時(shí)又實(shí)現(xiàn)綜合利用的雙重效果。具體如圖3所示。
圖3造紙廢水膜處理工藝
3.3制藥廢水
制藥企業(yè)中所產(chǎn)生的廢水大部分在由多種藥物生產(chǎn)過(guò)程中所排放而形成的混合廢水。之前,國(guó)內(nèi)外主要運(yùn)用的厭氧-好氧生化聯(lián)合處置法來(lái)進(jìn)行廢水處置,具有一定的效果。然而,這一方法存在著其局限性。例如,厭氧處理的工藝對(duì)溫度和PH值等因素的要求是比較高的同時(shí),這種方法的操作范圍十分有限,構(gòu)筑物停留時(shí)間比較長(zhǎng)。另一方面,利用厭氧處理的方法來(lái)處理沼氣,所獲得的產(chǎn)量小,經(jīng)濟(jì)價(jià)值比較低,而且處置后直接排放進(jìn)來(lái)就會(huì)導(dǎo)致環(huán)境的二次污染,可能引起其他平安隱患。另外,單一的慣例好氧生化處置方法,其弊端也是比較明顯的膜技術(shù)的呈現(xiàn),能夠一定水平上減低難度。PW膜生物反應(yīng)器技術(shù),主要是由膜組件和生物反應(yīng)器所組成,能夠在一定時(shí)間內(nèi)維持較高的MLSS濃度,以及維持較長(zhǎng)的SRT時(shí)間。并且,因?yàn)槟ぞ哂懈綦x的作用,這就使得那些生長(zhǎng)速度很慢的硝化細(xì)菌可以有時(shí)間在反應(yīng)器里面得到積累,當(dāng)MLSS逐漸提高后,硝化細(xì)菌數(shù)量也在繼續(xù)增加,使得反應(yīng)器硝化能力不時(shí)增強(qiáng),以至于通過(guò)膜后,所出的水大多數(shù)是不含有細(xì)菌、病毒、寄生蟲(chóng)卵等有害物質(zhì),濁度比較低,完全符合國(guó)家規(guī)定的廢水排放的規(guī)范。
3.4重金屬?gòu)U水
重金屬?gòu)U水污染是造成環(huán)境污染的因素之一。尤其是像電鍍、冶金、礦山等企業(yè)都是重金屬?gòu)U水的高產(chǎn)區(qū)。進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的含有鉻、鎳、銅、鎘等金屬離子的廢水。目前國(guó)內(nèi)外進(jìn)行重金屬?gòu)U水處置的主要方法是液膜法和離子交換法。并且主要回收的酸水中的ZN2+但是難以對(duì)NA 2SO4和H2SO4進(jìn)行有效回收。如今的納濾膜技術(shù)能夠確保有90%含重金屬?gòu)U水得到有效的回收或者被純化,并且在整個(gè)分離的過(guò)程中重金屬離子的濃度會(huì)隨之逐步加大,甚至是可以達(dá)到回收利用的規(guī)范。條件允許的情況下,甚至還可能分離回收其他離子,例如Ni2+和CD2+
4結(jié)束語(yǔ)
隨著對(duì)膜技術(shù)的推廣,又由于該技術(shù)在處置廢水方面的優(yōu)勢(shì),這為未來(lái)膜技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用創(chuàng)造了機(jī)會(huì).膜技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了廢水處置的發(fā)展,給予了人們生活生產(chǎn)更多的便當(dāng)。但是近幾年發(fā)展起來(lái)的比較年輕的新型技術(shù),該項(xiàng)技術(shù)仍然還不夠成熟,大規(guī)模工業(yè)化膜分離的例子較少,更多的分離技術(shù)尚處在探索和研究的過(guò)程中,有許多存在問(wèn)題有待解決改進(jìn),這也是未來(lái)膜技術(shù)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)。
電鍍行業(yè)是工業(yè)生產(chǎn)中的一個(gè)重要行業(yè),電鍍生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)發(fā)生很多電鍍廢水,廢水直接排放會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染,給人們健康帶來(lái)威脅,排放廢水之前應(yīng)該要加以處理。保守的處置方式是化學(xué)沉淀處置,這種方法會(huì)產(chǎn)生其他沉淀污染,而且過(guò)濾效果不好。膜分離技術(shù)可以從金屬溶液中分離出各種重金屬離子,將重金屬離子和水溶液分開(kāi)利用,對(duì)很多電鍍水中的價(jià)值較高的金屬都能實(shí)現(xiàn)高效回收,所以膜分離技術(shù)可以促進(jìn)電鍍行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。
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