劉明亞 張 凱 畢遠(yuǎn)偉

（核工業(yè)理化工程研究院，天津 300180）

反滲透技術(shù)在重金屬?gòu)U水處理與回用中的應(yīng)用

劉明亞 張 凱 畢遠(yuǎn)偉

（核工業(yè)理化工程研究院，天津 300180）

近年來(lái)，隨著社會(huì)的進(jìn)步，我國(guó)工業(yè)也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，但與此同時(shí)，工業(yè)生產(chǎn)之中所產(chǎn)生的重金屬?gòu)U水給人們帶來(lái)了很大的困擾，如何對(duì)重金屬?gòu)U水進(jìn)行處理與回收成為相關(guān)行業(yè)熱議的話題，反滲透技術(shù)在這種情形下得到了極為廣泛的應(yīng)用?；诖?，文章對(duì)反滲透技術(shù)在重金屬?gòu)U水處理與回用中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

反滲透技術(shù)；重金屬?gòu)U水；廢水處理；廢水回用；節(jié)能環(huán)保；工業(yè)生產(chǎn)

重金屬?gòu)U水處理與回用的問(wèn)題隨著我國(guó)工業(yè)的發(fā)展日益凸顯。礦山生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水、冶煉金屬時(shí)排放的酸洗水和化工企業(yè)的生產(chǎn)廢水都屬于重金屬?gòu)U水。重金屬?gòu)U水中含有各種重金屬成分，這些成分在處理時(shí)只能夠用物理或化學(xué)辦法對(duì)其進(jìn)行抽離或者稀釋，但無(wú)法被徹底除去或消失，因此重金屬?gòu)U水若是不經(jīng)處理就進(jìn)行排放的話，勢(shì)必會(huì)對(duì)環(huán)境造成極為嚴(yán)重的危害，且重金屬成分的流散本身也是一種極大程度的浪費(fèi)。

1 反滲透技術(shù)原理

目前處理重金屬?gòu)U水的方法有很多種，如離子交換法、電解法、吸附法以及反滲透處理法等。重金屬?gòu)U水中含有較多的重金屬離子，且種類較多、成分復(fù)雜，因此在對(duì)其進(jìn)行處理時(shí)，采用反滲透技術(shù)往往會(huì)取得比較顯著的效果。

反滲透技術(shù)的工作原理，就是利用外界的作用力，對(duì)廢水中的溶劑通過(guò)半透膜進(jìn)行過(guò)濾，從而隔離出重金屬離子。在這一項(xiàng)技術(shù)的實(shí)施過(guò)程中，必須要滿足兩項(xiàng)基本條件：一是要讓外界的作用力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出溶液的滲透壓；二是要求具有一種高選擇性和滲水性的半透膜。一般來(lái)說(shuō)，反滲透技術(shù)中用到的半透膜表面孔徑不能超過(guò)1nm，只有這樣才能保證在進(jìn)行滲透的過(guò)程中對(duì)絕大多數(shù)重金屬離子進(jìn)行隔離。反滲透技術(shù)主要的依據(jù)為滲透截留機(jī)理，通過(guò)對(duì)這一理論的實(shí)際應(yīng)用來(lái)對(duì)金屬離子進(jìn)行篩選分割，因此在對(duì)其應(yīng)用的時(shí)候要考慮到離子的價(jià)態(tài)問(wèn)題。

20世紀(jì)中后期，人們開(kāi)始應(yīng)用反滲透技術(shù)對(duì)重金屬?gòu)U水進(jìn)行處理，在最初始的時(shí)候，其只被應(yīng)用于電鍍水的處理當(dāng)中，由于其效果較好，因此被人們?cè)絹?lái)廣泛地應(yīng)用于重金屬?gòu)U水處理的各個(gè)領(lǐng)域。利用反滲透技術(shù)進(jìn)行廢水處理時(shí)，既不用任何化學(xué)藥劑，也不需要輔助手段，因此其具有能耗低、效率高的突出優(yōu)點(diǎn)。

2 反滲透技術(shù)在重金屬?gòu)U水處理中的應(yīng)用

2.1 在電鍍廢水處理中的應(yīng)用

電鍍行業(yè)生產(chǎn)所產(chǎn)生的廢水與漂洗金屬所產(chǎn)生的廢水中重金屬離子含量都很高，其中鎳、鉛、鎘等元素尤為突出，除此以外，上述廢水中還含有較多的氯化物以及氰化物。在廢水處理中應(yīng)用反滲透技術(shù)的先驅(qū)就是電鍍行業(yè)。在對(duì)電鍍廢水進(jìn)行處理的過(guò)程中，為了將廢水之中的重金屬離子進(jìn)行有效回收，一般會(huì)采用脫鹽或者是局部滲透的方法。對(duì)電鍍廢水的有效處理是十分必要的，比如在電鍍行業(yè)進(jìn)行電鍍鎳的生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生含有很多鎳離子的重金屬?gòu)U水，眾所周知，鎳離子對(duì)于人體的毒害作用極大，如果不對(duì)含鎳廢水進(jìn)行處理就任其排放，就會(huì)對(duì)周邊居民的生命安全造成極大的威脅，因此必須對(duì)電鍍鎳過(guò)程中產(chǎn)生的廢水進(jìn)行科學(xué)有效的處理，這不僅可以保障人們的生命安全，還能對(duì)廢水之中的鎳離子進(jìn)行回收，從經(jīng)濟(jì)上講也是十分合理的。從20世紀(jì)中后期開(kāi)始，電鍍行業(yè)就開(kāi)始在處理廢水時(shí)應(yīng)用反滲透技術(shù)，到現(xiàn)在為止，其已經(jīng)形成了一套較為完備的體系。在利用反滲透技術(shù)處理污水的過(guò)程中還可以與鈉濾工藝技術(shù)結(jié)合使用來(lái)對(duì)重金屬進(jìn)行回收利用。

2.2 對(duì)其他重金屬?gòu)U水的處理

重金屬?gòu)U水不僅僅是指電鍍廢水，其還包含著許多化工行業(yè)、冶金行業(yè)生產(chǎn)所產(chǎn)生的廢水以及其他行業(yè)產(chǎn)生的廢水等。在這些重金屬?gòu)U水中，均含有大量的重金屬離子，諸如鉛、鋅等，對(duì)這些重金屬?gòu)U水進(jìn)行處理回收，一方面可以在很大程度上減小重金屬?gòu)U水對(duì)于環(huán)境產(chǎn)生的危害，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，降低重金屬對(duì)人們?cè)斐傻耐{與損傷；另一方面，對(duì)廢水里的重金屬離子進(jìn)行回收，可以減少資源的浪費(fèi)，從而降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)實(shí)際的調(diào)查研究可以得出結(jié)論，利用反滲透技術(shù)在對(duì)重金屬?gòu)U水進(jìn)行處理時(shí)，可以將其中重金屬離子的95%以上進(jìn)行回收，這就表示反滲透技術(shù)對(duì)于重金屬?gòu)U水的處理是具有十分顯著效果的。

3 運(yùn)用反滲透技術(shù)處理廢水時(shí)值得注意的問(wèn)題

3.1 反滲透技術(shù)的成本問(wèn)題

隨著反滲透技術(shù)在重金屬?gòu)U水處理與回收之中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，我們必須要對(duì)其成本問(wèn)題進(jìn)行深入的思考。反滲透技術(shù)中的核心部分就是反滲透膜，能否選擇好正確的反滲透膜對(duì)于廢水處理的效果有著極為關(guān)鍵的影響。如今我國(guó)市場(chǎng)上已經(jīng)研發(fā)出了很多的反滲透膜類型，其具體功能與處理能力不一，因此其價(jià)格也不盡相同，但總體來(lái)說(shuō)，反滲透膜的價(jià)格還是比較昂貴的，企業(yè)在對(duì)其進(jìn)行選擇時(shí)一定要結(jié)合自身的實(shí)際情況，不要盲目選擇價(jià)格高的。值得一提的是，隨著科學(xué)技術(shù)手段的不斷進(jìn)步與發(fā)展，反滲透膜的專業(yè)水平也得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步，這種情況若是不斷發(fā)展，反滲透膜的整體成本將在未來(lái)得到降低，這對(duì)使用反滲透技術(shù)處理污水的企業(yè)無(wú)疑是一個(gè)好消息。

3.2 對(duì)于污水的預(yù)處理

在利用反滲透技術(shù)進(jìn)行重金屬污水的處理過(guò)程中，對(duì)重金屬污水進(jìn)行科學(xué)合理的預(yù)處理手段可以有效的延長(zhǎng)滲透膜的使用時(shí)間，從而使企業(yè)因更換滲透膜而產(chǎn)生的成本降低。在利用反滲透技術(shù)進(jìn)行重金屬污水處理時(shí)，一定要保證進(jìn)水的質(zhì)量符合其處理要求，如此才能保證在處理過(guò)程中滲透膜不會(huì)受到污染或受到的污染較小，并同時(shí)對(duì)滲透膜的使用壽命和反滲透技術(shù)的處理效果做出保障。總之，在利用反滲透技術(shù)對(duì)重金屬?gòu)U水進(jìn)行處理回收時(shí)，一定要進(jìn)行科學(xué)有效的預(yù)處理，保證處理水體的質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)，從而在整體上保證對(duì)于重金屬?gòu)U水處理的高效性。

3.3 反滲透膜的選擇

當(dāng)前國(guó)際上有很多生產(chǎn)反滲透膜的企業(yè)，我國(guó)市場(chǎng)上各種國(guó)際品牌的反滲透膜屢見(jiàn)不鮮，國(guó)產(chǎn)反滲透膜也層出不窮，各企業(yè)生產(chǎn)的不同類型的反滲透膜在性能上各有千秋，其在去污染物能力與抗污染能力和產(chǎn)水量等方面的功效有著較大的區(qū)別。不同的廢水之中含有的溶質(zhì)及溶質(zhì)的濃度都不盡相同，在應(yīng)用反滲透法對(duì)其處理時(shí)要注意其相關(guān)的酸、堿、氧化性等性能，根據(jù)這些來(lái)選擇合適的反滲透膜。當(dāng)前很多膜生產(chǎn)企業(yè)都有針對(duì)膜選擇的專業(yè)軟件，其能夠根據(jù)需處理水質(zhì)來(lái)選擇膜的型號(hào)、滲透率以及濃縮倍數(shù)等，并可以對(duì)設(shè)計(jì)方案的可靠性、處理效果以及膜的壽命進(jìn)行評(píng)估。

3.4 工藝操作參數(shù)

根據(jù)原水的水質(zhì)特點(diǎn)來(lái)合理選擇反滲透系統(tǒng)的工藝操作參數(shù)，能夠有效地提高出水水質(zhì)。反滲透裝置的主要工況參數(shù)為進(jìn)水的pH值、溫度以及運(yùn)行壓力等。

用卷式反滲透膜設(shè)備處理含Cu2+的漂洗水，結(jié)果表明膜通量隨膜壓降和溫度的增加而增加；溫度不變時(shí)，滲透液的濃度隨膜壓降的升高而降低，降低的速率也隨壓降升高而降低，呈漸近線關(guān)系；離子的透過(guò)性與水對(duì)膜產(chǎn)生的膨脹作用有關(guān)。反滲透膜對(duì)重金屬離子的截留率隨pH下降而降低，不同的膜要求pH值不同，一般控制在4～7比較好。隨著膜技術(shù)的發(fā)展，反滲透膜的pH耐受范圍在擴(kuò)大，pH的使用下限一般為2；也有報(bào)道表示，用反滲透膜濃縮含銅料液，其濃縮液pH達(dá)0.9。

3.5 膜清洗

反滲透裝置長(zhǎng)期運(yùn)行后，膜表面會(huì)逐漸積累各種污染物，如無(wú)機(jī)物垢和金屬氧化物等，這些物質(zhì)沉積在膜表面上，會(huì)引起反滲透裝置性能的下降。為了恢復(fù)膜的性能，需對(duì)膜進(jìn)行化學(xué)清洗和消毒。化學(xué)清洗時(shí)應(yīng)根據(jù)膜的材質(zhì)和污染物的種類選擇合適的清洗劑。合理選擇洗膜方法、定期洗膜，如定期的反沖洗能夠最大限度地減少膜結(jié)垢，保證膜通量以延長(zhǎng)膜的壽命、提高出水水質(zhì)、增加產(chǎn)水量。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，反滲透技術(shù)應(yīng)用在重金屬?gòu)U水的處理回收過(guò)程中可以起到很好的效果，對(duì)于重金屬離子的回收率甚至可以達(dá)到98%以上，這對(duì)凈化回收重金屬?gòu)U水、實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)有著極為重要的意義。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與創(chuàng)新，反滲透技術(shù)也必將得到更為廣泛的應(yīng)用與更好的發(fā)展，從而提高重金屬?gòu)U水的回收利用率，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

[1]吳昊，張盼月，蔣劍虹，肖輝煌，楊力．反滲透技術(shù)在重金屬?gòu)U水處理與回用中的應(yīng)用[J]．工業(yè)水處理，2007，（6）.

[2]包亞強(qiáng)，魏立安．反滲透技術(shù)處理與回用電鍍廢水的研究[J]．江西科學(xué)，2008，（5）.

[3]劉明亞，李斌，牟靜．反滲透技術(shù)在重金屬?gòu)U水處理與回用中的應(yīng)用分析[J]．科技傳播，2016，（13）.

[4]SandhyaBabel，TonniAgustionoKurniawan．Cr（VI）removalfromsyntheticwastewaterusingcoconutshellcharcoalandcommercialactivatedcarbonmodifiedwithoxidizingagentsand/orchitosan[J]．Chemosphere，2003，（7）.

[5]S.Villaverde，P.A.García-Encina，F(xiàn).Fdz-Polanco．InfluenceofpHovernitrifyingbiofilmactivityinsubmergedbiofilters[J]．WaterResearch，1997，（5）.

（責(zé)任編輯：王 波）

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1009-2374（2017）12-0138-02

10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.12.071

劉明亞（1982-），男，河北石家莊人，核工業(yè)理化工程研究院工程師，研究方向：工藝控制、水處理系統(tǒng)工藝。

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