基于反滲透技術(shù)的重金屬廢水處理研究

黃煒祺

摘 要：隨著科技日益發(fā)達(dá)，工業(yè)發(fā)展迅速，工業(yè)生產(chǎn)所產(chǎn)生的重金屬廢水嚴(yán)重污染水體，危害人類的身體健康，重金屬廢水處理已經(jīng)成為社會難題。為解決重金屬廢水問題，提出基于反滲透技術(shù)的重金屬廢水處理方法。該方法是通過對重金屬廢水和反滲透膜進(jìn)行預(yù)處理，調(diào)整工藝操作參數(shù)，對重金屬廢水進(jìn)行加工處理，從而將重金屬廢水中的重金屬和水分離。通過實驗分析，對比論證重金屬廢水處理方法與傳統(tǒng)處理方法，發(fā)現(xiàn)前者的重金屬殘留率更低，從而證明重金屬廢水處理方法的有效性。

關(guān)鍵詞：反滲透技術(shù)；重金屬；廢水處理；環(huán)境污染

隨著科技越來越發(fā)達(dá)，社會生產(chǎn)對環(huán)境造成污染，尤其是各個工廠的高速發(fā)展，隨之產(chǎn)生的工業(yè)重金屬廢水嚴(yán)重污染了水環(huán)境。工業(yè)重金屬廢水中含有鎘、鎳、汞、鋅等重金屬，是對環(huán)境和人類危害最大的工業(yè)廢水之一。尤為嚴(yán)重的是，重金屬廢水中的重金屬是不能被分解破壞的，只能轉(zhuǎn)移其存在位置和改變其物化形態(tài)，因此，重金屬廢水處理已經(jīng)成為科研頭號問題。反滲透技術(shù)的原理是在高于溶液滲透壓的作用下，重金屬不能透過半透膜，從而將重金屬和水分離開來[1-2]。這是因為只有反滲透膜的膜孔徑僅為10 A左右，才能有效地去除水中的溶解鹽類、膠體、微生物、有機物、重金屬等，并且去除率為97%～98%。應(yīng)用反滲透技術(shù)處理重金屬廢水，不僅能對環(huán)境起到保護作用，還能有效地避免重金屬離子流失，而且耗能低、體積小、不耗用大量酸堿、無二次污染、運行費用比較低、操作簡單、適用范圍比較廣[3]。所以，研究基于反滲透技術(shù)的重金屬廢水處理方法具有重要意義。

1 重金屬廢水處理方法

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

反滲透法是指一種利用半透膜與高壓過濾的離子濃縮分離技術(shù)，是利用反滲透的原理，采用半透膜將溶液和淡水隔開，促使作為溶劑的水分子透過半透膜，達(dá)成水與重金屬及其他溶質(zhì)分離的目的[4-5]。反滲透技術(shù)使用的反滲透膜，表面微孔孔徑一般小于1 nm。在使用反滲透技術(shù)的過程中，外加壓力必須大于溶液的滲透壓力，半透膜必須具有高透水性、高選擇性。

隨著反滲透技術(shù)在重金屬廢水處理與回收中得到越來越廣泛的應(yīng)用，必須要對其成本問題進(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，能否選擇正確的反滲透膜對于廢水處理的效果有著極為關(guān)鍵的影響。如今，我國市場上已經(jīng)研發(fā)出了很多類型的反滲透膜，其具體功能與處理能力不一，因此其價格也不盡相同，但總體來說，反滲透膜的價格還是比較昂貴的，企業(yè)在選擇時一定要結(jié)合自身的實際情況，不要盲目選擇價格高的膜。

1.1 預(yù)處理

采用反滲透技術(shù)處理重金屬廢水時，必須做好預(yù)處理工作。這是因為反滲透膜對重金屬離子濃度有一定的要求，所以必須掌握正確的預(yù)處理方法，才能達(dá)到控制和降低重金屬離子濃度的目的，延長反滲透膜的使用壽命，降低水處理的成本，提高出水水質(zhì)，處理重金屬廢水的流程才能正常進(jìn)行。

雖然反滲透技術(shù)處理重金屬廢水就是靠反滲透膜分離重金屬和水，但是當(dāng)重金屬離子濃度很高時，會造成滲透壓升高，降低膜的分離性能，所以必須對重金屬廢水中的重金屬離子濃度進(jìn)行檢測，采用化學(xué)沉淀降低重金屬廢水中重金屬離子濃度，濃度合格后，才可以進(jìn)行下一步操作，而且合適的預(yù)處理程序也可以有效減少反滲透膜的結(jié)垢，增強反滲透膜的分離效果。

1.2 調(diào)整工藝操作參數(shù)

采用反滲透技術(shù)處理重金屬廢水，需要根據(jù)重金屬的性質(zhì)，選擇合理的工藝操作參數(shù)，如針對鐵、銅、鋅等，需要使用不同的方法進(jìn)行加工，才能提高處理水的水質(zhì)。因此在使用反滲透技術(shù)處理重金屬廢水時，需要考慮工藝操作參數(shù)。根據(jù)不同的重金屬廢水，選擇合適的反滲透膜。反滲透膜分離重金屬和水的效率隨著pH下降而降低，而且采用不同的反滲透膜對pH的要求也不一樣，不過一般控制在4～7；要求溫度低于40 ℃，因為反滲透膜的分離程度隨膜壓降和溫度的升高而加深，溫度不變時，重金屬廢水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，離子的透過性與水對膜產(chǎn)生的膨脹作用有關(guān)[6]。確定反滲透膜膜質(zhì)材料后，再確定重金屬廢水的流入量和處理好的水的流出量，控制橫向流速，設(shè)計最佳膜面橫流速度，減少重金屬濃液在膜表面的堆積，從而避免重金屬濃液對膜表面產(chǎn)生的不利影響。

1.3 清洗反滲透膜

考慮到成本問題，并不能每使用一次就更換一次反滲透膜，在反滲透裝置長時間運行后，反滲透膜表面會逐漸積累各種污染物，如無機污垢和金屬氧化物等。這些污染物會引起反滲透裝置性能的下降，因此，需要對反滲透膜進(jìn)行化學(xué)清洗和消毒。在這個過程中，必須根據(jù)反滲透膜的材質(zhì)和污染物的種類選擇合適的清洗劑，定期對反滲透膜進(jìn)行化學(xué)清洗和消毒，從而最大限度地減少反滲透膜結(jié)垢，保證反滲透膜的分離效率，延長使用壽命，提高出水水質(zhì)，增加產(chǎn)水量[7-8]。

1.4 重金屬廢水加工

經(jīng)過預(yù)處理和調(diào)節(jié)反滲透技術(shù)的工藝參數(shù)，就可以對重金屬廢水進(jìn)行處理，處理流程如圖1所示。在使用反滲透技術(shù)處理重金屬廢水的過程中，操作壓力為1.0～10.0 MPa，促使重金屬廢水透過反滲透膜，形成水和重金屬濃液，從而截留廢水中的重金屬離子，將重金屬和水分離，完成重金屬廢水處理。

2 實驗論證分析

為保證本研究提出的重金屬廢水處理方法的有效性，需要進(jìn)行實驗論證分析。因為重金屬廢水處理方法主要針對的是重金屬廢水處理，重金屬殘留情況證明重金屬廢水處理方法的有效性，所以，通過判定重金屬廢水中重金屬殘留率，對比論證本研究提出的重金屬廢水處理方法與傳統(tǒng)處理方法。在實驗過程中，保證實驗器材完整、干凈、無污染，實驗人員專業(yè)，使用兩種方法分別處理同一廠里同一批工業(yè)廢水，再針對兩種方法處理好的重金屬廢水，檢測其中重金屬的殘留情況，檢測結(jié)果如圖2所示。

從圖2中可以看出，本研究提出的重金屬廢水處理方法的重金屬殘留率在10%～20%，5次試驗中，有3次重金屬殘留率達(dá)到了10%，只有一次重金屬殘留率達(dá)到了20%；而傳統(tǒng)處理方法重金屬殘留率卻在20%～40%，5次實驗中有3次實驗重金屬殘留率維持在25%～30%，最高一次重金屬殘留率甚至達(dá)到了35%。由此可見，本研究提出的重金屬廢水處理方法的重金屬殘留率比傳統(tǒng)處理方法低，從而證明本研究提出的重金屬廢水處理方法的有效性，其可以較好地處理重金屬廢水中的重金屬，減少重金屬污染，保護水環(huán)境。

3 結(jié)語

驗證結(jié)果表明，基于反滲透技術(shù)的重金屬廢水處理方法處理過的重金屬廢水已經(jīng)達(dá)到國家規(guī)定的重金屬廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，還可以回收部分水資源和濃縮的重金屬，進(jìn)行二次利用。對重金屬廢水處理的研究并不全面，還存在許多不足，需要改進(jìn)。因此，還需要對重金屬廢水處理方法進(jìn)行研究，從而減少重金屬污染，保護水環(huán)境。

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