纳滤膜处理含镍电镀废水的研究

付 明

(中国空空导弹研究院，河南 洛阳 471003)

0 前 言

近年来，随着科学技术迅速发展，我国电镀工业得到迅速发展，但存在电镀生产厂数量多、规模小，废水排放量大的现状。由于现有的电镀生产工艺相对落后，原材料利用率低，据不完全统计，我国电镀产业每年排出的电镀废水有50%没有达到电镀污染物排放标准[1]。大量的重金属和有机物存在于电镀废水中，其中重金属主要以配位化合物形态存在，由于水质复杂且波动性大，因此电镀废水治理难度非常大[2]。电镀废水中存在的重金属污染物，毒性较大，有些属于致癌、致畸、致突变的剧毒物质，被列为当今全球三大污染工业之一[3]。

物理化学法、化学法、生物法是目前国内外最为常用的处理重金属废水的方法[4]。物理化学法一般包括吸附法、电解法、膜分离法、离子交换法等。

作为一种新型膜分离技术,纳滤膜诞生于20世纪80年代的后期。纳滤的分离过程是依赖于跨膜压差。纳滤膜孔径为纳米级，由于其特殊的孔径范围和荷电性，对二价、高价离子、分子量大于 200的有机物有较高的脱除性能，已在水处理、生物制药等领域获得广泛应用。纳滤对二价离子特别是二价阴离子的截留效果非常好，这其中主要是 Donnan 效应所致[5]。在工业废水处理方面，纳滤分离较反渗透分离往往有更多优势，比如不易堵塞、离子选择性、不需要较高驱动力、耐压力与抗污能力强、经济实用等优点，将纳滤膜用于重金属废水处理的研究近年来得到广泛的开展[6]。

本工作以我院电镀废水处理站的电镀废水为研究对象，该电镀废水中主要含有大量镍离子，考察了运行压力、运行时间、浓淡比、废水pH值参数条件等对纳滤膜截留Ni2+的性能影响，以确定纳滤膜系统分离含镍电镀废水的最优操作条件，为纳滤膜在实际处理电镀废水中提供参考依据。

1 试 验

1.1 试验材料

试验电镀废水来自我院电镀废水处理站经过前期预处理后电镀废水，其水质如下：电导率1 826 μS/cm，总氮40～52 mg/L，pH值5.4～6.8，总磷60～78 mg/L，Ni2+92～150 mg/L，COD 80～120 mg/L。

1.2 试验流程

试验装置处理含镍电镀废水的流程和装置见图1所示。电镀废水首先进入增压泵，接着用通过保安过滤器进行预处理，初步去除废水中的颗粒杂质和悬浮物质，接着高压泵将废水泵入纳滤膜组件，浓水回流至原水箱，淡水流入产水箱中。流量以及压力通过阀门和压力表进行调节。

1.3 分析和测定

采用GB 11910方法测定Ni2+的浓度，对废水的处理效果用膜截留率Q表示：

式中：ρ1和ρ0分别为透过液和原液中Ni2+的质量浓度，mg/L。

2 结果与讨论

2.1 操作压力对纳滤膜截留率的影响

在原水箱中加入电镀废水，打开进水阀和各出水阀，连接高压泵的电源，启动增压泵。保持进水流量为1 200 L/h，温度设定为(20±2) ℃，缓慢关小回流阀并调节浓水和淡水的阀门，逐渐调高膜操作压力，研究在一定操作条件下，膜操作压力对膜截留率的影响。以膜截留率对进水压力作图如图2。由图2可以看出，Ni2+截留率随着操作压力的增加而增大。这是因为不同溶剂扩散系数不同，导致料液侧面相对作用加强，进一步阻止溶质的通过，因此Ni2+截留率随压力增加而增大，考虑到浓缩液中Ni2+的浓淡比以及仪器的操作压力，将试验的最终操作压力设定为0.7 MPa。

2.2 运行时间对纳滤膜截留率的影响

操作压力设定0.7 MPa，保持进水流量为1 200 L/h，其他操作条件不变，每隔15 min取样检测Ni2+浓度，运行50 h，以膜截留率对时间作图，结果见图3。

从图3可以看出，系统运行开始后，随着运行时间增长，Ni2+截留率提高，系统运行约30 h后截留率趋于稳定，约为73%，这是由于纳滤膜刚使用时，膜的表面比较松弛，重金属离子容易通过纳滤膜，因此对Ni2+截留率较低。运行一段时间后，纳滤膜被绷紧，于是截留率升高，并逐渐趋于稳定的状态。

2.3 浓淡比对膜截留率的影响

保持操作压力0.7 MPa，在恒定流量条件下，系统运行30 h后，通过调节回流阀、浓水管和淡水管的流量来调节浓淡比(浓水流量与淡水流量的比值)，考察膜在一定操作压力下，浓淡比的变化对膜截留率的影响，结果见图4。

从图4可以看出，改变浓淡比对膜截留率有一定影响。随着浓淡比从1.0～5.0逐渐增大，膜驱动力逐渐减小，膜截留率也逐渐减小。这是由于浓淡比的改变影响了膜驱动力，而膜驱动力则对膜截留率有较大的影响。但是浓淡比越小，膜驱动力越大，其负荷越大，这样对膜的损耗会比较严重。因此综合考虑，浓淡比在2.0时较为合适。

2.4 废水pH值对膜截留率的影响

因所选用的纳滤膜pH值适应范围为4.0～8.0，故对这一范围内废水pH值进行研究。利用盐酸和氢氧化钠溶液调节废水的pH值。分批过膜，考察废水pH值对膜截留率的影响，结果见图5。

如图5所示，随着废水pH值从4.0增大到9.0的过程中膜截留率从72%提高到约77%，在pH值7.0～9.0的范围内，膜截留率趋于稳定。故得出结论，废水在酸性条件下对膜截留率影响较大，而碱性情况下，则对其没有明显影响，这和选用的纳滤膜材质有关。

3 结 论

(1)随着操作压力的增加，纳滤膜对Ni2+截留率增大。

(2)Ni2+截留率随着运行时间相应提高，系统运行约30 h后截留率趋于稳定。

(3)随着浓淡比增大，膜驱动力逐渐减小，膜截留率也逐渐减小。

(4)废水在酸性条件下对膜截留率影响较大，而碱性情况下，则对其没有明显影响。

(5)纳滤膜系统分离含镍电镀废水的最佳参数条件为：操作压力0.7 MPa，运行时间大于30 h，浓淡比2.0，废水的pH值调为8.0左右，Ni2+截留率约为76%。