超滤作为预处理在纳滤回用电镀废水中的应用罗强

•47•【三废治理】超滤作为预处理在纳滤回用电镀废水中的应用罗强，黄瑞敏*，周海滨，聂凌燕（华南理工大学环境科学与工程学院，广东广州510006）摘要：以某电镀厂经化学沉淀处理后的排放水为研究对象研究了超滤预处理对纳滤回用电镀废水的影响。结果表明：超滤预处理对纳滤膜有良好的保护作用，提高了纳滤膜通量达32.46%，增强了回用处理系统运行效率，降低了运行成本，并提高了最终出水水质。关键词：超滤；纳滤；电镀废水；回用中图分类号：X703文献标志码：A文章编号：1004–227X(2011)04–0047–03Applicationofultra-filtrationaspretreatmentofnano-filtrationforrecyclingelectroplatingwastewater//LUOQiang,HUANGRui-min*,ZHOUHai-bin,NIELing-yanAbstract:Theeffectsofultra-filtrationasthepretreatmentonnano-filtrationforrecyclingelectroplatingwastewaterwerestudiedwiththedischargewaterafterchemicalprecipitationastheresearchobject.Theresultsshowthatthepretreatmentofultra-filtrationhastheadvantagesofprotectingnano-filtrationmembrane,improvingmembranefluxby32.46%andrecyclingsystemefficiency,decreasingoperationalcostandenhancingthefinaleffluentquality.Keywords:ultra-filtration;nano-filtration;electroplatingwastewater;recyclingFirst-author’saddress:CollegeofEnvironmentalScienceandEngineering,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510006,China1前言电镀废水重复利用率是电镀行业清洁生产的一大重要衡量指标[1]。目前，电镀废水常规处理方法有化学沉淀法、氧化还原法和离子交换法等，但这些方法处理程度有限[2-3]，能满足需要的只有纳滤、反渗透膜法[4-5]。目前，有关纳滤膜的研究主要集中在对金属离子的去除[6-7]、纳滤膜最佳操作条件[8]、纳滤膜分离原理[9]、纳滤膜材料[10]等。纳滤膜对进水水质要求很高，否则收稿日期：2010–10–19修回日期：2010–11–11作者简介：罗强（1986–），男，湖北人，在读硕士研究生，主要研究方向为水污染控制与给水净化。通信作者：黄瑞敏，教授，(E-mail)[e-mail]。将会污染膜材，缩短膜的使用寿命。因此，保护纳滤、反渗透膜不被污染是解决纳滤、反渗透膜长期稳定运行的关键。针对以上问题，本文对比考察了有无超滤预处理条件下的纳滤膜处理电镀废水的运行效果，研究超滤作为纳滤预处理的可行性。2实验2.1实验用水实验废水取自惠州某电镀厂铜镍废水经石灰、PAC混凝沉淀处理后的排放水，其中含有铜、镍、有机物等污染物，其水质指标如下：Cu2+1~2mg/LNi2+1~2mg/LCODCr80~90mg/L悬浮物≤40mg/LpH8.0~9.0TDS1800~2500mg/L色度30~45倍2.2实验方法实验规模1m3/h，进行两组平行对比试验：一组将原水直接用高压泵泵入纳滤系统；另一组用高压泵泵入超滤系统，经超滤预处理后，再用高压泵泵入纳滤系统。考察两组平行试验的膜通量及Cu2+、Ni2+、COD等污染物指标。实验中纳滤膜为海德能HNF40-4040聚酰胺复合膜，超滤膜为海德能HUF10-160聚氯乙烯膜。2.3分析方法超滤运行压力0.3MPa，纳滤运行压力0.8MPa，每天每隔6h读取余姚市振兴流量仪表厂K3013型流量计数据，4组值取平均值即为膜通量，超滤、纳滤膜每天冲洗一次。用重铬酸钾法测量COD；用二乙氨基–二硫代甲酸钠萃取分光光度计法测量Cu2+质量浓度；Ni2+质量浓度用丁二酮肟分光光度法测量；用便携式电导仪法测量电导率；用便携式浊度计测量浊度；悬浮DOI:10.19289/j.1004-227x.2011.04.013超滤作为预处理在纳滤回用电镀废水中的应用•48•物测量采用重量法[11]。3结果与讨论3.1膜通量超滤预处理对纳滤膜通量的影响如图1所示。03691215182124273051015202530354045膜通量/[L/(m2⋅h)]t/d无超滤预处理纳滤膜通量有超滤预处理纳滤膜通量图1超滤预处理对纳滤膜通量的影响Figure1Effectofultra-filtrationpretreatmentonmembranefluxofnano-filtration由图1可知，无超滤预处理的纳滤膜运行16d后膜通量为30.96L/(m2·h)，随后膜通量急剧下降，30d内平均膜通量为31.22L/(m2·h)；经过超滤预处理的纳滤膜运行25d后膜通量为38.28L/(m2·h)，随后膜通量急剧下降，30d内平均膜通量为41.27L/(m2·h)。对比可知，有超滤膜预处理的平均纳滤膜通量比无超滤预处理的纳滤膜通量高32.46%。另外，无超滤预处理的纳滤膜通量急剧下降时间(16d)远远早于经超滤预处理的纳滤膜通量下降时间(25d)，因此，在一定程度上，采用超滤预处理可延缓纳滤化学清洗时间。其原因可能为：电镀废水中的金属离子、含钙沉淀物、有机物及微生物等污染物覆盖在纳滤膜表面形成污垢，而简单的清洗无法清洗掉该类结垢，长时间运行后将导致膜通量下降；经超滤预处理后，超滤有效截留一部分大分子污染物，减少了纳滤膜的负荷，延缓了纳滤膜的膜通量急剧下降的时间，从而有效提高了纳滤膜通量。3.2出水水质连续运行装置7d，每日取水样3次测量出水水质，然后取平均值，有无超滤预处理时的出水水质对比如图2所示。由图2可知，纳滤膜在有超滤预处理时出水水质各项指标均略微优于无超滤预处理的纳滤膜出水水质。这是因为纳滤膜截留物质的大小约为1nm，截留的有机物分子量为200~400；而超滤膜截留的颗粒和杂质大小为3~100nm，截留的有机物分子量介于1000~100000之间[12]，因此超滤膜能截留电镀废水中粒径稍大的颗粒、杂质及细菌，使出水达到纳滤膜的进水要求，提高了纳滤膜去除污染物效率，进而在一定程度上提高了纳滤最终出水水质。12345674.04.55.05.5708090100CODCr/(mg/L)t/d原水超滤预处理后的纳滤出水无超滤预处理的纳滤出水12345679011013015018001850190019502000TDS/(mg/L)t/d原水超滤预处理后的纳滤出水无超滤预处理的纳滤出水(a)去除CODCr效果(b)去除TDS效果(a)EffectofremovingCODCr(b)EffectofremovingTDS12345670.180.210.240.270.301.31.41.51.61.7ρ(Cu2+)/(mg/L)t/d原水超滤预处理后的纳滤出水无超滤预处理的纳滤出水12345670.100.150.200.251.301.351.40ρ(Ni2+)/(mg/L)t/d原水超滤预处理后的纳滤出水无超滤预处理的纳滤出水(c)去除Cu2+效果(d)去除Ni2+效果(c)EffectofremovingCu2+(b)EffectofremovingNi2+图2超滤预处理对出水水质的影响Figure2Effectofultra-filtrationpretreatmentoneffluentquality3.3超滤去除污染物的情况连续7d分别取超滤、纳滤的进水、出水水样，检测其水质情况，各取3组并取平均值，结果如表1所示。表1污染物去除结果Table1Contaminantsremovalresults超滤纳滤指标进水出水去除率/%出水去除率/%CODCr/(mg/L)73.870.15.04.893.2ρ(Cu2+)/(mg/L)1.451.394.10.2482.7ρ(Ni2+)/(mg/L)1.321.273.80.1786.6TDS/(mg/L)193219240.410694.5浊度/NTU10.240.1298.8悬浮物/(mg/L)38.600.3299.2电导率/(μS/cm)294829121.219093.5色度/倍40.038.34.04.887.5由表1可知，超滤膜预处理对废水中悬浮物及浊度去除率达98%以上，对CODCr去除率5.0%，而对Cu2+、Ni2+、TDS、电导率及色度去除率小于5%。由此可见，超滤作为纳滤预处理的主要作用是去除电镀废水中的大部分悬浮物及少量COD。该厂电镀综合废水采用石灰+PAC(聚合氯化铝)处理，导致出水含有钙盐等悬浮物[13]，超滤膜可去除该类悬浮物，同时使出水浊度降低。电镀废水中含有糖精(相对分子量183)、平平加(相对分子量600~1500)、表面活性剂(相对分子量200~500)和HEDP(相对分子量206)等电镀有机添加剂[14]，但超滤膜只能去除分子量大于1000的平平加等有机物，因此超滤膜对COD去除率不高。超超滤作为预处理在纳滤回用电镀废水中的应用•49•滤膜对电镀废水中Cu2+、Ni2+、TDS等去除较少，因此色度及电导率变化不明显。经超滤预处理后的纳滤最终出水水质部分指标优于自来水(参照GB5749–2006《生活饮用水卫生标准》)。4成本分析运行成本主要来自于电耗、膜材耗损及药洗费用。无超滤预处理的纳滤系统3种费用分别为0.91、0.18和0.4元/t，总计1.49元/t；有超滤预处理的纳滤系统3种费用分别为0.96、0.1和0.25元/t，总计1.31元/t。说明采用超滤预处理可节约运行成本。5结论(1)超滤作为预处理可提高纳滤膜通量，同时延长了纳滤膜的药剂冲洗周期及使用寿命。(2)经过超滤预处理后，纳滤出水水质得到一定的提升。(3)超滤膜作为预处理，去除的污染物主要为悬浮物、浊度及分子量大的有机污染物，而对电镀废水中的金属离子及TDS无明显去除效果。超滤最终出水达到纳滤膜进水水质要求，有效地保护了纳滤膜。(4)超滤膜预处理可节省回用系统的膜材耗损及药洗费用，降低纳滤回用系统总运行费用。参考文献：[1]王亚东,张林生.电镀废水处理技术的研究进展[J].安全与环境工程,2008,15(3):69-72.[2]太南.双膜分离技术深度处理电镀废水[J].黑龙江科技信息,2009(25):8,299.[3]李健,张惠源,尔丽珠.电镀重金属废水治理技术的发展现状(I)[J].电镀与精饰,2003,25(3):36-38,42.[4]刘济阳,夏明芳,张林生,等.膜分离技术处理电镀废水的研究及应用前景[J].污染防治技术,2009,22(3):65-69.[5]罗伟锋,楼永通,陈玲芳,等.膜分离技术在电镀清洁生产中的应用[J].材料保护,2006,39(6):59-61.[6]WANGZ,LIUGC,FANZF,etal.Experimentalstudyontreatmentofelectroplatingwastewaterbynanofiltration[J].JournalofMembraneScience,2007,305(1/2):185-195.[7]CHILYUMOVAE,THÖMINGJ.Nanofiltrationofbivalentnickelcations–modelparameterdeterminationandproce