正渗透技术处理电镀废水

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　　一、引言

　　近年来，我国电子、机械、汽车等行业发展迅速，对镀件的大量需求带动了电镀产业的迅猛发展。国内大约有2万多家从事电镀生产的企业，它们每年排放大量的污染物，其中包括约4亿t含重金属的废水、5万t固体废物、3000亿m3酸性废气。电镀废水的危害巨大，特别是对水体和环境会造成严重破坏。随着搁置时间的延长，电镀废水毒性也会增强，进一步对生态环境带来更大的破坏。与其他污染相比，电镀废水的危害程度远远超出其他污染。因此，采取科学合理的处理方法处置电镀废水是非常重要的。

　　目前，对电镀废水的处理方法多种多样：陈俊峰等运用化学法处理含铬、镍、氰的电镀废水，即氧化还原、酸碱中和、化学沉淀、固液分离方法，这种方法最传统，也最简单可靠，目前全球80%的电镀废水处理技术用的都是化学法。但用这种方法产生的污泥量大，处理水的质量也不够高，生物处理技术常用于去除有机物、氮磷、悬浮物等污染物质。由于电镀废水中重金属离子和某些有机化合物会抑制或扼杀微生物，目前尚无稳定有效的微生物菌种可以直接处理电镀废水，通常需经过物理、化学法等预处理后再进入生物处理系统，高丽娟等运用离子交换法处理电镀废水，这种方法使用的离子交换树脂易被废水中有机物污染，使得树脂重复使用率不高。因此，开发运用一种高效、节能的处理方法迫在眉睫。正渗透(FO)是一种无需外界驱动力的新型膜处理工艺，相比纳滤和反渗透技术，其截留效果显著、能耗较低，因此受到广泛关注，并且被用于海水淡化、废水处理等领域。本研究采用聚酰胺正渗透膜(TFC膜)和筛网内嵌式三醋酸纤维素正渗透膜(CTA膜)浓缩电镀废水，实时监测水通量变化，通过SEM、EDS、AFM、XRD、XPS等表征手段，分析两种膜表面污染产生的具体原因，为今后运用正渗透技术处理电镀废水提供参考。

　　二、实验部分

　　2.1.实验材料与仪器

　　在该研究中，使用聚酰胺正渗透膜(TFC膜)和筛网内嵌式三醋酸纤维素正渗透膜(CTA膜)。CTA膜由三乙酸纤维素层和嵌入的编织支撑网组成。TFC膜由多孔聚砜支撑层顶部的薄选择性聚酰胺活性层制成。氯化钾(KCl)购于国药集团，电镀废水取至无锡某汽车零部件有限公司，此废水经过初步物化处理，废水基本信息见表1。



　　2.2.FO装置的运行

　　将FO装置放于温度恒定(25℃±1℃)的室内环境。膜反应元件由两块亚克力板组成，膜材料被夹在亚克力板之间。膜两侧放置支撑网格以缓解水流的冲击作用，原料液和汲取液通过可变速齿轮泵(WT3000，兰格恒流泵有限公司)导入管内，两侧液体顺着管道以错流方式进入膜元件。水流通道长8cm，宽3cm，深0.2cm，有效膜面积24cm。齿轮泵转速设置为300mL/min，对应8.5cm/s的横流速度。汲取液和原料液均通过恒温水浴锅(HWS-24，上海一恒科学仪器有限公司)以热传导的方式保持在25℃±1℃恒温运行。汲取液置于磁力搅拌器(Colorsquid，德国IKA磁力搅拌器有限公司)上保持均匀状态。电子天平(JA31002，上海菁海天平有限公司)置于原料液下方，并将其连接电脑记录数据，用于计算水通量。装置示意图如图1所示。



　　2.3.浓缩废水实验过程

　　通过监测原料液体积的变化测定FO水通量。原料液放置电镀废水，汲取液采用1mol/L的KCl溶液。每次实验所用的原料液和汲取液均为1L。浓缩膜材料选用TFC/CTA膜。以5分钟作为实验间隔。实验过程中水通量用Jw[L/(m2·h)]表示，其中水密度取1.0g/cm3，其计算公式如式(1)：



　　式中，Δm为汲取液的质量增加量，g，Δt为该汲取液质量增加过程所经历的时间，h，Am为正渗透膜的有效面积，m2。

　　2.4.表征与测试

　　采用电感耦合等离子光谱仪(ICP,Thermo,ICAPQICP-MS,USA)检测电镀废水阳离子含量，采用离子色谱仪(Dionex,ICS-5000,USA)检测电镀废水硫酸根含量，使用扫描探针显微镜(AFM,Multimode