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      1. 山東鑫泰水處理技術(shù)股份有限公司

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        電鍍含鋅廢水的納濾-反滲透處理回用研究

        2011/5/27

          電鍍含鋅廢水的納濾-反滲透處理回用研究
                             茆亮凱1,張林生1,陸繼來(lái)2,王志良2,趙珊珊2
              (1.東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院,江蘇南京210096;2.江蘇省環(huán)境科學(xué)研究院,江蘇南京210036)
              摘要:采用納濾(NF)-反滲透(RO)組合工藝濃縮回收電鍍含鋅廢水,研究了運(yùn)行壓力、進(jìn)水含量、pH、水溫對(duì)膜分離效果的影響。結(jié)果表明,NF-RO1812膜對(duì)Zn2+具有良好的截留效果,產(chǎn)水電導(dǎo)率在25μS·cm-1以下,產(chǎn)水Zn2+的質(zhì)量濃度均低于0.7 mg·L-1,累計(jì)回收率高達(dá)85.6%,可直接回用于鍍件的清洗;濃縮液經(jīng)RO二級(jí)濃縮后,Zn2+的質(zhì)量濃度由454.8 mg·L-1濃縮至1 500 mg·L-1,可用于電鍍槽液的配制。
              關(guān)鍵詞:電鍍廢水;納濾;反滲透;回用
              中圖分類號(hào):TQ028.8;X781.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1000-3770(2011)03-0105-003
              電鍍廢水中含有重金屬離子、氰化物等污染物,若不經(jīng)處理排放,對(duì)環(huán)境、人類危害極大。目前,國(guó)內(nèi)外電鍍含鋅廢水的處理方法中,化學(xué)沉淀法運(yùn)行費(fèi)用高,吸附法和離子交換法操作管理復(fù)雜,蒸發(fā)濃縮法能耗則大。膜分離法是一個(gè)高效、環(huán)保的分離技術(shù),用于廢水處理,具有高效、出水水質(zhì)穩(wěn)定性好、連續(xù)化操作、靈活性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì),在電鍍廢水的處理回用方面有良好的前景[2]。
              本試驗(yàn)采用納濾(NF)-反滲透(RO)組合工藝對(duì)電鍍漂洗含鋅廢水進(jìn)行分離濃縮,產(chǎn)水回用于鍍件清洗,濃縮液的Zn2+含量達(dá)到鍍液的回用要求。
              1·試驗(yàn)部分
              1.1工藝流程
              含鋅廢水NF-RO回用工藝流程如圖1所示。
                        
              含鋅廢水間歇排入進(jìn)水箱,經(jīng)提升泵依次進(jìn)入微濾(MF)、NF和RO裝置。RO產(chǎn)水收集回用,NF、RO濃縮液均回流至進(jìn)水箱,不斷分離濃縮,直至RO產(chǎn)水電導(dǎo)率不能滿足回用要求(>25μS·cm-1)后,排空進(jìn)水箱內(nèi)濃縮液,開始下一批次運(yùn)行。收集的濃縮液經(jīng)RO膜二級(jí)濃縮后返回鍍槽回用,產(chǎn)生的淡水進(jìn)入NF-RO工藝的進(jìn)水箱,可以實(shí)現(xiàn)廢水的零排放。與傳統(tǒng)膜法回收工藝相比,該工藝具有水回收率高、溶質(zhì)濃縮倍數(shù)大、投資成本及運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn),產(chǎn)水及濃縮液均具有回收利用價(jià)值。
              1.2膜材料
              試驗(yàn)采用美國(guó)某公司的RO1812芳香聚酰胺RO膜,截留相對(duì)分子質(zhì)量50~100,pH適用范圍為4~10;NF膜組件采用該公司NF 1812膜,截留相對(duì)分子質(zhì)量500~1 000,pH適用范圍為3~11。2種膜組件均為卷式,有效膜面積均為0.8 m2。試驗(yàn)用微濾膜孔徑為0.5μm。
              1.3廢水水質(zhì)
              含鋅廢水由鍍鋅槽液稀釋而成,鍍鋅槽液的組成及質(zhì)量濃度分別為:硫酸鋅350g·L-1,硫酸鈉50g·L-1,硫酸鋁30 g·L-1,明礬50 g·L-1。配制及稀釋用水均為電導(dǎo)率小于0.1μS·cm-1的純水,并用稀H2SO4調(diào)pH為3.8~4.4。
              2·結(jié)果與討論
              2.1影響膜分離性能因素
              2.1.1壓力
              由于膜產(chǎn)水側(cè)與大氣相通,壓力為0,故膜2側(cè)壓力差(Δp)即為進(jìn)水側(cè)壓力。取5 mL鍍鋅槽液稀釋至10L作為NF膜進(jìn)水,其中ρ(Zn2+)為68.5mg·L-1,電導(dǎo)率329μS·cm-1,pH為4.28,水溫23.5℃;RO進(jìn)水ρ(Zn2+)為40 mg·L-1,電導(dǎo)率為189μS·cm-1,pH為4.56,水溫16.1℃。壓力對(duì)NF 1812及RO 1812膜分離性能的影響如圖2所示。
                       
              試驗(yàn)表明,NF及RO膜通量(Jw)均幾乎與操作壓力呈線性增加,與優(yōu)先吸附-毛細(xì)孔流模型相符合[3]。
              從圖2(a)可見,NF膜對(duì)Zn2+的截留率(R)隨著壓力的升高而下降,且壓力大于0.4 MPa時(shí),下降速度加快。這可能與“滯流層”的厚度和含量增加速度過(guò)快有關(guān)[4]。
              從圖2(b)可見,RO 1812膜對(duì)Zn2+離子的截留率均在99.4%以上,產(chǎn)水的Zn2+含量均保持在較低,質(zhì)量濃度最低可達(dá)0.12 mg·L-1,產(chǎn)水電導(dǎo)率均在5μS·cm-1以下,可直接回用于金屬鍍件的清洗。
              綜合NF和RO膜出水的Zn2+含量、電導(dǎo)率及膜通量等因素,回用工藝中的NF和RO膜的操作壓力分別設(shè)為0.35 MPa和0.5 MPa。
              2.1.2進(jìn)水Zn2+含量
              取鍍鋅槽液稀釋成不同Zn2+含量,在0.35 MPa下通過(guò)NF膜。結(jié)果如圖3所示。
                     
              可見,隨進(jìn)水Zn2+含量的升高,NF 1812膜對(duì)Zn2+的去除率呈下降趨勢(shì),且當(dāng)Zn2+的質(zhì)量濃度低于120 mg·L-1時(shí),影響不明顯。另外,進(jìn)水Zn2+含量的增加導(dǎo)致溶液滲透壓增大,從而使膜通量減小。因此,在進(jìn)行NF分離時(shí),降低進(jìn)水中重金屬離子的含量可有效提高膜的分離效果。
              2.1.3 pH
              試驗(yàn)進(jìn)水ρ(Zn2+)為39.6 mg·L-1,水溫12~13℃。膜裝置運(yùn)行壓力為0.35 MPa。通過(guò)投加NaOH溶液改變進(jìn)水pH,考察pH對(duì)NF分離Zn2+離子特性的影響,試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。
                       
              由圖4可知,NF1812膜對(duì)Zn2+的截留率隨進(jìn)水pH的升高先有所下降后上升。當(dāng)pH在5~6時(shí),截留率最低。這是由于NF1812膜在此范圍內(nèi)處于等電位或0電勢(shì)(ZPC),即膜表面不帶有電荷[5]。等電位之前,聚酰胺膜帶正電荷,對(duì)荷正電的Zn2+具有靜電斥力,有利于截留;等電位之后,NF膜開始帶負(fù)電荷,不利于Zn2+的截留。因此,按等電位原理,NF膜對(duì)Zn2+的截留率應(yīng)隨pH的增加而逐漸降低,但當(dāng)pH大于6時(shí),溶液中的OH-與Zn2+形成絡(luò)合物,提高了Zn2+的截留率。
              由于膜在較低pH時(shí)對(duì)Zn2+同樣具有良好的分離性能,故回用工藝進(jìn)水的pH控制在3~5。
              2.1.4水溫
              考察了進(jìn)水溫度對(duì)NF膜分離性能的影響。結(jié)果表明,隨著溫度的增加,NF膜的水通量上升,截留率下降,Zn2+的泄漏量也呈上升趨勢(shì)。當(dāng)溫度低于25℃時(shí),膜通量及截留率變化不大。由于回用工藝的進(jìn)水水溫維持在15~25℃,因此溫度對(duì)工藝運(yùn)行效果的影響可以忽略。
              2.2 NF-RO回用分離濃縮含鋅廢水
              試驗(yàn)進(jìn)水有效體積18 L,進(jìn)水水質(zhì)及NF、RO膜運(yùn)行參數(shù)(電導(dǎo)率σ、壓力p、膜通量Jw、水的回收率fR、脫鹽率等)分別見表2和表3。
                       
              NF-RO回用運(yùn)行結(jié)果見圖5(V為產(chǎn)水體積)。
                       
              從圖5(a)可以看出,在運(yùn)行時(shí)間內(nèi),系統(tǒng)產(chǎn)水體積及回收率逐漸上升,但增加速度逐漸減慢,這是由于分離過(guò)程也是濃縮過(guò)程,系統(tǒng)進(jìn)水含量不斷增加,膜通量下降。運(yùn)行70 min后,可獲產(chǎn)水體積15.4 L,產(chǎn)水回收率達(dá)85.6%。
              從圖5(b)可以看出,產(chǎn)水電導(dǎo)率隨著回收率的增大而增加,且上升速度加快,產(chǎn)水的Zn2+含量也不斷上升。從運(yùn)行初期至產(chǎn)水電導(dǎo)率達(dá)10μS·cm-1,產(chǎn)水回收率達(dá)74.4%,即說(shuō)明系統(tǒng)可獲得74.4%的去鹽水,可回用于精密電鍍的清洗。系統(tǒng)產(chǎn)水回收率達(dá)85.6%時(shí),產(chǎn)水中Zn2+的質(zhì)量濃度為0.64mg·L-1,電導(dǎo)率上升至25μS·cm-1,此時(shí)產(chǎn)水不能滿足清洗回用要求,停止分離淡液。
              系統(tǒng)進(jìn)水Zn2+的質(zhì)量濃度為68.75 mg·L-1,pH為4.28,經(jīng)NF-RO串聯(lián)濃縮后Zn2+的質(zhì)量濃度為454.8 mg·L-1,pH為3.78,濃縮倍數(shù)n為6.7倍。濃縮液仍未達(dá)到配制槽液要求,因此試驗(yàn)中采用RO膜對(duì)其進(jìn)行二級(jí)低壓濃縮,運(yùn)行壓力設(shè)為0.2 MPa,運(yùn)行結(jié)果見圖6。
                        
              從圖6可以看出,隨著體積濃縮倍數(shù)的增大,濃縮液得到不斷濃縮,RO膜通量呈下降趨勢(shì),這與溶液滲透壓有關(guān)[7]。濃縮液中Zn2+的質(zhì)量濃度與濃縮倍數(shù)幾乎成線性關(guān)系,說(shuō)明濃縮過(guò)程Zn2+回收率高。當(dāng)濃縮倍數(shù)達(dá)3.4倍時(shí),濃縮液Zn2+的質(zhì)量濃度由454.8濃縮至1 500 mg·L-1,pH為3.65,可用于電鍍槽液的配制。
              3·結(jié)論
              利用NF-RO組合回用工藝對(duì)電鍍含鋅廢水進(jìn)行分離濃縮達(dá)到回用目的,得到如下結(jié)論:組合回用工藝采用2級(jí)膜分離技術(shù),淡水串聯(lián)分離,2級(jí)濃水回流濃縮,產(chǎn)水電導(dǎo)率在25μS·cm-1以下,產(chǎn)水Zn2+的質(zhì)量濃度均低于0.7 mg·L-1,累計(jì)回收率高達(dá)85.6%,可直接回用于鍍件的清洗。RO對(duì)濃縮液進(jìn)行二級(jí)濃縮后,廢水中Zn2+濃縮至進(jìn)水的20倍以上,可用于電鍍槽液的配制。
              NF、RO膜最佳運(yùn)行壓力分別為0.35、0.5 MPa。進(jìn)水Zn2+的質(zhì)量濃度低于120 mg·L-1時(shí),其對(duì)NF及RO膜運(yùn)行效果影響不顯著。當(dāng)進(jìn)水pH、水溫分別控制在3~5和15~25℃時(shí),2者對(duì)出水水質(zhì)的影響也較小。
              膜分離技術(shù)可實(shí)現(xiàn)電鍍漂洗廢水的零排放和資源化回用,對(duì)污染的減排和企業(yè)降低生產(chǎn)成本具有重要意義。
          參考文獻(xiàn):
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          文章來(lái)自:中國(guó)水處理化學(xué)品網(wǎng)
          文章作者:網(wǎng)絡(luò)管理員
          http://www.wateradd.com/tiring_room/new/hynews/2011527111447.htm

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