超濾作為預處理在納濾回用電鍍廢水中的應用

羅強，黃瑞敏，周海濱，聶凌燕

（華南理工大學環境科學與工程學院，廣東 廣州 510006）

【三廢治理】

超濾作為預處理在納濾回用電鍍廢水中的應用

羅強，黃瑞敏*，周海濱，聶凌燕

（華南理工大學環境科學與工程學院，廣東 廣州 510006）

以某電鍍廠經化學沉淀處理后的排放水為研究對象研究了超濾預處理對納濾回用電鍍廢水的影響。結果表明：超濾預處理對納濾膜有良好的保護作用，提高了納濾膜通量達32.46%，增強了回用處理系統運行效率，降低了運行成本，并提高了最終出水水質。

超濾；納濾；電鍍廢水；回用

1 前言

電鍍廢水重復利用率是電鍍行業清潔生產的一大重要衡量指標[1]。目前，電鍍廢水常規處理方法有化學沉淀法、氧化還原法和離子交換法等，但這些方法處理程度有限[2-3]，能滿足需要的只有納濾、反滲透膜法[4-5]。

目前，有關納濾膜的研究主要集中在對金屬離子的去除[6-7]、納濾膜最佳操作條件[8]、納濾膜分離原理[9]、納濾膜材料[10]等。納濾膜對進水水質要求很高，否則將會污染膜材，縮短膜的使用壽命。因此，保護納濾、反滲透膜不被污染是解決納濾、反滲透膜長期穩定運行的關鍵。針對以上問題，本文對比考察了有無超濾預處理條件下的納濾膜處理電鍍廢水的運行效果，研究超濾作為納濾預處理的可行性。

2 實驗

2. 1 實驗用水

實驗廢水取自惠州某電鍍廠銅鎳廢水經石灰、PAC混凝沉淀處理后的排放水，其中含有銅、鎳、有機物等污染物，其水質指標如下：

2. 2 實驗方法

實驗規模 1 m3/h，進行兩組平行對比試驗：一組將原水直接用高壓泵泵入納濾系統；另一組用高壓泵泵入超濾系統，經超濾預處理后，再用高壓泵泵入納濾系統。考察兩組平行試驗的膜通量及Cu2+、Ni2+、COD等污染物指標。實驗中納濾膜為海德能 HNF40-4040聚酰胺復合膜，超濾膜為海德能HUF10-160聚氯乙烯膜。

2. 3 分析方法

超濾運行壓力0.3 MPa，納濾運行壓力0.8 MPa，每天每隔6 h讀取余姚市振興流量儀表廠K3013型流量計數據，4組值取平均值即為膜通量，超濾、納濾膜每天沖洗一次。用重鉻酸鉀法測量COD；用二乙氨基–二硫代甲酸鈉萃取分光光度計法測量 Cu2+質量濃度；Ni2+質量濃度用丁二酮肟分光光度法測量；用便攜式電導儀法測量電導率；用便攜式濁度計測量濁度；懸浮物測量采用重量法[11]。

3 結果與討論

3. 1 膜通量

超濾預處理對納濾膜通量的影響如圖1所示。

圖1 超濾預處理對納濾膜通量的影響Figure 1 Effect of ultra-filtration pretreatment on membrane flux of nano-filtration

由圖1可知，無超濾預處理的納濾膜運行16 d后膜通量為30.96 L/(m2·h)，隨后膜通量急劇下降，30 d內平均膜通量為31.22 L/(m2·h)；經過超濾預處理的納濾膜運行25 d后膜通量為38.28 L/(m2·h)，隨后膜通量急劇下降，30 d內平均膜通量為41.27 L/(m2·h)。對比可知，有超濾膜預處理的平均納濾膜通量比無超濾預處理的納濾膜通量高32.46%。另外，無超濾預處理的納濾膜通量急劇下降時間(16 d)遠遠早于經超濾預處理的納濾膜通量下降時間(25 d)，因此，在一定程度上，采用超濾預處理可延緩納濾化學清洗時間。其原因可能為：電鍍廢水中的金屬離子、含鈣沉淀物、有機物及微生物等污染物覆蓋在納濾膜表面形成污垢，而簡單的清洗無法清洗掉該類結垢，長時間運行后將導致膜通量下降；經超濾預處理后，超濾有效截留一部分大分子污染物，減少了納濾膜的負荷，延緩了納濾膜的膜通量急劇下降的時間，從而有效提高了納濾膜通量。

3. 2 出水水質

連續運行裝置7 d，每日取水樣3次測量出水水質，然后取平均值，有無超濾預處理時的出水水質對比如圖2所示。由圖2可知，納濾膜在有超濾預處理時出水水質各項指標均略微優于無超濾預處理的納濾膜出水水質。這是因為納濾膜截留物質的大小約為1 nm，截留的有機物分子量為200 ～ 400；而超濾膜截留的顆粒和雜質大小為3 ～ 100 nm，截留的有機物分子量介于1 000 ～ 100 000之間[12]，因此超濾膜能截留電鍍廢水中粒徑稍大的顆粒、雜質及細菌，使出水達到納濾膜的進水要求，提高了納濾膜去除污染物效率，進而在一定程度上提高了納濾最終出水水質。

圖2 超濾預處理對出水水質的影響Figure 2 Effect of ultra-filtration pretreatment on effluent quality

3. 3 超濾去除污染物的情況

連續7 d分別取超濾、納濾的進水、出水水樣，檢測其水質情況，各取3組并取平均值，結果如表1所示。

表1 污染物去除結果Table 1 Contaminants removal results

由表 1可知，超濾膜預處理對廢水中懸浮物及濁度去除率達 98%以上，對 CODCr去除率 5.0%，而對Cu2+、Ni2+、TDS、電導率及色度去除率小于 5%。由此可見，超濾作為納濾預處理的主要作用是去除電鍍廢水中的大部分懸浮物及少量COD。該廠電鍍綜合廢水采用石灰+PAC(聚合氯化鋁)處理，導致出水含有鈣鹽等懸浮物[13]，超濾膜可去除該類懸浮物，同時使出水濁度降低。電鍍廢水中含有糖精(相對分子量183)、平平加(相對分子量600 ～ 1 500)、表面活性劑(相對分子量200 ～ 500) 和HEDP(相對分子量206)等電鍍有機添加劑[14]，但超濾膜只能去除分子量大于1 000的平平加等有機物，因此超濾膜對COD去除率不高。超濾膜對電鍍廢水中 Cu2+、Ni2+、TDS等去除較少，因此色度及電導率變化不明顯。經超濾預處理后的納濾最終出水水質部分指標優于自來水(參照 GB 5749–2006《生活飲用水衛生標準》)。

4 成本分析

運行成本主要來自于電耗、膜材耗損及藥洗費用。無超濾預處理的納濾系統 3種費用分別為 0.91、0.18和0.4元/t，總計1.49元/t；有超濾預處理的納濾系統3種費用分別為0.96、0.1和0.25元/t，總計1.31元/t。說明采用超濾預處理可節約運行成本。

5 結論

(1) 超濾作為預處理可提高納濾膜通量，同時延長了納濾膜的藥劑沖洗周期及使用壽命。

(2) 經過超濾預處理后，納濾出水水質得到一定的提升。

(3) 超濾膜作為預處理，去除的污染物主要為懸浮物、濁度及分子量大的有機污染物，而對電鍍廢水中的金屬離子及TDS無明顯去除效果。超濾最終出水達到納濾膜進水水質要求，有效地保護了納濾膜。

(4) 超濾膜預處理可節省回用系統的膜材耗損及藥洗費用，降低納濾回用系統總運行費用。

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Application of ultra-filtration as pretreatment of nano-filtration for recycling electroplating wastewater

LUO Qiang, HUANG Rui-min*, ZHOU Hai-bin, NIE Ling-yan

The effects of ultra-filtration as the pretreatment on nano-filtration for recycling electroplating wastewater were studied with the discharge water after chemical precipitation as the research object. The results show that the pretreatment of ultra-filtration has the advantages of protecting nano-filtration membrane, improving membrane flux by 32.46% and recycling system efficiency, decreasing operational cost and enhancing the final effluent quality.

ultra-filtration; nano-filtration; electroplating wastewater; recycling

College of Environmental Science and Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510006, China

X703

A

1004 – 227X (2011) 04 – 0047 – 03

2010–10–19

2010–11–11

羅強（1986–），男，湖北人，在讀碩士研究生，主要研究方向為水污染控制與給水凈化。

黃瑞敏，教授，(E-mail) lcmhuang@scut.edu.cn。

[ 編輯：吳定彥 ]