納濾膜處理礦山廢水中重金屬離子的實驗研究

劉曉 王新想

摘 要：納濾膜是20世紀80年代研發一種新型分離膜，以壓力驅動的荷電納濾膜對水中二價離子和多價離子具有很好的分離效果。文中概括總結了納濾方法在水處理中的應用現狀和發展趨勢。研究得出：納濾膜可在外加壓力下脫出溶液中的無機鹽和大分子物質，此外，納濾膜還可以較好的截留總溶解固體、有機物、色度等多項指標，使處理后的水質滿足排放要求甚至達到回用標準。

關鍵詞：納濾；水處理；回用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.007

當今社會，隨著經濟全球化的發展，工業化也有了很大的突破，隨之產生的就是含大量重金屬污染物的工業廢水，加重了環境問題。為解決這一問題，工業界一直在尋找簡單、高效的技術對重金屬廢水進行處理，與此同時，在一些資源短缺的國家或者地區，金屬和水的回收再利用問題也是至關重要的，從我國來說，我國淡水短缺，而且有百分之六十的污水含有重金屬，所以，為了保護人類的生存家園，需要研究出更加經濟高效的重金屬工業廢水處理技術。

1 膜分離技術處理重金屬廢水

1.1 微濾和超濾膜技術

當處于帶有壓力差的環境中，微濾和超濾技術可以根據孔徑的大小進行篩分，也就是說，不同大小的分子混合進入微濾和超濾膜的過程中，以現有孔徑值為標準參照點，超過孔徑的物質就會滯留在原來的位置，小于孔徑的物質就會流出，經過這一過程的操作，就實現了廢水中混合物的有效分離。除此之外，還有一種方法，需要經過精確計算，如果把超濾膜的孔徑控制在在3μm左右的時候，就能夠做到有效攔截較大的顆粒物，達到凈化廢水的目的。當超濾膜孔徑控制在0.2μm以下時，就可以有效實現對廢水中的小顆粒分子的攔截，此時的運行壓力是1～10bar。需要我們注意的是，由于重金屬離子相比于其他物質的離子來說要小許多，通常微濾和超濾膜技術不能夠完成去除雜質的工作，此時，就應該考慮和其他先進工藝進行有效融合。

1.2 反滲透膜技術

反滲透膜技術是通過利用一種半透膜經純化液體透過，進而對污染物進行截留的技術。近年來，反滲透技術在重金屬廢水處理中開始受到廣泛關注，尤其是在化工及環境工程領域（但是目前對該技術的應用并不樂觀），因為該技術不僅能夠處理不同種類的污水，而且能夠寬范圍的進行處理。相關技術人員對反滲透技術的研究表明，該技術能夠成功提取出Cu2+和Ni2+離子的重金屬廢水，而且去除率極高，能夠達到99.5%，專家對此進行過實驗，結果表明將反滲透技術和膜生物反應器系統相組合，處理重金屬廢水的效率非常高，但是，現在該項技術還存在著成本高、耗能高的弊端，所以也就阻礙了該技術在工業化上的進一步應用。

1.3 納濾膜技術

“納率”是一種特殊的，并且十分有前途的膜分離技術，操作區間在超濾和反滲透之間，納率區間可以截留大小約為1納米的物質，而且，納率還具有多方面優勢，比如穩定可靠、便于操作、能耗低、去除污染物強等等，這使納率膜技術在重金屬廢水處理的有關行業受到廣泛關注。有關專家經過對NF90和N30F這兩種納濾膜對含砷重金屬廢水進行研究，結果表明納率膜的去除力率會隨著操作溫度、廢水濃度和PH值的增加而增加，研究發現在納率膜對含鎳重金屬的廢水的處理中，初始濃度為5mg/L的鎳重金屬廢水凈化能力高達98%；初始濃度為250mg/L的重金屬廢水去除率也能達到92%。使用商業納濾膜對含有鎳離子和鎘離子的重金屬廢水進行測試，結果顯示當廢水的初始濃度為5mg/L時，對含有這兩種重金屬的廢水的去除率分別高達98.94%和82.69%，總而言之，納濾膜分離技術有多方面優點（操作壓力低、水通量大等），具備廣闊的發展前景，但是，我國目前還無法自行掌握納濾膜的制作技術，科技水平有待提高。

2 工業廢水中重金屬的處理方法

2.1 零排放的處理方法

零廢水排放也稱“零排放”，顧名思義，也就是一種接近零的排放標準，將能源排放至零的活動就稱為“零排放”，合理利用資源，進而減少廢水的排放量，這樣有助于實現零排放，但是想要完全實現這一目標，需要做好以下方面的工作：（1）對廢棄物進行回收再利用，實施可持續發展戰略，廢物轉化原材料，一次或多次利用；（2）在生產過程中要加大對廢棄物排放的控制力度，減少排放量。經科學研究，在能量守恒定律中，廢棄物很難做到全部轉化，廢棄物中一定部分的物質會以其它形式排放到環境中，因此，想要實現零排放的目標，必須要引進相關新型技術，從而回收廢棄物，但是存在難度大、成本高的弊端。

2.2 重金屬離子回收利用

去除金屬離子可以達到重金屬的零排放，而膜處理技術能夠高效率的去除金屬離子，所以該技術在重金屬廢水處理中被廣泛應用，而且膜處理技術是重金屬廢水進行零排放的核心，治理電鍍廢水時，可使用超濾反滲透膜集成技術進行萃取，至于電鍍廢水零排放方案是自主研發的，該方案由三部分組成，分別是重金屬析出劑、微孔膜過濾預處理和反滲透凈化分離，重金屬析出劑所產生的離子能夠與固液分離并且迅速發生反應，這樣可以使重金屬高效析出，得以重新利用，滿足重金屬廢水零排放要求。

除此之外，在各行各業中多或多或少的應用到了納慮技術，其中應用最多的要數石化領域和醫院產生的廢水中。在廣泛應用的基礎上，我們也應該清晰地看到，在膜分離的過程中，產生的膜污染、成本問題都十分嚴峻，因此膜技術的使用被限制，尤其在對高含鹽污水處理時，對于納濾膜的選用更需謹慎，需要選擇合適的運行周期，防止出現堵塞。還有，想要有效的減少膜污染，要對膜污染原因進行分析，而后采取合適的清理周期及方式，當然，做好預處理工作也是預防膜污染的有效策略。

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