近年來(lái)，隨著金屬冶煉、化工生產(chǎn)等相關(guān)工業(yè)的飛速發(fā)展，含重金屬的生產(chǎn)廢水排放有呈不斷增加的趨勢(shì)，使水體重金屬污染在我國(guó)變得日益嚴(yán)重。由于重金屬離子在水生環(huán)境中的高溶解性、不可降解性和可富集性，使得它們一旦進(jìn)入食物鏈后將會(huì)造成其在人體中的慢慢積累，進(jìn)而引起人類嚴(yán)重的健康問(wèn)題。因此，深度處理重金屬?gòu)U水，降低其排放含量或?qū)崿F(xiàn)其零排放勢(shì)在必行。
無(wú)機(jī)重金屬?gòu)U水的傳統(tǒng)處理方法有化學(xué)沉淀法、離子交換法、電化學(xué)方法等。一般而言，重金屬?gòu)U水經(jīng)傳統(tǒng)的化學(xué)法處理后，其中的重金屬離子含量仍很難達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，且由于傳統(tǒng)的化學(xué)處理法通常需要在廢水中添加多種化學(xué)藥劑和堿金屬沉淀劑，結(jié)果使得廢水中含有大量的Na+、Ca2+、Cl-和SO42-等可溶性鹽類物質(zhì)無(wú)法去除，河南污水站運(yùn)營(yíng)，進(jìn)而造成管路結(jié)垢、設(shè)備腐蝕和二次環(huán)境污染等問(wèn)題。此外，傳統(tǒng)的化學(xué)處理法還存在高能耗、處理不完全、處理過(guò)程產(chǎn)生有毒的污泥和沉淀物等不良后果。因此，尋求一種清潔高效的重金屬?gòu)U水處理方法已成為相關(guān)領(lǐng)域工作者共同關(guān)注的問(wèn)題。好文推薦：一體化污水處理設(shè)備的清潔方法
膜分離作為一種高新技術(shù)，因其分離效率高、無(wú)相變、節(jié)能環(huán)保、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便等特點(diǎn)，在工業(yè)廢水處理領(lǐng)域中已得到廣泛研究和探索，河南污水站運(yùn)營(yíng)，正被日益推廣應(yīng)用到工業(yè)廢水處理過(guò)程。膜分離技術(shù)在處理重金屬?gòu)U水時(shí)，不僅能使?jié)B透液(出水)達(dá)到相關(guān)的排放標(biāo)準(zhǔn)或再生回用，而且能回收其中的有價(jià)金屬資源。在銅、鋅、鉛等有色金屬的火法冶煉過(guò)程中，從閃速爐、轉(zhuǎn)爐排出的冶煉煙氣通常需要進(jìn)行濕法凈化。而煙氣濕法凈化過(guò)程排出的廢水往往呈酸性且伴有多種堿金屬和重金屬離子。根據(jù)對(duì)部分有色冶金企業(yè)的生產(chǎn)調(diào)查，這類廢水的pH約3.5，主要成分及其質(zhì)量濃度大致為Cu，≤30mg/L;Zn，≤50mg/L;Cr，≤25mg/L;Pb，≤20mg/L;Na，≤300mg/L。
本研究以實(shí)驗(yàn)室模擬的酸性無(wú)機(jī)復(fù)合重金屬?gòu)U水為研究對(duì)象，利用反滲透膜分離技術(shù)，考察了操作壓力、濃淡比、重金屬離子種類及含量、廢水pH等工藝條件對(duì)這類廢水膜處理過(guò)程效果的影響規(guī)律。
實(shí)驗(yàn)部分
試劑
氯化銅(CuCl·22H2O)，三氯化鉻(CrCl·36H2O)，氯化鋅(ZnCl2)，氯化鉛(PbCl2)，氯化(NaCl)，鹽酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)36%～38%)，均為分析純。
實(shí)驗(yàn)用水
實(shí)驗(yàn)所用的重金屬?gòu)U水模擬配制。以質(zhì)量濃度500mg/L的NaCl溶液為基礎(chǔ)溶液，在酸性條件(用濃鹽酸調(diào)節(jié))下加入不同質(zhì)量濃度的金屬氯化物配制，河南污水站運(yùn)營(yíng)，實(shí)驗(yàn)溶液pH均在3.5～4左右。
裝置與流程
實(shí)驗(yàn)所用反滲透膜為杭州某公司生產(chǎn)的芳香族聚酰胺卷式膜。裝置參數(shù)如下：有效膜面積7.897m2，透水能力9.8m3/d，進(jìn)水pH為3.0～10.0，操作壓力1.05MPa。原水槽中的模擬重金屬?gòu)U水經(jīng)高壓泵送入膜裝置，通過(guò)控制進(jìn)、出膜的廢水流量來(lái)控制膜的操作壓力、濃縮液(濃水)與滲透液(淡水)的體積流量比(簡(jiǎn)稱“濃淡比”r)。
分析方法與儀器
實(shí)驗(yàn)主要監(jiān)測(cè)水質(zhì)指標(biāo)包括金屬離子含量、pH。其中金屬離子含量采用AA-6300C原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定，pH采用PHS-3D型pH計(jì)測(cè)定。
膜性能指標(biāo)
廢水的反滲透膜處理性能以金屬離子表觀截留率R表示，并按下式進(jìn)行計(jì)算：
R=(1-ρ1/ρ0)×100%。(1)
式中，ρ0和ρ1分別為原水、淡水金屬離子的質(zhì)量濃度。
在一定操作壓力、總進(jìn)水流量下，膜對(duì)金屬離子截留效果隨著濃淡比的增大而明顯降低;從整體看，進(jìn)水流量及濃淡比一定時(shí)，增大操作壓力，河南污水站運(yùn)營(yíng)，進(jìn)水壓力對(duì)膜截留各重金屬離子的效果沒(méi)有顯著影響;由于實(shí)驗(yàn)所用膜材質(zhì)的特性所決定，進(jìn)水pH對(duì)膜截留效果影響顯著，pH越小，膜的截留效果越差;在膜的運(yùn)行穩(wěn)定性方面，開(kāi)機(jī)運(yùn)行30min后膜的截留效果達(dá)到穩(wěn)定，持續(xù)運(yùn)行5h，膜的截留效果沒(méi)有明顯變化。
按照金屬離子形成水合物的平衡觀點(diǎn)，反滲透對(duì)金屬離子的截留率不僅與所去除的金屬離子價(jià)態(tài)、離子半徑、水合半徑有關(guān)，還與離子在水中的表觀含量有關(guān)。膜對(duì)高價(jià)態(tài)金屬離子的截留率大于低價(jià)態(tài)的離子截留率;離子含量較低時(shí)，離子半徑是影響截留率的主要因素;離子含量較高時(shí)，離子水合半徑是影響截留率的主要因素;離子含量為中等時(shí)，河南污水站運(yùn)營(yíng)，離子半徑與離子水合半徑共同影響膜對(duì)離子的截留效果。采用反滲透膜法處理本實(shí)驗(yàn)所模擬的火法冶金酸性無(wú)機(jī)復(fù)合重金屬?gòu)U水，當(dāng)廢水中Cu2+、Zn2+、Cr3+、Pb2+等重金屬離子在質(zhì)量濃度5～30mg/L時(shí)，膜對(duì)重金屬離子的處理效果(截留率)均在90%以上。即使廢水中4種金屬離子質(zhì)量濃度均高達(dá)30mg/L，經(jīng)膜處理后，Cr3+、Zn2+、Pb2+在淡水中的含量仍能達(dá)到GB8978-1996一級(jí)指標(biāo)要求，Cu2+的含量略高于一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)但仍能達(dá)到二級(jí)指標(biāo)要求。工業(yè)實(shí)際中，為延長(zhǎng)膜的使用壽命并保障膜處理后的廢水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放或?qū)崿F(xiàn)循環(huán)回用，建議在高含量重金屬?gòu)U水進(jìn)入膜裝置之前，進(jìn)行必要的預(yù)處理。
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