金屬表面處理廢水深度處理與回用技術(shù)

　　1、金屬表面處理廢水的種類及危害

　　1.1 種類

　　根據(jù)金屬表面處理種類的不同，金屬表面處理廢水主要有：

　　(1)電鍍廢水

　　電鍍生產(chǎn)過程中的廢水，包括前處理廢水、電鍍漂洗廢水、鍍后鈍化處理廢水以及退鍍廢液等。

　　(2)陽極氧化廢水

　　鋁、鎂合金陽極氧化產(chǎn)生的廢水，主要包括除油、酸腐蝕、堿腐蝕、酸拋光、氧化、電解、著色、染色、封閉產(chǎn)生的生產(chǎn)廢水。

　　(3)涂裝前處理廢水

　　涂裝前工件預(yù)處理廢水，包括除油、酸洗除銹、表面調(diào)整、磷化等。

　　(4)電泳涂裝廢水

　　水溶性電泳生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水。

　　1.2 危害

　　金屬表面處理廢水中含有重金屬、酸、堿等，其中重金屬進(jìn)入環(huán)境或生態(tài)系統(tǒng)后將不被分解并存留、積累和遷移，造成危害。重金屬可在藻類和底泥中積累，被魚和貝體表吸附，產(chǎn)生食物鏈濃縮，從而造成公害。同時，重金屬進(jìn)入人體后積累并好過一定量后，將使人體產(chǎn)生各類中毒反應(yīng)，影響人體健康，甚至危及生命。

　　同時，金屬表面處理廢水中的氮、磷等進(jìn)入水體將會引發(fā)水中硅藻、藍(lán)藻、綠藻大量繁殖，導(dǎo)致水腫溶解氧減少，化學(xué)耗氧量增加，從而導(dǎo)致水體“死亡”，進(jìn)而使水體質(zhì)量惡化，導(dǎo)致魚類死亡。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國金屬表面處理廢水中單電鍍廢水等排放量已超40億噸，日趨嚴(yán)重的水污染不僅加劇了水資源短缺的矛盾，而且在今后一定時期內(nèi)長期存在并難以消除。為此，金屬表面處理企業(yè)必須對所排放的廢水深度處理并回用，降低排放總量，減少環(huán)境負(fù)荷。

　　2、目前深度處理及中水回用方法

　　目前，在日常生產(chǎn)中主要利用膜過濾進(jìn)行深度處理及中水回用。膜技術(shù)是21世紀(jì)水處理領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，也是近年來水處理領(lǐng)域的研究熱點。膜分離技術(shù)可以完成其他過濾不能完成的任務(wù)，可以去除更細(xì)小的雜質(zhì)，可去除溶解態(tài)的有機物和無機物。目前常用的膜技術(shù)主要包括利用電位差的電滲析、倒極電滲析和利用壓力差的膜法，下面著重介紹目前較為常用的利用壓力差的膜法處理技術(shù)，該處理技術(shù)主要包括微濾、超濾、納濾和反滲透。

　　2.1 超濾

　　超濾是一種加壓膜分離技術(shù)，即在一定的壓力下，被分離的溶液一定的流速沿著超濾膜表面流動，溶液中的溶劑和低分子量物質(zhì)、無機離子，從高壓側(cè)頭過超濾膜進(jìn)入低壓側(cè)，并作為濾液排出;而溶液中高分子物質(zhì)、膠體微粒及微生物等被超濾膜截留，溶液被濃縮并以濃縮液形式排出。超濾膜的孔徑在0.05um到1nm之間，主要用于截留去除水腫的懸浮物、膠體、微粒、細(xì)菌等大分子物質(zhì)。

　　超濾雖能耗低、生產(chǎn)周期短，運行費用低，對電泳涂漆廢水處理中可凈化電泳漆的槽液，使漆液中的無機鹽頭過超濾膜，把漆料截留下來，返回電泳槽重新使用。因此被國內(nèi)外許多工廠采用。

　　2.2 反滲透

　　反滲透又稱逆滲透，是一種以壓力差為推動力，從溶液中分離出溶劑的膜分離操作。目前，反滲透膜的頭過機理尚未見有一致公認(rèn)的解釋，其中以選擇性吸著-毛細(xì)管流機理常被引用。該理論以吉布斯吸附式為依據(jù)，認(rèn)為膜表面由于親水性原因，能選擇媳婦水分子而排斥鹽分。在施加壓力作用下，純水層不斷通過毛細(xì)管流過反滲透膜，當(dāng)其中的孔隙為純水層厚度的一倍是，可達(dá)到理性的脫鹽效果。

　　反滲透技術(shù)在重金屬廢水處理中應(yīng)用較早，主要大規(guī)模用于鍍鎳、鉻、鋅漂洗水和混合重金屬廢水的處理。反滲透具有無相態(tài)變化、常溫操作、設(shè)備簡單、效益高、能耗少等優(yōu)點，但需要高壓設(shè)備，且膜面易發(fā)生污染，穩(wěn)定性、耐藥性、耐熱性、耐溶劑能力有限，且單獨的膜分離技術(shù)功能有限，需與其他分離技術(shù)連用。

　　2.3 微濾

　　微濾又稱微孔過濾，屬于精密過濾，是以多孔膜為過濾介質(zhì)，在0.1~0.3MPa的壓力推動下，截留溶液中的沙礫、淤泥、粘土等顆粒和賈第蟲和一些喜劇等，而大量溶劑、小分子及少量大分子溶質(zhì)都能頭過膜等分離過程，微濾等操作過程分為死端過濾和錯流過濾兩種模式。目前主要應(yīng)用于食品飲料、醫(yī)藥衛(wèi)生、電子、化工、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域，在金屬表面處理廢水治理中應(yīng)用相對較少。

　　2.4 納濾

　　納濾是近十幾年發(fā)展起來的，分離需要壓力一般為0.5~2.0MPa，比用反滲透膜達(dá)到同樣的滲透通量所必需是假的壓差低1~5MPa，根據(jù)操作壓力和分離界限，可以定性將納濾排在超濾和反滲透之間，因此納濾也成低壓反滲透。納濾技術(shù)原理近似機械篩分，納濾膜本身帶有電荷性，這是他在很低壓力下仍具有較高脫鹽性能和截留分子量為數(shù)百的膜也可脫除無機鹽的重要原因。目前越來越廣泛應(yīng)用于電子、食品和醫(yī)藥等行業(yè)，在金屬表面處理廢水治理中應(yīng)用相對較少。

　　3、膜分離技術(shù)存在的問題及對策

　　在用膜技術(shù)處理水的應(yīng)用過程中，產(chǎn)生膜的污染在所難免。通常認(rèn)為膜污染主要由凝膠層的形成、膜孔堵塞、濃差極化和膜孔吸附這4種原因引起。

　　3.1 減少膜孔堵塞及凝膠層的形成

　　減少膜孔堵塞及凝膠層比較有效的方法是，改善膜表面流動條件或者采用化學(xué)清洗。無機物結(jié)垢源于水化學(xué)變化造成金屬氫氧化物與碳酸鹽快速沉淀在膜表面或膜內(nèi)，顆粒結(jié)垢源于進(jìn)水中的懸浮物或膠體。此類結(jié)垢可通過水力學(xué)方式解決，即通過空氣吹掃、反洗或者添加流化介質(zhì)使水體及介質(zhì)成流化態(tài)。流化態(tài)的介質(zhì)可以沖刷膜表面減少濾餅層的沉積進(jìn)而緩解膜結(jié)垢。

　　生物結(jié)垢源于生物膜的形成，一旦細(xì)菌粘附在膜上，它們就會繁殖并產(chǎn)生細(xì)胞外聚合物質(zhì)，后者發(fā)展為粘性凝膠體。有機物結(jié)垢在處理含有自然有機物質(zhì)的地表水時非常普遍?；謴?fù)膜透過性的最有效的方式是通過化學(xué)清洗，通常被叫做原位清洗工藝(CIP)。

　　3.2 減小濃差極化

　　減小濃差極化主要是改善膜表面流動條件：

　　(1)一種方法是通過優(yōu)化和改變膜元件及膜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，如在卷式膜組建中加設(shè)擋板網(wǎng)柵突起物等阻礙物作為湍流促進(jìn)器，設(shè)計彎曲流道等

　　(2)另一種方法是在膜分離的過程中采取一定的操作策略，如降低料液濃度，加入顆粒物或氣泡，降低壓力或采用脈沖壓力或流速等方法。

　　3.3 減少膜孔吸附

　　“維持高膜通量”(EFM)的策略，可以有效提高膜通量，盡可能長時間保持膜的清潔，可以最大效率利用膜面積和孔隙率。維持高通量策略實際上是對膜系統(tǒng)自動化的化學(xué)清洗過程，可根據(jù)水質(zhì)智能選擇化學(xué)清洗劑。典型工藝包括一定濃度化學(xué)藥劑對膜進(jìn)行充滿浸泡或循環(huán)，通常為15~30min，然后排放化學(xué)清洗劑進(jìn)水沖洗。還有通過溶液預(yù)處理、酶制劑清洗、工藝操作條件優(yōu)化、膜面改性等方法用于減少膜孔吸附。膜表面改性方法是通過將各種化學(xué)或物理方法，以物理吸附或化學(xué)連接的方式，將有機聚合物或者其他化合物固定在膜的表面或者孔隙結(jié)構(gòu)中，以減輕膜面由于污染物沉積而產(chǎn)生的膜污染現(xiàn)象，從而改變膜性能[3]。常用的改性方法有：等離子體改性、共混改性、輻射改性和表面化學(xué)反應(yīng)改性。

　　4、膜的應(yīng)用前景與展望

　　在廢水處理中，膜技術(shù)在其中扮演重要的角色。膜分離技術(shù)作為綠色和節(jié)能的高科技技術(shù)，其高效、潔凈、節(jié)能的優(yōu)點越來越為人們所認(rèn)可。目前在膜分離技術(shù)的應(yīng)用過程中亟需解決的主要是膜成本高、易被污染、結(jié)垢堵塞的問題。在未來的研究中，若能夠降解決上述問題，同時加強膜污染機理研究，探索緩解膜污染的途徑，完善膜分離技術(shù)，將會極大地推動工業(yè)和社會的進(jìn)步，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。(來源：中山市環(huán)保局港口分局，中山市阜沙鎮(zhèn)綜合行政執(zhí)法局環(huán)保分局)