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电镀废水含有大量重金属离子(如Cr3+、Ag+、 Cd2+、Ni2+、Pb2+、Cu2+等),容易在生物链中转移、累积,成为永久性污染物,最终危害人体健康,必须严加治理〔1〕。目前国内外对电镀废水的处理方法有化学法〔2, 3〕、物化法〔4, 5, 6〕、电解法〔7〕、生物法〔8〕等,这些方法各有优缺点,需根据厂家产生废水的特点进行选择。
纳滤(NF)是20世纪80年代后期发展起来的一种新型膜分离技术,介于超滤和反渗透之间。其主要特点表现为纳米级孔径、具有离子选择性、操作压力低、耐压性与抗污染能力强、经济实用等。目前,纳滤膜在饮用水领域的应用最为广泛,其在海水淡化〔9, 10〕、食品加工〔11, 12〕、制药〔13〕等方面也得到越来越广泛的应用,利用纳滤膜处理各种工业废水的研究已广泛开展。薛莉娉等〔14〕用NF90纳滤膜对含铜电镀废水进行处理,讨论了初始浓度、操作压力、运行时间、阴离子种类、浓差极化对处理效果的影响。试验结果表明NF90纳滤膜对含铜废水有良好的处理效果,去除率超过98%,出水铜质量浓度<2.0 mg/L,随着废液体积的浓缩,铜离子浓缩倍数可达10倍以上,可回用于镀件漂洗,实现铜的再生利用。由此可见,采用纳滤膜技术处理电镀废水,不仅可减少废水排放对环境造成的污染,而且浓缩后的废水重金属含量高,具有较高回收利用价值。
笔者以电镀镍漂洗废水为研究对象,采用纳滤膜进行分离试验,分析操作压力、进水流量、料液浓度、产水比以及运行时间等对膜分离性能的影响,以确定纳滤膜系统分离电镀镍漂洗废水的最佳运行参数,为纳滤膜在电镀废水处理中的应用与推广提供理论参考。
1 试验材料与方法
1.1 试验材料
试验进水为电镀厂实际漂洗废水,具体水质如表 1所示。
仪器:722N可见光分光光度计、pHS-3型pH计、DDS-11A电导仪、PP滤芯(5 μm,AMC公司)、纳滤膜(HNF40-8040,美国海德能公司)、增压泵(1.5 kW)、离心泵(5.5 kW)。
试剂:光谱纯镍粉、氨水、柠檬酸三铵、碘、碘化钾、乙二胺四乙酸二钠、丁二酮肟,均为分析纯。
1.2 试验装置与方法
(1)试验装置。试验装置主要由膜组件、保安过滤器、增压泵、高压泵、进水箱、产水箱等组成,如图 1所示。
图 1 纳滤试验装置
电镀含镍废水经增压泵压入保安过滤器去除颗粒杂质及悬浮物后,由高压泵泵入纳滤膜组件,浓缩液循环回进水箱,透过液进入产水水箱。纳滤膜组件流量以及进出口的压力由调节阀控制。
(2)试验方法。纳滤膜使用前是干膜,必须先用水在室温下浸泡24 h,保证膜孔内充满液体,然后在低压低流量条件下冲洗3 h,排出全部透过液,确保能够有效去除附着在膜表面的防腐剂和其他化学物质,最后再在低压低流量条件下全循环运行2 h,预压纳滤膜,从而确保后续试验中膜能够稳定运行。
试验主要考察操作压力、进水流量、料液浓度、产水比、时间等因素对纳滤膜分离性能的影响,从而选择最佳操作条件。试验过程中,虽然进水的pH、TDS、电导率、温度等对膜分离性能有一定影响,但在实际工程中对这些项目进行调整需要增加设备投资和运行费用,综合权衡效果和投资两方面因素,试验未对上述项目进行研究。试验过程中,控制进水pH在6.8左右、TDS为775 mg/L、电导率 1 556 μS/cm、温度26 ℃,压力、流量、产水比均由阀门调节。
(3)样品分析方法和原理。Ni2+采用丁二酮肟分光光度法(GB 11910—1989)进行测定。在有碘存在的氨溶液中,镍与丁二酮肟作用,形成酒红色可溶性络合物,在波长530 nm处用分光光度计进行测定,得出待测溶液中Ni2+浓度。标准曲线方程为c=9.153A-0.032,R2=0.999,工作曲线的有效范围是0~5 mg/L,有效范围以外的水样稀释至适当倍数后测其可见光吸光度,再折算成Ni2+质量浓度。
截留率(I)由式(1)计算。
式中:q1——原液中溶质的质量浓度,mg/L;
q2——透过液中溶质的质量浓度,mg/L。
各参数的测定均在系统稳定运行15 min后取样分析。
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