膜法在鍍鎳漂洗廢水處理中的應用
在電鍍鎳漂洗過程中，會產生大量的含鎳廢水，如何既經濟又有效地處理這些廢水并使之再利用，成為眾學者研究的重要課題之一，也是清潔生產技術的重要內容。近年來，采用膜分離技術處理電鍍廢水得到廣泛的研究，研究中大多采用反滲透(RO)和納濾(NF)及其組合工藝[1-2]。
反滲透(RO)是一種以壓力差為主要推動力的膜過程。當濃溶液一側施加的外加壓力大于溶液的滲透壓時,就會迫使濃溶液中的溶劑反向透過孔徑為0.1～1 nm的非對稱膜流向稀溶液一側，這一過程叫反滲透。反滲透過程主要用于低分子量組分的濃縮、水溶液中溶解的鹽類的脫除等[3]。
納濾(NF)是介于反滲透(RO)與超濾(UF)之間的一種壓力驅動型膜分離技術。它具有兩個特性[4]：一是由于膜孔徑為納米級，對水中的分子量為數百的有機小分子成分具有分離性能；二是大多數膜帶電荷，所以對于不同價態的離子存在Donna效應。其操作壓差為0.5～2.0 MPa，截留分子量界限為200～1000[1]，用于分子大小約為1 nm的溶解組分的分離。納濾分離技術主要基于篩分效應和電荷效應。人們往往將它和其它分離及生產過程相結合，起到降低處理費用、提高分離效果的作用。NF膜在某些方面可替代傳統的費用高、工藝煩瑣的分離方法[5]。
1 膜分離技術處理鍍鎳廢水
1.1 鍍鎳廢水的來源
電鍍是利用電化學方法對金屬和非金屬表面進行裝飾，保護及獲得某些新的性能的一種工藝過程[6]。鍍鎳層具有很多優異的性能，因此其應用幾乎遍及現代工業的所有部門。在電鍍工業中，鍍鎳層的生產量僅次于鍍鋅層而居第二位[7]。工業上利用電鍍(解)工藝提純或生產鎳制品，這些過程均需對鍍件或產品進行清洗。清洗在電鍍鎳過程中是一個重要的環節。不論是在鍍前處理、鍍后處理及電鍍工程中，鍍件從一種溶液進入到另一種溶液之前，都要清洗。所以，漂洗廢水是鍍鎳廢水的最主要的來源，幾乎占電鍍車間廢水排放量的80 %以上。
1.2 鍍鎳廢水處理的方法
鍍鎳廢水處理的傳統方法，金屬和水不能同時達到回用，且產生污泥污染物。隨著電鍍工業的快速發展和環保要求的日益提高，近年來，離子交換法，膜分離法將成為處理鍍鎳漂洗廢水的主流方向。
1.2.1離子交換處理[8]
離子交換法，主要是利用樹脂中的交換離子同電鍍廢水中的某些離子進行交換而將其去除，使廢水得到凈化的處理方法。上世紀70年代末，由于需要解決環境污染問題，離子交換技術得到了很大發展，但是采用這種技術一次性投資很高，系統設計和操作較為復雜，因此，在推廣上受到了一定的限制。目前，國內僅對含鉻、含鎳、合金等電鍍廢水采用離子交換法處理較為普遍，也有應用于處理含銅、含鋅等廢水。現在通常都是和其他一些工藝流程組合使用。
1.2.2膜分離技術
膜分離技術，是利用膜對混合物中各組分的選擇透過性能來分離、提純和濃縮目的的產物的新型分離技術。以選擇性透過膜為分離介質,當膜兩側存在某種推動力(如壓力差、濃度差、電位差等)時，原料側組分選擇性透過膜，以達到分離、除去有害組分的目的。膜分離過程是一種無相變、低能耗的物理分離過程，具有高效、節能、無污染、操作方便和用途廣等特點，是當代公認的最先進的分離技術之一[9]。
表1 兩種鍍鎳廢水處理技術的比較[10]
Tab.1 The comparison of two kind treatment technology in nickel-plated wastewater
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1.3 膜分離法處理鍍鎳廢水的應用
1.3.1反滲透(RO)處理鍍鎳廢水
據文獻報道[11-12]，采用反滲透技術可將電鍍鎳漂洗水濃縮20 倍，濃縮液經蒸餾法進一步濃縮后可返回電鍍槽用。美國芝加哥API 工藝公司采用B-9 芳香族聚酰胺中空纖維RO膜組件處理電鍍鎳漂洗水，處理后的廢水含Ni2+ 0.65 mg/L，而濃縮液含Ni2+達到13.00 g/L，Ni2+截留率為92 %[13]。
胡齊福，吳遵義等[14]報道，2005 年4 月，杭州水處理技術開發中心為臺州金源銅業有限公司設計和建造了處理量為24 m3/d 的電鍍廢水處理和鎳回收系統，成功采用采用兩級RO膜系統對含鎳250～350 mg/L 的漂洗廢水進行處理，回收利用了水資源和金屬鎳[15]。對鎳的截留率達99.9 %以上。整個系統經兩年的考察，運行平穩，各項指標基本達到設計要求，經濟效益較為明顯，年凈收益達43.34 萬元，且出水可達到回用要求。
1.3.2納濾(NF)處理鍍鎳廢水
NF 膜對一價離子的截留率低，而對二價或高價離子，特別是陰離子可有大于98 %的截留率[16]，這一特征確定了它在電鍍廢水處理中的重要作用。
Kyn-HongAhn[17]采用NTR-7250 納濾膜處理含有NiSO4和NiCl2 的電鍍廢水，操作壓力在0.3 MPa 以上時，Ni2+的截留率保持在90 %以上。
王昕彤，孫余憑[18]用型納濾膜處理電鍍鎳漂洗水，結果表明，納濾膜對電鍍鎳漂洗水中Ni2+的去除率高于99.5 %，透過液中Ni2+質量濃度小于1 mg/L，將鎳離子質量濃度濃縮至19 g/L 左右，可以回用于電鍍槽。
薛莉娉[19]采用NF90-2540 型卷式納濾膜在壓2.0 MPa，料液流量2400 L/h，操作溫度25 ℃，料液Ni2+質量濃度為100 mg/L 的條件下，對電鍍鎳漂洗水進行納濾濃縮，濃縮試驗結果：NF 系統在此試驗條件下，Ni2+平均截留率大于99 %，且最終濃液Ni2+19.8 g/L 左右，濃縮了近200 倍，符合生產要求，可回到電鍍槽中。
1.3.3集成膜處理電鍍鎳漂洗水
每一種膜技術都有其特定的性能和適用范圍，能夠解決一定的分離問題，但是在實際生產過程中，僅僅依靠一種膜技術往往難以達到令人滿意的結果。集成各種膜技術，優化各種膜的分離性能，可以達到一種膜技術根本無法實現的效果。
樓永通等[20]采用納濾[21]–苦咸水反滲透(BWRO)–海水反滲透[22](SWRO)技術組合工藝處理電鍍鎳漂洗水，納濾技術對Ni2+的截留率大于97 %，反滲透技術對鎳離子的截留率大于99 %，使鎳的質量濃度濃縮100 倍，可以達到電鍍液回用的要求。
長沙力元新材料股份有限公司采用一套處理能力1200 m3/d 的3 級濃縮膜分離裝置處理電鍍鎳漂洗水，第1 級納濾濃縮10 倍，第2 級反滲透濃縮5 倍，第3 級高壓反滲透濃縮2 倍，總濃縮倍數為100 倍，Ni2 +的截留率>99.5 %。Ni2+質量濃度>20 g/L 的濃縮液回用于電鍍槽。整個系統的水回用率> 98 %，鎳的回收率>97 %。經核算(考慮膜元件的折舊)，該系統的投資回收期約為2 年，實現了廢水資源化，取得了很好的經濟效益和環境效益[23]。
2 結束語
膜分離技術應用于電鍍廢水的處理，優于傳統處理工藝技術。尤其當對鍍鎳漂洗廢水濃縮時，濃縮液和透過液均可回用。不但可以回收廢水中的硫酸鎳，而且減少了污染物的排放，甚至實現零排放。減輕環境污染，改善生態環境，這既符合清潔生產的原則，也符合國家可持續發展戰略。
膜分離特別是集成膜技術處理鍍鎳廢水，因其分離效率高，出水水質好，且能回收重金屬。今后必將在電鍍廢水處理中占據重要的地位。
參考文獻
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(本文文獻格式：李平，馬曉鷗，莫天明，等．膜法在鍍鎳漂洗廢水處理中的應用[J]．廣東化工，2010，37(1)：103-104)
[作者簡介] 李平(1983-)，男，湖南人，在讀碩士，主要研究方向為廢水處理。
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