金属表面处理废水深度处理与回用技术
1、金属表面处理废水种类及危害
1.1 类型
根据金属表面处理类型的不同，金属表面处理废水主要包括：
（1）电镀废水
电镀生产过程中的废水包括前处理废水、电镀漂洗废水、镀后钝化处理废水、退漆废液等。
（2）阳极氧化废水
铝、镁合金阳极氧化产生的废水主要包括除油、酸蚀、碱蚀、酸性抛光、氧化、电解、上色、染色、封孔等工序产生的生产废水。
（3）涂装前废水处理
工件涂装前预处理产生的废水，包括脱脂、酸洗除锈、表调、磷化等。
（4）电泳涂装废水
水溶性电泳生产过程中产生的废水。
1.2 危害
金属表面处理废水中含有重金属、酸、碱等，其中重金属不会分解，进入环境或生态系统后会残留、积累和迁移，造成危害。重金属可在藻类、沉积物中积累，吸附在鱼贝类表面，在食物链中浓缩，造成公共污染。同时，重金属进入人体后积累并超过一定量后，会在人体内引起各种中毒反应，影响人体健康，甚至危及生命。
同时，金属表面处理废水中的氮、磷进入水体，会引起水中硅藻、蓝藻、绿藻的增殖，造成溶解氧下降、化学需氧量上升，导致水体“死亡”，进而引起水质恶化、鱼类死亡。据不完全统计，我国电镀废水等金属表面处理废水排放量已超过40亿吨。日益严重的水污染不仅加剧了水资源短缺的矛盾，而且是长期存在、今后难以消除的。为此，金属表面处理企业必须对排放的废水进行深度处理和回用，以减少排放总量，减轻环境负荷。
2. 现有的深度处理及水回用方法
目前膜过滤在日常生产中主要用于深度处理和中水回用。膜技术是21世纪水处理领域的关键技术，也是近年来水处理领域的研究热点。膜分离技术可以完成其他过滤所不能完成的任务，去除更细的杂质，去除溶解的有机物和无机物。目前常用的膜技术主要有利用电位差的电渗析、反电渗析、利用压力差的膜法等。下面着重介绍比较常用的利用压力差的膜处理技术，主要有微滤、超滤、纳滤、反渗透等。
2.1 超滤
超滤是一种加压式膜分离技术，即在一定的压力下，被分离溶液以一定的流速沿超滤膜表面流动，溶液中的溶剂、低分子量物质、无机离子由高压侧向低压侧透过超滤膜，作为滤液排出；而溶液中的高分子量物质、胶体颗粒、微生物等则被超滤膜截留，溶液被浓缩后作为浓缩液排出。超滤膜的孔径在0.05um～1nm之间，主要用于截留和去除引起水肿的悬浮物、胶体、颗粒、细菌等大分子物质。
超滤能耗低、生产周期短、运行费用低，在电泳涂装废水处理中可净化电泳漆槽液，使漆液中的无机盐透过超滤膜，截留油漆并返回电泳槽回用，因此被国内外很多工厂采用。
2.2 反渗透
反渗透又称逆渗透，是一种利用压力差作为驱动力，将溶剂从溶液中分离出来的膜分离操作。目前，对反渗透膜的顶通机理尚无一致认可的解释，其中常引用选择性吸附-毛细管流机理。该理论基于吉布斯吸附公式，认为膜表面由于亲水性，可以选择性地分离水分子，而排斥盐分。在外加压力的作用下，纯水层通过毛细管不断流过反渗透膜。当其中的孔隙为纯水层厚度的两倍时，即可达到合理的脱盐效果。
反渗透技术在重金属废水处理中应用较早，主要大规模用于含镍、铬、锌漂洗水及混合重金属废水的处理。反渗透具有无相变、常温操作、设备简单、效率高、能耗低等优点，但需要高压设备，膜表面易受污染，稳定性、耐药性、耐热性、耐溶剂性受到限制。另外，单一膜分离技术的作用有限，需要与其他分离技术配合使用。
2.3 微滤
微滤又称微孔过滤，属于精密过滤，采用多孔膜作为过滤介质，在0.1~0.3MPa压力下，截留溶液中的砂石、淤泥、粘土等颗粒物、贾第虫及部分杂菌，而大量溶剂、小分子及少量大分子溶质则能透过膜等分离过程。微滤操作过程分为死端过滤和错流过滤两种方式。目前主要用于食品饮料、医药卫生、电子、化工、环境监测等领域，在金属表面处理废水处理中应用相对较少。
2.4 纳滤
纳滤是近十年来发展起来的，分离所需的压力一般为0.5~2.0MPa，比用反渗透膜达到同样渗透通量所需的压差低1~5MPa。按操作压力和分离极限，纳滤可以定性地排在超滤与反渗透之间，所以纳滤又称低压反渗透。纳滤技术的原理类似于机械筛分，纳滤膜本身带电荷，这也是它在很低的压力下仍有很高的脱盐性能，能去除截留分子量几百的无机盐的重要原因。现在在电子、食品、医药等行业越来越广泛的应用，在金属表面处理废水处理中应用相对较少。
3.膜分离技术存在的问题及对策
在利用膜技术处理水的过程中，膜污染在所难免，一般认为，膜污染主要由四个原因造成：凝胶层的形成、膜孔堵塞、浓差极化和膜孔吸附。
3.1 减少膜孔堵塞和凝胶层形成
减少膜孔堵塞和凝胶层最有效的方法是改善膜表面的流动条件或采用化学清洗。无机结垢是由于水的化学变化使金属氢氧化物和碳酸盐快速沉淀在膜表面或膜内部引起的，颗粒结垢是由于进水中的悬浮物或胶体引起的。这类结垢可以用水力手段解决，即通过空气吹扫、反冲洗或加入流化介质使水和介质流化。流化介质可以冲洗膜表面，减少滤饼层的沉积，从而缓解膜结垢。
生物污垢是由生物膜的形成引起的。一旦细菌附着在膜上，它们就会繁殖并产生细胞外聚合物，这些聚合物会发展成粘性凝胶。在处理含有天然有机物的地表水时，有机污垢非常常见。恢复膜渗透性的最有效方法是通过化学清洗，通常称为就地清洗工艺 (CIP)。
3.2 降低浓度极化
降低浓度极化主要涉及改善膜表面的流动条件：
（1）一种方法是优化和改变膜元件和膜系统结构设计，如在卷式膜组件中添加挡板、网状突起等障碍物作为湍流促进剂，设计弯曲流道等。
（2）另一种方法是在膜分离过程中采用一定的操作策略，如降低进料浓度、加入颗粒或气泡、降低压力、采用脉冲压力或流速等。
3.3 降低膜孔吸附
“维持高膜通量”(EFM)策略可以有效提高膜通量，尽可能长时间保持膜清洁，最大限度提高膜面积和孔隙率的利用效率。维持高通量策略其实是膜系统自动化的化学清洗过程，可根据水质智能选择化学清洗剂。典型过程包括用一定浓度的化学药剂浸泡或循环膜，通常时间为15～30分钟，然后将化学清洗剂排入水中冲洗。还有溶液预处理、酶制剂清洗、工艺操作条件优化、膜表面改性等方法减少膜孔吸附。膜表面改性方法是将有机聚合物或其他化合物通过物理吸附或化学连接等形式，通过各种化学或物理方法固定在膜表面或孔结构上，以减少污染物在膜表面沉积造成的膜污染，从而改变膜性能[3]。常用的改性方法有：等离子体改性、共混改性、辐射改性、表面化学反应改性等。
4. 膜的应用前景及展望
在废水处理中，膜技术发挥着重要作用。膜分离技术作为绿色节能的高科技技术，以其高效、清洁、节能等优势越来越受到人们的认可。目前，膜分离技术应用需要解决的主要问题是膜成本高、易污染、结垢堵塞等问题。在未来的研究中，如果能解决上述问题，同时加强对膜污染机理的研究，探索缓解膜污染的途径，完善膜分离技术，将极大地促进行业和社会的进步，产生巨大的经济效益和社会效益。（来源：中山市环保局口岸分局、中山市阜沙镇综合行政执法局环保支队）