膜分离技术处理电镀废水的实验研究

膜分离技术处理电镀废水的实验研究

膜分离技术处理电镀废水的试验研究

膜分离过程采用选择透过性的膜作为分离介质，借助于膜两侧的外界能量或一定的驱动力（如压力差、浓度差、电位差等），使原料侧的组分选择性地透过膜，从而达到分离、浓缩或纯化的目的。膜分离过程是物理过程，不会发生相变，其实质是两种不同物质的分离。目前，膜分离技术受到广泛关注并得到迅速发展，已发展成为一种重要的分离方法，在水处理、化工、环保等方面得到广泛的应用(1)。

电镀废水一直是工业生产领域的重要污染源。电镀废水中污染物种类繁多，毒性大，危害性大。其中不乏重金属离子或化合物，有些是具有致癌、致畸、致突变等作用的剧毒物质，对人体危害极大。另外，电镀废水中含有大量的有价金属，若不经妥善处理而排入自然系统，不仅会污染环境，还会浪费资源。

一般电镀铜漂洗废水中铜含量在30~200mg/L左右，本文提出采用纳滤（NF）+反渗透（R0）组合工艺对废水进行浓缩，使浓缩液铜离子浓度满足镀液回用要求。

2.1 实验设备

实验所采用的膜分离设备为自制设备，设备图如图1所示。

l：50L不锈钢药液桶 2：进水球阀 3：

柱塞泵头（美国CAT泵头）

4：电机（美国ABB电机）5：压力表（0～4MPa）6：2540不锈钢膜片

壳

7：浓水出口针形阀的调节。此针形阀可以调节系统的工作压力。

8：玻璃转子流量计（0~10GPM）

9：变频调节 变频器可以调节电机的转速，从而调节进水压力和流量

数量

10：排水球阀 11：循环冷却水进出

嘴

图1 实验装置示意图

纳滤膜GE型抗污染纳滤膜

反渗透膜GE型抗污染反渗透膜

实验液参照苏州某台湾电路板（PCB）厂家提供的液体组成配制，液体配方为Cu\甲醛：次磷酸钠=1:2:4（摩尔比），液体主要参数如下：

Cu离子浓度：109.8mg/L

化学需氧量：356.7毫克/升

pH值：

进料液为R0采出水，电导率小于3us/cmo

采用二乙氨基二硫代氨基甲酸钠分光光度法测定铜离子。

CODcr 测定按 1989 年采用二水钾氩法。

研究了压力、温度、pH值和操作时间对膜分离性能的影响。

初级纳滤分离工艺

3.1.1操作压力对纳滤膜分离性能的影响

试压采用全回流方式，即浓缩液和产品水全部返回药液桶，开启循环冷却水，保证药液浓度和温度恒定。在恒定的电机频率下，调节浓缩液针阀，使系统在不同压力条件下运行。

操作压力（4）对纳滤分离性能的影响曲线如图2、3、4所示。

图 2. 膜通量（刀）与压力的关系（4）

金属丝

图3 Cu离子保留率（兆瓦）与压力（4把刀）的关系

图 4 COD 保留率（兆瓦）与压力（力）的关系

如图2所示，随着操作压力（4）的增加，纳滤水通量（0）几乎呈线性变化。

根据优先吸附-毛细管流模型（3）：

可以看出，膜渗透率（CA）与操作压力（40）呈线性关系。因此，随着操作压力（40）的增加，膜渗透率（0）呈线性增加。

如图3所示，Cu离子保留率（兆瓦）随着压力（MPa）的增加而增加，当压力为MPa时，Cu离子保留率（兆瓦）随着压力（4MPa）的增加而降低。

由非平衡热力学模型的Kedem方程可知：

膜的真正截止

其中Y = ■cut。

可以看出，随着操作压力（4N）的增大，膜渗透量（K）不断增大，数值不断减小，而膜的实际截留率也随之增大。

设，=k，则膜的表观保留率为联立方程（2）和方程（3），从方程中不难看出，当操作压力（，刀）增加时，膜的真实保留率增加。当增加时，Cp/Cm比值减小，同时由于k（）的减小，"值增大。因此，表观保留率7?也随着真实保留率的增加而增大。

当压力超过1.5MPa时，Cu离子保留率（兆）随压力的升高而降低。这种现象可以解释为：当压力大于15MPa时，膜表面溶液的流速降低，Cu离子向“滞留层”的扩散速度加快，导致“滞留层”厚度和浓度增加。根据固定电荷模型（TMS）的原理，膜边界层电解质浓度增大，膜表面有效电荷密度与溶液浓度之比&降低（2）。

根据

“I2

风格”积极-城市+嫉妒+4)心

（4）

其反映系数下降，且由公式（2）可知其真实留存率下降，因此其表征留存率呈现下降趋势。

上述解释存在一个问题：“滞留层”的厚度和浓度也会因压力的增加和流速的下降而增加，这种变化会造成膜的截留率趋于下降，但实际效果却是截留率上升；而且只有当压力大于1.5MPa时，截留率才会呈现下降趋势，这可能是由于截留率