电镀综合废水的反渗透膜法回用研究-电镀废水处理-电镀废水处理厂

反渗透（RO）膜分离技术作为一种高效经济的水处理方法，被广泛应用在电厂循环排放污水处理、海水淡化、工业水处理回用等领域，其中芳香聚酰胺类RO膜相比其他材料RO膜由于其能耐酸碱、抗污染性较好，是目前最为主流的RO膜．同时RO膜法由于产水水质较高，其对离子的截留率在正常工作情况下一般高于96%，因此其产水可以作为回用水，从而倍受电镀企业青睐．RO膜在工作中受到各种因素的影响，如何控制好这些因素，使得RO膜能够限度地产水和产水质量，而膜受到膜污染最小是笔者探讨的关键所在．

电镀废水中往往含有能够致癌、致畸、致四肢麻木、精神突变的重金属离子等，如果排放时处理不当，废水长期排放进入江河之中，不仅对人类危害极大，而且会对生态造成巨大影响．使用RO膜法回用技术，不仅可以节约生产成本，同样也符合可持续发展的自然规律．

1.实验设备及试验流程

实验设备：反渗透实验装置（自造）；PHS－3CｐH计；DB－6200电导率仪；YK31SA盐度计；HACHDR1010COD测定仪；普析通用TAS990原子吸收分光光度计；瑞士万通883离子色谱仪．RO膜采用未使用的陶氏FILMTECTMBW30-365膜1根，该膜为芳香聚酰胺类RO膜，有效膜面积34m2．试验流程如图１所示．

2.实验方法

将原水浓缩以调节电导率，测试在不同电导率条件下膜的各项参数．RO膜进水电导率的测试范围为3000～30000μs·cm－1，含盐量的测试范围为1960～18200mg·Ｌ－1，CODCｒ测试范围为108.41～1086mg·L－1．具体办法为将原水浓水回流，产水排出，以达到浓缩目的，尽量维持系统温度不变，在同一电导率下改变进水流量、浓水流量，同时测定各项参数．

3.试验水质

RO膜进水水质如表1所示．

该电镀废水采用某空调管路制造及电镀企业的电镀废水．废水主要来自镍铜锌及钝化漂洗、酸碱退镀、铬倒槽和地面冲洗水．废水进行分类收集，分为镀镍漂洗水、镀铜漂洗水、镀锌漂洗水、含铬废水和电镀废液．对于1级反应沉淀和2级反应沉淀系统分别采用碱性沉淀法和重金属捕集法进行物化处理．经过二沉池后的物化产水，浊度55NTU，反渗透进水要求浊度小于5NTU，因此再次通过超滤膜后其水质达到反渗透膜的进水要求．

4.实验结果及分析

实验考察新膜在保持产水和浓水流量比为1∶5，温度保持在25℃，pH值为7，进水流量8m3·h－1，操作压力为1.0～1.6MPa时各项参数随进水水质变化的情况．

4.1 产水流量随进水水质的变化

从图2可以看出受到电导率和压力的影响，流量从1350L·h－1下降到时的33L·h－1，已经接近于膜的工作极限．考察陶氏膜技术手册，新膜的产水量在相似条件下进水流量为10m3时为36m3·d－1，即产水量从90%下降至2.2%，已接近于零产水状态．

在电导率为300000μs·cm－1的进水水质状态下，继续使进水压力加压至1.6MPa以上，产水量值仅有250L·h－1．考虑到产水回收率接近90%，经济性已经不高，因此电导率考察至300000μs·cm－1为止．

从流量与电导率和压力的关系曲线可以拟合出单根膜组件流量与电导率的关系公式：

Q＝－KlnC＋KO，

式中，Q为产水流量，C为进水电导率，K和KO为压力转换系数，和进水压力P的关系为线性，关系如下：

K＝254.33P＋110.63；

KO＝3106.3P＋756.27(0.8≦P≦1.6)．

4.2 产水水质随进水水质的变化

从图3可以得知产水电导率随进水电导率的上升而上升，在进水压力大于1.4mpa时，上升速度不明显，当进水压力为1.2MPa时，当进水电导率上升到25000μS·cm－1后有明显上升的态势，当进压为1.0MPa，电导率上升到20000μs·cm－1时有明显上升的态势．产水电导率从进水水质1.6MPa时的23.6μs·cm－1至最差进水水质1.0MPa时的2280μs·cm－1．因此在膜处理电镀水工程中应该尽量控制操作压力在1.4MPa以上，考虑到跨膜压差的影响，应该相应增大进水压力，这样的产水水质在回收率90%以下时都较为稳定，产水的质量较高．从膜的构造上看，主要是由于较高的进水压力造成膜表面受到压力挤压，从而膜孔相对低压状况下直径更小，导致离子拦截率增大，从而造成产水电导较小．

4.3 产水CPDCr分析

从图４可知，CPDCr随电导率的增大而不断增大，产水的CPDCr也随之不断增大，CPDCr从最初的108mg·L－1到时的1086mg·L－1，基本上升了10倍，同浓缩的倍数接近，从产水的CPDCr来看，CPDCr的去除率同进压关系较大，在1.0MPa的进压下，CPDCr的去除率从92.6%降到54.6%，；但在1.6MPa进压下CPDCr的去除率仅从98.1%降到91.9%，显然在去除CPDCr方面，进水压力的影响越大处理效果越好．前文中从产水量的角度分析进水压力应该大于1.4MPa，分析CPDCr之后得出结论在操作压力的选择上应该尽量大于1.6MPa，综合2个角度的分析，工程系统操作压力应该大于等于1.6MPa，再根据跨膜压差和经济性选择进水压力．

4.4 膜脱盐效率分析

4.4.1 膜对Ｃｌ－脱除分析

由于前述实验确定了进水压力为1.6MPa以上时可以取得较高的产水质量，所以Cl－实验均采用1.6MPa的进水压力，即每个电导率下的产水水样，通过离子色谱仪对该水样进行阴离子分析，废水主要含有CL－，其他阴离子均为微量．通过图5可知，Cl－随进水电导率的上升而不断上升，膜对CL－的去除率在这个过程中不断下降，去除率在进水电导率小于20000μs·cm－1时可以在99%以上，之后下降速度增加，但即使进水电导率大于30000μs·cm－1，仍然有94%以上的去除率．实验测试该废水主要阴离子为Cl－，因此了解Cl－的质量浓度有利于计算产水和浓水的盐度值．

4.4.2 膜对重金属离子的脱除效果

从图6知RO进水中的重金属离子主要含有Zn2＋和Ni2＋2种，在进水电导率300000μs·cm－1时，产水中重金属质量浓度为Zn2＋0.11mg·L－1，Ni2＋0.034mg·L－1，去除率高达95%以上．

4.5 进水水质对跨膜压差的影响考察进水压力

从0.8MPa到1.6MPa时的跨膜压差随电导率的变化曲线，得知跨膜压差随进水电导率的增大而不断变小，进水压力越大跨膜压差越大，通过掌握在各个电导率状况下的跨膜压差，可以模拟新膜各段的工作状况，从而计算出系统产水流量．

5.850ｍ3·d－1工程RO膜系统性能分析

850m3·d－1RO膜系统采取浓水部分回流至进水以调节回收率的工作模式，综合上述参数，工程膜系统中单支膜元件产水流量Qi和进水电导率Ci计算方法如下：

Qi＝(－K′lnCi+K′0)(1－Y)i－1，

K′＝254.33（Pi-Pk）+110.63，

K′O＝3106.3（Pi-Pk）+756.27（0.8≦Pi≦1.6）．

利用上述公式对于该电镀企业的反渗透系统进行模拟计算，并与实际数值相对比．在进水电导率为6000μs·cm-1的进水条件下，膜采用较为节能型的流程长度为10m的排列，按照4／10+6／6（第1段10组4根；第2段6组6根）排列，进水流量为50m3（61.3%RO膜进水流量），进水压力为1.6MPa时，考虑各段跨膜压差的影响，RO系统回用率可达82.2%，实际工程排放量产水电导在系统产水的情况下电导率小于200μs·cm-1，CODCr小于20mg·L-1，重金属基本未检出，达到设计指标，系统产水可以作为工业生产用水再次使用；RO膜清洗废水和RO膜浓缩液通过加入重捕剂物化处理后，重金属含量达标后排放．表2为进水6000μs·cm－1时计算数据与实际数据对比．

从表2可知计算数据与实际数据较为接近，证明模拟公式可以作为检测膜系统工作是否正常的参考，也可以作为进行膜系统设计的计算公式使用．按照以上2段式膜排列，在保证出水水质要求下，系统回收率可以接近85%左右，满足设计要求．

6·RO膜系统处理成本及效益分析

对该企业RO系统运行成本进行分析：RO膜系统功率为55.5kW·h-1，因此电费为1.14元／m3废水，RO系统还原剂和阻垢剂费用为0.4元／m3废水，RO系统在回收率为65%时，按3年寿命计算膜折旧费用为0.41元／m3废水，人工费为0.47元／m3废水，因此RO系统总成本2.42元／m3废水，RO系统总运行费用为75.08万元／年．电镀废水日处理量为850吨，电镀废水处理回用水量为553m3·d－1，厂区水价为2.20元／m3，则整个工程的年回收效益是44.4万元，综上所述，RO系统的年运行费用最终为30.68万元．

7·结论

7.1 RO膜系统用于电镀废水的处理回用，在进水为6000μs·cm-1，操作压力1.6MPa条件下，该RO膜系统能够达到82.2%的废水回用率，产水能够达到200μs·cm-1以下，CODCr小于20mg·L－1，产水达到回用指标．

7.2 模拟RO膜计算公式能够很好地反应实际工作情况，适用于设计计算膜系统流量以及膜产水和浓水的电导率．

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