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1、膜分离技术在处理重金属废水中的应用摘 要膜技术作为一种新型分离技术，在水处理领域得到了广泛的应用。文 意综述了电渗析、液膜、反渗透、纳滤、微滤、超滤等各种膜分离技术的分离原 理、特点，在重金届废水处理中的应用以及目前存在的问题。最后展望了膜技术在重金届废水处理领域的应用前景。关键词膜分离；重金届废水；应用Abstract: Membrane separation technology was applied widely in the field of wastewater treatment as a new kind of separation technology. The separa
2、tion mechanism and characteristics of different kinds of membrane technologies were introduced, including electrodialysis, liquid membrane, reverse osmosis, nano-filtration, microfiltration, ultrafiltration. Further more, the application and current problems of different membrane technologies in hea
3、vy metal wastewater treatment were extensively summarized. Finally, application prospect of membrane separation technology was presented in the field of heavy metal wastewater treatment.Keywords: membrane separation heavy metal wastewater application重金届废水是指矿冶、机械制造、化工、电子、仪表等工业生产过程 中排出的含重金届的废水1-2。重金届（
4、如含镉、锐、汞、锌等）废水是对一环境污染最严重和对人类危害最大的工业废水之一，其水质水量与生产 工艺有关。如震惊世界的水俣病及骨疼病就是由于含汞和含镉废水污染所致。 废水中的重金届一般不能分解破坏，只能转移其存在位置和转变其物化形 态。近年来，人们对重金届污染日益重视，对重金届废水的治理和排放标准日 趋严格。环保工作者不断寻求更加安全和经济的方法来处理重金届废水，以减少或消除重金届在环境中的积累，满足日益严格的环保要求。重金届废水处理的传统工艺大多存在着处理效果不好、处理成本高、工艺流程复杂和设备占地面积大等缺点。膜技术作为一种新兴的分离技术，由于具有分离效率高、能耗低、无相变、操作简便、无二
5、次污染、分离产物易于回收、自动 化程度高等优点，在水处理领域具有相当的技术优势3-4。膜分离的基本原理是在某种推动力作用下，利用膜的选择透过性进行分离和浓缩。根据膜截留组分粒径大小的不同及膜性能的差异，目前常见的膜分离过程可分为以下几种，微滤(Microfiltration ,MF)、超滤(Ultrafiltration ,UF)、纳滤(Nanofiltration ,UF) 反渗透 (Reverse smosiSRO)、电渗析(Electrodialysis, ED待。文章就膜分离技术的原理、 特点及在重金届废水处理中的应用作一综述。1电渗析法电渗析是在外加直流电场的作用下,利用离子交换膜的
6、选择透过性，使离 子从一部分水中迁移到另一部分水中的物理化学过程。电渗析器，就是利用多层隔室中的电渗析过程达到除盐的目的5。电渗析器由隔板、离子交换膜、电极、 夹紧装置等主要部件组成。离子交换膜对不同电荷的离子具有选择透过性。阳膜 只允许通过阳离子，阻止阴离子通过，阴膜只允许通过阴离子，阻止阳离子通 过。在外加直流电场的作用下，水中离子作定向迁移。由于电渗析器是由多层隔 室组成，故淡室中阴阳离子迁移到相邻的浓室中去，从而使含盐水淡化。目前主 要用于电镀工业漂洗水回收重金届6。含CiT Ni2+、Zn2+和或+等金届离子的废水 都适宜用电渗析处理，其中含锐废水处理技术最为成熟，已有成套工业化装置
7、7。 但电渗析法处理废水要求具有足够的电导以提高渗透效率，因此处理水中电解质的浓度不能过低。例如，电渗析用于处理镀锐活洗水时，要求活洗水中锐盐的浓度不低于1.5g/L。2液膜液膜通常是由溶剂、表面活性剂和添加剂制成的。溶剂构成膜基体；表面活 性剂起乳化作用，它含有亲水基和疏水基，可以促进液膜传质速度并提高其选择 性；添加剂用于控制膜的稳定性和渗透性。液膜将两种组成不同的溶液隔开，经选择性渗透而使物质分离提纯，可从低浓度废水中分离、富集重金届离子8。近期Rania Sabry等9以span-80为表面活性剂，D2EHP/%载体，磷酸作为萃取相 进行研究，在最佳条件下，对铅离子的萃取率可达99%
8、99.5%。液膜分离技术具 有设备简单、选择性较高、能耗低等优点，作为一种新型的化工单元分离手段， 在节约能源 资源综合利用以及环境保护等方面日益显示其强大的生命力10。3反渗透反渗透(Reverse Osmosis RO技术借助于半透膜对溶液中溶质的截留作用，在高丁溶液渗透压的压力动力下， 是溶剂渗透通过半透膜，达到分离的目的。胡 齐福11采用两级RCM系统对含锐250350mg/L的漂洗废水进行处理，对锐的截 留率达99.9%以上，经两年多运管行考察，系统运行平稳，各项指标基本达到设计 要求，经济效益较为明显，年净收益达43.34万元，且出水可达到回用要求.总之该 工程在技术上可行，而且还
9、产生了良好的经济效益、社会效益和环境效益，对电 镀行业的可持续发展具有重要意义.反渗透法用丁处理含铜、锌废水也取得了满 意的效果。据报道，用反渗透处理铜袱电镀漂洗水已获成功，截留率在99恕上；工业规模的反渗透系统用来处理磷酸锌电镀废水，可使90 %勺废水得到回用。反渗透几乎截留所有无机物质，特别适宜稀溶液的浓缩，但对浓度较高的溶液的处 理将受到渗透压和膜本身耐压的限制，水回收率较低12。4纳滤纳滤（ND是介丁反渗透和超滤之间的一种膜分离技术，分离机理基丁空间效应和Donn魏应。纳滤膜对无机盐的截留效果主要取决丁膜对离子的电荷效应 的强弱13。N成术已经广泛应用丁给水处理、化工、制药、食品加工等
10、工业过 程14,与传统技术方法相比，纳滤分离技术具有较高的体积浓缩因子，不产生 二次污染，处理效率高、能耗低等独特的优势。在金届加工和合金生产中，经常 需用大量的水冲洗，活洗水中含有浓度很高的锐、铁、铜等工业金届，采用纳滤 膜技术，不仅可以回收90恕上的废水，浓缩后的重金届具有回收利用的价值15。 陈桂娥、叶琳、余小东、朱贤等16人通过研究纳滤膜处理镀铭废水发现在低压 下Cr。2方留率比较稳定，可达到95如上。同时，cr。2#度低时（20mg/L），弓。：一 离子截留率稳定后在99咖上，浓缩过程中的cr。：子截留率也比较稳定，因而 起到了分离的作用。张国亮等17指出，纳滤膜在海岛饮用水制备中可
11、有效地除 去对人体健康不利的Mg2+ Ca2痔（脱除率 96%）。就我国目前现状而言，在此方面亟待解决的主要有两方面 18：制膜技术， 我国的制膜技术还处丁实验室阶段，建议加大制膜技术的研究力度，打破国外垄 断，降低用膜企业的生产成本；膜污染问题，可从研制新材料和优化NF#用工 艺两方面着手，降低污染，延长纳滤膜使用寿命。5微滤微孔过滤是以静压力差为推动力，利用膜的筛分作用进行分离的膜过程。微 孔滤膜具有比较整齐、均匀的多空结构，在静压差的作用下19-20,小玉膜孔的粒 子通过滤膜，比膜孔大的粒子则被阻拦在滤膜面上，是大小不同的组分得以分离， 其作用相当于“过滤”。由于每平方厘米滤膜中约包含1
12、千万至1亿个小孔，孔隙率占总体积的70%-80%故阻力很小，过滤速度较快。许多文献都报道了对含锐废水的不同处理方法。 其中普遍应用的有化学还原 沉淀法、离子交换法等。这些方法的处理效果都很好，但是还存在一些缺陷，例 如污泥量大、水力停留时间长，或者是投资大、处理成本高、操作复杂等 司. 甘胜采用的混凝一微滤工艺是将传统的化学沉淀与微滤膜分离相结合的一种新 的处理方法.已有研究报道应用此工艺生产饮用水和处理含铭废水等，出水效果 优于单一的混凝法或膜分离法：22 23混凝一微滤工艺应用于含锐废水的处理与上 述方法相比具有流程简单、工作压力低(0.010.03MPa)、水力停留时间短、能 耗低、污泥
13、量少、占地面积小的优点.目前，以 MF的应用最广，经济价值最大， 它是现代大工业，尤其是尖端技术工业中确保产品质量的必要手段。沉淀-微滤法处理重金届废水的基本原理是用碱中和使溶液中的重金届离子 反应生成沉淀或胶体，再通过微滤膜过滤，以实现分离浓缩 3。Broom等24利用 重金届沉淀物(经石灰或硫化物处理)形成的动态膜，采用微滤法去除混合电镀废 液中的重金届。史红文等25选择0.5m孔径的无机膜，采用沉淀-微滤法去除电镀废液中的Ni2+,能保障出水中Ni 1.0 mg/L ,达到国家排放标准，缺点是 膜污染严重，且因大多数处理须在强碱或硫化物条件下进行，所用膜的种类也受到了很大的限制。6超滤一
14、般认为超滤是一种筛孔分离过程，在静压差为推动力的作用下19-20，原料 液中溶剂和小溶质粒于从高压的料液侧透过膜到低压侧，一般称为滤出液或透过 液，而大粒子组分被膜所阻拦，使它们在滤剩液中浓度增大。按照这样的分离机 理，超滤膜具有选择性表面层的主要因素是形成具有一定大小和形状的孔，聚合物的化学性质对膜的分离特性影响不大。总之，超滤对去除水中的微粒、胶体、 细菌、热源和各种有机物有较好的效果，但它几乎不能截留允机离子。一股认为UF的分离机理为筛孔分离过程，但膜表面的化字性质也是影响越 滤分离的重要因素。即超滤过程中溶质的截留有在膜表面的机械截留 （筛分）、在 膜孔中停留而被除去（阻塞）、在膜表面
15、及膜扎内的吸附（一次吸附）3种方式26。近年来，陈红盛等27采用聚合物强化陶瓷超滤膜处理重金届废水，处理效 率达到98恕上。利用络合剂的对离子的选择性可实现离子的选择性分离，陈桂 娥等28进行了 PA窗合超滤分离铜和销离子的实验研究。络合超滤的解络合是制 约络合超滤工业化应用的主要因素，因此高效的解络合技术的研究将有助于络合 超滤技术的工业化。张永锋与许振良29认为络合-超滤耦合过程不仅可得到达 到回用水标准的处理水，而且还可以将重金届废水浓缩，以便进一步回收重金 届，是一种有前途的处理重金届废水的方法。结语膜分离作为水处理技术中的先进技术得到越来越广泛的应用，但膜污染物及膜劣化的问题长期制约着处理工艺，使得怎样提高膜分离效率和利用率，成为膜分离技术中的关键问题。膜分离技术作为一种新型和高效的水处理技术受到各国 水处理研究者的普遍重视，并取得了许多成功经验。今后随着膜制备技术的不断 提高，膜分离在重金届废水处理领域必将得到更广泛的应用。参考文献：1 孟祥和，胡国飞.重金届废水处理M.北京：化学工业出版社，2000.2 王绍文，姜凤有.重金届废水治理技术M.北京：冶金工业出版社，1993.3 徐南平，邢卫红，赵宜7工.无机膜分离技术与应用M.北京：化学工业出版社，2003.4 陈欢林.新型分离技术M.北京：化学工业出版社，2005.5 吕
