電鍍廢水含有大量重金屬離子（如Cr3+、Ag+、 Cd2+、Ni2+、Pb2+、Cu2+等），容易在生物鏈中轉(zhuǎn)移、累積，成為永久性污染物，最終危害人體健康，必須嚴(yán)加治理〔1〕。目前國內(nèi)外對電鍍廢水的處理方法有化學(xué)法〔2, 3〕、物化法〔4, 5, 6〕、電解法〔7〕、生物法〔8〕等，這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，需根據(jù)廠家產(chǎn)生廢水的特點(diǎn)進(jìn)行選擇。

納濾（NF）是20世紀(jì)80年代后期發(fā)展起來的一種新型膜分離技術(shù)，介于超濾和反滲透之間。其主要特點(diǎn)表現(xiàn)為納米級孔徑、具有離子選擇性、操作壓力低、耐壓性與抗污染能力強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)實用等。目前，納濾膜在飲用水領(lǐng)域的應(yīng)用最為廣泛，其在海水淡化〔9, 10〕、食品加工〔11, 12〕、制藥〔13〕等方面也得到越來越廣泛的應(yīng)用，利用納濾膜處理各種工業(yè)廢水的研究已廣泛開展。薛莉娉等〔14〕用NF90納濾膜對含銅電鍍廢水進(jìn)行處理，討論了初始濃度、操作壓力、運(yùn)行時間、陰離子種類、濃差極化對處理效果的影響。試驗結(jié)果表明NF90納濾膜對含銅廢水有良好的處理效果，去除率超過98％，出水銅質(zhì)量濃度＜2.0 mg/L，隨著廢液體積的濃縮，銅離子濃縮倍數(shù)可達(dá)10倍以上，可回用于鍍件漂洗，實現(xiàn)銅的再生利用。由此可見，采用納濾膜技術(shù)處理電鍍廢水，不僅可減少廢水排放對環(huán)境造成的污染，而且濃縮后的廢水重金屬含量高，具有較高回收利用價值。

筆者以電鍍鎳漂洗廢水為研究對象，采用納濾膜進(jìn)行分離試驗，分析操作壓力、進(jìn)水流量、料液濃度、產(chǎn)水比以及運(yùn)行時間等對膜分離性能的影響，以確定納濾膜系統(tǒng)分離電鍍鎳漂洗廢水的最佳運(yùn)行參數(shù)，為納濾膜在電鍍廢水處理中的應(yīng)用與推廣提供理論參考。

1 試驗材料與方法
 
1.1 試驗材料
試驗進(jìn)水為電鍍廠實際漂洗廢水，具體水質(zhì)如表 1所示。

儀器：722N可見光分光光度計、pHS-3型pH計、DDS-11A電導(dǎo)儀、PP濾芯（5 μm，AMC公司）、納濾膜（HNF40-8040，美國海德能公司）、增壓泵（1.5 kW）、離心泵（5.5 kW）。

試劑：光譜純鎳粉、氨水、檸檬酸三銨、碘、碘化鉀、乙二胺四乙酸二鈉、丁二酮肟，均為分析純。

1.2 試驗裝置與方法
（1）試驗裝置。試驗裝置主要由膜組件、保安過濾器、增壓泵、高壓泵、進(jìn)水箱、產(chǎn)水箱等組成，如圖 1所示。

圖 1 納濾試驗裝置

電鍍含鎳廢水經(jīng)增壓泵壓入保安過濾器去除顆粒雜質(zhì)及懸浮物后，由高壓泵泵入納濾膜組件，濃縮液循環(huán)回進(jìn)水箱，透過液進(jìn)入產(chǎn)水水箱。納濾膜組件流量以及進(jìn)出口的壓力由調(diào)節(jié)閥控制。

（2）試驗方法。納濾膜使用前是干膜，必須先用水在室溫下浸泡24 h，保證膜孔內(nèi)充滿液體，然后在低壓低流量條件下沖洗3 h，排出全部透過液，確保能夠有效去除附著在膜表面的防腐劑和其他化學(xué)物質(zhì)，最后再在低壓低流量條件下全循環(huán)運(yùn)行2 h，預(yù)壓納濾膜，從而確保后續(xù)試驗中膜能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

試驗主要考察操作壓力、進(jìn)水流量、料液濃度、產(chǎn)水比、時間等因素對納濾膜分離性能的影響，從而選擇最佳操作條件。試驗過程中，雖然進(jìn)水的pH、TDS、電導(dǎo)率、溫度等對膜分離性能有一定影響，但在實際工程中對這些項目進(jìn)行調(diào)整需要增加設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用，綜合權(quán)衡效果和投資兩方面因素，試驗未對上述項目進(jìn)行研究。試驗過程中，控制進(jìn)水pH在6.8左右、TDS為775 mg/L、電導(dǎo)率 1 556 μS/cm、溫度26 ℃，壓力、流量、產(chǎn)水比均由閥門調(diào)節(jié)。

（3）樣品分析方法和原理。Ni2+采用丁二酮肟分光光度法（GB 11910—1989）進(jìn)行測定。在有碘存在的氨溶液中，鎳與丁二酮肟作用，形成酒紅色可溶性絡(luò)合物，在波長530 nm處用分光光度計進(jìn)行測定，得出待測溶液中Ni2+濃度。標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為c=9.153A-0.032，R2=0.999，工作曲線的有效范圍是0～5 mg/L，有效范圍以外的水樣稀釋至適當(dāng)倍數(shù)后測其可見光吸光度，再折算成Ni2+質(zhì)量濃度。

截留率（I）由式（1）計算。

式中：q1——原液中溶質(zhì)的質(zhì)量濃度，mg/L；

q2——透過液中溶質(zhì)的質(zhì)量濃度，mg/L。

各參數(shù)的測定均在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行15 min后取樣分析。

2 試驗結(jié)果與討論
 
2.1 操作壓力對納濾膜分離性能的影響
在進(jìn)水Ni2+為115 mg/L，進(jìn)水流量為4.2 t/h條件下，設(shè)定各個壓力狀態(tài)運(yùn)行60 min，考察操作壓力對納濾膜截留率以及濃縮液濃縮倍數(shù)的影響，結(jié)果如圖 2所示。

圖 2 操作壓力對Ni2+截留率和濃縮倍數(shù)的影響

由圖 2可知，隨著操作壓力的升高Ni2+截留率不斷增大，這主要是由于壓力增加使得溶劑透過率逐漸增大，從而導(dǎo)致更多的溶質(zhì)分子在膜面積累。同時由于溶質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)比溶劑擴(kuò)散系數(shù)小得多，溶質(zhì)較溶劑更難透過膜，料液側(cè)膜面溶質(zhì)濃度相對增加，導(dǎo)致其相對作用增加，進(jìn)一步阻止溶質(zhì)通過膜，因此Ni2+的截留率隨壓力的增加而增加。

隨著操作壓力的升高，濃縮液中Ni2+濃縮倍數(shù)也不斷增加。結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)，同時考慮到高壓泵的工作極限，將試驗操作壓力定為0.65 MPa。

2.2 進(jìn)水流量對納濾膜分離性能的影響
在操作壓力為0.65 MPa、進(jìn)水Ni2+為115 mg/L、運(yùn)行時間為60 min條件下，考察進(jìn)水流量對Ni2+截留率及濃縮倍數(shù)的影響，結(jié)果如圖 3所示。

圖 3 進(jìn)水流量對Ni2+截留率和濃縮倍數(shù)的影響

圖 3表明，隨著進(jìn)水流量的增大Ni2+截留率和濃縮液中Ni2+的濃縮倍數(shù)也相應(yīng)增加；當(dāng)流量達(dá)到6 t/h時，截留率增加效果不顯著。這是由于納濾膜運(yùn)行中存在膜過程阻力，包括膜阻力、污染層阻力及濃差極化阻力，其中濃差極化阻力是影響截留率的主要因素。隨著進(jìn)水流量的增加，濃差極化阻力也隨之增大，截留率也同樣升高。但當(dāng)進(jìn)水流量增加到一定程度后，濃差極化阻力逐漸趨向最大，截留率也隨之緩慢達(dá)到最大值�？刂圃囼炦M(jìn)水流量為6 t/h時，納濾膜的Ni2+截留率穩(wěn)定在61％以上。同時，濃縮倍數(shù)也隨著進(jìn)水流量的增加而增大。進(jìn)水流量為6 t/h時，濃縮液中Ni2+濃縮倍數(shù)達(dá)到最大，較進(jìn)水提高了2倍。

2.3 料液濃度對納濾膜分離性能的影響
納濾膜是一種壓力驅(qū)動膜，提高進(jìn)水濃度會使得溶液的滲透壓相應(yīng)增加，因此在相同的操作條件下納濾膜分離不同濃度的進(jìn)水時其分離性能不同。調(diào)節(jié)進(jìn)水Ni2+質(zhì)量濃度為230 mg/L，每次試驗依次提高30 mg/L，直至440 mg/L，在恒壓0.65 MPa、進(jìn)水流量6 t/h、其他因素不變的條件下運(yùn)行，考察納濾膜分離不同濃度進(jìn)水時的性能，結(jié)果如圖 4所示。

圖 4 進(jìn)料質(zhì)量濃度對Ni2+截留率和濃縮倍數(shù)的影響

由圖 4可知，隨著料液中Ni2+質(zhì)量濃度的升高，納濾系統(tǒng)對Ni2+截留率和濃縮倍數(shù)均相應(yīng)增加，這是由于隨著料液濃度的升高，膜面電荷密度也隨溶質(zhì)吸附而增大，從而導(dǎo)致截留率上升。盡管透過液的Ni2+濃度也相應(yīng)增大，但由于透過液Ni2+增幅低于進(jìn)水濃度的增加幅度，使得納濾膜對Ni2+的截留率亦隨進(jìn)水濃度的增加而相應(yīng)地升高。當(dāng)進(jìn)料Ni2+質(zhì)量濃度增至440 mg/L時，Ni2+截留率為71.5%，此時濃縮液濃縮倍數(shù)為3.2倍。值得注意的是，隨著料液濃度的增加，透過液中Ni2+濃度也相應(yīng)增加，不利于后續(xù)處理及回用，因而進(jìn)料Ni2+濃度不宜過高。應(yīng)根據(jù)實際情況而定，一般不超過410 mg/L。

2.4 運(yùn)行時間對納濾膜分離性能的影響
控制操作壓力為0.65 MPa、進(jìn)水流量為6 t/h、調(diào)節(jié)料液質(zhì)量濃度為440 mg/L、其他條件不變，考察60 h內(nèi)納濾膜的截留率及濃縮倍數(shù)的變化，各參數(shù)均在穩(wěn)定運(yùn)行15 min后取樣測定，結(jié)果如圖 5所示。

圖 5 運(yùn)行時間對Ni2+截留率及濃縮倍數(shù)的影響

由圖 5可知，系統(tǒng)開始運(yùn)行后，Ni2+截留率及濃縮液的濃縮倍數(shù)均隨膜運(yùn)行時間的延長而逐步提高，納濾膜運(yùn)行40 h時接近最大截留率及最大濃縮倍數(shù)，此后趨于穩(wěn)定，截留率達(dá)75%左右，濃縮倍數(shù)達(dá)6.2倍左右。這是由于納濾膜剛開始使用時，膜面比較松弛，溶劑和溶質(zhì)都比較容易透過膜片，使得截留率較低，但此時其增長速率較快。隨著運(yùn)行時間的不斷延長，納濾膜逐漸被壓實，其截留率會逐漸上升，但上升幅度較前段時間小。當(dāng)納濾膜運(yùn)行至40 h后，膜片被壓實到一定程度不再變化，其截留率及濃縮液的濃縮倍數(shù)均接近最大值并開始趨于穩(wěn)定。

2.5 產(chǎn)水比對納濾膜分離性能的影響
通過控制閥門可調(diào)節(jié)納濾系統(tǒng)中透過液與濃縮液的產(chǎn)水比�？刂撇僮鲏毫�為0.65 MPa，調(diào)節(jié)料液質(zhì)量濃度為200 mg/L，分別在產(chǎn)水比（透過液與濃縮液體積比）為1∶1、1∶2、1∶3，不同進(jìn)水流量條件下運(yùn)行一定時間，考察納濾膜穩(wěn)定運(yùn)行后Ni2+截留率及濃縮倍數(shù)的變化情況，如圖 6所示。

圖 6 產(chǎn)水比對Ni2+截留率及濃縮倍數(shù)的影響

由圖 6可知，在同一進(jìn)水流量下，產(chǎn)水比為1∶1時Ni2+截留率及濃縮液濃縮倍數(shù)均最大，產(chǎn)水比1∶2次之，而產(chǎn)水比為1∶3時最小。另外，隨著進(jìn)水流量增大，Ni2+截留率及濃縮液的濃縮倍數(shù)也逐漸增大，與2.2結(jié)論相符。當(dāng)進(jìn)水流量為6 t/h時，Ni2+最大截留率為65.7%，濃縮液最大濃縮倍數(shù)為2.4倍。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

3 結(jié)論
納濾膜系統(tǒng)分離電鍍鎳漂洗廢水的最佳運(yùn)行參數(shù)：操作壓力為0.65 MPa，進(jìn)水流量為6 t/h，產(chǎn)水比為1∶1，運(yùn)行時間≥40 h，料液濃度根據(jù)工程實際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。