有色金屬冶煉和硫酸生產(chǎn)等過程會產(chǎn)生大量的含重金屬酸性廢水，若不經(jīng)處理直接排放，會對環(huán)境造成極大危害。石灰乳中和沉淀法是一種處理含重金屬酸性廢水的常用方法，該方法可使處理后廢水中的重金屬含量達到國家排放標準以下。但是，該法處理后的廢液中含有大量硫酸鈣，若將其回用則管道易結垢，同時由于鹽含量高，回用場所受到限制。如何降低廢水中的硫酸鈣含量，已成為石灰乳中和沉淀法處理含重金屬酸性廢水并使其回用的一個難題。

納濾膜分離法是近十幾年發(fā)展起來的一種新型分離方法，廣泛應用于給水處理、化工、制藥、食品加工等工業(yè)過程，取得了較好的處理效果〔1,2,3,4,5〕。本研究針對石灰乳中和沉淀法處理含重金屬酸性廢水后的高鈣廢水，采用美國DK2540納濾膜進行了納濾除鈣實驗，并考察了料液濃度、操作壓力和溫度對膜分離性能的影響，以期為該類廢水的處理回用提供新的研究思路。

1實驗部分

1.1實驗廢水

實驗廢水取自西部礦業(yè)鋅業(yè)分公司廢水處理站的三級中和后廢水，該廢水pH為6~7，鈣質量濃度為928mg/L，硫酸鈣過飽和，并含有微量的重金屬，放置幾天后其中的鈣質量濃度降至530mg/L左右。

1.2實驗設備及膜元件

實驗采用廈門金星源膜科技有限公司XYJMP-2540卷式膜中試設備，膜芯采用美國GE公司的DK2540實驗納濾膜，脫鹽率為98%〔測試條件：2000mg/L硫酸鎂，操作溫度25℃，操作壓力0.68MPa（表壓），回收率15%，運行時間24h〕。單支膜有效膜面積為2.5m2，最大進料量為3.6m3/h，最大操作壓力為4.14MPa，最高操作溫度為40℃，進水pH為2~11。

1.3工藝流程

取一定量的實驗廢水，經(jīng)過5μm的濾袋過濾后，進入原料罐。為防止膜分離過程中硫酸鈣結垢，在原料罐內加入一定量的阻垢劑，攪拌并加熱到一定溫度，然后進入循環(huán)泵，循環(huán)泵由變頻器和壓力調節(jié)閥控制。逐漸增加料液的流速和壓力到設定值，使其進入膜組件。料液被分為二路從膜組件中流出，一路為透過液，一路為濃縮液。透過液經(jīng)流量計計量收集，而濃縮液經(jīng)壓力調節(jié)閥、換熱器后分為兩股，一股經(jīng)流量計后回流到原料罐中，再進入下一個循環(huán)，一股經(jīng)流量計后直接排放，兩股濃縮液的流量根據(jù)需要通過流量計調節(jié)。

原料罐上安裝有溫度傳感器，可測量料液溫度，在數(shù)顯表上顯示。當溫度超過設定的溫度時，設備會自動停機，當料液溫度降到設定溫度以下時又會自動啟動。

1.4分析方法

pH采用pH-3C精密pH計（上海精密科學儀器有限公司）測定；鈣離子采用EDTA-鉻黑T法測定；電導率采用DDS-11H電導率儀（上海大普儀器有限公司）測定。

2結果與討論

2.1廢水鈣濃度對膜分離性能的影響

取放置幾天后的實驗廢水68L，其中鈣質量濃度為533.3mg/L，電導率為6090μS/cm（25℃），在進膜壓力為1MPa，溫度為25℃，阻垢劑加入質量為0.3504g的條件下，考察進料濃度對膜分離性能的影響。實驗中當操作參數(shù)調至規(guī)定值時，開始計時，透過液流入另一容器，濃縮液流入原料罐，每隔一定時間測定膜通量，并取一定體積的透過液和濃縮液分析鈣含量和電導率，直到液體濃縮到一定程度停止操作，記下總時間。根據(jù)總透過液體積和總時間，求出平均膜通量和產(chǎn)水率。實驗時間共計33min，透過液總體積為56.08L，平均膜通量為0.6798L/（min•m2），總產(chǎn)水率為82.86%。實驗結果見圖1、圖2。

由圖1可以看出，膜通量隨濃縮液Ca2+濃度的增加而減小，這是因為隨著進膜料液中Ca2+濃度的增加，納濾膜濃水側的滲透壓增大，從而降低了有效滲透壓力，使膜通量下降〔6〕。而且膜兩側的濃差極化效應也隨之加劇，導致在恒定壓力下，膜的滲透壓下降，通量降低〔3〕。

由圖2可以看出，透過液中的Ca2+濃度、Ca2+截留率隨濃縮液中Ca2+濃度的增加而增加。這是因為隨著進膜料液中Ca2+濃度的增加，膜兩側濃差極化增大，鈣通量增大，造成透過液中Ca2+濃度增大。但是透過液中Ca2+的增幅程度遠低于濃縮液中Ca2+的增加程度，從而鈣的截留率增大。

實驗中，對放置一定時間的濃縮液試樣觀察發(fā)現(xiàn)，隨著濃縮液中Ca2+濃度的增高，硫酸鈣結垢的可能性增大，易對膜造成污染。實驗結果表明，在實際操作時，應控制濃縮液中的Ca2+在1700mg/L左右為宜。

2.2溫度對膜分離性能的影響

取濃縮一定程度的實驗廢水35L，其中鈣質量濃度為1177.72mg/L，電導率為9590μS/cm（25℃），在進膜壓力為1MPa的條件下，考察料液溫度對膜分離性能的影響。為保持液體濃度不變，實驗時透過液和濃縮液均回到原料罐，每次取透過液后，向料筒中加入等體積的2.1實驗中的透過液。實驗結果見圖3、圖4。

由圖3、圖4可知，隨著溫度的升高，膜通量、透過液Ca2+濃度和透過液電導率均升高，而Ca2+的截留率下降。這是由于溫度升高，溶質和溶劑的擴散系數(shù)增大，液體的黏度、密度降低，從而增大了膜通量和Ca2+通量。另外，水是在氫鍵作用下以締合體的形式存在的，這種締合體的大小取決于溫度，并且隨著溫度的升高而變小，使水易于透過膜。鹽離子同樣以水合離子的形式存在，溫度升高使得水合離子的半徑減小，從而增大了鹽離子的透過率，使脫鹽率降低〔7〕。綜合考慮，適宜的溫度應為25℃左右。

2.3進膜壓力對膜分離性能的影響

取濃縮一定程度的實驗廢水35L，其中鈣質量濃度為1177.72mg/L，電導率為9590μS/cm（25℃），在溫度為25℃的條件下，考察進膜壓力對膜分離性能的影響。為保持液體濃度不變，實驗時透過液和濃縮液均打循環(huán)，每次取樣后，向料筒中加入等體積2.1實驗中的透過液。實驗結果表明，隨著進膜壓力的增加，膜通量和Ca2+截留率均增加，而透過液Ca2+濃度和電導率則減小。這是由于透過膜的水量與壓力成線性增加〔5〕，提高操作壓力，透過膜的水量增加，因而膜通量增加。鹽通量只與膜兩側的濃度差有關，而與壓力無關〔5〕，提高壓力，不會使溶質通量增加。透過液中的溶劑量增加，而溶質量不增加，必然導致透過液中Ca2+濃度和電導率減小，Ca2+截留率增加。但壓力過高會導致膜的致密化，使得通量降低，綜合考慮，操作壓力以1.9MPa左右為宜。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關技術文檔。

2.4優(yōu)化條件實驗

取實驗廢水72L，其中鈣質量濃度為928mg/L，電導率為6070μS/cm，加入聚天冬氨酸阻垢劑0.3934g，在進膜壓力為1.9MPa，操作溫度為25℃的優(yōu)化條件下，分別進行單次透過實驗和循環(huán)實驗，實驗結果見表1。

由表1可知，在優(yōu)化的條件下，無論單次透過實驗還是循環(huán)實驗，都具有較高的鈣離子截留率和膜通量。由于原液鈣含量較高，若產(chǎn)水率增大，勢必造成濃縮液鈣含量增大，會使膜結垢，通量大幅度下降。因此，產(chǎn)水率的大小應結合料液中的鈣含量確定。

3結論

對于石灰乳中和沉淀法處理含重金屬酸性廢水后的高鈣廢水，在加入一定量阻垢劑的情況下，采用DK納濾膜對其進行除鈣處理完全可行。

操作壓力、操作溫度和濃縮液Ca2+濃度對膜性能有較大的影響。膜通量隨濃縮液Ca2+濃度的增加而減小，透過液中的Ca2+濃度、電導率及Ca2+截留率隨濃縮液Ca2+濃度的增加而增加；膜通量、透過液Ca2+濃度和透過液電導率隨著溫度的升高而升高，Ca2+截留率則隨溫度的升高而下降；隨著進膜壓力的增加，膜通量和Ca2+截留率均增加，而透過液Ca2+濃度和電導率則減小。

針對硫酸鈣過飽和的高鈣廢水，采用DK納濾膜處理的適宜操作條件為：進膜壓力1.9MPa，操作溫度25℃，濃縮液中的Ca2+質量濃度控制在1700mg/L左右。在此優(yōu)化條件下，當產(chǎn)水率為46.5%時，可使廢水中的鈣質量濃度降低到23mg/L以下，平均膜通量可達1.244L/（min•m2）。透過液可回用于對一價離子要求不高的場所。若使透過液用于鋅冶煉和硫酸補充水，還需配合反滲透膜進一步處理。