膜法在镀镍漂洗废水处理中的应用

在电镀镍漂洗过程中，会产生大量的含镍废水，如何既经济又有效地处理这些废水并使之再利用，成为众学者研究的重要课题之一，也是清洁生产技术的重要内容。近年来，采用膜分离技术处理电镀废水得到广泛的研究，研究中大多采用反渗透(RO)和纳滤(NF)及其组合工艺。
  反渗透(RO)是一种以压力差为主要推动力的膜过程。当浓溶液一侧施加的外加压力大于溶液的渗透压时,就会迫使浓溶液中的溶剂反向透过孔径为0.1～1 nm的非对称膜流向稀溶液一侧，这一过程叫反渗透。反渗透过程主要用于低分子量组分的浓缩、水溶液中溶解的盐类的脱除等。
  纳滤(NF)是介于反渗透(RO)与超滤(UF)之间的一种压力驱动型膜分离技术。它具有两个特性：一是由于膜孔径为纳米级，对水中的分子量为数百的有机小分子成分具有分离性能；二是大多数膜带电荷，所以对于不同价态的离子存在Donna效应。其操作压差为0.5～2.0 MPa，截留分子量界限为200～1000，用于分子大小约为1 nm的溶解组分的分离。纳滤分离技术主要基于筛分效应和电荷效应。人们往往将它和其它分离及生产过程相结合，起到降低处理费用、提高分离效果的作用。NF膜在某些方面可替代传统的费用高、工艺烦琐的分离方法。
  1 膜分离技术处理镀镍废水
  1.1 镀镍废水的来源
  电镀是利用电化学方法对金属和非金属表面进行装饰，保护及获得某些新的性能的一种工艺过程。镀镍层具有很多优异的性能，因此其应用几乎遍及现代工业的所有部门。在电镀工业中，镀镍层的生产量仅次于镀锌层而居第二位。工业上利用电镀(解)工艺提纯或生产镍制品，这些过程均需对镀件或产品进行清洗。清洗在电镀镍过程中是一个重要的环节。不论是在镀前处理、镀后处理及电镀工程中，镀件从一种溶液进入到另一种溶液之前，都要清洗。所以，漂洗废水是镀镍废水的最主要的来源，几乎占电镀车间废水排放量的80 %以上。
  1.2 镀镍废水处理的方法
  镀镍废水处理的传统方法，金属和水不能同时达到回用，且产生污泥污染物。随着电镀工业的快速发展和环保要求的日益提高，近年来，离子交换法，膜分离法将成为处理镀镍漂洗废水的主流方向。
  1.2.1离子交换处理[8]
  离子交换法，主要是利用树脂中的交换离子同电镀废水中的某些离子进行交换而将其去除，使废水得到净化的处理方法。上世纪70年代末，由于需要解决环境污染问题，离子交换技术得到了很大发展，但是采用这种技术一次性投资很高，系统设计和操作较为复杂，因此，在推广上受到了一定的限制。目前，国内仅对含铬、含镍、合金等电镀废水采用离子交换法处理较为普遍，也有应用于处理含铜、含锌等废水。现在通常都是和其他一些工艺流程组合使用。
  1.2.2膜分离技术
  膜分离技术，是利用膜对混合物中各组分的选择透过性能来分离、提纯和浓缩目的的产物的新型分离技术。以选择性透过膜为分离介质,当膜两侧存在某种推动力(如压力差、浓度差、电位差等)时，原料侧组分选择性透过膜，以达到分离、除去有害组分的目的。膜分离过程是一种无相变、低能耗的物理分离过程，具有高效、节能、无污染、操作方便和用途广等特点，是当代公认的最先进的分离技术之一。
  表1 两种镀镍废水处理技术的比较
  Tab.1 The comparison of two kind treatment technology in nickel-plated wastewater
  

膜法在镀镍漂洗废水处理中的应用

1.3 膜分离法处理镀镍废水的应用
  1.3.1反渗透(RO)处理镀镍废水
  据文献报道，采用反渗透技术可将电镀镍漂洗水浓缩20 倍，浓缩液经蒸馏法进一步浓缩后可返回电镀槽用。美国芝加哥API 工艺公司采用B-9 芳香族聚酰胺中空纤维RO膜组件处理电镀镍漂洗水，处理后的废水含Ni2+ 0.65 mg/L，而浓缩液含Ni2+达到13.00 g/L，Ni2+截留率为92 %。
  胡齐福，吴遵义等报道，2005 年4 月，杭州水处理技术开发中心为台州金源铜业有限公司设计和建造了处理量为24 m3/d 的电镀废水处理和镍回收系统，成功采用采用两级RO膜系统对含镍250～350 mg/L 的漂洗废水进行处理，回收利用了水资源和金属镍。对镍的截留率达99.9 %以上。整个系统经两年的考察，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。
  1.3.2纳滤(NF)处理镀镍废水
  NF 膜对一价离子的截留率低，而对二价或高价离子，特别是阴离子可有大于98 %的截留率，这一特征确定了它在电镀废水处理中的重要作用.
  Kyn-HongAhn采用NTR-7250 纳滤膜处理含有NiSO4和NiCl2 的电镀废水，操作压力在0.3 MPa 以上时，Ni2+的截留率保持在90 %以上。
  王昕彤，孙余凭用型纳滤膜处理电镀镍漂洗水，结果表明，纳滤膜对电镀镍漂洗水中Ni2+的去除率高于99.5 %，透过液中Ni2+质量浓度小于1 mg/L，将镍离子质量浓度浓缩至19 g/L 左右，可以回用于电镀槽。
  薛莉娉采用NF90-2540 型卷式纳滤膜在压2.0 MPa，料液流量2400 L/h，操作温度25 ℃，料液Ni2+质量浓度为100 mg/L 的条件下，对电镀镍漂洗水进行纳滤浓缩，浓缩试验结果：NF 系统在此试验条件下，Ni2+平均截留率大于99 %，且最终浓液Ni2+19.8 g/L 左右，浓缩了近200 倍，符合生产要求，可回到电镀槽中。
  1.3.3集成膜处理电镀镍漂洗水
  每一种膜技术都有其特定的性能和适用范围，能够解决一定的分离问题，但是在实际生产过程中，仅仅依靠一种膜技术往往难以达到令人满意的结果。集成各种膜技术，优化各种膜的分离性能，可以达到一种膜技术根本无法实现的效果。
  楼永通等采用纳滤–苦咸水反渗透(BWRO)–海水反渗透(SWRO)技术组合工艺处理电镀镍漂洗水，纳滤技术对Ni2+的截留率大于97 %，反渗透技术对镍离子的截留率大于99 %，使镍的质量浓度浓缩100 倍，可以达到电镀液回用的要求。
  长沙力元新材料股份有限公司采用一套处理能力1200 m3/d 的3 级浓缩膜分离装置处理电镀镍漂洗水，第1 级纳滤浓缩10 倍，第2 级反渗透浓缩5 倍，第3 级高压反渗透浓缩2 倍，总浓缩倍数为100 倍，Ni2 +的截留率>99.5 %。Ni2+质量浓度>20 g/L 的浓缩液回用于电镀槽。整个系统的水回用率> 98 %，镍的回收率>97 %。经核算(考虑膜元件的折旧)，该系统的投资回收期约为2 年，实现了废水资源化，取得了很好的经济效益和环境效益。
  2 结束语
  膜分离技术应用于电镀废水的处理，优于传统处理工艺技术。尤其当对镀镍漂洗废水浓缩时，浓缩液和透过液均可回用。不但可以回收废水中的硫酸镍，而且减少了污染物的排放，甚至实现零排放。减轻环境污染，改善生态环境，这既符合清洁生产的原则，也符合国家可持续发展战略。
  膜分离特别是集成膜技术处理镀镍废水，因其分离效率高，出水水质好，且能回收重金属。今后必将在电镀废水处理中占据重要的地位。

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