收稿日期:2008-06-11；修订日期:2008-07-02
作者简介：包亚强(1983-)，男，江苏常州人，研究生，主要从事水处理方面的研究。 第26卷 第5期2008年10月
江 西 科 学
J I A NGX I SC I ENCE
Vol .26No .5
Oct .2008
文章编号:1001-3679(2008)05-0781-04
包亚强，魏立安
(南昌航空大学环境与化学工程学院，江西 南昌330063)
摘要：电镀行业在生产过程中会产生并排放大量的含重金属的废水，这不仅严重污染环境，还造成资源的浪费。如采用反渗透技术处理重金属废水，不仅设备紧凑，操作简单，而且还能够实现重金属的回收和废水的回用，这也符合清洁生产的原则，因而其应用前景十分广阔。本文介绍了反渗透技术的原理和发展、反渗透技术在电镀废水处理及回用中应用需注意的问题，并展望了进一步研究的方向和发展趋势。关键词：重金属废水；反渗透；清洁生产中图分类号:X781.1 文献标识码:A
Research of Reverse O s m osis Technology to the Trea t m en t and
Recycli n g of the W a stewa ter from I ndustry
BAO Ya 2qiang,W E IL i 2an
(Nanchang Hangkong University,J iangxi Nanchang 330063PRC )
Abstract:Large heavy metal waste water has been p r oduced and discharged fr om electr op lating in 2dustrial p r ocesses,It is not only a seri ous envir onmental polluti on,but als o a waste of res ources .Re 2verse os mosis technol ogy that treats heavy metal waste water has compact equi pments and si m p le op 2erati on and can reclai m heavy metals,So that it has wide app lied p r os pect in the recycling of heavy metal waste water and accords with the p rinci p le of clean p r oducti o
n .The p rinci p les of reverse os mo 2sis technol ogy are intr oduced;the latest research findings and the influential fact ors of the app lica 2ti on are analyzed .The directi on of further research and devel opment trends are p r oposed at the end .Key words:Heavy metal waste water,Reverse os mosis,Clean p r oducti on
0 电镀废水的来源和危害
电镀废水主要包括电镀漂洗废水、钝化废水、镀件酸洗废水、刷洗地坪和极板的废水以及由于操作或管理不善引起的“跑、冒、滴、漏”产生的废水，另外还包括废水处理过程中自用水的排放以及化验室的排水等[1]
。
在电镀生产过程中化工原料利用率往往比较低，污染物排放量较多，尤其是电镀漂洗废水中污染物种类多，毒性大，危害严重，其中含有重金属
离子或等，有些属于致癌、致畸或致突变的剧毒物质，对人类危害极大。如果处理不当，不但污染江河湖泊，而且严重污染地下水资源。
1 电镀废水的常用的处理方法
1.1 化学法
此法是向废水中投加一些化学试剂，通过化学反应该变废水中污染物的化学性质，使其变成无害物质或易于与水分离的物质，再进一步从废水中除去的处理方法。其主要包括化学还原法、
电化学腐蚀法、铁氧体法、碱性氯化法、中和法、钡盐法和不溶性淀粉黄远酸酯处理法等。由于化学治理法常需采用化学药剂或材料，故处理费用较高，运行管理的要求也较严格。
1.2 离子交换法
离子交化法是利用离子交换树脂对废水中阴阳离子的选择性交换作用来处理废水的方法。几乎对所有的无机有害离子都可以用此法处理的。当不考虑再生洗脱液的处理时，用离子交换法可能实现无废水排放的“零排放系统”。但是，其一次性投资大，一般占地面积较大，技术掌握较难，废水中的处理物浓度不宜太高，存在再生洗脱液的处理问题。
1.3 活性炭法
活性炭法是利用了活性炭的物理吸附、化学吸附及氧化还原等作用，以除去废水中的有害物质。该法投资少、占地面积小、见效快、处理效果较好，但活性炭的吸附速度较慢，吸附容量较小，不适于有害物浓度高的废水，而且活性炭的再生费用相对较高。
1.4 电解法
电解法利用通电时阴阳极的电化学反应而使废水中的有毒物发生分解、氧化还原反应，最终形成沉淀。利用此法能够回收某些重金属，但是处理费用较高，而且要求溶液的离子浓度不能太高，有时也会伴随产生有毒气体。
1.5 蒸发浓缩法
该法是对电镀废水在常压或减压状态下加温，使溶剂水分蒸发而将废水浓缩的方法。浓缩的溶液可返回镀槽，蒸发后的水蒸气经冷凝回收后可作为清洗水或回收槽的补充水。但是本法除了要有设备及较大的场地外，尚要消耗较多的热能。
1.6 电渗析法
电渗析法是利用对废水通以低压直流电时阴阳离子定向运动并选择性地透过阴、阳薄膜的性质而将电解质浓缩在一定区域内，另一些区域内则得到较纯的水的方法。因为要求处理水具有足够的电导以提高渗析效率，因此处理的废水中电解质浓度不能过低。
1.7 反渗透法
反渗透法是利用对废水施加较高压力时，作为溶剂的水透过特种半透膜而溶质难以透过的原理对废水进行浓缩的方法，这种方法投资较少，占地面积不大，操作控制方便，能够回收有用材料，可以实现对废水的“零排放”[2]，最近几年来得到广泛的推广。
以上是电镀废水的一些处理方法和技术，各种方法或多或少都存在着一些不尽如人意的地方。在这些方法中，反渗透法随着膜技术的不断发展而逐渐进入主流，本文将重点讲解此法在电镀废水中的运用。
2 反渗透技术及其发展
反渗透简单地说就是对与半透膜相接触的浓溶液施加压力后所产生的与自然渗透现象相反的过程.如果施加的压力超过溶液的天然渗透压，则溶液就会流过半透膜，在相反的一侧形成稀溶液，在加压的一侧则形成浓度较高的溶液。如果所施加的压力与自然渗透压相等，溶剂处于平衡状态，不会有溶液的流动。如果所施加的压力小于自然渗透压，则溶剂会从稀溶液流人浓溶液，这是反渗透的基本原理。
其实渗透现象早在200多年前当Abbe Nollet 观察到水可以通过覆盖在盛有酒精溶液瓶口的猪膀胱进人瓶中时就被发现了。可直到1953年，美国佛罗里达大学的Reid等人才最早提出反渗透海水淡化，并在1960年美国加利福尼亚大学的Loeb和Sourirajan研制出第一张可实用的反渗透膜。此后，反渗透膜的开发有了重大突破。膜材料从初期单一的醋酸纤维素非对称膜发展到用表面聚合技术制成的交联芳香
族聚酰胺复合膜。操作压力也扩展到高压(海水淡化)膜，中压(醋酸纤维素)膜，低压(复合)膜和超低压(复合)膜。20世纪80年代以来，又开发出多种材质的纳滤膜。目前膜分离技术已广泛运用于给水和污水的处理过程中，该技术在国际上已经成为研究、开发及大规模运用的热点课题。
我国反渗透技术开始于20世纪60年代, 1967～1969年全国海水淡化会战为乙酸纤维素不对称反渗透膜的开发打下了基础,20世纪70年代进行中空纤维和卷式反渗透组件的研究开发,20世纪80年代进行反渗透复合膜的研究开发，并开始步人产业化，在我国水处理行业得到了广泛应用。经过30多年的发展，我国的反渗透技术有了快速的发展和提高，产业初具规模。反渗透技术已广泛应用于海水苦咸水淡化，纯水、超纯水制备，化工分离、浓缩、提纯等领域，遍布电力、
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电子、化工、轻工、煤炭、环保、医药、食品等行业。
3 反渗透技术处理电镀废水
据估计，我国电镀行业每年排放约40亿立方米含重金属的废水。其排水量相当于几个大中城市的一年的自来水供应量。而且我国近年来各大城市相继遭遇了水资源紧缺的问题，这严重影响了我国工业的发展速度。同时电镀废水含有大量的有价值金属，如果处理不得当，排入自然体系既污染环境，又浪费资源。最理想的结果是水与重金属离子二者都回收利用，这也符合清洁生产的需要。
将反渗透法应用于电镀废水的处理，早在20世纪70年代就已经开始了。主要用于电镀镍生产中排放的大量含镍废水，由于镍及其化合物有剧毒，必需处理。而且镍是贵重金属，回收利用能带来良好的经济效益。反渗透法特别适用于处理接近中性的含镍废水，技术上比较成熟，在国内外被广泛采用，并使镀镍废水处理实现了闭路循环。目前市场上很多反渗透装置都是专门用于处理镍电镀液的，这些反渗透装置组件多采用内压管式或卷式。采用内压管式组件，操作压力为2.7 MPa时,N i2+分离率在97.2%～97.7%，水通量0.4m3/m2・d，镍回收率>99%[3]。
如果用反渗透和纳滤组合工艺则可实现电镀镍漂洗水回收利用。长沙力元新材料股份有限公司采用一套处理能力1200m3/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,N i2+的截留率> 99.5%。N i2+质量浓度>20g/L的浓缩液回用于电镀槽，或经负压蒸馏后得硫酸镍晶体再出售；透过液回用作漂洗水，或作为
其他工艺用水。整个系统的水回用率>98%，镍的回收率>97%。膜分离系统处理每吨废水的电耗为1.112k W・h，系统一般3～6个月清洗1次，清洗时1、2、3级膜分离系统同时进行。因而化学药剂的消耗也非常有限，经核算(考虑膜元件的折旧)，该系统的投资回收期约为2a，实现了废水资源化，取得了很好的经济效益和环境效益[4]。
4 本人拟采用的电镀废水处理方法反渗透技术结合在线监控系统在线处理电镀漂洗废水，从而达到对电镀漂洗工艺废水全过程污染控制的目的。电镀漂洗废水处理工艺全过程如下
:
在此过程中主要测定的2个参数是电导率和pH，因为这2个参数可以反映漂洗废水的水质情况，从而达到连续回用的目的。并且采用这种方法可以对不同镀种的废水同时进行处理，处理效率更高。
此工艺对不同电镀车间的电镀废水分别回收处理，将浓液浓缩到一定的程度之后及时回到电镀原液中
继续利用，而对于处理以后的纯水能够达到回用标准。这样一来就最终能够达到零排放的目标，也符合现在我国提出的清洁生产的要求，是一种很有前途的电镀废水处理模式。
5 反渗透技术处理时需注意的问题
5.1 反渗透膜的选择和成本分析
目前国际上生产反渗透膜的企业很多，我国市场上即有许多国产品牌的反渗透膜，又有不少进口品牌反渗透膜，各种膜在性能和价格上各有千秋，不同厂家生产的膜在抗污染能力、去除污染物的能力、产水量等方面的性能不同。不同废水含有的溶质及其浓度不同，性质也各异。用反渗透法时应注意废水的酸、碱、氧化性，以便选择合适的反渗透膜。对于膜的选择，现在很多膜生产企业都有自己的设计软件。能够根据水质选择膜的型号、渗透量、浓缩倍数等，并还能同时评估设计方案的可靠性、处理效果、膜的寿命等。
反渗透技术处理效果好，但其装置费用较高，随着膜材料的发展，高效膜的出现，其成本将会不断下降。反渗透技术用于重金属废水回用处理，一次性投资相对化学法和吸附法要高，但反渗透不需另外加药，处理后出水不需后续处理就可直接回用，运行费用低，回收的重金属产品也可获得不少利润，投资回收期短。
电镀前处理5.2 预处理
合理的预处理方法可以延长反渗透膜的使用寿命，降低水处理的成本，提高出水水质。反渗透技术使用中的一个关键问题是它的进水水质必须符合要求，否则膜很快被污染，这会大大影响膜的使用寿命。
应用反渗透技术处理重金属废水时，尽管膜
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第5期 包亚强等：反渗透技术处理与回用电镀废水的研究
对重金属离子有高分离率，但反渗透对处理液中的离子浓度还是有一定的要求，当金属离子浓度很高时，会造成渗透压升高，膜的分离性能降低，因此高浓度的重金属离子废水在进行反渗透处理前可先
进行化学沉淀，降低重金属离子浓度。合适的超滤预处理，也可以有效减少反渗透膜的结垢，增加反渗透的通量[5～10]。
5.3 工艺操作参数
根据原水水质特点，合理选择反渗透系统的工艺操作参数，可以提高出水水质。反渗透装置的主要工况参数为进水的pH、温度和运行压力等。在X Chai[11]等人的小试中，用卷式反渗透膜设备处理含Cu2+漂洗水，结果表明膜通量随膜压降和温度的增加而增加：温度不变时，渗透液的浓度随膜压降的升高而降低，降低的速率也随压降升高而降低，呈渐近线关系：离子的透过性与水对膜产生的膨胀作用有关[12]。
反渗透膜对重金属离子的截留率随pH下降而降低，不同的膜要求pH不同，一般控制在4～7比较好。随着膜技术的发展，反渗透膜的pH耐受范围在扩大,pH的使用下限一般为2，也有报道说用反渗透膜浓缩含铜的废液时，其浓缩液pH达0.9[13,14]。5.4 膜清洗
反渗透装置长期运行后，膜表面会逐渐积累各种污染物。比如无机物垢和金属氧化物等，这些物质沉积在膜表面上，会引起反渗透装置性能的下降。为了恢复膜的性能，需要对膜定期进行化学清洗和消毒。化学清洗时应根据膜的材质和污染物的种类选择合适的清洗剂。而定期的反冲洗能够最大限度地减少膜结垢，保证膜通量以延长膜的寿命、提高出水水质、增加产水量[15,16]。
以上这些注意点是在利用反渗透技术处理电镀废水时必须要注意的问题，从而避免不必要的损失。
6 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。尤其当对电镀镍漂洗水浓缩时，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。反渗透技术将为我国的环保事业作出重大贡献。今后随着制备技术的不断提高，反渗透技术处理重金属废水的工艺将会更有效、更经济，具有广泛的应用前景。
参考文献:
[1] 谭永文，张维润，沈炎章.反渗透工程的应用及发展
趋势[J].膜科学与技术,2003,23(4):110-115. [2]韩恩硕，杨惠琳.膜技术去除废水中重金属离子
[J].甘肃环境研究与监测,2002,15(2):116-118.
[3]李 健，张惠源，尔丽珠.电镀重金属废水治理技术的
发展现状(Ⅲ)[J].电镀与精饰,2003,25(5):31-34. [4]楼永通，陈益棠，王寿根.膜分离技术在电镀镍漂洗
水回收中的应用[J].膜科学与技术,2002,22(2):
43-46.
[5]张建国，罗 凯.膜技术在处理重金属废水中的应
用[J].矿业工程,2004,2(5):52-55.
[6]丁桓如，杜方正，王礼海.膜技术在我国电厂水处理
中的应用现状和前景[J].上海电力学院学报,
2002,18(3):24-28.
[7]Peng W,Escobar I C,W hiteDB.Efects of water che m is2
tries and p r operties of membrane on the perfor mance
and fouling-a model devel opment study[J].Journal
of Me mbrane Science,2004,238(1-2):33-46. [8]YoonY,Luep t owR M.Re moval of organic conta m inants
by RO and NF me mb[J].Journal of Me mb rane Sci2
ence,2005,261(1-2):7-86.
[9]楼永通，宋伟华，罗菊芬，等.1200mVd电镀废水膜
法回收工程[J].膜科学与技术,2004,24(5):43-
46.
[10]何少华，娄金生，熊正为，等.反渗透系统在饮用水
深度处理中的应用[J].南华大学学报(理工版),
2003,17(1):55-58.
[11]Q in J,W ai M,Oo M,et,al.A feasibility study on the
treat m ent and recycling of a waste water fr om metal
p lating[J].Journal of Me mbraneScience,2002,208(1
-
2):213-221.
[12]张启修.湿法炼铜领域中的膜技术[J].有金属,
2002,54(4):81-85.
[13]Yoon Y,Luep t ow R M.Reve me os mosis me mb r R Ile
ecti on f or eraatz Space m issi on wastewaters[J].W ater2
Research,2005,9(14):3298-3308.
[14]窦照英，张 烽，徐 平.反渗透水处理技术应用问
答[M].北京：化学工业出版社.2004.
[15]续曙光，李锁定，刘忠洲.我国膜分离技术研究、生
产现状及在水处理中的应用[J].环境科学进展,
1997,5(6):72-73.
[16]Heller M,Garlapati S,A ithala K.Expert me mb rane
syste m design and selecti on f or metal finishing waste
water treat m ent[J].Expert Syste m s with App licati ons,
1998,14(3):341-353.
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