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        基于反滲透技術(shù)的重金屬廢水處理研究

        2020-02-04 07:43:51黃煒祺
        現(xiàn)代鹽化工 2020年5期
        關(guān)鍵詞:廢水處理環(huán)境污染重金屬

        黃煒祺

        摘 要:隨著科技日益發(fā)達,工業(yè)發(fā)展迅速,工業(yè)生產(chǎn)所產(chǎn)生的重金屬廢水嚴重污染水體,危害人類的身體健康,重金屬廢水處理已經(jīng)成為社會難題。為解決重金屬廢水問題,提出基于反滲透技術(shù)的重金屬廢水處理方法。該方法是通過對重金屬廢水和反滲透膜進行預處理,調(diào)整工藝操作參數(shù),對重金屬廢水進行加工處理,從而將重金屬廢水中的重金屬和水分離。通過實驗分析,對比論證重金屬廢水處理方法與傳統(tǒng)處理方法,發(fā)現(xiàn)前者的重金屬殘留率更低,從而證明重金屬廢水處理方法的有效性。

        關(guān)鍵詞:反滲透技術(shù);重金屬;廢水處理;環(huán)境污染

        隨著科技越來越發(fā)達,社會生產(chǎn)對環(huán)境造成污染,尤其是各個工廠的高速發(fā)展,隨之產(chǎn)生的工業(yè)重金屬廢水嚴重污染了水環(huán)境。工業(yè)重金屬廢水中含有鎘、鎳、汞、鋅等重金屬,是對環(huán)境和人類危害最大的工業(yè)廢水之一。尤為嚴重的是,重金屬廢水中的重金屬是不能被分解破壞的,只能轉(zhuǎn)移其存在位置和改變其物化形態(tài),因此,重金屬廢水處理已經(jīng)成為科研頭號問題。反滲透技術(shù)的原理是在高于溶液滲透壓的作用下,重金屬不能透過半透膜,從而將重金屬和水分離開來[1-2]。這是因為只有反滲透膜的膜孔徑僅為10 A左右,才能有效地去除水中的溶解鹽類、膠體、微生物、有機物、重金屬等,并且去除率為97%~98%。應用反滲透技術(shù)處理重金屬廢水,不僅能對環(huán)境起到保護作用,還能有效地避免重金屬離子流失,而且耗能低、體積小、不耗用大量酸堿、無二次污染、運行費用比較低、操作簡單、適用范圍比較廣[3]。所以,研究基于反滲透技術(shù)的重金屬廢水處理方法具有重要意義。

        1 重金屬廢水處理方法

        目前處理重金屬廢水的方法有很多種,如離子交換法、電解法、吸附法以及反滲透處理法等。重金屬廢水中含有數(shù)量較多且種類較多、成分復雜的重金屬離子,因此在對其進行處理時,采用反滲透技術(shù)往往會取得比較顯著的效果。

        反滲透法是指一種利用半透膜與高壓過濾的離子濃縮分離技術(shù),是利用反滲透的原理,采用半透膜將溶液和淡水隔開,促使作為溶劑的水分子透過半透膜,達成水與重金屬及其他溶質(zhì)分離的目的[4-5]。反滲透技術(shù)使用的反滲透膜,表面微孔孔徑一般小于1 nm。在使用反滲透技術(shù)的過程中,外加壓力必須大于溶液的滲透壓力,半透膜必須具有高透水性、高選擇性。

        隨著反滲透技術(shù)在重金屬廢水處理與回收中得到越來越廣泛的應用,必須要對其成本問題進行深入的思考。反滲透技術(shù)中的核心部分就是反滲透膜,能否選擇正確的反滲透膜對于廢水處理的效果有著極為關(guān)鍵的影響。如今,我國市場上已經(jīng)研發(fā)出了很多類型的反滲透膜,其具體功能與處理能力不一,因此其價格也不盡相同,但總體來說,反滲透膜的價格還是比較昂貴的,企業(yè)在選擇時一定要結(jié)合自身的實際情況,不要盲目選擇價格高的膜。

        1.1 預處理

        采用反滲透技術(shù)處理重金屬廢水時,必須做好預處理工作。這是因為反滲透膜對重金屬離子濃度有一定的要求,所以必須掌握正確的預處理方法,才能達到控制和降低重金屬離子濃度的目的,延長反滲透膜的使用壽命,降低水處理的成本,提高出水水質(zhì),處理重金屬廢水的流程才能正常進行。

        雖然反滲透技術(shù)處理重金屬廢水就是靠反滲透膜分離重金屬和水,但是當重金屬離子濃度很高時,會造成滲透壓升高,降低膜的分離性能,所以必須對重金屬廢水中的重金屬離子濃度進行檢測,采用化學沉淀降低重金屬廢水中重金屬離子濃度,濃度合格后,才可以進行下一步操作,而且合適的預處理程序也可以有效減少反滲透膜的結(jié)垢,增強反滲透膜的分離效果。

        1.2 調(diào)整工藝操作參數(shù)

        采用反滲透技術(shù)處理重金屬廢水,需要根據(jù)重金屬的性質(zhì),選擇合理的工藝操作參數(shù),如針對鐵、銅、鋅等,需要使用不同的方法進行加工,才能提高處理水的水質(zhì)。因此在使用反滲透技術(shù)處理重金屬廢水時,需要考慮工藝操作參數(shù)。根據(jù)不同的重金屬廢水,選擇合適的反滲透膜。反滲透膜分離重金屬和水的效率隨著pH下降而降低,而且采用不同的反滲透膜對pH的要求也不一樣,不過一般控制在4~7;要求溫度低于40 ℃,因為反滲透膜的分離程度隨膜壓降和溫度的升高而加深,溫度不變時,重金屬廢水的濃度隨膜壓降的升高而降低,降低的速率也隨壓降升高而降低,呈漸近線關(guān)系,離子的透過性與水對膜產(chǎn)生的膨脹作用有關(guān)[6]。確定反滲透膜膜質(zhì)材料后,再確定重金屬廢水的流入量和處理好的水的流出量,控制橫向流速,設(shè)計最佳膜面橫流速度,減少重金屬濃液在膜表面的堆積,從而避免重金屬濃液對膜表面產(chǎn)生的不利影響。

        1.3 清洗反滲透膜

        考慮到成本問題,并不能每使用一次就更換一次反滲透膜,在反滲透裝置長時間運行后,反滲透膜表面會逐漸積累各種污染物,如無機污垢和金屬氧化物等。這些污染物會引起反滲透裝置性能的下降,因此,需要對反滲透膜進行化學清洗和消毒。在這個過程中,必須根據(jù)反滲透膜的材質(zhì)和污染物的種類選擇合適的清洗劑,定期對反滲透膜進行化學清洗和消毒,從而最大限度地減少反滲透膜結(jié)垢,保證反滲透膜的分離效率,延長使用壽命,提高出水水質(zhì),增加產(chǎn)水量[7-8]。

        1.4 重金屬廢水加工

        經(jīng)過預處理和調(diào)節(jié)反滲透技術(shù)的工藝參數(shù),就可以對重金屬廢水進行處理,處理流程如圖1所示。在使用反滲透技術(shù)處理重金屬廢水的過程中,操作壓力為1.0~10.0 MPa,促使重金屬廢水透過反滲透膜,形成水和重金屬濃液,從而截留廢水中的重金屬離子,將重金屬和水分離,完成重金屬廢水處理。

        2 實驗論證分析

        為保證本研究提出的重金屬廢水處理方法的有效性,需要進行實驗論證分析。因為重金屬廢水處理方法主要針對的是重金屬廢水處理,重金屬殘留情況證明重金屬廢水處理方法的有效性,所以,通過判定重金屬廢水中重金屬殘留率,對比論證本研究提出的重金屬廢水處理方法與傳統(tǒng)處理方法。在實驗過程中,保證實驗器材完整、干凈、無污染,實驗人員專業(yè),使用兩種方法分別處理同一廠里同一批工業(yè)廢水,再針對兩種方法處理好的重金屬廢水,檢測其中重金屬的殘留情況,檢測結(jié)果如圖2所示。

        從圖2中可以看出,本研究提出的重金屬廢水處理方法的重金屬殘留率在10%~20%,5次試驗中,有3次重金屬殘留率達到了10%,只有一次重金屬殘留率達到了20%;而傳統(tǒng)處理方法重金屬殘留率卻在20%~40%,5次實驗中有3次實驗重金屬殘留率維持在25%~30%,最高一次重金屬殘留率甚至達到了35%。由此可見,本研究提出的重金屬廢水處理方法的重金屬殘留率比傳統(tǒng)處理方法低,從而證明本研究提出的重金屬廢水處理方法的有效性,其可以較好地處理重金屬廢水中的重金屬,減少重金屬污染,保護水環(huán)境。

        3 結(jié)語

        驗證結(jié)果表明,基于反滲透技術(shù)的重金屬廢水處理方法處理過的重金屬廢水已經(jīng)達到國家規(guī)定的重金屬廢水排放標準,還可以回收部分水資源和濃縮的重金屬,進行二次利用。對重金屬廢水處理的研究并不全面,還存在許多不足,需要改進。因此,還需要對重金屬廢水處理方法進行研究,從而減少重金屬污染,保護水環(huán)境。

        [參考文獻]

        [1] 沈倩,徐孫杰,許振良,等.含重金屬廢水膜分離技術(shù)的應用進展[J].山東化工,2019,48(5):59-65.

        [2] 楊二帥,蔡曉君,周梅,等.重金屬廢水的處理技術(shù)研究[J].當代化工,2018,47(1):167-170.

        [3] 王志穎.重金屬廢水污染治理方法探究[J].華北水利水電大學學報(社會科學版),2018,34(3):24-27.

        [4] 廖冠.全膜法處理線路板重金屬廢水[J].廣東化工,2018,45(12):200-201.

        [5] 吳學信,馮志誠.重金屬廢水處理技術(shù)和資源化問題研究[J].環(huán)境與發(fā)展,2018,30(2):127-128.

        [6] 岳云波,陳白陽,段炫彤,等.反滲透技術(shù)在污廢水深度處理中的應用及研究進展[J].水處理技術(shù),2018(1):1-6.

        [7] 陳燕彬.反滲透膜技術(shù)在冶金廢水深度處理中的應用[J].當代化工研究,2018(5):116-117.

        [8] 張玲,張郡,劉歡,等.人工濕地-燈心草處理系統(tǒng)對高濃度重金屬污水的凈化效果研究[J].云南化工,2019(4):49-51.

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