電鍍生產(chǎn)過(guò)程中的高用水量以及排放出的重金屬對(duì)水環(huán)境的污染，極大地制約了電鍍工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。傳統(tǒng)的電鍍廢水處理工藝成本過(guò)高，重金屬未經(jīng)回收便排放到水體中，極易對(duì)生物造成危害。而膜分離技術(shù)對(duì)水與重金屬進(jìn)行循環(huán)利用，經(jīng)過(guò)膜分離技術(shù)處理的電鍍廢水，可以實(shí)現(xiàn)重金屬的“零排放”或“微排放”，使生產(chǎn)成本大大降低。

電鍍是利用化學(xué)和電化學(xué)方法在金屬或在其它材料表面鍍上各種金屬。電鍍技術(shù)廣泛應(yīng)用于機(jī)器制造、輕工、電子等行業(yè)。

電鍍廢水的成分非常復(fù)雜，除含氰(CN-)廢水和酸堿廢水外，重金屬?gòu)U水是電鍍業(yè)潛在危害性極大的廢水類別。根據(jù)重金屬?gòu)U水中所含重金屬元素進(jìn)行分類，一般可以分為含鉻(Cr)廢水、含鎳(Ni)廢水、含鎘(Cd)廢水、含銅(Cu)廢水、含鋅(Zn)廢水、含金(Au)廢水、含銀(Ag)廢水等。電鍍廢水的治理在國(guó)內(nèi)外普遍受到重視，研制出多種治理技術(shù)，通過(guò)將有毒治理為無(wú)毒、有害轉(zhuǎn)化為無(wú)害、回收貴重金屬、水循環(huán)使用等措施消除和減少重金屬的排放量。隨著電鍍工業(yè)的快速發(fā)展和環(huán)保要求的日益提高，目前，電鍍廢水治理已開始進(jìn)入清潔生產(chǎn)工藝、總量控制和循環(huán)經(jīng)濟(jì)整合階段，資源回收利用和閉路循環(huán)是發(fā)展的主流方向。

1、電鍍重金屬?gòu)U水治理技術(shù)的現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的電鍍廢水處理方法有：化學(xué)法，離子交換法，電解法等。但傳統(tǒng)方法處理電鍍廢水存在如下問(wèn)題：

(1)成本過(guò)高——水無(wú)法循環(huán)利用，水費(fèi)與污水處理費(fèi)占總生產(chǎn)成本的15%~20%;

(2)資源浪費(fèi)——貴重金屬排放到水體中，無(wú)法回收利用;

(3)環(huán)境污染——電鍍廢水中的重金屬為“永遠(yuǎn)性污染物”，在生物鏈中轉(zhuǎn)移和積累，最終危害人類健康。

采用膜法技術(shù)為電鍍廢水處理提供完美解決方案，促進(jìn)電鍍工業(yè)技術(shù)升級(jí)。其主要特點(diǎn)：

(1)降低成本——水與貴重金屬循環(huán)利用，減少材料消耗

(2)回收資源——貴重金屬回收利用

(3)保護(hù)環(huán)境——廢水零排放或微排放

電鍍生產(chǎn)過(guò)程中的高用水量以及排放出的重金屬對(duì)水環(huán)境的污染，極大地制約了電鍍工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。傳統(tǒng)的電鍍廢水處理工藝成本過(guò)高，重金屬未經(jīng)回收便排放到水體中，極易對(duì)生物造成危害。而膜分離技術(shù)對(duì)水與重金屬進(jìn)行循環(huán)利用，經(jīng)過(guò)膜分離技術(shù)處理的電鍍廢水，可以實(shí)現(xiàn)重金屬的“零排放”或“微排放”，使生產(chǎn)成本大大降低。

利用膜分離技術(shù)，可從電鍍廢水中回收重金屬和水資源，減輕或杜絕它對(duì)環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)電鍍的清潔生產(chǎn)，對(duì)附加值較高的金、銀、鎳、銅等電鍍廢水用膜分離技術(shù)可實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán)，并產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于綜合電鍍廢水，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的物理化學(xué)法處理后，采用膜分離技術(shù)可回用大部分水，回收率可達(dá)60%～80%，減少污水總排放量，削減排放到水體中的污染物。

反滲透系統(tǒng)在日常的運(yùn)行中，難免會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)的無(wú)機(jī)物結(jié)垢、膠體顆粒物的沉積、微生物的滋生、化學(xué)污染以及其它問(wèn)題，這些因素影響著系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。下面主要闡述膜系統(tǒng)在日常中出現(xiàn)的問(wèn)題及控制方法。

一、無(wú)機(jī)物的結(jié)垢

在水中存在Ca²⁺、Mg²⁺、Ba²⁺、Sr²⁺、CO₃^2-、SO₄^2-、PO₄^3-、SiO₂等離子。在一般的情況下是不會(huì)造成無(wú)機(jī)物結(jié)垢，但是在反滲透系統(tǒng)中，由于源水一般濃縮4倍，并且pH也有較大的提高，因此比較難溶解的物質(zhì)就會(huì)沉積，在膜表面形成硬垢，導(dǎo)致系統(tǒng)壓力升高、產(chǎn)水量下降，嚴(yán)重的還會(huì)造成膜表面的損傷，使系統(tǒng)脫鹽率降低。

衡量水質(zhì)是否結(jié)垢有兩種計(jì)算方法：

控制苦咸水結(jié)垢指標(biāo)

對(duì)于濃水含鹽量TDS≤10,000mg/L的苦咸水，朗格利爾指數(shù)(LSIC)作為表示CaCO3結(jié)垢可能性的指標(biāo)：

LSIC=pHC-pHS

式中：LSIC：反滲透濃水的朗格利爾指數(shù)

pHC：反滲透濃水pH值

pHS：CaCO₃溶液飽和時(shí)的pH值

當(dāng)LSIC≥0，就會(huì)出現(xiàn)CaCO₃結(jié)垢。

控制海水及亞海水結(jié)垢指標(biāo)及處理方法：

當(dāng)濃水含鹽量TDS>10,000mg/L的高鹽度苦咸水或海水水源，斯蒂夫和大衛(wèi)飽和指數(shù)(S&DSIC)作為表示CaCO3結(jié)垢可能性的指標(biāo)。

S&DSIC=pHC-pHS

式中：S&DSIC：反滲透濃水的斯蒂夫和大衛(wèi)飽和指數(shù)

pHC：反滲透濃水pH值

pHS：CaCO₃溶液飽和時(shí)的pH值

當(dāng)S&DSIC≥0，就會(huì)出現(xiàn)CaCO₃結(jié)垢。其它無(wú)機(jī)鹽結(jié)垢預(yù)處理的控制方案碳酸鈣結(jié)垢預(yù)處理的控制方案在反滲透系統(tǒng)的結(jié)垢中，以碳酸鹽垢為主，大多數(shù)地表水和地下水中的CaCO₃幾乎呈飽和狀態(tài)，由下式表示CaCO₃化學(xué)平衡：Ca2++HCO3–<--->H++CaCO₃

從化學(xué)平衡式可以看出，要抑制CaCO₃的結(jié)垢，有幾種途徑：

降低Ca²⁺的含量

降低了Ca²⁺含量，可以使化學(xué)平衡向左側(cè)移動(dòng)，不利于形成CaCO₃垢。

達(dá)到這種目的的方法有：離子交換軟化法、石灰軟化法、電滲析、納濾等方法，他們都能有效地降低的Ca²⁺含量，從而達(dá)到抑制鈣垢的生成。

Ca²⁺的增溶

主要是以增加Ca²⁺的溶解度，從而降低結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)。

方法：添加螯合劑、阻垢劑，增加Ca²⁺的溶解度，使平衡向左移動(dòng)。

調(diào)節(jié)pH值

主要是通過(guò)添加無(wú)機(jī)酸，從而提高H+的濃度，使平衡向左移動(dòng)。化學(xué)原理如下：

CO2+H2O<--->H2CO3――――⑴

H2CO3<--->H++HCO3-――――⑵

HCO3-<--->H++CO32-――――⑶

二、膠體、顆粒物沉積

膠體、顆粒物污染是比較常見的反滲透系統(tǒng)污染。水中大量存在粘泥、膠體硅、金屬的氧化物及有機(jī)質(zhì)等顆粒物，在反滲透系統(tǒng)預(yù)處理中可以將源水中的這些污染源控制在一定程度，不致使對(duì)系統(tǒng)短期運(yùn)行造成一定的影響。但由于系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行預(yù)處理處理效果不理想、預(yù)處理反沖洗不徹底、操作人員的日常操作不到位等原因，都會(huì)造成系統(tǒng)膠體、顆粒物的污染。

針對(duì)膠體污染，通過(guò)淤泥密度指數(shù)(SiltDensityIndex，SDI)來(lái)衡量。SDI數(shù)值反應(yīng)了在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，孔徑為0.45um測(cè)試膜片被測(cè)試給水中的淤泥、膠體、黏土、硅膠體、鐵的氧化物、腐植質(zhì)等污染物堵塞的比率和污染程度。

測(cè)試如下：首先應(yīng)充分排除過(guò)濾池中的空氣壓力，使給水以30psi的恒定壓力通過(guò)直徑為Φ47mm、孔徑為0.45um的測(cè)試濾膜后開始測(cè)定：首先測(cè)定開始通過(guò)濾膜的500毫升水所需要的時(shí)間T0;在使水連續(xù)通過(guò)濾膜15分鐘(T)后，再次測(cè)得通過(guò)濾膜的500毫升水所需要的時(shí)間T1;在取得以上3個(gè)時(shí)間數(shù)據(jù)之后，由此可以計(jì)算出該水源的SDI值：

即SDI=(1-T0/T1)×100/T

在實(shí)際中，當(dāng)T1為T0的四倍時(shí)，SDI為5;在SDI為6.7時(shí)，水會(huì)完全堵塞測(cè)試膜，而無(wú)法取得時(shí)間數(shù)據(jù)T1，在這種情況下需要對(duì)反滲透預(yù)處理系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，使其SDI值降至5.0以下。SDI值不能反應(yīng)完全反滲透系統(tǒng)的污堵情況，因?yàn)镾DI儀測(cè)試是死端過(guò)濾，而反滲透系統(tǒng)是錯(cuò)流過(guò)濾。

為了防止反滲透系統(tǒng)膠體污染，我們要求進(jìn)水SDI值小于5(最好是小于3)，這樣有利于系統(tǒng)長(zhǎng)期安全運(yùn)行。

降低反滲透進(jìn)水膠體、顆粒物污染最有效的方法：

合適的預(yù)處理(錳砂過(guò)濾、多介質(zhì)過(guò)濾、活性炭過(guò)濾、超濾、微濾等等);

添加膠體分散劑;

系統(tǒng)預(yù)防性的清洗;

三、微生物的污染

自來(lái)水一般通過(guò)控制余氯來(lái)抑制微生物的滋生，但是余氯有較強(qiáng)的氧化性，它能使反滲透膜表面氧化，影響膜的壽命和產(chǎn)水水質(zhì)，因此反滲透系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)余氯要求非常嚴(yán)格(<0.1)，這給微生物的生存繁殖提供了有利的環(huán)境。微生物生長(zhǎng)及排泄出的酸性粘泥會(huì)堵塞膜的微孔，致使壓差上升，給系統(tǒng)的安全運(yùn)行埋下了嚴(yán)重的安全隱患。

微生物的污染也是最常見的污染，經(jīng)過(guò)大量的元件解剖及污染物分析實(shí)驗(yàn)，大多數(shù)污染是由微生物的繁殖引起的。

微生物污染過(guò)程主要有以下階段：第一階段腐殖質(zhì)、聚糖至于其他微生物代謝產(chǎn)物等大分子在膜面上的吸附，形成具備微生物生存條件的生物膜;第二階段進(jìn)水微生物中黏附速度快的細(xì)胞形成初期黏附過(guò)程(生物膜生長(zhǎng)緩慢);第三階段后續(xù)大量菌種的黏附，特別是EPS(細(xì)胞聚合物，ExtracelluarPolymers。它黏附在膜面上的細(xì)胞體包裹起來(lái)，形成黏度很大的稅和凝膠層，進(jìn)一步增強(qiáng)了污垢和膜的結(jié)合力)的形成，加劇了微生物的繁殖和群聚;第四階段生物污染的最終形成階段，生物膜的生長(zhǎng)和脫除達(dá)到平衡。造成膜的不可逆的堵塞氏過(guò)濾阻力上升，膜通量下降。

抑制反滲透系統(tǒng)微生物繁殖的方法：

反滲透進(jìn)水微生物的控制。通過(guò)源水的菌藻控制(一般通過(guò)控制余氯)，盡量減少預(yù)處理的死角，防止微生物繁殖;

反滲透系統(tǒng)微生物控制。通過(guò)連續(xù)式或間歇式加入非氧化性且對(duì)膜沒(méi)有影響的殺菌劑，可以有效地控制和殺死反滲透系統(tǒng)滋生的微生物，再通過(guò)濃水將其帶出系統(tǒng)。

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