膜分离技术处理电镀废水的实验研究.doc

1 膜分离技术处理电镀废水的实验研究摘要:本文采用纳滤+ 反渗透两级处理系统浓缩回收电镀铜漂洗废水。实验结果显示:在Δ P= MPa 条件下进行浓缩, 纳滤膜可以使料液浓缩近 10倍。纳滤膜对 Cu 离子的截留率在 96% 以上,对 COD 的截留率在 57% 以上。在Δ P= MP a 条件下进行浓缩,反渗透膜可以使料液浓缩近 10 倍。反渗透膜对 Cu 离子的截留率在 98% 以上,对 COD 的截留率在 67% 以上。随着料液浓度的增加,纳滤膜和反渗透膜的截留率会降低。关键词:膜分离纳滤反渗透浓缩电镀废水 1. 概述膜分离过程是以选择性透过膜为分离介质,借助于外界能量或膜两侧存在的某种推动力( 如压力差、浓度差、电位差等), 原料侧组分选择性地透过膜, 从而达到分离、浓缩或提 2 纯的目的。膜分离过程是物理过程, 不会发生相变, 其实质是两种不同物质的分离。目前, 膜分离技术受到广泛的注意且发展迅速, 已发展成为一种重要的分离方法, 在水处理、化工、环保等方面得到了广泛的应用[1] 。电镀废水一直是工业生产领域的一个重要污染源。电镀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***化物等, 有些属于致癌、致畸或致突变的剧毒物质, 对人类危害极大。另外,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。一般含电镀铜漂洗废水的含铜量在 30~ 200mg/L 左右,本文拟采用纳滤(NF)+ 反渗透(RO) 的组合工艺对该废水进行浓缩,使浓缩液的铜离子浓度达到镀液的回用要求。 2. 实验部分 实验设备实验所用膜分离设备为自制设备,设备简图如图 1 所示 3 1: 50L 不锈钢料液桶 2: 进水球阀 3: 柱塞泵头( 美国 CA T 泵头)4 :电机( 美国 ABB 电机)5 :压力表(0~ 4MPa) 6: 2540 不锈钢膜壳 7 :浓水出口针阀调节此针阀可以调节系统的运行压力 8 :玻璃转子流量计(0~ 10GPM) 9 :变频器调节变频器可以调节电机转速,从而调节进水压力和流量 10 :排空球阀 11 :循环冷却水出入口图1 实验装置简图 实验用膜纳滤膜 GE 公司 DK4040F 型抗污染纳滤膜 4 反渗透膜 GE 公司 SE4040F 型抗污染反渗透膜 实验料液实验料液参照苏州某台湾电路板(PCB) 生产商提供的料液组分自行配制。料液配方为 Cu2+ : 甲醛: 次亚磷酸钠=1 : 2: 4( 摩尔比) 。料液主要参数如下: Cu 离子浓度: COD : pH : 配置料液所用的为 RO 产水,电导率小于 3us/cm 。 分析方法铜离子的测定采用二乙氨基二硫代甲酸钠分光光度法。 CODCr 的测定采用***钾法,按 GB11914 1989 进行。 5 3. 实验结果与分析本文考察了压力、温度、 pH 值和运行时间对膜分离效果的影响。 一级纳滤分离过程 运行压力(Δ P) 对纳滤膜分离性能的影响压力实验采用全回流方式, 即浓水和产水全部回到料液桶, 并打开循环冷却水, 保证料液的浓度和温度恒定。在恒定的电机频率下, 调节浓水针阀, 可以使系统在不同的压力状态下运行。运行压力(Δ P) 对纳滤分离性能的影响曲线如图 2、3、4 所示。图2 膜通量(Jw) 随压力(Δ P) 变化曲线 6 图3 Cu 离子截留率(R1) 随压力(Δ P) 变化曲线图4 COD 截留率(R2) 随压力(Δ P) 变化曲线由图 2 可见,随着操作压力(Δ P) 提高,纳滤产水通量(Jw) 几乎呈线性增加。根据优先吸附——毛细孔流模型[3] : (1) 可知, 膜透过量(Jw) 和运行压力(Δ P) 呈线性关系。因此增加操作压力(Δ P) ,膜透过量(Jw) 则呈线性增加。由图 3 可知, Cu 离子截留率(R1) 会随着压力(Δ P) 增大而提高。当压力超过 MPa 时, Cu 离子截留率(R1) 随压力增大(Δ P) 而降低。由非平衡热力学模型的 Spiegler-Kedem 方程: 膜的真实截流率(2) 7 式中。可知,随着运行压力(Δ P) 增大,膜的透过量(Jw) 不断增大, F 值减小,膜的真实截留率 R’也随之增大。式中设则膜的表征截留率为(3) 结合式(2) 和(3) ,从式中不难看出,当运行压力(Δ P) 增大, 膜的真实截留率 R’增大。当R’增大时, cp/cm 比值减小, 同时由于k 减小(k 值正比于Jw的 1 次方),导致R 值上升。因此,表征截留率 R 也随着真实 R’的增大而增大。当压力超过 时, Cu 离子截留率