目前常见的膜分离过程可分为以下几种,反渗透、电渗析、微滤、超滤、纳滤等。
一 反渗透
反渗透(R0)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。由此可见,实现反渗透过程必须具备两个条件:一是必须有一种高选择性的半透膜;二是操作压力必须高于溶液的渗透压(反渗透的操作压强在膜分离技术中也是最高的)。
反渗透技术自二十世纪七十年代开始用于电镀废水处理,并逐渐推广到其他重金属废水处理领域,主要用于局部回收水和有用物质,或者作为中间浓缩或脱盐装置。目前,已大规模用于镀Zn,Ni,Cr漂洗水和混合重金属废水处理。反渗透几乎截留所有无机物质,特别适宜稀溶液的浓缩,但对浓度较高的溶液的处理将受到渗透压和膜本身耐压的限制,水回收率较低。
二 电渗析技术
电渗析是在直流电场的作用下,溶液中的带电离子选择性地透过离子交换膜的过程,电渗析膜装置同时包含有一个阳离子交换膜和一个阴离子交换膜。处理电镀废水时,阳离子膜只允许阳离子通过,阴离子膜只允许阴离子通过,在电流作用下,电镀废水得到浓缩和淡化。电渗析法在电镀废水处理中具有技术可靠,操作费用低,占地面积小,不产生废渣的优点。但浓缩重金属离子浓度有一定限度,膜分离效率随时间衰退需定期更换,能耗较高,而且某些微粒不能完全除去。目前常采用的电渗析技术有:中高温电渗析工艺、倒极电渗析工艺EDR、双极膜电渗析工艺、填充床电渗析工艺EDI等。
三 微滤和超滤
微滤(MF)和超滤(UF)都是在压差推动力作用下进行的筛孔分离过程,微滤和超滤膜分离技术是一项广泛应用于溶液物质分离、水质净化的膜分离技术。微滤和超滤膜的分离原理都是筛分,即在一定的压力下,当含有高分子(或大分子)和低分子(或小分子)溶质的混合液流过膜表面时,溶剂和小于膜孔径的溶质透过膜,成为渗透液被收集,大于膜孔径的溶质被膜截留而作为浓缩液回收。微滤和超滤分离为动态膜过滤分离过程,是目前应用范围最广最为成熟的膜分离技术,可在常温、低压下运行,无相变,具有操作简单、能耗低、通量大等特点。
由于孔径的关系,超滤或者微滤一般不能截留无机金属离子,若借助于其他物理或者化学过程,将重金属离子转变为粒径较大的离子,就可以与微滤或者超滤相结合来分离重金属。目前主要有沉淀一微滤、胶束强化超滤、聚合物强化超滤/微滤等工艺用于电镀废水处理。
四 纳滤
纳滤(NF)是8O年代中期发展起来的介于超滤和反渗透之间的同属于压力驱动的新型膜分离技术,其截留分子量是在80~1000的范围,孔径多为几纳米。纳滤膜分离原理:(1)由于纳滤膜具有纳米级孔径,因此其对中性粒子具有筛分效应;(2)又因为大多数纳滤膜都荷电,其与电解质离子间形成静电作用,随着电解质盐离子的电荷强度不同,膜对离子的截留率也不同。而在含有不同价态离子的多元体系中。由于道南(DONNAN)效应,使得膜对不同离子的选择性不一样。不同的离子通过膜的比例也小相同;(3)当无机膜上嫁接了螯合基团时,通过其对金属离子的螯合作用,使达到回收金属离子的作用。
纳滤膜对无机盐的截留效果主要取决于膜对离子的电荷效应的强弱。纳滤对于二价及多价金属离子有较高的截留率,对一价和高价金属离子具有一定的选择性,尽管纳滤技术发展较快,但是纳滤膜技术仅仅只是被用到电镀含镍废水的处理,该过程中的浓差极化会导致水通量和脱盐率显著降低,也往往会引起一些难溶盐在膜上沉淀。因此实际应用中应注重集成工艺的开发和过程的优化。膜过程的优化需要较准确的纳滤膜滤膜分离性能的预测值,而目前的纳滤膜的分离模型大多仅考虑了道南效应和空间位阻效应,而忽略了因表面动电效应所引起的膜内表面溶质和溶剂的反常扩散,因此不能很好的预测纳滤膜性能,纳滤膜分离机理和模型尚需深入研究。
如何有效地控制和治理电镀废水中污染是环境治理中亟待解决的难题之一。随着新的电镀污染物排放标准的颁布,对电镀废水排放要求更为严格。重金属是电镀废水中所含的一类重要污染物,许多企业在对电镀废水进行处理的同时,电镀废水中的有价值金属,具有资源回收价值,应加大了废水和重金属等污染物资源化的程度。
以上的介绍表明,利用膜分离技术,可从电镀废水中回收重金属和水资源,可有效减少污染物的排放,减轻环境污染,改善生态环境,实现电镀的清洁生产,具有明显的社会效益和经济效益;通过选择不同的分离膜和将不同的膜过程进行组合,可以有效的实现废水的回用和重金属的资源化。随着膜分离机理研究的不断深入和膜材料性能的提高,膜分离技术在电镀废水处理和资源化过程中将起着重要的作用。相信将来膜分离技术日渐成熟,必将为电镀行业带来更多的收益。