膜分離技術(shù)用于廢水中金屬的分離和回收

膜分離技術(shù)用于廢水中金屬的分離和回收黃萬(wàn)撫;劉玉嬌;李新冬;梁娟;李英杰;陳洋【摘要】廢水中的金屬元素是污染環(huán)境的主要因素之一，對(duì)廢水中的金屬元素進(jìn)行分離回收可以充分利用資源，減少污染。通過(guò)膜分離技術(shù)進(jìn)行二次金屬資源的回收和水的回用處理已有大量研究，并在工程實(shí)踐中獲得效益。綜述了幾種常見(jiàn)的膜分離技術(shù)，分析了各種技術(shù)在金屬分離及回收中的適用條件和局限性，并對(duì)膜分離技術(shù)在金屬?gòu)U水資源化中的應(yīng)用前景及發(fā)展進(jìn)行了展望。%Themainfactorofenvironmentalpollutionismetalelementsinwastewater.Theseparationandrecoveryofmetalelementsfromwastewatercanmakefulluseofresourcesandreducepollution.Numerousresearchesonthesecondaryrecoveryofmetalresources,aswellasthereuseandtreatmentofwater,bymembraneseparationtechnologyareaccomplished,andbenefitshavebeenobtainedinengineeringpractice.Severalkindsofcommonmembranese-parationtechnologiesaresummarized.Appropriateconditionsandlimitationsofvariouskindsofmetalseparationandrecoverytechnologiesareanalyzed.Theapplicationprospectanddevelopmentofmembraneseparationtechnologyfortheutilizationofmetal-containingwastewaterarepredicted.【期刊名稱(chēng)】《工業(yè)水處理》【年(卷)，期】2016(036)007【總頁(yè)數(shù)】6頁(yè)(P5-10)【關(guān)鍵詞】膜分離技術(shù);金屬;廢水處理;膠團(tuán)強(qiáng)化超濾【作者】黃萬(wàn)撫瀏玉嬌;李新冬;梁娟;李英杰;陳洋【作者單位】江西理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西贛州341000;江西理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西贛州341000;江西理工大學(xué)建筑與測(cè)繪工程學(xué)院，江西贛州I341000;江西理工大學(xué)建筑與測(cè)繪工程學(xué)院，江西贛州I341000;江西理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西贛州I341000;江西理工大學(xué)建筑與測(cè)繪工程學(xué)院，江西贛州341000【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類(lèi)】X703.1從金屬?gòu)U水中分離回收金屬元素的方法，主要分為兩大類(lèi)：物化法和生化法。物化法包括吸附、電解、蒸發(fā)、結(jié)晶、磁分離、凍熔、離子交換、氫氧化物沉淀、硫化物沉淀、絮凝、過(guò)濾、溶劑萃取和螯合離子吸附等方法，這些方法都基于一定的化學(xué)反應(yīng)，藥劑消耗量大，易造成二次污染；生化法主要有生物吸附法〔1-3〕。生物吸附工藝可以處理多種類(lèi)型的廢水，可以?xún)?yōu)先選擇性吸附重金屬離子，與其他工藝相比也有很多優(yōu)勢(shì)，但亦存在許多缺陷，如生物吸附劑的固定化及使用后的生物吸附物的去向等問(wèn)題，生物吸附法回收重金屬未能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用〔4〕。膜分離過(guò)程是利用膜的選擇透過(guò)性，借助于外界能量或化學(xué)位差的推動(dòng)，使一定粒徑或帶一定電荷的分子或離子透過(guò)膜孔，其他部分則被截留，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)兩組分或多組分混合液體或氣體的分離、分級(jí)、提純以及濃縮富集〔5-6〕。膜分離技術(shù)作為一種新型分離技術(shù)，與傳統(tǒng)工藝相比，具有效率高、操作方便、無(wú)相變、能耗低、適用范圍廣等優(yōu)勢(shì)，在海水淡化、食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、生物化工、環(huán)境保護(hù)、濕法冶金等諸多領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。到20世紀(jì)80年代反滲透、納濾、超濾、微濾、液膜、氣體分離等各種膜技術(shù)均開(kāi)始迅速發(fā)展，關(guān)于膜分離技術(shù)分離廢水中的金屬離子的研究也越來(lái)越多，其中提取廢水中的金屬主要是通過(guò)無(wú)固體支撐液膜分離技術(shù)，1985年美國(guó)通用電器開(kāi)發(fā)的廢水中金屬離子回收的連續(xù)化工藝，就是采用新發(fā)展起來(lái)的液膜分離技術(shù)。通過(guò)反滲透和納濾處理金屬?gòu)U水較多，而主要目的是實(shí)現(xiàn)水的回用，由于發(fā)展初期受到膜材料和膜分離機(jī)理研究少的限制，幾乎沒(méi)有用反滲透和納濾進(jìn)行金屬資源濃縮回收的研究。隨著社會(huì)進(jìn)步和膜分離技術(shù)的發(fā)展，膜分離技術(shù)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，在二次金屬資源分離回收中也發(fā)揮重要價(jià)值。1.1反滲透技術(shù)反滲透是利用反滲透膜選擇性地只能透過(guò)溶劑（通常是水）而截留離子物質(zhì)的性質(zhì)，通過(guò)對(duì)膜一側(cè)的料液施加壓力，克服溶劑的滲透壓，使溶劑通過(guò)反滲透膜而實(shí)現(xiàn)對(duì)液體混合物的分離〔7〕。陳明等〔8〕采用兩段反滲透工藝回收金銅礦山酸性廢水中的銅，在工作壓強(qiáng)3.0MPa，進(jìn)水流量20L/h條件下，使Cu2+由41.64mg/L濃縮至376.8mg/L，濃縮約9倍，隨后采用浮選法回收濃縮液中的銅，回收率74%。田曉媛等〔9〕采用反滲透法從有色冶金酸性無(wú)機(jī)復(fù)合重金屬?gòu)U水中回收重金屬，廢水含Cu2+、Zn2+、Cr3+、Pb2+,質(zhì)量濃度約5~30mg/L。實(shí)驗(yàn)探究了壓強(qiáng)、運(yùn)行時(shí)間、濃淡比對(duì)反滲透膜處理效果的影響，最終Cu2+、Zn2+、Cr3+、Pb2+的截留率分別達(dá)到99.8%、97.0%、97.8%、97.9%。反滲透膜處理金屬?gòu)U水不僅可以使廢水達(dá)標(biāo)排放，還可以回收其中的金屬資源，而且操作簡(jiǎn)單，但使用反滲透膜需要較大的操作壓強(qiáng)，運(yùn)行成本高，金屬?gòu)U水需要進(jìn)行充分的預(yù)處理以減少膜污染，延長(zhǎng)膜的使用壽命。反滲透對(duì)金屬離子的分離幾乎不具有選擇性，不能用于混合金屬離子的分離，適用于稀溶液的濃縮，對(duì)于高濃度溶液則易受高滲透壓和膜本身的耐壓性的限制〔10〕。當(dāng)前研究的重點(diǎn)是開(kāi)發(fā)低壓、抗污染的反滲透膜。1.2納濾技術(shù)納濾膜獨(dú)特的分離性能使其在廢水中金屬濃縮分離方面有很高的利用價(jià)值。王少明等〔11〕采取截留液全循環(huán)工藝，使用納濾膜技術(shù)濃縮分離含鎳離子溶液。實(shí)驗(yàn)探究了操作壓強(qiáng)、進(jìn)料液流量和原水Ni2+質(zhì)量濃度對(duì)截留率和膜通量的影響，結(jié)果表明在1.4MPa的恒定壓強(qiáng)下，含Ni2+3900mg/L的原水最高可濃縮至23510mg/L,濃縮約6倍，Ni2+截留率在99.6%~99.8%。E.Cesfalvay等〔12〕進(jìn)行了納濾膜和反滲透膜回收Cu2+的研究，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中分別建立了反滲透膜和納濾膜分離模型，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合。結(jié)果表明，壓強(qiáng)不是影響Cu2+截留率的主要因素，納濾和反滲透都可以使Cu2+截留率達(dá)到95%以上，使用反滲透對(duì)提高處理效率效果不明顯。因此在進(jìn)行金屬離子分離濃縮時(shí)使用納濾膜就可以達(dá)到處理要求，同時(shí)比反滲透節(jié)能。納濾膜比反滲透更適合大面積工業(yè)化應(yīng)用〔13〕。納濾膜因其獨(dú)特的分離性能，不同金屬離子分離濃縮效率受到更多復(fù)雜因素的影響，需要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)研究和更詳細(xì)的結(jié)果分析。針對(duì)金屬離子的混合溶液，主要根據(jù)不同離子在不同條件下體現(xiàn)出來(lái)不同的Donnan交攵應(yīng)來(lái)改變組合工藝和運(yùn)行條件，從而同時(shí)實(shí)現(xiàn)不同金屬離子的分離和濃縮回收。1.3膜電解技術(shù)膜電解技術(shù)是膜滲析和電解技術(shù)的結(jié)合，利用金屬離子的氧化還原特性，在電場(chǎng)作用下取代陰極的析氫反應(yīng)，在陰極富集〔14〕。膜電解技術(shù)處理含鎳廢水最為成熟〔15〕。周鍵等〔16〕采用雙膜三室電沉積法通過(guò)離子交換膜電解回收含鎳廢水中的鎳，同時(shí)消除陽(yáng)極產(chǎn)氯問(wèn)題。在實(shí)驗(yàn)得出的優(yōu)化條件下，鎳的回收率達(dá)82.3%，電流效率高達(dá)85.3%。T.Z.Sadyrbaeva〔17〕研究了通過(guò)液膜與膜電解技術(shù)耦合回收廢液中低濃度的Co2+,結(jié)果表明膜電解-液膜耦合過(guò)程同時(shí)實(shí)現(xiàn)了。。2+的萃取、分離、電沉積，電場(chǎng)的存在促進(jìn)了Co2+在有機(jī)相中的傳質(zhì)過(guò)程，通過(guò)改變電流密度、料液種類(lèi)和濃度、運(yùn)行時(shí)間等參數(shù)，原液中的Co2+全部被去除，其中約45%沉積在陰極電極，其余殘留在陰極液中被濃縮。連續(xù)電去離子技術(shù)（EDI）是將膜電解與離子交換相結(jié)合的技術(shù)，在低濃度重金屬?gòu)U水資源化過(guò)程中有重要意義〔18〕。LuHuixia等〔19〕通過(guò)電去離子技術(shù)回收稀溶液中的Ni2+，并制備純水，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的EDI模塊有4個(gè)稀釋室、5個(gè)濃縮室、1個(gè)陰極和陽(yáng)極的保護(hù)室和2個(gè)電極室，含55mg/LNi2+的原水經(jīng)處理后，濃水中的Ni2+達(dá)到1263mg/L，清水中的Ni2+低于0.05mg/L，純水電阻達(dá)到2.02~2.59MQ?cm。與膜電解技術(shù)相比，電去離子技術(shù)處理低濃度廢水時(shí)也有較高的電流效率，另外，不需要單獨(dú)進(jìn)行離子交換樹(shù)脂的再生。電解法是一種很有吸引力的方法，可以通過(guò)改變極室的設(shè)計(jì)將廢水中的金屬離子濃縮較高的倍數(shù)，達(dá)到二次金屬資源回收的目的，同時(shí)可以進(jìn)行純水生產(chǎn)。膜電解過(guò)程中不需添加化學(xué)藥劑，反應(yīng)時(shí)間短、工藝簡(jiǎn)單、操作方便。但膜電解技術(shù)需要解決單元能耗問(wèn)題，優(yōu)化工藝、降低成本是使膜電解技術(shù)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的重要途徑〔20〕。在電解過(guò)程中產(chǎn)生的有毒副產(chǎn)物可能造成二次污染。1.4膠團(tuán)強(qiáng)化超濾技術(shù)膠團(tuán)強(qiáng)化超濾（MEUF）是將表面活性劑與超濾技術(shù)結(jié)合，陰離子表面活性劑膠束帶負(fù)電荷可靜電吸附帶正電荷金屬離子，金屬離子經(jīng)過(guò)表面活性劑膠團(tuán)的吸附后有效直徑增大，采用大孔徑超濾膜過(guò)濾廢水，獲得較大的滲透通量〔21〕。不同金屬離子在不同條件下與螯合劑的親和力不同。P.N.Patil等〔22〕通過(guò)在膠團(tuán)強(qiáng)化超濾過(guò)程中添加螯合劑實(shí)現(xiàn)對(duì)溶液中Ni2+和Co2+的分離。研究結(jié)果表明，pH是影響分離因子的重要參數(shù)，在pH為5、金屬/螯合劑的摩爾濃度比為2、金屬離子/表面活性劑摩爾濃度比為7時(shí)，9%的Ni2+透過(guò)膜孔，93%的Co2+留在濃縮液中，兩種金屬離子實(shí)現(xiàn)分離。方瑤瑤等〔23〕通過(guò)膠團(tuán)強(qiáng)化超濾去除水中Cd2+,探究了十二烷基硫酸鈉（SDS）和跨膜壓強(qiáng)對(duì)膜的截留率和滲透性能的影響。結(jié)果表明，較低的表面活性劑濃度下，SDS膠團(tuán)強(qiáng)化超濾法能高效截留水中的Cd2+，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，Cd2+截留率大于98%。在MEUF工藝的實(shí)際應(yīng)用中可以通過(guò)調(diào)整表面活性劑濃度和跨膜壓強(qiáng)來(lái)提高對(duì)金屬離子的去除率。膠團(tuán)強(qiáng)化超濾的濃縮液進(jìn)一步處理便可得到其中的金屬離子。林丹等〔24〕通過(guò)電解法回收膠團(tuán)強(qiáng)化超濾濃縮液中的Cd2+，回收率達(dá)50.26%。MEUF濃縮液中含有高濃度的表面活性劑，容易造成二次污染，且表面活性劑投加量較多，成本高，因此需要通過(guò)各種物理化學(xué)方法將表面活性劑進(jìn)行回收重復(fù)利用?；厥毡砻婊钚詣┑姆椒ㄖ饕薪禍靥幚?、化學(xué)沉淀、螯合超濾、酸化超濾等〔25〕。MEUF技術(shù)適用于單獨(dú)或同時(shí)去除廢水中低分子質(zhì)量、低濃度和難溶于水的有機(jī)污染物和多價(jià)重金屬離子，特別是用于銅、鉻、鎳、鎘、硒、碑的分離，具有良好的環(huán)境效益。因此，該技術(shù)成為有廣闊應(yīng)用前景的金屬?gòu)U水處理方法。納濾膜和反滲透均能截留金屬離子，但與超濾膜技術(shù)相比需要較大的運(yùn)行壓強(qiáng)和較嚴(yán)格的工藝條件。1.5水溶性聚合物絡(luò)合超濾技術(shù)聚合物絡(luò)合超濾技術(shù)是基于含氮、磷、硫和羥基功能團(tuán)的聚合物和它們的衍生物與大多數(shù)金屬離子絡(luò)合，當(dāng)這些聚合物的分子質(zhì)量超過(guò)超濾膜的切割分子質(zhì)量時(shí)，聚合物及其絡(luò)合的金屬離子被截留，而未絡(luò)合的離子可以透過(guò)超濾膜，從而實(shí)現(xiàn)金屬離子的分離〔26〕。1985年，在Nature上首次報(bào)道了以水溶性聚合物絡(luò)合溶液中的重金屬離子，然后通過(guò)超濾濃縮溶液中的重金屬，以實(shí)現(xiàn)對(duì)水溶液中微量重金屬的測(cè)定。隨后，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在這一方法的啟發(fā)下，開(kāi)發(fā)了以水溶性聚合物絡(luò)合超濾技術(shù)分離水溶液中的重金屬，并圍繞這一方法展開(kāi)了大量的研究工作。曾堅(jiān)賢等〔27〕以聚丙烯酸鈉為絡(luò)合劑進(jìn)行Hg2+、Cu2+、Cd2+的分離濃縮。實(shí)驗(yàn)分析了pH、金屬離子總濃度與絡(luò)合劑濃度比（LR）對(duì)分離效果的影響，根據(jù)不同離子在不同條件下對(duì)絡(luò)合劑親和力的不同，研究混合液濃縮行為，選擇最佳分離濃縮條件。研究結(jié)果表明，在pH=5、LR=2、體積濃縮因子為15和各金屬離子的初始質(zhì)量濃度為30mg/L時(shí)，Hg2+得到選擇性濃縮，將含Cu2+、Cd2+的滲透液調(diào)節(jié)LR=0.033、pH=5，濃縮16倍時(shí)，Cu2+獲得選擇性濃縮，最終實(shí)現(xiàn)3種金屬離子的分離濃縮。蔣彬〔28〕研究了用絡(luò)合一超濾一酸化解絡(luò)一超濾的方法處理含銅廢水。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)Cu2+100%的回收，要求聚合物分子質(zhì)量分布窄，另夕卜為了回收水溶性聚合物，絡(luò)合過(guò)程要求可逆。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)投加合適的絡(luò)合劑，與Cu2+形成大分子而被截留，濃縮液解絡(luò)后再次通過(guò)超濾膜，絡(luò)合劑被截留，Cu2+透過(guò)超濾膜被回收。聚合物強(qiáng)化超濾可以處理低濃度金屬?gòu)U水，使用具有選擇性的聚電解質(zhì)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)多種金屬的分離回收及廢水的回用。與納濾膜和反滲透膜相比，超濾膜成本低、易清洗，因此聚合物強(qiáng)化超濾在廢水中金屬分離回收方面有較大的應(yīng)用潛力，但該技術(shù)也面臨絡(luò)合劑的二次污染和回收問(wèn)題。1.6膜萃取技術(shù)膜萃取是膜過(guò)程與液液萃取相結(jié)合形成的一種新型傳質(zhì)分離技術(shù)。原料液相和萃取相溶液分別在膜兩側(cè)流動(dòng)，其中一相會(huì)潤(rùn)濕膜并滲透進(jìn)入膜孔，在膜表面上與另一相形成固定界面層。由于在兩相中存在溶解度差異，溶質(zhì)會(huì)從一相中擴(kuò)散到兩相界面，先進(jìn)入膜中的萃取相，再通過(guò)膜孔擴(kuò)散進(jìn)入萃取相主體〔29〕。膜萃取技術(shù)中研究較多的是中空纖維液膜萃取。與平板式和管式組件相比，中空纖維膜組件裝填密度大、比表面積大、占地面積小、成本比較低〔30〕，非常適合用于處理金屬離子的稀溶液。&鈍化液中存在的主要金屬離子有Cr3+、Zn2+、Fe2+、Fe3+、W6+,N.Diban等〔31〕將中空纖維液膜萃取與電解技術(shù)聯(lián)用，回收了料液中的Zn。由于Cr3+、Zn2+、Fe2+對(duì)pH要求范圍不同，膜萃取過(guò)程中的有機(jī)萃取相pH控制在2.5左右，將鈍化液中的Zn、Fe分離出來(lái)。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反萃取相的pH達(dá)到1.9，在此條件下反萃取相中Fe又被有機(jī)相萃取，使反萃取相中的Zn2+純度增大，在后續(xù)電解過(guò)程中得到純度更高的Zn，純度約98.48%。夏潔〔32〕進(jìn)行中空纖維膜萃取分離Ce3+/Pr3+的研究，采用未皂化萃取劑P507，通過(guò)在水相溶液中加入絡(luò)合劑醋酸提高兩種離子的分離因子，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Ce3+、Pr3+的萃取率可分別達(dá)到94.76%、98.17%，分離因子達(dá)到3.43。T.Wannachod等〔33〕通過(guò)中空纖維支撐液膜從混合稀土的硝酸溶液中萃取Nd(B)，并建立傳質(zhì)分離模型。結(jié)果表明Nd(m)的提取率和分離率分別達(dá)到95%、87%，而且實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模型模擬結(jié)果基本一致。S.Suren等〔34〕以D2EHPA為萃取劑，HCl為反萃取劑，通過(guò)中空纖維支撐液膜技術(shù)從含1mg/LPbCl2和Pb(NO3)2的稀溶液中萃取Pb2+,并設(shè)計(jì)膜萃取數(shù)學(xué)模型。結(jié)果表明，Pb2+的萃取率達(dá)97%，反萃取率30%以上，且實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模型模擬結(jié)果平均偏差低于3%。S.Dixit等〔35〕從酸性核廢料中回收低濃度的U，并使用尺寸為D6.35cmx20.32cm和D10.16cmx33.02cm兩種不同規(guī)模的膜接觸器進(jìn)行試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中建立了合理的數(shù)學(xué)模型，以便實(shí)現(xiàn)裝置的大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用，研究結(jié)果表明U的回收率達(dá)98%以上，根據(jù)建立的模型預(yù)測(cè)的結(jié)果與不同規(guī)模的膜接觸器實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合。在應(yīng)用于回收廢液中的金屬離子的多種膜分離技術(shù)中，學(xué)者們對(duì)中空纖維膜萃取技術(shù)研究較多，這項(xiàng)技術(shù)對(duì)溶液中低濃度的金屬離子也有較高的萃取率，可通過(guò)萃取劑種類(lèi)、濃度、料液pH等參數(shù)改變實(shí)現(xiàn)不同金屬離子的分離，在金屬離子分離和提取方面有較大的優(yōu)勢(shì)。除上面所述，近年來(lái)學(xué)者們還研究了中空纖維膜萃取技術(shù)在Hg2+、Ni2+、Cu2+、Cs+等金屬離子回收中的應(yīng)用，獲得了較好的結(jié)果。與傳統(tǒng)液膜萃取相比，中空纖維膜萃取技術(shù)解決了乳化液膜和支撐液膜的穩(wěn)定性問(wèn)題，避免相間泄露和乳化型二次污染，節(jié)約萃取劑〔36〕。另外膜萃取技術(shù)對(duì)膜的浸潤(rùn)性能有較高的要求，膜兩側(cè)溶液不能互滲，分離完成需要進(jìn)行萃取劑和反萃取劑的回收利用。建立合理的傳質(zhì)分離模型有助于中空纖維膜萃取在工業(yè)中的推廣。1.7膜集成技術(shù)膜集成是將幾種膜技術(shù)組合，充分發(fā)揮各種膜技術(shù)在分離凈化過(guò)程中的優(yōu)勢(shì)。周欽〔37〕針對(duì)德興銅礦的生物浸出液中低品位Cu進(jìn)行分離濃縮，中試實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，超濾濃縮4倍后料液中的Fe因形成Fe（OH）3膠體基本被截留，大部分離子微粒留在濃縮液中，Cu2+幾乎全部透過(guò)超濾膜進(jìn)入滲透液，納濾膜對(duì)滲透液進(jìn)行濃縮處理，最終料液中的Cu2+濃度達(dá)到生物浸出液的2.38倍，可以通過(guò)萃取進(jìn)行提取。在國(guó)外卜的很多礦山中，膜分離技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于金屬礦山浸出液的分離，取得顯著效益。潘文剛等〔38〕進(jìn)行電解銅箔廢水一段NF+兩段NF+RO全膜法處理工藝探究，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中一段NF進(jìn)行8倍濃縮，濃縮液進(jìn)入二段NF進(jìn)行序批式濃縮，實(shí)現(xiàn)對(duì)原水80倍濃縮。一段NF透過(guò)液進(jìn)入RO系統(tǒng)，二段NF透過(guò)液回至一段NF系統(tǒng)。使用類(lèi)似工藝處理電鍍含鎳廢水，實(shí)現(xiàn)重金屬和添加劑的回收〔39〕。季常青等〔40〕用“混凝沉降一纖維束過(guò)濾一超濾一反滲透一產(chǎn)水回用一濃水回收銅”的工藝將紫金山某銅礦含銅酸性廢水進(jìn)行資源化。該工藝的混凝沉降采用自主研發(fā)的復(fù)合生物絮凝劑，對(duì)膜芯幾乎無(wú)副作用。反滲透膜是針對(duì)礦山酸性廢水開(kāi)發(fā)的中性特種寬松反滲透膜，減少有機(jī)物和無(wú)機(jī)鹽在膜表面的沉積，提高了膜的抗污染性能。經(jīng)過(guò)對(duì)操作流程進(jìn)行優(yōu)化，可使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，膜壽命延長(zhǎng)，Cu2+總回收率達(dá)98.6%。以2010年年初統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)折算，膜分離系統(tǒng)處理每噸水約需3.0元，年產(chǎn)凈效益可達(dá)634萬(wàn)元經(jīng)濟(jì)效益〔41〕。王立國(guó)等〔42〕在某示范工程中通過(guò)超濾、反滲透、離子交換等集成工藝對(duì)含膠體、Cu2+T業(yè)廢水進(jìn)行循環(huán)回用處理，濃水中的銅用電解技術(shù)回收。多年的運(yùn)行結(jié)果證明，該工藝具有較好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益，可為企業(yè)創(chuàng)收87.97萬(wàn)元/a。膜集成技術(shù)已大量應(yīng)用于工業(yè)水處理中，由于膜本身存在的缺陷，操作過(guò)程中需要根據(jù)所選分離技術(shù)對(duì)原水進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)處理，以保證膜組件的正常運(yùn)行，延長(zhǎng)膜的使用壽命。另夕卜根據(jù)處理水質(zhì)的不同研發(fā)特種膜可以使工藝得到優(yōu)化，獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。近年來(lái)膜分離技術(shù)發(fā)展迅速，對(duì)物質(zhì)的高效分離與轉(zhuǎn)化過(guò)程帶來(lái)了新的機(jī)遇。膜分離技術(shù)中的納濾和反滲透可應(yīng)用于低濃度金屬離子的濃縮，兩者對(duì)金屬離子都有較高的截留率，反滲透對(duì)金屬離子的截留基本沒(méi)有選擇性，而且能耗相對(duì)納濾膜較高，因此納濾膜比反滲透更適用于金屬離子的分離濃縮。膜電解技術(shù)在氯堿工業(yè)中應(yīng)用較成熟，但由于其能耗相對(duì)較高，在含金屬離子廢水處理中沒(méi)有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用，改善工藝結(jié)構(gòu)是提高電流利用率的關(guān)鍵。膠團(tuán)強(qiáng)化超濾、絡(luò)合超濾是先通過(guò)添加化學(xué)藥劑使金屬離子從小粒徑變成大粒徑，再通過(guò)成本低、易操作的超濾膜進(jìn)行截留分離，發(fā)展的關(guān)鍵在于制備低污染，易回收的化學(xué)添加劑。膜萃取的關(guān)鍵在于針對(duì)混合金屬離子分離的萃取劑和萃取條件的探索，并建立合理的數(shù)學(xué)模型，便于實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。當(dāng)前水、礦等資源日漸短缺，環(huán)境惡化，〃三廢”排放標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越嚴(yán)格，而膜分離技術(shù)可以有效實(shí)現(xiàn)資源回收和水、氣純化，在各行業(yè)中都發(fā)揮重要作用。我國(guó)對(duì)膜的需求量越來(lái)越大，近年來(lái)每年都以大于20%的速率增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)許多以膜分離技術(shù)為主導(dǎo)的企業(yè)積極研發(fā)新的制膜工藝，提高膜性能、降低能耗，但主要生產(chǎn)超濾膜和微濾膜，納濾膜和反滲透膜大部分靠進(jìn)口。另外，膜分離技術(shù)的應(yīng)用中普遍存在易污染、膜壽命短等缺陷，當(dāng)前關(guān)鍵任務(wù)一是進(jìn)行新材料和新的制膜工藝的開(kāi)發(fā)，優(yōu)化膜的性能，再就是開(kāi)發(fā)實(shí)用的膜分離技術(shù)或集成技術(shù)應(yīng)用于含重金屬離子廢水處理和回收利用。

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