電鍍廢水含有大量重金屬離子（如Cr3+、Ag+、 Cd2+、Ni2+、Pb2+、Cu2+等），容易在生物鏈中轉移、累積，成為永久性污染物，最終危害人體健康，必須嚴加治理〔1〕。目前國內外對電鍍廢水的處理方法有化學法〔2, 3〕、物化法〔4, 5, 6〕、電解法〔7〕、生物法〔8〕等，這些方法各有優缺點，需根據廠家產生廢水的特點進行選擇。
納濾（NF）是20世紀80年代后期發展起來的一種新型膜分離技術，介于超濾和反滲透之間。其主要特點表現為納米級孔徑、具有離子選擇性、操作壓力低、耐壓性與抗污染能力強、經濟實用等。目前，納濾膜在飲用水領域的應用最為廣泛，其在海水淡化〔9, 10〕、食品加工〔11, 12〕、制藥〔13〕等方面也得到越來越廣泛的應用，利用納濾膜處理各種工業廢水的研究已廣泛開展。薛莉娉等〔14〕用NF90納濾膜對含銅電鍍廢水進行處理，討論了初始濃度、操作壓力、運行時間、陰離子種類、濃差極化對處理效果的影響。試驗結果表明NF90納濾膜對含銅廢水有良好的處理效果，去除率超過98％，出水銅質量濃度＜2.0 mg/L，隨著廢液體積的濃縮，銅離子濃縮倍數可達10倍以上，可回用于鍍件漂洗，實現銅的再生利用。由此可見，采用納濾膜技術處理電鍍廢水，不僅可減少廢水排放對環境造成的污染，而且濃縮后的廢水重金屬含量高，具有較高回收利用價值。
筆者以電鍍鎳漂洗廢水為研究對象，采用納濾膜進行分離試驗，分析操作壓力、進水流量、料液濃度、產水比以及運行時間等對膜分離性能的影響，以確定納濾膜系統分離電鍍鎳漂洗廢水的最佳運行參數，為納濾膜在電鍍廢水處理中的應用與推廣提供理論參考。
1 試驗材料與方法
1.1 試驗材料
試驗進水為電鍍廠實際漂洗廢水，具體水質如表 1所示。
儀器：722N可見光分光光度計、pHS-3型pH計、DDS-11A電導儀、PP濾芯（5 μm，AMC公司）、納濾膜（HNF40-8040，美國海德能公司）、增壓泵（1.5 kW）、離心泵（5.5 kW）。
試劑：光譜純鎳粉、氨水、檸檬酸三銨、碘、碘化鉀、乙二胺四乙酸二鈉、丁二酮肟，均為分析純。
1.2 試驗裝置與方法
（1）試驗裝置。試驗裝置主要由膜組件、保安過濾器、增壓泵、高壓泵、進水箱、產水箱等組成，如圖 1所示。
圖 1 納濾試驗裝置
電鍍含鎳廢水經增壓泵壓入保安過濾器去除顆粒雜質及懸浮物后，由高壓泵泵入納濾膜組件，濃縮液循環回進水箱，透過液進入產水水箱。納濾膜組件流量以及進出口的壓力由調節閥控制。
（2）試驗方法。納濾膜使用前是干膜，必須先用水在室溫下浸泡24 h，保證膜孔內充滿液體，然后在低壓低流量條件下沖洗3 h，排出全部透過液，確保能夠有效去除附著在膜表面的防腐劑和其他化學物質，最后再在低壓低流量條件下全循環運行2 h，預壓納濾膜，從而確保后續試驗中膜能夠穩定運行。
試驗主要考察操作壓力、進水流量、料液濃度、產水比、時間等因素對納濾膜分離性能的影響，從而選擇最佳操作條件。試驗過程中，雖然進水的pH、TDS、電導率、溫度等對膜分離性能有一定影響，但在實際工程中對這些項目進行調整需要增加設備投資和運行費用，綜合權衡效果和投資兩方面因素，試驗未對上述項目進行研究。試驗過程中，控制進水pH在6.8左右、TDS為775 mg/L、電導率 1 556 μS/cm、溫度26 ℃，壓力、流量、產水比均由閥門調節。
（3）樣品分析方法和原理。Ni2+采用丁二酮肟分光光度法（GB 11910—1989）進行測定。在有碘存在的氨溶液中，鎳與丁二酮肟作用，形成酒紅色可溶性絡合物，在波長530 nm處用分光光度計進行測定，得出待測溶液中Ni2+濃度。標準曲線方程為c=9.153A-0.032，R2=0.999，工作曲線的有效范圍是0～5 mg/L，有效范圍以外的水樣稀釋至適當倍數后測其可見光吸光度，再折算成Ni2+質量濃度。
截留率（I）由式（1）計算。
式中：q1——原液中溶質的質量濃度，mg/L；
q2——透過液中溶質的質量濃度，mg/L。
各參數的測定均在系統穩定運行15 min后取樣分析。
2 試驗結果與討論
2.1 操作壓力對納濾膜分離性能的影響
在進水Ni2+為115 mg/L，進水流量為4.2 t/h條件下，設定各個壓力狀態運行60 min，考察操作壓力對納濾膜截留率以及濃縮液濃縮倍數的影響，結果如圖 2所示。
圖 2 操作壓力對Ni2+截留率和濃縮倍數的影響
由圖 2可知，隨著操作壓力的升高Ni2+截留率不斷增大，這主要是由于壓力增加使得溶劑透過率逐漸增大，從而導致更多的溶質分子在膜面積累。同時由于溶質擴散系數比溶劑擴散系數小得多，溶質較溶劑更難透過膜，料液側膜面溶質濃度相對增加，導致其相對作用增加，進一步阻止溶質通過膜，因此Ni2+的截留率隨壓力的增加而增加。
隨著操作壓力的升高，濃縮液中Ni2+濃縮倍數也不斷增加。結合相關數據，同時考慮到高壓泵的工作極限，將試驗操作壓力定為0.65 MPa。
2.2 進水流量對納濾膜分離性能的影響
在操作壓力為0.65 MPa、進水Ni2+為115 mg/L、運行時間為60 min條件下，考察進水流量對Ni2+截留率及濃縮倍數的影響，結果如圖 3所示。
圖 3 進水流量對Ni2+截留率和濃縮倍數的影響
圖 3表明，隨著進水流量的增大Ni2+截留率和濃縮液中Ni2+的濃縮倍數也相應增加；當流量達到6 t/h時，截留率增加效果不顯著。這是由于納濾膜運行中存在膜過程阻力，包括膜阻力、污染層阻力及濃差極化阻力，其中濃差極化阻力是影響截留率的主要因素。隨著進水流量的增加，濃差極化阻力也隨之增大，截留率也同樣升高。但當進水流量增加到一定程度后，濃差極化阻力逐漸趨向最大，截留率也隨之緩慢達到最大值。控制試驗進水流量為6 t/h時，納濾膜的Ni2+截留率穩定在61％以上。同時，濃縮倍數也隨著進水流量的增加而增大。進水流量為6 t/h時，濃縮液中Ni2+濃縮倍數達到最大，較進水提高了2倍。
2.3 料液濃度對納濾膜分離性能的影響
納濾膜是一種壓力驅動膜，提高進水濃度會使得溶液的滲透壓相應增加，因此在相同的操作條件下納濾膜分離不同濃度的進水時其分離性能不同。調節進水Ni2+質量濃度為230 mg/L，每次試驗依次提高30 mg/L，直至440 mg/L，在恒壓0.65 MPa、進水流量6 t/h、其他因素不變的條件下運行，考察納濾膜分離不同濃度進水時的性能，結果如圖 4所示。
圖 4 進料質量濃度對Ni2+截留率和濃縮倍數的影響
由圖 4可知，隨著料液中Ni2+質量濃度的升高，納濾系統對Ni2+截留率和濃縮倍數均相應增加，這是由于隨著料液濃度的升高，膜面電荷密度也隨溶質吸附而增大，從而導致截留率上升。盡管透過液的Ni2+濃度也相應增大，但由于透過液Ni2+增幅低于進水濃度的增加幅度，使得納濾膜對Ni2+的截留率亦隨進水濃度的增加而相應地升高。當進料Ni2+質量濃度增至440 mg/L時，Ni2+截留率為71.5%，此時濃縮液濃縮倍數為3.2倍。值得注意的是，隨著料液濃度的增加，透過液中Ni2+濃度也相應增加，不利于后續處理及回用，因而進料Ni2+濃度不宜過高。應根據實際情況而定，一般不超過410 mg/L。
2.4 運行時間對納濾膜分離性能的影響
控制操作壓力為0.65 MPa、進水流量為6 t/h、調節料液質量濃度為440 mg/L、其他條件不變，考察60 h內納濾膜的截留率及濃縮倍數的變化，各參數均在穩定運行15 min后取樣測定，結果如圖 5所示。
圖 5 運行時間對Ni2+截留率及濃縮倍數的影響
由圖 5可知，系統開始運行后，Ni2+截留率及濃縮液的濃縮倍數均隨膜運行時間的延長而逐步提高，納濾膜運行40 h時接近最大截留率及最大濃縮倍數，此后趨于穩定，截留率達75%左右，濃縮倍數達6.2倍左右。這是由于納濾膜剛開始使用時，膜面比較松弛，溶劑和溶質都比較容易透過膜片，使得截留率較低，但此時其增長速率較快。隨著運行時間的不斷延長，納濾膜逐漸被壓實，其截留率會逐漸上升，但上升幅度較前段時間小。當納濾膜運行至40 h后，膜片被壓實到一定程度不再變化，其截留率及濃縮液的濃縮倍數均接近最大值并開始趨于穩定。
2.5 產水比對納濾膜分離性能的影響
通過控制閥門可調節納濾系統中透過液與濃縮液的產水比。控制操作壓力為0.65 MPa，調節料液質量濃度為200 mg/L，分別在產水比（透過液與濃縮液體積比）為1∶1、1∶2、1∶3，不同進水流量條件下運行一定時間，考察納濾膜穩定運行后Ni2+截留率及濃縮倍數的變化情況，如圖 6所示。
圖 6 產水比對Ni2+截留率及濃縮倍數的影響
由圖 6可知，在同一進水流量下，產水比為1∶1時Ni2+截留率及濃縮液濃縮倍數均最大，產水比1∶2次之，而產水比為1∶3時最小。另外，隨著進水流量增大，Ni2+截留率及濃縮液的濃縮倍數也逐漸增大，與2.2結論相符。當進水流量為6 t/h時，Ni2+最大截留率為65.7%，濃縮液最大濃縮倍數為2.4倍。具體參見http://m.bnynw.com更多相關技術文檔。
3 結論
納濾膜系統分離電鍍鎳漂洗廢水的最佳運行參數：操作壓力為0.65 MPa，進水流量為6 t/h，產水比為1∶1，運行時間≥40 h，料液濃度根據工程實際情況進行調節。
