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ΔP=1.5 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ΔP=3.0 MPa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氰化物等，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

2.1 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

1：50L不锈钢料液桶        2：进水球阀        3：柱塞泵头(美国CAT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

2.2 实验用膜

纳滤膜    GE公司DK4040F型抗污染纳滤膜

反渗透膜  GE公司SE4040F型抗污染反渗透膜

2.3 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：109.8mg/L

COD：356.7mg/L

pH：5.41

配置料液所用的为RO产水，电导率小于3us/cm。

2.4 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。

COD_Cr的测定采用重铬酸钾法，按GB11914 1989进行。

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。

3.1 一级纳滤分离过程

3.1.1 运行压力(ΔP)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(ΔP)对纳滤分离性能的影响曲线如图2、3、4所示。

               图2膜通量(J_w)随压力(ΔP)变化曲线

图3 Cu离子截留率(R₁)随压力(ΔP)变化曲线

图4 COD截留率(R₂)随压力(ΔP)变化曲线

由图2可见，随着操作压力(ΔP)提高，纳滤产水通量(J_w)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(J_w)和运行压力(ΔP)呈线性关系。因此增加操作压力(ΔP)，膜透过量(J_w)则呈线性增加。

由图3可知，Cu离子截留率(R₁)会随着压力(ΔP)增大而提高。当压力超过1.5 MPa时，Cu离子截留率(R₁)随压力增大(ΔP)而降低。

由非平衡热力学模型的Spiegler-Kedem方程：