基于反渗透技术的重金属废水处理研究

黄炜祺

摘 要：随着科技日益发达，工业发展迅速，工业生产所产生的重金属废水严重污染水体，危害人类的身体健康，重金属废水处理已经成为社会难题。为解决重金属废水问题，提出基于反渗透技术的重金属废水处理方法。该方法是通过对重金属废水和反渗透膜进行预处理，调整工艺操作参数，对重金属废水进行加工处理，从而将重金属废水中的重金属和水分离。通过实验分析，对比论证重金属废水处理方法与传统处理方法，发现前者的重金属残留率更低，从而证明重金属废水处理方法的有效性。

关键词：反渗透技术；重金属；废水处理；环境污染

随着科技越来越发达，社会生产对环境造成污染，尤其是各个工厂的高速发展，随之产生的工业重金属废水严重污染了水环境。工业重金属废水中含有镉、镍、汞、锌等重金属，是对环境和人类危害最大的工业废水之一。尤为严重的是，重金属废水中的重金属是不能被分解破坏的，只能转移其存在位置和改变其物化形态，因此，重金属废水处理已经成为科研头号问题。反渗透技术的原理是在高于溶液渗透压的作用下，重金属不能透过半透膜，从而将重金属和水分离开来[1-2]。这是因为只有反渗透膜的膜孔径仅为10 A左右，才能有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物、重金属等，并且去除率为97%～98%。应用反渗透技术处理重金属废水，不仅能对环境起到保护作用，还能有效地避免重金属离子流失，而且耗能低、体积小、不耗用大量酸碱、无二次污染、运行费用比较低、操作简单、适用范围比较广[3]。所以，研究基于反渗透技术的重金属废水处理方法具有重要意义。

1 重金属废水处理方法

目前处理重金属废水的方法有很多种，如离子交换法、电解法、吸附法以及反渗透处理法等。重金属废水中含有数量较多且种类较多、成分复杂的重金属离子，因此在对其进行处理时，采用反渗透技术往往会取得比较显著的效果。

反渗透法是指一种利用半透膜与高压过滤的离子浓缩分离技术，是利用反渗透的原理，采用半透膜将溶液和淡水隔开，促使作为溶剂的水分子透过半透膜，达成水与重金属及其他溶质分离的目的[4-5]。反渗透技术使用的反渗透膜，表面微孔孔径一般小于1 nm。在使用反渗透技术的过程中，外加压力必须大于溶液的渗透压力，半透膜必须具有高透水性、高选择性。

随着反渗透技术在重金属废水处理与回收中得到越来越广泛的应用，必须要对其成本问题进行深入的思考。反渗透技术中的核心部分就是反渗透膜，能否选择正确的反渗透膜对于废水处理的效果有着极为关键的影响。如今，我国市场上已经研发出了很多类型的反渗透膜，其具体功能与处理能力不一，因此其价格也不尽相同，但总体来说，反渗透膜的价格还是比较昂贵的，企业在选择时一定要结合自身的实际情况，不要盲目选择价格高的膜。

1.1 预处理

采用反渗透技术处理重金属废水时，必须做好预处理工作。这是因为反渗透膜对重金属离子浓度有一定的要求，所以必须掌握正确的预处理方法，才能达到控制和降低重金属离子浓度的目的，延长反渗透膜的使用寿命，降低水处理的成本，提高出水水质，处理重金属废水的流程才能正常进行。

虽然反渗透技术处理重金属废水就是靠反渗透膜分离重金属和水，但是当重金属离子浓度很高时，会造成渗透压升高，降低膜的分离性能，所以必须对重金属废水中的重金属离子浓度进行检测，采用化学沉淀降低重金属废水中重金属离子浓度，浓度合格后，才可以进行下一步操作，而且合适的预处理程序也可以有效减少反渗透膜的结垢，增强反渗透膜的分离效果。

1.2 调整工艺操作参数

采用反渗透技术处理重金属废水，需要根据重金属的性质，选择合理的工艺操作参数，如针对铁、铜、锌等，需要使用不同的方法进行加工，才能提高处理水的水质。因此在使用反渗透技术处理重金属废水时，需要考虑工艺操作参数。根据不同的重金属废水，选择合适的反渗透膜。反渗透膜分离重金属和水的效率随着pH下降而降低，而且采用不同的反渗透膜对pH的要求也不一样，不过一般控制在4～7；要求温度低于40 ℃，因为反渗透膜的分离程度随膜压降和温度的升高而加深，温度不变时，重金属废水的浓度随膜压降的升高而降低，降低的速率也随压降升高而降低，呈渐近线关系，离子的透过性与水对膜产生的膨胀作用有关[6]。确定反渗透膜膜质材料后，再确定重金属废水的流入量和处理好的水的流出量，控制横向流速，设计最佳膜面横流速度，减少重金属浓液在膜表面的堆积，从而避免重金属浓液对膜表面产生的不利影响。

1.3 清洗反渗透膜

考虑到成本问题，并不能每使用一次就更换一次反渗透膜，在反渗透装置长时间运行后，反渗透膜表面会逐渐积累各种污染物，如无机污垢和金属氧化物等。这些污染物会引起反渗透装置性能的下降，因此，需要对反渗透膜进行化学清洗和消毒。在这个过程中，必须根据反渗透膜的材质和污染物的种类选择合适的清洗剂，定期对反渗透膜进行化学清洗和消毒，从而最大限度地减少反渗透膜结垢，保证反渗透膜的分离效率，延长使用寿命，提高出水水质，增加产水量[7-8]。

1.4 重金属废水加工

经过预处理和调节反渗透技术的工艺参数，就可以对重金属废水进行处理，处理流程如图1所示。在使用反渗透技术处理重金属废水的过程中，操作压力为1.0～10.0 MPa，促使重金属废水透过反渗透膜，形成水和重金属浓液，从而截留废水中的重金属离子，将重金属和水分离，完成重金属废水处理。

2 實验论证分析

为保证本研究提出的重金属废水处理方法的有效性，需要进行实验论证分析。因为重金属废水处理方法主要针对的是重金属废水处理，重金属残留情况证明重金属废水处理方法的有效性，所以，通过判定重金属废水中重金属残留率，对比论证本研究提出的重金属废水处理方法与传统处理方法。在实验过程中，保证实验器材完整、干净、无污染，实验人员专业，使用两种方法分别处理同一厂里同一批工业废水，再针对两种方法处理好的重金属废水，检测其中重金属的残留情况，检测结果如图2所示。

从图2中可以看出，本研究提出的重金属废水处理方法的重金属残留率在10%～20%，5次试验中，有3次重金属残留率达到了10%，只有一次重金属残留率达到了20%；而传统处理方法重金属残留率却在20%～40%，5次实验中有3次实验重金属残留率维持在25%～30%，最高一次重金属残留率甚至达到了35%。由此可见，本研究提出的重金属废水处理方法的重金属残留率比传统处理方法低，从而证明本研究提出的重金属废水处理方法的有效性，其可以较好地处理重金属废水中的重金属，减少重金属污染，保护水环境。

3 结语

验证结果表明，基于反渗透技术的重金属废水处理方法处理过的重金属废水已经达到国家规定的重金属废水排放标准，还可以回收部分水资源和浓缩的重金属，进行二次利用。对重金属废水处理的研究并不全面，还存在许多不足，需要改进。因此，还需要对重金属废水处理方法进行研究，从而减少重金属污染，保护水环境。

[参考文献]

[1] 沈倩，徐孙杰，许振良，等.含重金属废水膜分离技术的应用进展[J].山东化工，2019，48（5）：59-65.

[2] 杨二帅，蔡晓君，周梅，等.重金属废水的处理技术研究[J].当代化工，2018，47（1）：167-170.

[3] 王志颖.重金属废水污染治理方法探究[J].华北水利水电大学学报（社会科学版），2018，34（3）：24-27.

[4] 廖冠.全膜法处理线路板重金属废水[J].广东化工，2018，45（12）：200-201.

[5] 吴学信，冯志诚.重金属废水处理技术和资源化问题研究[J].环境与发展，2018，30（2）：127-128.

[6] 岳云波，陈白阳，段炫彤，等.反渗透技术在污废水深度处理中的应用及研究进展[J].水处理技术，2018（1）：1-6.

[7] 陈燕彬.反渗透膜技术在冶金废水深度处理中的应用[J].當代化工研究，2018（5）：116-117.

[8] 张玲，张郡，刘欢，等.人工湿地-灯心草处理系统对高浓度重金属污水的净化效果研究[J].云南化工，2019（4）：49-51.