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膜分离技术去除废水重金属离子 　　淡水是维持人类日常生活的重要资源当前，世界人口不断增加，工业需求持续增长，使得可用水资源明显削减此外，工业废水含有大量难降解污染物，随便排放会污染自然水体，导致淡水资源更加缺乏目前，最好的方法是对废水进行循环利用废水中的污染物可分为三大类：有机物、无机物及生物质其中，含有重金属元素的无机物通常对人体健康有很大损害，不能直接排放到环境中重金属离子通常指元素周期表第四周期的元素，主要是铬(Cr)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)、砷(As)、铅(Pb)和汞(Hg)自然环境中存在微量的重金属离子，但是由于工业排污的增多，水环境中的重金属含量日益增加并通过食物链进入人体，导致严峻的健康疾病例如，过多的锌可能会引起皮肤过敏、呕吐和胃痉挛，过多的镍会导致肺病和肾癌所以，在进行污水处理时，必需有效掌握重金属离子浓度依据《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006)，我国生活饮用水中的重金属离子排放限值和危害如表1所示 　　长期以来，讨论人员先后开发出多种离子脱除方法，如图1所示20世纪70年月以来，膜分别技术进展特别快速，与传统方法相比，其具有脱除率高、能耗少、占地面积小、污染低等优势，渐渐广泛应用于工业领域。

在水处理膜中，由于多孔且成本低廉，聚合物膜被广泛用于工业废水处理常用的聚合物膜材料是醋酸纤维素、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈(PAN)、聚丙烯(PP)、聚醚砜(PES)和聚砜(PSF)等某些状况下，陶瓷材料优于聚合物材料，由于它们的孔径分布窄，机械、热和化学稳定性强常用的陶瓷膜材料包括氧化铝、氧化锆、二氧化硅、二氧化钛、氧化物混合物和烧结金属等 　　水处理膜有五大典型过程：微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)、反渗透(RO)及电渗析(ED)这些过程基本相同，但是在孔结构(孔径、孔径分布和孔隙率)、膜渗透性和工作压力方面有一些差异，如表2所示本文将从不同膜作用机理角度对膜分别技术在重金属离子脱除中的应用进行综述，由于微滤膜在离子脱除中应用不多，故本文不予争论 　　一、微滤(MF)和超滤(UF) 　　微滤和超滤具有许多的相像性首先，两者均为较低跨膜压力驱动的孔径过滤方式；其次，微滤用于分别废水中的悬浮颗粒，而超滤可用于截留大分子物质、胶体物质等，但均无法单独截留水合或络合形态的重金属离子若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别重金属离子目前主要有沉淀-微滤、胶束强化超滤(MEUF)、聚合物强化超滤(PEUF)等工艺。

　　1.1　沉淀-微滤工艺 　　利用沉淀-微滤工艺进行水体重金属脱除的基本原理是用碱中和，使溶液中的重金属离子反应，生成沉淀或胶体，达到微滤膜的孔径截留要求，再通过微滤膜过滤实现分别浓缩 　　Broom等利用镉、汞和铬的沉淀物(经石灰或硫化物处理)形成的动态膜，采纳微滤法去除混合电镀废液中的重金属史红文等选择0.5μm孔径的无机膜，在0.18MPa下能保障出水Ni2+≤1.0mg/L高永等选择0.22μm孔径的微滤膜，以石灰为沉淀剂处理含铅废水，可使铅含量降到0.012mg/L，同时发觉铁盐对维持水体SO42-含量稳定、保证水质有重要影响张志军等选择膜孔径为0.1μm的微滤膜，以FeSO4为絮凝剂，Cr6+、总Cr浓度降至0.10mg/L、0.26mg/L 　　该方法在肯定程度上解除了微滤膜孔径限制，但大部分沉淀操作需要在强碱或硫化物条件下进行，限制了膜材料的选择，同时膜污染较严峻 　　1.2　胶束强化超滤(MEUF)与聚合物强化超滤(PEUF)工艺 　　20世纪80年月，有讨论首先提出MEUF以从水中去除溶解的有机化合物和多价金属离子通过向废水中添加表面活性剂，当表面活性剂的浓度超过临界胶束浓度(CMC)时，表面活性剂分子将聚集成胶束，这些胶束可以结合金属离子，形成大的金属-表面活性剂结构。

包含金属离子的胶束可以被孔径小于胶束尺寸的UF膜截留为了提高截留率，必需使用与待去除的离子电荷相反的表面活性剂实际应用中，通常选择阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)MEUF金属脱除效率取决于金属和表面活性剂的特性和浓度、溶液的pH值、离子强度以及膜的操作参数等 　　PEUF也是增加UF过滤性能的一种常用方法其原理是使用水溶性聚合物络合金属离子并形成分子量比膜孔径大的大分子，大分子通过超滤膜时将被截留从而完成分别目的渗余物可以通过化学处理来回收金属离子并重新使用聚合物常用的络合剂有聚丙烯酸(PAA)、聚乙烯亚胺(PEI)、二乙氨基乙基纤维素等影响PEUF的主要因素是金属和聚合物的类型、金属与聚合物的比例、pH值以及溶液中的其他金属离子超滤工艺的详细参数如表3所示 　　二、纳滤(NF) 　　纳滤是一种相对较新的技术，它的出现使很小的孔分别大分子成为可能该技术有操作简洁、牢靠性高、低能耗、效率高等优点，并克服了常规技术的操作缺陷膜的制造和改性是NF工艺的重要因素，由于它们会影响溶剂的渗透性通过应用一些技术，如界面聚合(IP)、纳米颗粒掺入(NPs)和紫外线(UV)处理，人们可以制备出性能更优的纳滤膜。

NF在脱除镍、硌、铜、砷等重金属的应用中有良好效果NF工艺去除重金属分为三个基本步骤首先是预处理待处理水体需要在进入系统之前进行处理，以削减结垢通常使用的方法是预过滤、凝聚-过滤、凝聚-沉淀、凝聚-吸附、絮凝-过滤、离子交换和化学调整然后是膜分别过程NF膜的截留是空间位阻(中性溶质)、Donnan和介电效应(带电溶质)共同作用的结果最终一步是后处理，即渗余侧水的进一步处理和渗透侧重金属的回收 　　当纳滤水溶液中含有大量的铅离子时，使用AFC80膜能够有效去除有毒重金属AFC80膜可应用于有色金属工业，回收铅、镉等强污染重金属，有效处理废水Figoli等讨论了两种商用纳滤膜(NF90和N30F)去除合成水中的五价砷结果发觉，随着温度的降低、pH值的上升、As进料浓度的上升，两种膜对As的去除速率都会上升，这些影响因素中，As的进料浓度起着关键作用近几年，Murthy等在利用纳滤膜去除重金属的讨论方面做了大量工作其采纳一种复合聚酰胺纳滤薄膜，用于废水中镍离子的去除在初始进料浓度为5mg/L和250mg/L时，镍的最大截留率分别为98%和92% 　　三、反渗透(RO) 　　反渗透是由压力驱动、以半透膜为主要元件的水处理工艺。

20世纪20年月，该技术被首次讨论，但在30年后才开头实现工业应用废水的反渗透过滤过程一般分为三步：首先，溶液中的水被吸附到膜表面;然后，由于浓度梯度的存在，水分子沿梯度向下移动到膜的渗透侧;最终，水分子扩散到渗透侧形成纯洁水，渗余侧为富重金属溶液反渗透分别效率与溶质的性质有关，如分子量大小，电荷排阻以及溶质、溶剂和膜之间发生的物理化学作用Mohsen-Nia等讨论了Cu2+和Ni2+在RO中的脱除，发觉在加入螯合剂Na2EDTA后，离子脱除率达到99.5%，这是由于形成了尺寸较大的螯合离子从而增大了截留率 　　如今，集成膜生物反应器(MBR)和反渗透系统正越来越广泛地用于废水处理Malamis等利用MBR-RO系统，可将市政废水的重金属去除率从90.9%提高到99.8% 　　利用NF和RO膜协同脱除重金属也是一种有效的方法Pauer等使用NF和RO从工艺废料中回收铜Liu等讨论了不同的NF和RO膜在冶金工业废水处理中的应用效果，处理后的水均符合国家再利用标准，但NF更适合大规模工业应用 　　反渗透几乎截留全部无机物质，特殊适用于稀溶液的处理，但在处理高浓度废水时，受渗透压和膜本身耐压的限制，水资源回收率较低。

另外，泵压和膜修复导致的高功耗也是RO的弊端通过分析有关6。