一、引言

　　近年來，我國電子、機(jī)械、汽車等行業(yè)開展疾速，對鍍件的大量需求帶動了電鍍產(chǎn)業(yè)的迅猛開展。國內(nèi)大約有2萬多家從事電鍍生產(chǎn)的企業(yè)，它們每年排放大量的污染物，其中包括約4億t含重金屬的廢水、5萬t固體廢物、3000億m3酸性廢氣。電鍍廢水的危害宏大，特別是對水體和環(huán)境會形成嚴(yán)重毀壞。隨著放置時(shí)間的延長，電鍍廢水毒性也會加強(qiáng)，進(jìn)一步對生態(tài)環(huán)境帶來更大的毀壞。與其他污染相比，電鍍廢水的危害水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其他污染。因而，采取科學(xué)合理的處置辦法處置電鍍廢水是十分重要的。

　　目前，對電鍍工業(yè)廢水處理辦法多種多樣：陳俊峰等運(yùn)用化學(xué)法處置含鉻、鎳、氰的電鍍廢水，即氧化復(fù)原、酸堿中和、化學(xué)沉淀、固液別離辦法，這種辦法最傳統(tǒng)，也最簡單牢靠，目前全球80%的電鍍廢水處置技術(shù)用的都是化學(xué)法。但用這種辦法產(chǎn)生的污泥量大，處置水的質(zhì)量也不夠高，生物處置技術(shù)常用于去除有機(jī)物、氮磷、懸浮物等污染物質(zhì)。由于電鍍廢水中重金屬離子和某些有機(jī)化合物會抑止或扼殺微生物，目前尚無穩(wěn)定有效的微生物菌種能夠直接處置電鍍廢水，通常需經(jīng)過物理、化學(xué)法等預(yù)處置后再進(jìn)入生物處置系統(tǒng)，高麗娟等運(yùn)用離子交流法處置電鍍廢水，這種辦法運(yùn)用的離子交流樹脂易被廢水中有機(jī)物污染，使得樹脂反復(fù)運(yùn)用率不高。因而，開發(fā)運(yùn)用一種高效、節(jié)能的處置辦法火燒眉毛。正浸透(FO)是一種無需外界驅(qū)動力的新型膜處置工藝，相比納濾和反浸透技術(shù)，其截留效果顯著、能耗較低，因而遭到普遍關(guān)注，并且被用于海水淡化、廢水處置等范疇。本研討采用聚酰胺正浸透膜(TFC膜)和篩網(wǎng)內(nèi)嵌式三醋酸纖維素正浸透膜(CTA膜)濃縮電鍍廢水，實(shí)時(shí)監(jiān)測水通質(zhì)變化，經(jīng)過SEM、EDS、AFM、XRD、XPS等表征手腕，剖析兩種膜外表污染產(chǎn)生的詳細(xì)緣由，為今后運(yùn)用正浸透技術(shù)處置電鍍廢水提供參考。

　　二、實(shí)驗(yàn)局部

　　2.1.實(shí)驗(yàn)資料與儀器

　　在該研討中，運(yùn)用聚酰胺正浸透膜(TFC膜)和篩網(wǎng)內(nèi)嵌式三醋酸纖維素正浸透膜(CTA膜)。CTA膜由三乙酸纖維素層和嵌入的編織支撐網(wǎng)組成。TFC膜由多孔聚砜支撐層頂部的薄選擇性聚酰胺活性層制成。氯化鉀(KCl)購于國藥集團(tuán)，電鍍廢水取至無錫某汽車零部件有限公司，此廢水經(jīng)過初步物化處置，廢水根本信息見表1。

　　2.2.FO設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)

　　將FO設(shè)備放于溫度恒定(25℃±1℃)的室內(nèi)環(huán)境。膜反響元件由兩塊亞克力板組成，膜資料被夾在亞克力板之間。膜兩側(cè)放置支撐網(wǎng)格以緩解水流的沖擊作用，原料液和吸取液經(jīng)過可變速齒輪泵(WT3000，蘭格恒流泵有限公司)導(dǎo)入管內(nèi)，兩側(cè)液體順著管道以錯(cuò)流方式進(jìn)入膜元件。水流通道長8cm，寬3cm，深0.2cm，有效膜面積24cm。齒輪泵轉(zhuǎn)速設(shè)置為300mL/min，對應(yīng)8.5cm/s的橫流速度。吸取液和原料液均經(jīng)過恒溫水浴鍋(HWS-24，上海一恒科學(xué)儀器有限公司)以熱傳導(dǎo)的方式堅(jiān)持在25℃±1℃恒溫運(yùn)轉(zhuǎn)。吸取液置于磁力攪拌器(Colorsquid，德國IKA磁力攪拌器有限公司)上堅(jiān)持平均狀態(tài)。電子天平(JA31002，上海菁海天平有限公司)置于原料液下方，并將其銜接電腦記載數(shù)據(jù)，用于計(jì)算水通量。設(shè)備表示圖如圖1所示。

　　2.3.濃縮廢水實(shí)驗(yàn)過程

　　經(jīng)過監(jiān)測原料液體積的變化測定FO水通量。原料液放置電鍍廢水，吸取液采用1mol/L的KCl溶液。每次實(shí)驗(yàn)所用的原料液和吸取液均為1L。濃縮膜資料選用TFC/CTA膜。以5分鐘作為實(shí)驗(yàn)距離。實(shí)驗(yàn)過程中水通量用Jw[L/(m2·h)]表示，其中水密度取1.0g/cm3，其計(jì)算公式如式(1)：

　　式中，Δm為吸取液的質(zhì)量增加量，g，Δt為該吸取液質(zhì)量增加過程所閱歷的時(shí)間，h，Am為正浸透膜的有效面積，m2。

　　2.4.表征與測試

　　采用電感耦合等離子光譜儀(ICP,Thermo,ICAPQICP-MS,USA)檢測電鍍廢水陽離子含量，采用離子色譜儀(Dionex,ICS-5000,USA)檢測電鍍廢水硫酸根含量，運(yùn)用掃描探針顯微鏡(AFM,Multimode&Dimension3100,USA)表征膜三維外表形貌及粗糙度，采用場發(fā)射電鏡(FESEM，S-4800，Japan)表征膜外表結(jié)晶形貌，運(yùn)用X射線衍射(XRD，D/max-2550VB+/PC，Japan)剖析膜外表污染狀況，采用X射線光電子能譜(XPS，Escalab250Xi，China)剖析膜外表官能團(tuán)。

　　三、結(jié)果與討論

　　3.1.TFC膜與CTA膜濃縮電鍍廢水水通量

　　經(jīng)過三次以上相同條件下的反復(fù)濃縮電鍍廢水實(shí)驗(yàn)，我們得出如圖2的分歧性規(guī)律

　　從圖中能夠發(fā)現(xiàn)，無論采用TFC膜還是CTA膜濃縮電鍍廢水，初始水通量均在8L/m2h左右。但很明顯的發(fā)現(xiàn)，用CTA膜濃縮時(shí)，水透過量在0~580mL整個(gè)階段，所對應(yīng)的曲線相對平穩(wěn)降落，而TFC膜對應(yīng)的曲線在水透過量在0~150mL的過程中，水通量呈現(xiàn)了顯著下滑。揣測這是由于兩種膜的外表形貌和構(gòu)造不同，從而在濃縮電鍍廢水的過程中，惹起膜外表結(jié)垢呈現(xiàn)差別。從水通量降落狀況來看，TFC膜外表結(jié)垢比CTA膜外表結(jié)垢更為快速。

　　3.2.膜外表形貌及粗糙度

　　圖3是兩種正浸透膜外表二維及三維形貌的SEM及AFM剖析。從(a)、(b)圖TFC膜和CTA膜的SEM比照中能夠直觀的看到，TFC膜具有更粗糙的外表構(gòu)造。在(c)、(d)的外表粗糙度剖析中，TFC膜的均勻粗糙度(Ra)為14.911nm，而CTA膜為4.261nm，可知TFC膜外表粗糙度遠(yuǎn)大于CTA膜外表粗糙度。在膜污染產(chǎn)生過程中，較高的粗糙度會經(jīng)過兩步過程促進(jìn)膜污染的產(chǎn)生：首先，較高的粗糙度會提升膜的有效外表積，使污染物更容易附著，其次，污染物被吸附后，外表凸起構(gòu)造能夠有效屏蔽水力剪切力的作用，使污染物被沖洗去除的難度加大，進(jìn)一步加劇膜污染的產(chǎn)生。

　　3.3.膜外表結(jié)垢

　　從圖4中能夠看出，兩種膜的結(jié)垢機(jī)制存在顯著的差別。TFC膜外表結(jié)垢來自膜的深處，呈現(xiàn)針棒狀，以玫瑰花瓣形由內(nèi)而外展開，而CTA膜外表結(jié)垢比擬疏松，構(gòu)成初期為較大的長條狀結(jié)垢。而由于它們較為脆弱，從膜組件取下時(shí)產(chǎn)生了破碎。因而得到很多小塊結(jié)垢，這些小塊結(jié)垢鋪散在整個(gè)膜外表。由SEM表征得到的觀測結(jié)果與AFM表征所得結(jié)果相吻合：TFC膜活性層具有更高的粗糙度，更容易產(chǎn)生愈加穩(wěn)定的富集于膜外表深處的膜污染。

　　3.4.EDS剖析

　　取實(shí)驗(yàn)前后的TFC膜和CTA膜實(shí)施外表能譜剖析(EDS)，結(jié)果如表2所示：實(shí)驗(yàn)前后，TFC膜外表C元素在膜外表的質(zhì)量比降低67.99%，O、S元素質(zhì)量比分別上升了30.33%、3.26%，并且新增了Ca元素，占膜外表質(zhì)量比34.40%，而CTA膜外表C、O元素的質(zhì)量比分別降落了45.49%、8.99%，新增了S、Ca元素，分別占比15.22%、39.26%。由此可推斷，兩種膜外表產(chǎn)生了由S、Ca元素參與構(gòu)成的污染物。

　　3.5.XRD測試

　　取TFC膜外表污染物，運(yùn)用X射線衍射(XRD)對污染物成分實(shí)施定性剖析。經(jīng)檢測，與CaSO4·2H2O規(guī)范剖析圖譜比對(圖5)，發(fā)現(xiàn)與此污染物的圖譜吻合，因而能夠肯定TFC膜和CTA膜外表的結(jié)垢為硫酸鈣晶體。