膜技术在有色金属选矿废水处理中的应用进展

膜技术在有色金属选矿废水处理中的应用进展
发布时间：2023-02-16T03:31:42.520Z 来源：《中国建设信息化》2022年第19期作者：赵伟
[导读] 有色金属矿物的开采、冶炼及尾矿、废渣的堆放等能溶出大量含有铅、锌、铜、镉、砷等重金属污染物的酸性废水，是造成区域性重金属污染问题的重大根源之一。

赵伟
山东中再生环境科技有限公司 276600
摘要：有色金属矿物的开采、冶炼及尾矿、废渣的堆放等能溶出大量含有铅、锌、铜、镉、砷等重金属污染物的酸性废水，是造成区域性重金属污染问题的重大根源之一。

选矿行业废水无组织排放将直接威胁到该区域的生态环境平衡。

由于重金属在环境中不能够被降解，易与环境中各种配体结合，使其迁移、扩散能力、生物毒性增强，并通过饮用水或食物链等直接或间接危害人类的健康。

当前，重金属污染的危害性已经毋庸置疑，频出的污染事件是人与自然难以承受之重，鉴于此，国家及地方政府对重金属污染控制力度越来越大，先后出台了一系列相关政策，对重金属污染防治提出了新要求。

关键词：膜技术;有色金属;选矿废水处理;应用
引言
有色金属矿产资源开发、冶炼、加工是排放重金属污染源的大户。

由此引发的污染事件屡屡发生。

其中小型采选冶企业由于无力或不愿意承担高昂的环保资金投入与治理费用，生产废水偷排现象依然屡禁不止，加重地表、地下水和土地等多环境要素的污染。

国家出重拳进行有色资源开发与利用企业的整合，某些矿企关停后遗留的冶炼废渣等露天堆放，废渣中砷、汞、镉、铅等重金属易被雨水浸出，四处扩散极易造成土壤与水体污染。

此外，对于某些缺乏处理设施废弃的尾矿库、矿井涌水等重金属废水，也急需处理。

1、有色金属选矿废水的特点
有色金属选矿废水是有色金属矿在选矿过程中所有外排废水的总称，根据工艺不同，选矿废水主要由以下废水组成：选矿尾液、精矿浓缩溢流水、脱水滤液、除尘外排水、浮选药剂外排废水等。

有色金属选矿废水具有一下特点：(1)含有大量的固体悬浮物。

有色金属选矿废水中的悬浮物主要成分是矿泥颗粒，矿泥颗粒会影响水质的浊度。

如果在选矿工艺过程中使用了分散药剂，则会增加选矿废水中悬浮物的含量，而且经分散后的悬浮物悬浮性能更强，更不易处理。

(2)含有大量的重金属离子及选矿药剂。

重金属离子及选矿药剂是有色金属选矿废水对环境危害最大的影响因子，同时也是选矿废水治理的难点。

废水中的重金属离子对水体环境及周边土壤环境有着长远的影响。

选矿药剂主要是影响水体的pH、COD、BOD等指标，破坏水体的生态环境，造成环境污染[1]。

2、膜技术在有色金属选矿废水处理中的应用进展
2.1超滤膜分离技术
超滤膜分离技术的分离机理微滤膜相似，都属于尺寸筛分。

超滤膜的孔径大小在5~100nm之间，超滤膜可以分离大分子有机物、胶体及悬浮固体等。

与微滤膜相似，超滤膜也无法直接分离废水中的重金属离子，需要联合其他处理技术对废水进行预处理。

目前在重金属废水中运用较多的超滤膜工艺包括MEUF(胶束强化超滤膜分离)和PEUF(聚合物强化超滤膜分离)两种。

MEUF技术是通过向废水中投加表面活性剂，表面活性剂分子在废水中聚集形成胶束，然后胶束结合废水中的重金属形成大分子金属—表面活性剂结构，最后通过超滤膜进行分离。

在实际工程应用中，为了提高分离效率，通常表面活性剂的电荷要与重金属离子电荷相反。

影响MEUF技术分离效果的因素包括表面活性剂的种类及浓度、重金属的浓度、pH、超滤膜的工作参数等。

PEUF技术是通过水溶性聚合物的络合作用与废水中的重金属离子形成大分子结构，然后再通过超滤膜进行分离的技术。

络合大分子中的重金属可以进行回收利用。

工程上常用的聚合物有聚丙烯酸、聚乙烯亚胺、二乙氨基乙基纤维素等。

影响PEUF技术分离效果的因素包括聚合物的类型及投加比例、重金属离子的种类及浓度、废水的pH等[2]。

2.2含镉废水辐照处理
镉对生物体具有极高的毒性，不能通过水的自净作用去除，且镉在人体内的蓄积时间可达50a，是易在人体内蓄积的有毒物质之一。

利用r射线诱导去除不同种类水中的Cd2+时，溶液pH、溶解氧（DO）浓度、碳酸钠和EDTA对Cd2+去除起重要作用。

在PH=5、DO=1.8mg/L ／和碳酸钠为0.01mmol/L条件下，有利于还原去除Cd2+，而溶液中EDTA的存在抑制了Cd2+的还原。

在含有甲醇的水性介质中辐照还原CdSO4的研究表明，镉盐水溶液在辐照下产生金属沉淀，可得到孔隙率86.5%、密度1.17g/cm3／的金属，辐照化学产额为（1.7+0.2）*10-2g ／kGy。

该方法有望从纯金属和非晶态金属的盐溶液中获得沉淀，用于开发含有毒金属废水的处理技术，以及用于制造电气设备中使用的多孔镉。

2.3气体膜分离技术
气体膜分离也是借助了压力差的作用和分离膜的选择性，气体混合物中的不同气体在分离膜中的渗透速率有着很大差别，由此可以实现对混合气体不同组分的分离。

近些年气体膜分离技术发展很快，工业上普遍以非对称性膜和高分子复合膜为主，其渗透通量较大、机械强度较高。

利用高分子膜对不同种类气体分子的选择性与透过率之间的差距，能够快速完成从混合气体中分离某种气体的操作。

在应用气体膜分离技术过程中，含有多种气体组分的高浓度气体混合物经过预处理后进入膜分离组件，由于透过膜的速度不同，透过速度较快的气体快速到达膜的另一侧，而透过速度慢的气体则被截留，以此实现气体分离的目的。

高分子膜具有较强的选择性，不同气体透过的速率不一样，因此可以针对需要分离的某种气体选择适合的高分子膜[3]。

2.4渗析技术
渗析也称为透析，是一项借助浓度差实现膜分离的新型技术。

在渗析技术中，应用的半透膜对溶质具有选择透过性，小分子物质和离子可以顺利透过半透膜，溶液中的胶体粒子则被截留，从而快速去除溶液中的无用杂质。

在使用膜渗析技术时，需要将溶液放入内置半透膜的渗析器中，渗析器外部为分散介质一般是水，用于分散胶体溶液，根据渗析情况可确定更换分散介质的时间。

利用专业的渗析器可以达到纯化胶体物质的目的。

为了提高扩散效果，也可以在外部施加直流电场，在电场的作用下，溶液中的带电粒子会加速迁移，这种经过施加直流电场后的渗析技术也被称为电渗析。

渗析过程中的推动力来自于溶液中的深度梯度作用，溶剂与小分子物质透过半透膜到达另一侧。

膜渗析效果受到通量、膜的面积和厚度、浓度梯度以及扩散系数等多个因素的影响，而溶液的温度、黏度、半透膜的孔径又是确定扩
散系数的关键，且半透膜孔径的大小也是影响通量的重要指标。

现阶段电渗析技术的应用已经比较成熟，主要用于海水、苦咸水的脱盐工艺，是世界范围内许多淡水匮乏地区生产淡水的重要方法。

随着膜技术的快速发展，新开发的荷电膜在选择性、热稳定性与机械强度方面更加优良，膜电阻也更低，除了用于脱盐工艺外，还在食品、医学、化工、工业废水处理等领域中大显身手。

在实际应用中，一台电渗析器由上百对阴、阳离子交换膜组成，这虽提高了渗析的效率与效果，但也增加了使用成本。

结束语
总之，采矿、金属冶炼和加工工业中，废水中不仅含有重金属离子，还含有大量的无机离子、有机物及悬浮物等影响辐照效果的因子，因此应结合现有预处理技术，并根据废水中离子浓度，深入研究有屏蔽剂参与的辐照氧化还原机理，进一步提升辐照技术应用的效能。

另外，辐照处理重金属废水的研究主要集中在Cr、Pb、Cd等常规重金属，但对含铀废水的辐照处理研究较少。

应用辐照还原机理净化废水中的铀，不仅可回收重要资源，还可降低含铀废水排放对环境的影响，有必要进一步探索该技术处理含铀废水的适用性和经济性。

参考文献：
[1]李权.膜分离技术的研究进展及应用展望[J].化学工程与装备,2020,(08):247-248.
[2]郑超,朱军,张宁,张玉改.水处理膜技术发展现状及趋势分析[J].中国设备工程,2020,(14):224-226.
[3]黄文娟.重金属废水处理中膜分离技术的应用研究[J].皮革制作与环保科技,2020,(11):9-11.。