絮凝–電解法處理鍍鎳廢水

劉存海，劉剛，賴小娟

（陜西科技大學化學與化工學院，教育部輕化工助劑化學與技術重點實驗室，陜西 西安 710021）

絮凝–電解法處理鍍鎳廢水

劉存海*，劉剛，賴小娟

（陜西科技大學化學與化工學院，教育部輕化工助劑化學與技術重點實驗室，陜西 西安 710021）

采用復合絮凝及電解的方法研究了鍍鎳廢水的處理。經過濾的廢水(含Ni2+826.8 mg/L)先以NaOH溶液調節pH至9.0自然沉淀，接著在pH = 8.7下加入KAl(SO4)2·12H2O 0.133 g/L、聚合硫酸鐵(PFS)0.167 g/L和陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)0.167 g/L進行絮凝，然后在槽電壓4.5 V下電解4 h。處理后的廢水中Ni2+含量為0.376 mg/L，達到排放要求。

鍍鎳；廢水；絮凝劑；電解；電壓；排放

Fist-author’s address:Key Laboratory of Auxiliary Chemistry and Technology for Chemical Industry, College of Chemistry and Chemical Engineering, Shanxi University of Science and Technology, Xi’an 710021, China

1 前言

隨著電鍍工業的迅速發展，電鍍廢水的排放量逐年增多，危害著人類賴以生存的生態環境。特別是鍍鎳廢水中所含的重金屬鎳具有較大的毒性，若進入生態環境，經土壤、水體、大氣遷移轉化，鎳的各種形態一旦被攝入人體，將會導致肺出血、腦出血、浮腫、毛細血管壁脂肪變性、呼吸系統病變等病癥。因此，對含鎳廢水的處理是亟待解決的問題[1]。

鍍鎳廢水的來源主要有鍍鎳廢槽液、逆流漂洗液以及車間清洗鍍鎳液等。含鎳廢水的處理方法主要有化學沉淀法、物理吸附法、電解法、離子交換法、浮選法、高壓脈沖電凝法、膜分離法、細菌分解法、反滲透法等。近年來，有關含鎳廢水的研究旨在使廢水得到循環利用，達到清潔生產的要求[2-6]。本文采用絮凝–電解法，以寶雞長嶺集團表面處理車間的鍍鎳廢水為研究對象，使凈化后廢水中的 Ni2+含量由原來的826.8 mg/L降至0.376 mg/L，達到國標GB 21900–2008中新建企業水污染物排放標準(≤0.5 mg/L)，并將其應用于表面處理車間的循環用水，實現了鍍鎳廢水循環利用。

2 實驗

2. 1 廢水來源

鍍鎳廢水取自寶雞長嶺集團表面處理車間，其Ni2+含量為826.8 mg/L。

2. 2 工藝流程

鍍鎳廢水—前處理—沉淀—絮凝—電解—陽極沉淀(陰極凈化)—回收污泥(回收水循環利用)。

2. 2. 1 前處理

將廢水放入置有篩網的前處理池中，除去廢水中的不溶性固體。

2. 2. 2 沉淀

將經前處理的廢水轉入沉淀池中，加 1 mol/L NaOH調節pH至9.0，使部分Ni2+以Ni(OH)2的形式沉積，同時也產生{[Ni(OH)2]m·xOH?}x?膠粒[7]。

2. 2. 3 絮凝

取沉淀池的上清液，調節pH后，加入一定量的絮凝劑，攪拌40 min，靜置12 h后過濾，取沉淀物，干燥后稱重。所用絮凝劑包括陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)、聚合硫酸鐵(PFS)和十二水硫酸鋁鉀[KAl(SO4)2·12H2O]，其原溶液質量濃度均為10 g/L。

2. 2. 4 電解

圖 1為電解槽的裝置示意圖。以 Fe2O3修飾的Al–Mg合金片作陽極，碳電極作陰極，兩極間用120目的聚乙烯多孔膜隔開。電解時將電解槽置于水浴鍋中，具體的電解參數為：廢水pH 8.7 ～ 9.0，溫度25 ～ 33 °C，電壓4.5 V，電解時間4 h。

圖1 電解槽裝置示意圖Figure 1 Schematic diagram of electrolysis cell

廢水的主要電解機理為：pH為8.7 ～ 9.0時，廢水中的 Ni2+主要以荷負電的{[Ni(OH)2]m·xOH?}x?膠粒形式存在[7]，另外還有少量的K+、H+等雜質離子。本研究中的廢水來源主要是以硫酸鎳作為槽液，因此，陰離子主要有和OH?。通電后，由于電場效應，荷負電的{[Ni(OH)2]m·xOH?}x?、、OH?向陽極區移動。其中，荷負電荷高的{[Ni(OH)2]m·xOH?}x?通過聚乙烯多孔膜首先吸附于Fe2O3載體表面，并產生脫OH?效應，使[Ni(OH)2]m膠核互相聚沉在陽極；荷正電的H+由于半徑小而先在碳陰極表面放電產生極少量的氫氣，從而使陰極區的Ni2+以{[Ni(OH)2]m·xOH?}x?轉入陽極區，在陰極區得到凈化水，陽極區得到Ni(OH)2沉淀。

2. 3 水質分析

用原子吸收法(日本日立公司的 Z2000原子吸收儀)測定處理前后廢水中的Ni2+含量，利用標準曲線法求得鎳含量。

3 結果與討論

3. 1 不同絮凝劑對鍍鎳廢水中Ni2+絮凝效果的影響

圖 2所示為不同絮凝劑的投加量對鍍鎳廢水中Ni2+絮凝效果的影響。

圖2 單一絮凝劑用量對沉淀量的影響Figure 2 Effect of the dosage of individual flocculating agent on precipitate amount

由圖2可知，隨著絮凝劑質量濃度的增大，Ni(OH)2的沉淀量也增大。其中，KAl(SO4)2·12H2O的絮凝效果最好，其次是PFS；當KAl(SO4)2·12H2O、PFS和CPAM原溶液的投加量分別為4.0、5.0和5.0 mL，即其在廢水中的質量濃度分別為0.133、0.167和0.167 g/L時，各自得到最大的Ni(OH)2沉淀量。

3. 2 復合絮凝時pH的選擇

按3.1所討論的KAl(SO4)2·12H2O、PFS、CPAM的最佳加入量將3種絮凝劑混合，投入鍍鎳廢水中，在不同pH下測其Ni(OH)2的沉淀量，結果如圖3所示。

圖3 pH對采用復合絮凝劑時沉淀量的影響Figure 3 Effect of pH on precipitate amount using a compound flocculating agent

分析圖2可知，在一定pH范圍內，隨著pH升高，Ni(OH)2的沉淀量增大。當pH = 8.7時，復合絮凝劑的沉淀量達到最大，為550 mg；當pH ＞8.7時，Ni(OH)2的沉淀量反而略有減小。因此，選用復合絮凝的pH為8.7。測得在pH = 8.7下絮凝處理過的廢水中Ni2+含量為3.159 mg/L，仍不能達標。

3. 3 電解時槽電壓的選擇

取2 L經絮凝處理的廢水置于電解槽中，在不同槽電壓下電解4 h后，將陽極區廢水取出，測其Ni2+含量，得到Ni2+含量隨槽電壓變化的曲線，結果如圖4所示。

圖4 電解處理時槽電壓對Ni2+含量的影響Figure 4 Effect of cell voltage on nickel ions content in electrolytic treatment

從圖3可知，槽電壓為4.5 V時，Ni2+的含量最低，為0.376 mg/L。當槽電壓高于4.5 V時，隨槽電壓上升，Ni2+含量不再降低，故電解的最佳槽電壓為4.5 V。

4 結論

(1) 先在pH = 9.0下沉淀處理，隨后在pH = 8.7下，按KAl(SO4)2·12H2O 0.133 g/L、PFS 0.167 g/L、 CPAM 0.167 g/L的比例加入絮凝劑對廢水進行絮凝處理，廢水中的Ni2+含量由826.8 mg/L降至3.159 mg/L。再于25 ～ 33 °C、4.5 V下電解4 h，使Ni2+含量降至0.376 mg/L，不僅達到GB 21900–2008的排放要求，而且可回收應用于鍍鎳工段中鍍槽液中的循環用水和一次漂洗中的循環用水。

(2) 本工藝從鎳的污染源徹底清除了鎳對生態環境的污染，達到排放要求，為鍍鎳工段的清潔生產提供了行之有效的方法。

[1] 李家業. 鍍鎳廢水的處理回用技術研究[D]. 山東: 山東農業大學, 2010.

[2] 張永吉. 化學沉淀法處理電鍍廢水的新認識和新進展[J]. 環境污染與防治, 1993, 15 (6): 27-30.

[3] 郭崇武, 李建強, 田華. 用反滲透技術回收鍍鎳漂洗水[J]. 電鍍與精飾, 2009, 31 (2): 40-42.

[4] 陳爾余. 用新型改性沸石處理含 Ni2+電鍍廢水的研究[J]. 材料保護, 2007, 40 (2): 55-56, 61.

[5] 彭榮華, 羅娟. 用還原–絮凝沉淀法處理電鍍廢水的研究[J]. 材料保護, 2008, 41 (4): 70-72.

[6] 李琛. 人工濕地處理電鍍廢水研究進展[J]. 電鍍與環保, 2011, 31 (3): 4-6.

[7] 傅獻彩, 沈文霞, 姚天揚, 等. 物理化學(下冊)[M]. 5版. 北京: 高等教育出版社, 2006: 405-460.

Treatment of nickel electroplating wastewater by flocculation–electrolysis method //

LIU Cun-hai*, LIU Gang, LAI Xiao-juan

The treatment of nickel electroplating wastewater was studied by composite flocculation and electrolysis processes. The previously filtered wastewater containing 826.8 mg/L Ni2+was treated by the following steps: (1) precipitation by adjusting pH to 9.0 with NaOH solution; (2) flocculation with KAl(SO4)2·12H2O 0.133 g/L, polyferric sulfate (PFS) 0.167 g/L, and cationic polyacrylamide (CPAM) 0.167 g/L at pH 8.7; and (3) electrolysis at a cell voltage of 4.5 V for 4 h. The treated wastewater contained 0.376 mg/L Ni2+, meeting the emission standard.

nickel electroplating; wastewater; flocculating agent; electrolysis; voltage; emission

TQ153.12; X781.1

A

1004 – 227X (2012) 09 – 0037 – 03

2012–03–31

2012–05–21

國家自然科學基金項目（51103081）。

劉存海（1955–），男，陜西周至人，副教授，主要研究方向為環境化學及水處理工程。

作者聯系方式：(E-mail) liuch@sust.edu.cn。

[ 編輯：吳杰 ]