芬頓氧化法預處理化學鍍鎳廢水影響因素研究

章龔鴻 ，殷若愚

(1.江西明森環保科技有限公司，江西 南昌 330038；2.江西理工大學江西省礦冶環境污染控制重點實驗室,江西 贛州 341000)

基于鎳的金屬性特別弱這一特性，近年來，鍍鎳成為電鍍工業中占比較大的鍍種。由于化學鍍生產工藝簡單、節約能源而被大范圍使用在電子、化工等工業領域當中[1]?；瘜W鍍鎳廢水包括化學鍍鎳廢液以及在對鍍件清洗時所產生的清洗水?；瘜W鍍鎳廢水的污染物主要為Ni和P，同時還伴隨有大量的難降解有機物和無機物[2]，從而導致COD含量也非常高。處理含鎳廢水的方法有化學沉淀法，氧化還原法，分離、吸附法及電化學法等。黃新[3]等采用濃度為100 g/L的Na2CO3，pH值≥9.3時，沉淀效果最佳。有學者用2-乙基磷酸和2,4,4-三甲基戊基膦酸及煤油作為萃取劑處理預沉淀的化學鍍鎳廢水，取得較好效果[4-6]。Rahman[7]發現胺基膦酸陽離子交換樹脂對化學鍍鎳廢水中鎳離子的吸附效果好。閆雷等人[8]使用電解法處理化學鍍鎳廢水，鎳的去除率高達97.1%以上。

論文以江西某電鍍園區化學鍍鎳廢水為研究對象，在分析化學鍍鎳廢水水質基礎上，以重金屬鎳和COD為考察目標，采用芬頓氧化法處理化學鍍鎳廢水，圍繞芬頓氧化法通過破絡以預處理重金屬鎳及COD的影響因素進行研究。

1 實驗水質與試驗方法

1.1 化學鍍鎳廢水水質

本實驗用化學鍍鎳廢水來源于江西某電鍍園區，即將化學鍍鎳廢液按一定比例加入到前處理樣液中，混合均勻，得到化學鍍鎳廢水，該廢水水質情況如表1所示。

表1 化學鍍鎳廢水水質情況

1.2 實驗方法

分別取3種不同濃度的化學鍍鎳廢水200 mL于3個燒杯中，分別加入適量的芬頓試劑，置于磁力攪拌器中反應一定時間。為了檢測氧化效果，在磁力攪拌器中反應一定時間后，經NaOH溶液調節pH值為9，加PAM混凝沉淀后過濾，取上清液測定其中鎳離子和COD含量。

采用原子吸收分光光度法測定廢水中鎳離子濃度。COD采用快速消解分光光度法(HJ/T399-2007)進行測定。

2 實驗結果與分析

2.1 初始pH值的影響

為了研究溶液初始pH值對芬頓氧化化學鍍鎳廢水的影響，保持H2O2投加量為0.12 mol/L，H2O2與Fe2+物質的量比為2∶1，反應時間1 h，考察四個不同初始pH值的影響，結果如圖1所示。

圖1 溶液初始pH值的影響

圖2 H2O2投加量的影響

由圖1中可知，隨著化學鍍鎳廢水初始pH值由3增加到9，鎳離子的去除率由99.05%持續降低至44.03%，此時殘余鎳離子濃度為1.72 mg/L；而COD的去除率總體差異不大，其去除率最大出現在pH值=5時78.92%，而最低出現在pH值=9時70.51%。這可以從芬頓氧化的反應機理進行解釋。酸性條件下，利用Fe2+作為H2O2的催化劑，生成具有很強氧化電性且反應活性很高的·OH，·OH在水溶液中與難降解有機物反應，使有機物結構破壞，最終氧化分解。同時Fe2+被氧化成Fe3+，產生混凝沉淀，可去除有機物。后續實驗將不調節廢水pH值。

2.2 H2O2投加量的影響

為了研究H2O2投加量對芬頓氧化法處理化學鍍鎳廢水的影響，不調節廢水pH值，并保持H2O2與Fe2+物質的量比為2∶1，反應時間為1 h，考察四個不同H2O2投加量的影響，結果如圖2所示。

由圖2可知，H2O2投加量對鎳離子和COD去除率的影響趨勢一致，均隨著H2O2投加量的增加先升高再降低。當H2O2投加量為0.06 mol/L時，產生的·OH數量較少，不足以將廢水中以絡合物形式出現的鎳以及COD完全氧化。當H2O2投加量增加到0.18 mol/L時，鎳離子去除率達99.20%，COD去除率達83.51%，此時殘余鎳離子濃度為1.45 mg/L，殘余COD濃度為122.81 mg/L。當H2O2投加量繼續增加到0.24 mol/L時，鎳離子去除率降低至78.76%，COD去除率降至64.32%，這是由于H2O2過量，溶液中殘留的H2O2會與生成的·OH反應，使得鎳離子和COD去除率均下降。

2.3 H2O2與Fe2+摩爾比的影響

為了研究H2O2與Fe2+摩爾比對芬頓氧化法處理化學鍍鎳廢水的影響，不調節廢水pH值，并保持H2O2的投加量為0.18 mol/L，反應時間1 h，考察四個不同H2O2與Fe2+物質的量比，結果如圖3所示。

圖3 H2O2與Fe2+摩爾比的影響

圖4 反應時間的影響

由圖3可知，H2O2與Fe2+物質的量比對鎳離子和COD去除率的影響趨勢一致，即隨著H2O2與Fe2+物質的量比的增加，鎳離子和COD去除率開始增加，然后再降低。在H2O2與Fe2+物質的量比為1∶1和2∶1時，鎳離子和COD去除率有些許增加。在整個反應過程，·OH的數量會隨著反應進行不斷產生。Fe2+濃度較低時，H2O2很難分解產生·OH，反應速度變慢；而Fe2+過量時，·OH的產生很快，這樣部分·OH會和·OH發生反應結合成H2O2，降低H2O2的利用率；同時過高的H2O2與Fe2+物質的量比將使得其中的Fe2+以捕收劑的方式與·OH結合，從而降低H2O2的利用率。

2.4 反應時間的影響

為了研究反應時間對芬頓氧化法處理化學鍍鎳廢水的影響，不調節廢水pH值，并保持H2O2的投加量為0.18 mol/L，H2O2與Fe2+物質的量比定為2∶1，反應時間1 h，考察四個反應時間的影響，結果如圖4所示。

由圖4可以看出，反應時間對鎳離子和COD去除率的影響趨勢一致，鎳離子和COD的去除率隨著反應時間的延長先升后降。反應時間到達1 h時，鎳離子和COD去除率均達到最大值，繼續延長反應時間，鎳離子和COD去除率均出現下降，那是由于反應時間過長時，H2O2的揮發導致·OH的減少，從而影響氧化效率。后續實驗中芬頓氧化的反應時間定為1 h。

3 結論

采用芬頓氧化法處理化學鍍鎳廢水，考察了溶液初始pH值、H2O2投加量、H2O2/FeSO4物質的量比、反應時間四個影響因素對鎳離子和COD處理效率的影響，得到以下結論：

(1)溶液初始pH值影響因素中，化學鍍鎳廢水pH值為3時鎳離子和COD處理效率均均達到最高，而該廢水初始pH值為2.94，因此不需調節pH值。

(2)H2O2投加量影響因素中，當H2O2的投加量為0.18 mol/L時，鎳離子去除率達99.20%，COD去除率達83.51%，此時殘余鎳離子濃度為1.45 mg/L，殘余COD濃度為122.81 mg/L。

(3)H2O2/FeSO4物質的量比影響因素中，H2O2與Fe2+物質的量比確定為2∶1，此時鎳離子和COD處理效率均達到最高。

(4)反應時間影響因素中，反應1 h時鎳離子和COD處理效率均達到最高。