含鎳廢水處理工藝優化設計

羅 鑄

（株洲湘火炬火花塞有限責任公司，湖南株洲 412000）

在滾鍍鎳工藝開發前，公司火花塞表面處理采用掛鍍鎳工藝。掛鍍鎳廢水處理工藝采用化學沉淀法進行一次中和沉淀，得到氫氧化鎳沉淀，再投加PAC進行混凝，投加PAM進行絮凝，廢水處理后進入斜管沉淀池，進行泥水分離，污泥排至含鎳污泥池，將分離的出水過濾，調節pH至7～9排放。公司自動滾鍍鎳生產線正常運行后，生產能力大幅提高，產生的含鎳廢水量也大幅增加，如果仍采用掛鍍鎳廢水處理工藝處理滾鍍鎳廢水，則廢水不能達標排放，同時鎳全部進入污泥，沒有重復利用鎳沉淀物，材料浪費大，處理成本高。因此，必須對含鎳廢水處理工藝進行優化設計。

1 含鎳廢水處理工藝的優化設計要求及方案

在自動滾鍍鎳生產線正常運行后，為了使滾鍍鎳廢水能夠達標排放，有效利用鎳沉淀物，降低處理成本，公司決定對含鎳廢水處理工藝進行優化設計，并提出了下列要求：

1）利用優化設計的含鎳廢水處理工藝處理滾鍍鎳廢水，水質指標達到國家排放標準[1]。

2）實現80%以上鎳回收利用，減少危險廢物產生。

3）降低工程成本，充分利用掛鍍鎳廢水處理工藝、設備。

4）確定適宜的工藝參數。

滾鍍鎳廢水處理前水質指標為：pH 5～6；Ni2+30～50mg/L；COD 200～300mg/L；SS 40～50mg/L；TP 15～25mg/L；石油類 10～15mg/L。

根據公司對含鎳廢水處理工藝優化設計的要求，經過研究，確定了含鎳廢水處理工藝優化設計方案：在掛鍍鎳廢水處理工藝的中和反應池前，增加一個中和反應池，增加一次中和沉淀；增加一個斜管沉淀池，將泥水分離后，壓濾出含鎳泥餅回用至電鍍槽，實現80%以上鎳回收利用。優化設計的含鎳廢水處理工藝流程見圖1。

圖1 優化設計的含鎳廢水處理工藝流程

2 滾鍍鎳廢水處理實驗研究

2.1 中和沉淀除鎳實驗

2.1.1 實驗部分

（1）主要試劑與儀器

氫氧化鈉。

pHS-3E型酸度計；OMS-121E型液晶數顯磁力攪拌器；AA-6880F/AAC型原子吸收分光光度計。

實驗用水為二次蒸餾水。

（2）實驗方法

取滾鍍鎳廢水1L，用NaOH調節pH至一定值，進行中和沉淀反應，電磁攪拌一定時間，反應完成后，靜置30min，取少量上清液進行Ni2+濃度測定，采用國標法[2]。

2.1.2 結果與討論

采用化學沉淀法，以氫氧化鈉為沉淀劑，去除鎳的反應為：

Ni2++2OH-→ Ni（OH）2↓

廢水中鎳離子能否徹底反應，生成難溶于水的氫氧化鎳，主要取決于廢水中的離子濃度。根據氫氧化鎳沉淀-溶解平衡以及水的離子積計算公式，可算出氫氧化鎳沉淀的pH。

[H+][OH-]=Kw，[Ni2+][OH-]2=Ksp，則[OH-]=Kw/[H+]，[Ni2+]（Kw/[H+]）2=Ksp。

滾鍍鎳廢水處理前鎳離子濃度為30～50mg/L。當鎳離子濃度為30mg/L時，要實現鎳80%以上回收利用，則[Ni2+]= 30×80%×10-3/58.7=4.1×10-4mol/L，在25℃，水的離子積Kw= 1.0×10-14，氫氧化鎳的溶度積Ksp=2.0×10-15，則可算出[H+]= 4.5×10-9mol/L，則氫氧化鎳沉淀的pH為：

當鎳離子濃度為50mg/L時，要實現鎳80%以上回收利用，則[Ni2+]=50×80%×10-3/58.7=6.8×10-4mol/L，在25℃，水的離子積Kw=1.0×10-14，氫氧化鎳的溶度積Ksp=2.0×10-15，則可算出[H+]=5.8×10-9mol/L，則氫氧化鎳沉淀的pH為：

在工業廢水處理過程中，由實際運行得到可供參考的氫氧化鎳沉淀析出的pH范圍為pH＞9.5[3]。選擇氫氧化鎳沉淀的pH為10～11。

依照規定，水行政執法機關一旦發現涉水違法行為可能觸犯刑法，有義務將相關案件移送至公安、檢察等司法機關處理。按照最高檢規定，水行政執法機關向公安機關移送案件，公安機關作立案、不立案決定處理，應向同級檢察院備案。但對未報送檢察機關備案的，沒有規定監督和懲罰措施，這使得部分水行政執法機關對應移送的案件持一種消極態度。雖然刑法第402條規定了行政執法機關不移送案件的刑事責任，但該條款的適用取決于檢察機關及時發現行政機關在移送案件過程中的瀆職行為。事實上在未及時備案又缺乏信息共享的前提下，檢察機關很難發現部分水行政執法機關的瀆職行為。

（2）反應時間

控制氫氧化鎳沉淀的pH為10，確保鎳80%以上回收利用，對氫氧化鎳沉淀的反應時間進行研究，結果見表1。由表1可知，反應時間在0～50min時，隨著反應時間的增加，鎳離子沉淀率不斷增大；當反應時間大于30min時，鎳離子沉淀率增大趨緩；反應時間為30min時，鎳離子沉淀率為89.8%＞80%。選擇反應時間為30min。

表1 反應時間與鎳離子沉淀率的關系

2.1.3 中和沉淀除鎳適宜的工藝條件

氫氧化鎳沉淀適宜的pH為10～11，反應時間為30min。

2.2 混凝沉淀實驗

2.2.1 實驗部分

（1）主要試劑與儀器

氫氧化鈉；重鉻酸鉀；鉬酸銨；PAC；PAM。

pHS-3E型酸度計；OMS-121E型液晶數顯磁力攪拌器；JLBG126型紅外測油儀；723N型分光光度計。

實驗用水為二次蒸餾水。

（2）實驗方法

滾鍍鎳廢水各污染物值均取最大值。取滾鍍鎳廢水2L，用NaOH調節pH為10，進行二次中和沉淀，每次電磁攪拌反應30min，靜置30min，在第2次中和沉淀完成后，靜置30min，取少量上清液進行Ni2+濃度測定，測得Ni2+濃度為0.22mg/L。取上清液1L，用NaOH調節pH至一定值，分別加入一定量的PAC、PAM，電磁攪拌反應一定時間，靜置60min，Ni2+濃度、SS濃度均已達標，取少量上清液分別測定COD、TP、石油類的濃度。COD的測定采用國標法[4]；總磷TP的測定采用國標法[5]；石油類的測定采用紅外分光光度法[6]。

2.2.2 結果與討論

（1）PAC投加量

控制PAM投加量、反應的pH、反應時間，考察PAC投加量對COD、TP、石油類濃度的影響，結果見表2。由表2可知，當PAC投加量為0～500mg/L時，隨著PAC投加量的增大，COD、TP、石油類濃度不斷減??；當PAC投加量大于400mg/L時，COD、TP、石油類濃度減小趨緩；PAC投加量為400mg/L時，COD、TP、石油類濃度分別為57.3mg/L、0.60mg/L、0.85mg/L，均已達到排放標準。選擇PAC投加量為400mg/L。

表2 PAC投加量對COD、TP、石油類的濃度的影響

（2）PAM投加量

控制PAC投加量400mg/L、反應的pH、反應時間，考察PAM投加量對COD、TP、石油類濃度的影響。當PAM投加量為20-80mg/L時，COD濃度分別為183.5mg/L、118.3mg/L、56.7mg/L、44.9mg/L，TP濃度分別為9.84mg/L、2.62mg/L、0.58mg/L、0.45mg/L，石油類濃度分別為7.16mg/L、3.34mg/L、0.87mg/L、0.63mg/L，隨著PAM投加量的增大，COD、TP、石油類濃度不斷減?。划擯AM投加量大于60mg/L時，COD、TP、石油類濃度減小趨緩；PAM投加量為60mg/L時，COD、TP、石油類濃度分別為56.7mg/L、0.58mg/L、0.87mg/L，均已達到排放標準。選擇PAM投加量為60mg/L。

（3）反應的pH

控制PAC投加量400mg/L、PAM投加量60mg/L、反應時間，考察反應的pH對COD、TP、石油類濃度的影響。當反應的pH為8～11時，COD濃度分別為181.4mg/L、116.8mg/L、56.1mg/L、41.7mg/L，TP濃度分別為9.63mg/L、2.49mg/L、0.54mg/L、0.42mg/L，石油類濃度分別為7.07mg/L、3.23mg/L、0.89mg/L、0.66mg/L，隨著pH的增大，COD、TP、石油類濃度不斷減小；當pH大于10時，COD、TP、石油類濃度減小趨緩；pH為10時，COD、TP、石油類濃度分別為56.1mg/L、0.54mg/L、0.89mg/L，均已達到排放標準。選擇反應的pH為10。

（4）反應時間

控制PAC投加量400mg/L、PAM投加量60mg/L、反應的pH10，考察反應時間對COD、TP、石油類濃度的影響。當反應時間為10～25min時，COD濃度分別為186.2mg/L、115.1mg/L、58.0mg/L、49.3mg/L，TP濃度分別為9.74mg/L、2.55mg/L、0.59mg/L、0.50mg/L，石油類濃度分別為7.24mg/L、3.36mg/L、0.88mg/L、0.75mg/L，隨著反應時間延長，COD、TP、石油類濃度不斷減?。划敺磻獣r間大于20min時，COD、TP、石油類濃度減小趨緩；反應時間為20min時，COD、TP、石油類濃度分別為58.0mg/L、0.59mg/L、0.88mg/L，均已達到排放標準。選擇反應時間為20～30min。

2.2.3 混凝沉淀適宜的工藝條件

混凝沉淀適宜的PAC投加量為400mg/L，PAM投加量為60mg/L，反應的pH為10；反應時間為20～30min。

3 優化設計的含鎳廢水處理工藝處理滾鍍鎳廢水結果

經過二個月時間的建設，含鎳廢水處理工藝優化設計完成。利用優化設計的含鎳廢水處理工藝，采用適宜的工藝參數，處理滾鍍鎳廢水，通過近二個月的運行，廢水處理后水 質 指 標 為：pH 7～9，Ni2+0.05～0.30mg/L，COD 4～60mg/L， SS 0.1～1.2mg/L，TP 0.051～0.62mg/L，石油類0.06～0.90mg/L。水質指標達到國家排放標準。

4 結論

根據公司對含鎳廢水處理工藝優化設計的要求，經過研究，確定了含鎳廢水處理工藝優化設計方案；通過中和沉淀除鎳和混凝沉淀實驗，確定了優化設計的含鎳廢水處理工藝適宜的工藝參數為：中和沉淀的pH為10～11，中和沉淀的反應時間為30min；混凝沉淀PAC投加量為400mg/L，PAM投加量為60mg/L，反應的pH為10，反應時間為20～30min。利用優化設計的含鎳廢水處理工藝處理滾鍍鎳廢水，水質指標達到國家排放標準。