表面處理網訊陳振國汪曉軍

（華南理工大學環境與能源學院廣東廣州510006）

摘要采用堿–磷酸鹽兩級沉淀法處理某電鍍廠反滲透工序產生的高濃度含鎳濃水其主要流程為化學氧化破絡初次沉淀和二次沉淀研究了初次和二次沉淀pH對廢水中鎳去除效果的影響以及二次沉淀時Na2HPO4投加量和二次沉淀后聚合硫酸鐵PFS投加量對出水總鎳和總磷濃度的影響當初次沉淀pH為9.5二次沉淀pH為10.0和Na2HPO4投加量為50mg/L時出水的總鎳濃度可穩定低于0.2mg/L與其他廢水混合后則可低于0.1mg/L符合GB21900–2008中表3要求二次沉淀后PFS的投加需根據總排放口出水總磷情況而定采用該法處理該電鍍廠含鎳廢水的藥劑成本約為3.69元/m3

關鍵詞含鎳電鍍廢水反滲透濃水兩級沉淀處理磷酸鹽成本

中圖分類號X781.1文獻標志碼A

文章編號1004–227X201421–0935–04

電鍍行業因污染量大排放的廢水污染物種類復雜且毒性強被認為是全球三大污染工業之一電鍍廢水成分復雜包含多種有機物配合物和鎳銅鉛等重金屬其中鎳是國際上公認的致癌物質在GB8978–1996《污水綜合排放標準》中被歸為第一類污染物鎳及其化合物不僅能在土壤中富集影響農作物的正常生長在水體中對水生生物也具有明顯的毒性影響水生動植物的生長和漁業生產更值得注意的是若鎳通過食物鏈進入人體將對人體健康產生不良影響[1]

目前處理含鎳廢水的方法有化學處理法離子交換法電解法和反滲透技術[2-4]等這些技術各有優缺點其中化學處理法最為常用[5]在實際處理中常規化學處理法的處理效果較差需要設置后續離子交換裝置才能保證出水總鎳達到相關標準而離子交換樹脂常因為受其他有機污染物濃度較高的影響使用壽命減短進而影響了整個系統的總鎳處理效果同時增加了運行成本因此有必要探索更為有效而穩定的含鎳廢水化學處理方法

廣東某電鍍廠反滲透工藝中產生的高濃度含鎳濃水經原有工藝處理后鎳含量可穩定低于0.5mg/L在與其他廢水混合混合體積比約為1∶2后總鎳濃度可得到稀釋但仍無法達到GB21900–2008《電鍍污染物排放標準》中表3要求總鎳含量小于0.1mg/L為使其總鎳達標排放本文采用堿沉淀–磷酸鹽沉淀兩級沉淀法對其進行試驗研究以滿足表3標準｜

1實驗

1.1廢水的組成

試驗廢水取自廣東某化學電鍍廠反滲透工藝中產生的高濃度含鎳濃水其水質指標為總鎳232mg/L總磷0.20mg/LCOD13.6mg/LpH2.72

1.2試劑

NaClO有效氯≥10%分析純NaOH和Na2HPO4聚合硫酸鐵PFS全鐵含量約19%工業品

1.3廢水的處理

試驗廢水的處理流程為化學氧化破絡─初次沉淀─二次沉淀

1.3.1化學氧化破絡

為確保兩級沉淀法可有效去除廢水中的鎳先對廢水進行化學氧化破絡處理由于廢水呈強酸性可直接投加NaClO利用NaClO的強氧化性破壞廢水中有可能與鎳形成配合物的有機物[6]使其轉變為游離的鎳離子以便后續沉淀法去除鎳NaClO的投加量為1mL/L

1.3.2初次沉淀

25°C時NiOH2的溶度積Ksp=2.0×10生成NiOH2沉淀而得以去除本工藝先投加30%質量分數NaOH溶液調節pH并攪拌靜置沉淀后取上清液測定總鎳濃度以考察初次沉淀中pH對初次沉淀出水總鎳濃度的影響1.3.3二次沉淀

初次沉淀能除去絕大部分的鎳且形成的氫氧化鎳純度較高可作為資源回收初次沉淀后廢水中仍存在較低濃度的鎳故需對初次沉淀出水進行二次沉淀處理25°C時Ni3PO42的溶度積Ksp=5.0×1031[8]可利用磷酸根離子去除初次沉淀出水中殘余的鎳離子二次沉淀處理分為兩步

1取一定量初次沉淀出水投加一定量的Na2HPO4攪拌反應后調節pH靜置沉淀測定上清液中的總鎳濃度和總磷濃度

2在1反應完畢后繼續投加一定量的PFS攪拌反應后靜置沉淀測定上清液pH總鎳和總磷濃度

1.4水質分析

pH采用上海雷磁的PHS-3C型pH計測定總鎳采用丁二酮肟分光光度法測定總磷TP采用過硫酸鉀–鉬酸銨分光光度法測定[9]｜

2結果與討論

2.1初次沉淀試驗

為考察不同pH下初次沉淀的總鎳去除效果取多份1000mL試驗廢水分別投加30%NaOH溶液調節廢水pH至8.08.59.09.510.0和10.5攪拌后靜置沉淀取上清液測定總鎳濃度結果如圖1所示

根據NiOH2的溶度積理論計算當pH=9.5時鎳離子可沉淀完全[7]由圖1可知當pH從8.0升至9.0時廢水的總鎳濃度出現驟降現象隨后pH升高對鎳去除效果的影響很小pH=9.0時總鎳從原水的232mg/L降至6.52mg/L而pH=9.5時上清液的總鎳濃度為4.00mg/L初次沉淀出水的總鎳濃度決定了二次沉淀藥劑的使用量為提高總鎳去除率盡量降低初次沉淀出水的總鎳濃度以減少二次沉淀的投藥量選擇pH=9.5作為初次沉淀的最佳pH

2.2二次沉淀試驗

2.2.1pH對二次沉淀的影響

為確定二次沉淀反應后的pH對總鎳去除效果的影響取多份100mL的初次沉淀出水分別投加100mg/LNa2HPO4攪拌反應15min后用5%NaOH溶液調節pH至7.58.08.59.09.5和10.0靜置沉淀后取上清液測定總鎳濃度結果如圖2所示

由圖2可以看出提高初次沉淀后的pH有利于進一步去除廢水中的鎳當pH=10.0時上清液的總鎳濃度約為0.16mg/L小于0.20mg/L對應的總鎳去除率可達99.93%將出水與其他廢水混合稀釋即可低于0.1mg/L若進一步提高pH則會使處理后的廢水堿度太大故確定二次沉淀的最佳pH為10.0｜

2.2.2Na2HPO4投加量的影響

以Na2HPO4為沉淀劑除需考慮其對鎳的去除效果外還應注意到該沉淀劑的引入可能會使廢水的總磷濃度升高為確定不同Na2HPO4投加量對二次沉淀出水總鎳和總磷的影響取多份100mL的初次沉淀出水分別投加12.52550100200和300mg/LNa2HPO4攪拌反應15min后利用5%NaOH溶液調節pH至10.0靜置沉淀取上清液測定總鎳和總磷結果如圖3所示

圖3表明增大Na2HPO4投加量有利于進一步去除廢水中的鎳當Na2HPO4投加量≥50mg/L時總鎳濃度可穩定低于0.20mg/L但Na2HPO4投加量的增大會使出水總磷升高當投加量大于50mg/L時出水總磷濃度明顯上升為確保二次沉淀后出水總鎳濃度小于0.2mg/L并盡量控制總磷濃度確定二次沉淀的Na2HPO4投加量為50mg/L

2.2.3聚合硫酸鐵添加量的影響

為進一步嘗試降低二次沉淀出水的總磷使用聚合硫酸鐵對二次沉淀出水進行處理在二次沉淀反應后向廢水中投加一定量的5%質量分數聚合硫酸鐵進行攪拌反應靜置沉淀后取上清液測定pH總鎳和總磷以考察聚合硫酸鐵的投加對二次沉淀出水總鎳和總磷的影響結果如表1所示

由表1可知隨著聚合硫酸鐵投加量增大出水pH逐漸降低而pH下降將會導致已經沉淀的鎳釋放出來進而使出水的總鎳濃度升高當聚合硫酸鐵投加量為50mg/L時總鎳濃度為0.16mg/L總磷濃度為1.20mg/L相比于未投加聚合硫酸鐵的出水總鎳濃度基本不變總磷濃度則下降了約2mg/L繼續提高聚合硫酸鐵投加量不利于廢水中鎳的去除因此在需要考慮降低二次沉淀出水總磷濃度對總排放廢水的影響時可在二次沉淀反應后向廢水中加入50mg/L的聚合硫酸鐵進行共沉淀反應[10]若無需考慮總磷對后續出水水質的影響則不用投加聚合硫酸鐵｜

2.3經濟成本分析

選用兩級沉淀法對試驗廢水進行處理主要處理成本為藥劑費用如表2所示由表2可知使用兩級沉淀法處理該廠的反滲透高濃度含鎳濃水主要處理成本為3.69元/m3

3結論

1采用堿–磷酸鹽兩級沉淀法處理某電鍍廠反滲透工序產生的高濃度含鎳濃水出水的總鎳濃度可穩定低于0.2mg/L將出水與其他廢水混合后總鎳濃度達到GB21900–2008表3要求

2二次沉淀后聚合硫酸鐵的投加根據總排放口出水總磷情況而定

3該法的藥劑處理成本約為3.69元/m3

參考文獻

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