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(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，教育部輕化工助劑化學(xué)與技術(shù)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(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，教育部輕化工助劑化學(xué)與技術(shù)重點實驗室，陜西 西安 710021）

采用復(fù)合絮凝及電解的方法研究了鍍鎳廢水的處理。經(jīng)過濾的廢水(含Ni2+826.8 mg/L)先以NaOH溶液調(diào)節(jié)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(jìn)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(dá)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(yè)的迅速發(fā)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(tài)環(huán)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(jìn)入生態(tài)環(huán)境，經(jīng)土壤、水體、大氣遷移轉(zhuǎn)化，鎳的各種形態(tài)一旦被攝入人體，將會導(dǎo)致肺出血、腦出血、浮腫、毛細(xì)血管壁脂肪變性、呼吸系統(tǒng)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(xué)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(xì)菌分解法、反滲透法等。近年來，有關(guān)含鎳廢水的研究旨在使廢水得到循環(huán)利用，達(dá)到清潔生產(chǎn)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(dá)到國標(biāo)GB 21900–2008中新建企業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(≤0.5 mg/L)，并將其應(yīng)用于表面處理車間的循環(huán)用水，實現(xiàn)了鍍鎳廢水循環(huán)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(huán)利用)。

2. 2. 1 前處理

將廢水放入置有篩網(wǎng)的前處理池中，除去廢水中的不溶性固體。

2. 2. 2 沉淀

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

2. 2. 3 絮凝

取沉淀池的上清液，調(diào)節(jié)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(zhì)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(shù)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(fù)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(zhì)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(yīng)，荷負(fù)電的{[Ni(OH)2]m·xOH?}x?、、OH?向陽極區(qū)移動。其中，荷負(fù)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(chǎn)生脫OH?效應(yīng)，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(chǎn)生極少量的氫氣，從而使陰極區(qū)的Ni2+以{[Ni(OH)2]m·xOH?}x?轉(zhuǎn)入陽極區(qū)，在陰極區(qū)得到凈化水，陽極區(qū)得到Ni(OH)2沉淀。

2. 3 水質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)曲線法求得鎳含量。

3 結(jié)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(zhì)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(dāng)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(zhì)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(fù)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(jié)果如圖3所示。

圖3 pH對采用復(fù)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(nèi)，隨著pH升高，Ni(OH)2的沉淀量增大。當(dāng)pH = 8.7時，復(fù)合絮凝劑的沉淀量達(dá)到最大，為550 mg；當(dāng)pH ＞8.7時，Ni(OH)2的沉淀量反而略有減小。因此，選用復(fù)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(dá)標(biāo)。

3. 3 電解時槽電壓的選擇

取2 L經(jīng)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(qū)廢水取出，測其Ni2+含量，得到Ni2+含量隨槽電壓變化的曲線，結(jié)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(dāng)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(jié)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(jìn)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(dá)到GB 21900–2008的排放要求，而且可回收應(yīng)用于鍍鎳工段中鍍槽液中的循環(huán)用水和一次漂洗中的循環(huán)用水。

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

[1] 李家業(yè). 鍍鎳廢水的處理回用技術(shù)研究[D]. 山東: 山東農(nóng)業(yè)大學(xué), 2010.

[2] 張永吉. 化學(xué)沉淀法處理電鍍廢水的新認(rèn)識和新進(jìn)展[J]. 環(huán)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(shù)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(jìn)展[J]. 電鍍與環(huán)保, 2011, 31 (3): 4-6.

[7] 傅獻(xiàn)彩, 沈文霞, 姚天揚, 等. 物理化學(xué)(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(xué)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(huán)境化學(xué)及水處理工程。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) liuch@sust.edu.cn。

[ 編輯：吳杰 ]