絮凝–电解法处理镀镍废水

刘存海，刘刚，赖小娟

（陕西科技大学化学与化工学院，教育部轻化工助剂化学与技术重点实验室，陕西 西安 710021）

絮凝–电解法处理镀镍废水

刘存海*，刘刚，赖小娟

（陕西科技大学化学与化工学院，教育部轻化工助剂化学与技术重点实验室，陕西 西安 710021）

采用复合絮凝及电解的方法研究了镀镍废水的处理。经过滤的废水(含Ni2+826.8 mg/L)先以NaOH溶液调节pH至9.0自然沉淀，接着在pH = 8.7下加入KAl(SO4)2·12H2O 0.133 g/L、聚合硫酸铁(PFS)0.167 g/L和阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)0.167 g/L进行絮凝，然后在槽电压4.5 V下电解4 h。处理后的废水中Ni2+含量为0.376 mg/L，达到排放要求。

镀镍；废水；絮凝剂；电解；电压；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

随着电镀工业的迅速发展，电镀废水的排放量逐年增多，危害着人类赖以生存的生态环境。特别是镀镍废水中所含的重金属镍具有较大的毒性，若进入生态环境，经土壤、水体、大气迁移转化，镍的各种形态一旦被摄入人体，将会导致肺出血、脑出血、浮肿、毛细血管壁脂肪变性、呼吸系统病变等病症。因此，对含镍废水的处理是亟待解决的问题[1]。

镀镍废水的来源主要有镀镍废槽液、逆流漂洗液以及车间清洗镀镍液等。含镍废水的处理方法主要有化学沉淀法、物理吸附法、电解法、离子交换法、浮选法、高压脉冲电凝法、膜分离法、细菌分解法、反渗透法等。近年来，有关含镍废水的研究旨在使废水得到循环利用，达到清洁生产的要求[2-6]。本文采用絮凝–电解法，以宝鸡长岭集团表面处理车间的镀镍废水为研究对象，使净化后废水中的 Ni2+含量由原来的826.8 mg/L降至0.376 mg/L，达到国标GB 21900–2008中新建企业水污染物排放标准(≤0.5 mg/L)，并将其应用于表面处理车间的循环用水，实现了镀镍废水循环利用。

2 实验

2. 1 废水来源

镀镍废水取自宝鸡长岭集团表面处理车间，其Ni2+含量为826.8 mg/L。

2. 2 工艺流程

镀镍废水—前处理—沉淀—絮凝—电解—阳极沉淀(阴极净化)—回收污泥(回收水循环利用)。

2. 2. 1 前处理

将废水放入置有筛网的前处理池中，除去废水中的不溶性固体。

2. 2. 2 沉淀

将经前处理的废水转入沉淀池中，加 1 mol/L NaOH调节pH至9.0，使部分Ni2+以Ni(OH)2的形式沉积，同时也产生{[Ni(OH)2]m·xOH−}x−胶粒[7]。

2. 2. 3 絮凝

取沉淀池的上清液，调节pH后，加入一定量的絮凝剂，搅拌40 min，静置12 h后过滤，取沉淀物，干燥后称重。所用絮凝剂包括阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)、聚合硫酸铁(PFS)和十二水硫酸铝钾[KAl(SO4)2·12H2O]，其原溶液质量浓度均为10 g/L。

2. 2. 4 电解

图 1为电解槽的装置示意图。以 Fe2O3修饰的Al–Mg合金片作阳极，碳电极作阴极，两极间用120目的聚乙烯多孔膜隔开。电解时将电解槽置于水浴锅中，具体的电解参数为：废水pH 8.7 ～ 9.0，温度25 ～ 33 °C，电压4.5 V，电解时间4 h。

图1 电解槽装置示意图Figure 1 Schematic diagram of electrolysis cell

废水的主要电解机理为：pH为8.7 ～ 9.0时，废水中的 Ni2+主要以荷负电的{[Ni(OH)2]m·xOH−}x−胶粒形式存在[7]，另外还有少量的K+、H+等杂质离子。本研究中的废水来源主要是以硫酸镍作为槽液，因此，阴离子主要有和OH−。通电后，由于电场效应，荷负电的{[Ni(OH)2]m·xOH−}x−、、OH−向阳极区移动。其中，荷负电荷高的{[Ni(OH)2]m·xOH−}x−通过聚乙烯多孔膜首先吸附于Fe2O3载体表面，并产生脱OH−效应，使[Ni(OH)2]m胶核互相聚沉在阳极；荷正电的H+由于半径小而先在碳阴极表面放电产生极少量的氢气，从而使阴极区的Ni2+以{[Ni(OH)2]m·xOH−}x−转入阳极区，在阴极区得到净化水，阳极区得到Ni(OH)2沉淀。

2. 3 水质分析

用原子吸收法(日本日立公司的 Z2000原子吸收仪)测定处理前后废水中的Ni2+含量，利用标准曲线法求得镍含量。

3 结果与讨论

3. 1 不同絮凝剂对镀镍废水中Ni2+絮凝效果的影响

图 2所示为不同絮凝剂的投加量对镀镍废水中Ni2+絮凝效果的影响。

图2 单一絮凝剂用量对沉淀量的影响Figure 2 Effect of the dosage of individual flocculating agent on precipitate amount

由图2可知，随着絮凝剂质量浓度的增大，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；当KAl(SO4)2·12H2O、PFS和CPAM原溶液的投加量分别为4.0、5.0和5.0 mL，即其在废水中的质量浓度分别为0.133、0.167和0.167 g/L时，各自得到最大的Ni(OH)2沉淀量。

3. 2 复合絮凝时pH的选择

按3.1所讨论的KAl(SO4)2·12H2O、PFS、CPAM的最佳加入量将3种絮凝剂混合，投入镀镍废水中，在不同pH下测其Ni(OH)2的沉淀量，结果如图3所示。

图3 pH对采用复合絮凝剂时沉淀量的影响Figure 3 Effect of pH on precipitate amount using a compound flocculating agent

分析图2可知，在一定pH范围内，随着pH升高，Ni(OH)2的沉淀量增大。当pH = 8.7时，复合絮凝剂的沉淀量达到最大，为550 mg；当pH ＞8.7时，Ni(OH)2的沉淀量反而略有减小。因此，选用复合絮凝的pH为8.7。测得在pH = 8.7下絮凝处理过的废水中Ni2+含量为3.159 mg/L，仍不能达标。

3. 3 电解时槽电压的选择

取2 L经絮凝处理的废水置于电解槽中，在不同槽电压下电解4 h后，将阳极区废水取出，测其Ni2+含量，得到Ni2+含量随槽电压变化的曲线，结果如图4所示。

图4 电解处理时槽电压对Ni2+含量的影响Figure 4 Effect of cell voltage on nickel ions content in electrolytic treatment

从图3可知，槽电压为4.5 V时，Ni2+的含量最低，为0.376 mg/L。当槽电压高于4.5 V时，随槽电压上升，Ni2+含量不再降低，故电解的最佳槽电压为4.5 V。

4 结论

(1) 先在pH = 9.0下沉淀处理，随后在pH = 8.7下，按KAl(SO4)2·12H2O 0.133 g/L、PFS 0.167 g/L、 CPAM 0.167 g/L的比例加入絮凝剂对废水进行絮凝处理，废水中的Ni2+含量由826.8 mg/L降至3.159 mg/L。再于25 ～ 33 °C、4.5 V下电解4 h，使Ni2+含量降至0.376 mg/L，不仅达到GB 21900–2008的排放要求，而且可回收应用于镀镍工段中镀槽液中的循环用水和一次漂洗中的循环用水。

(2) 本工艺从镍的污染源彻底清除了镍对生态环境的污染，达到排放要求，为镀镍工段的清洁生产提供了行之有效的方法。

[1] 李家业. 镀镍废水的处理回用技术研究[D]. 山东: 山东农业大学, 2010.

[2] 张永吉. 化学沉淀法处理电镀废水的新认识和新进展[J]. 环境污染与防治, 1993, 15 (6): 27-30.

[3] 郭崇武, 李建强, 田华. 用反渗透技术回收镀镍漂洗水[J]. 电镀与精饰, 2009, 31 (2): 40-42.

[4] 陈尔余. 用新型改性沸石处理含 Ni2+电镀废水的研究[J]. 材料保护, 2007, 40 (2): 55-56, 61.

[5] 彭荣华, 罗娟. 用还原–絮凝沉淀法处理电镀废水的研究[J]. 材料保护, 2008, 41 (4): 70-72.

[6] 李琛. 人工湿地处理电镀废水研究进展[J]. 电镀与环保, 2011, 31 (3): 4-6.

[7] 傅献彩, 沈文霞, 姚天扬, 等. 物理化学(下册)[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

国家自然科学基金项目（51103081）。

刘存海（1955–），男，陕西周至人，副教授，主要研究方向为环境化学及水处理工程。

作者联系方式：(E-mail) liuch@sust.edu.cn。

[ 编辑：吴杰 ]