UV/H2O2技术在化学镀镍废水处理中的应用研究

摘 要：通过实验，考察UV/H2O2技术处理化学镀镍清洗废水时的影响因素及镍的处理与回收效果。试验表明，使用功率500W波长为185nm的紫外灯，调节废水pH值为5，H2O2的投加量为COD值的2倍，搅拌速度为10000r/min，反应时间为2h时COD去除率可达到93.8%。再通过加入NaOH沉淀，不仅能使Ni2+达标排放，而且还能回收5.2068g/L纯度为99.2%的Ni（OH）2。

关键词：UV/H2O2；化学镀镍废水；COD去除率；Ni2+

Abstract： It elaborates effectors of electricless nickel waste rinse water treatment and performance of nickel elimination and wastewater reclamation based on experiment of UV/H2O2 technical treatment. The experiment shows content of COD can be reduced by efficiency of 93.8% with conditions of UV light （Power 500W， Wavelength 185nm） and all settings as follows： adjustment wastewater pH 5， H2O2 dosing quantity double than COD content， stirring speed 10000r/min and 2-hours reaction time. With NaOH further added， not only Ni2+ can be discharged within spec， but also Ni（OH）2 precipitate with purity 99.2% and concentration 5.2068mg/L is available by reclamation.

Keywords： UV/H2O2； electroless nickel plating wastewater； removal efficiency of COD； Ni2+

前言

化学镀镍是当前国内外广泛应用的一种工业表面处理工艺。然而，由于化学镀镍废水的化学成分复杂，废液中含有大量的有机酸和添加剂，导致镍主要以络合物[Ni3（C6H5O7）2]的形式存在，不利于COD的降解和Ni2+的沉淀，因此只有破坏了这些具有络合作用的介质之后，才能取得良好的化学沉淀效果[1]。

UV/H2O2技术是一种高效的高级氧化工艺，其作用原理主要是： H2O2在紫外光的照射下会被光解为高反应性的羟基自由基（OH·），如（1）式方程：

H2O2→2 OH· （1）

在OH·的强氧化作用下发生氧化分解反应，有机化合物中的分子键吸收紫外光的能量而断裂，降解为易于生物降解的小分子、H2O2和CO2[2]，该应用过程具有清洁绿色、不会引入二次污染、不影响水质等特点[3]。本文应用UV/H2O2技术处理化学镀镍清洗废水，研究其影响因素以及镍的沉淀与回收效果。

1 材料与方法

1.1 实验水样

本实验所用化学镀镍废水取自某表面处理公司，原水pH=2.1， COD=1576mg/L，Ni2+=3270mg/L。

1.2 实验试剂及仪器

采用的主要试剂有NaOH（分析纯），H2O2（质量分数为30%）。采用的仪器主要有DR3900可见分光光度计，DR200消解仪，Mettler Toledo pH计，IKA磁力搅拌器，YZ-PPAB電子干燥箱等。本课题使用自制的反应器示意图如图1所示。

1.3 实验方法

通过进水口加入水样，通过加药口加入一定量的H2O2，将带有套管的紫外灯（功率500W，波长185纳米）置于水中，通过调速开关调节搅拌速度至10000转/分钟，通过出水口取样，用快速消解分光光度法测定COD值。2小时后，取500mL的烧杯装满水样，加入一定量的NaOH调节pH至12，沉淀0.5后过滤沉淀物，用PAN光度法测定滤液中的Ni2+的含量。同时将滤饼置于干燥箱中，调节至120℃，干燥2小时后称重，计算Ni（OH）2的回收纯度。

2 结果与讨论

2.1 对COD去除率的影响

2.1.1 紫外灯对COD去除率的影响

保持pH=5，H2O2：92.7mmol，使用3款紫外灯反应30分钟，测定COD去除率如图2所示：

由图2可知，波长相同时，紫外灯功率越高COD去除率越高；功率相同时，波长越短，COD去除率越高。这是因为光化学反应进行的程度（即所得到的产量）与被吸收的光能的数量成正比，亦即与被吸收光的强度成正比[4]。因此，通常情况下，提高紫外光照射强度有利于光化学反应的进行。同时，波长较短的185nm紫外光具有更强的激发能，能够更加有效地激发分子键解离释放出自由基[5]。

2.1.2 pH值对COD去除率的影响

取7个1000mL烧杯，分别装满原水，调节pH值为2～7和10，依次加入反应器，投加92.7mmol的H2O2反应30分钟后测得COD去除率如图3。

由图3可知，pH值对COD降解效率影响总体较小，相比而言，pH处于弱酸性时COD降解效果较好，当pH=5时COD降解效率达到最大值。

2.1.3 H2O2投加量对COD去除率的影响

H2O2浓度是影响UV/H2O2工艺氧化效率的关键因素，在UV照射下产生OH·，本实验取5个1000mL的烧杯，分别装满原水，调节pH值为5后依次加入反应器，H2O2的投加量分别为COD值的0.5、1、2、3、4倍，反应30分钟后测得COD去除率如图4。

由图4可知，COD的去除率随着H2O2投加量的增加而上升，当H2O2的投加量为COD值的2倍时处理效率最高，当H2O2质量浓度超过这个数值时COD去除率反而下降，这是因为：

（1）H2O2作为OH·的释放剂，一定范围内增加H2O2浓度有利于产生更多的羟自由基，从而提高COD降解效率。

（2）应用UV/H2O2系统处理废水时，H2O2的投量存在一个临界值，当H2O2浓度超过这一极大值后，系统的氧化能力变化不大甚至降低，原因是溶液中开始发生如下副反应[6，7]：

H2O2+OH·→ HO2·+H2O （2）

HO2·+OH·→ H2O+O2（3）

OH·+OH·→ H2O2（4）

由（2）（3）（4）可知， H2O2在作为自由基释放剂的同时还是一种自由基捕捉剂， HO2·的氧化性能远远小于OH·从而抑制了反应过程。另一方面，H2O2在溶液中浓度大，其吸光度也大，影响其紫外光在溶液中的穿透距离，从而影响反应效率，所以连续投加方式效率最高[7]。

2.1.4 反应器和反应时间对COD去除率的影响

本实验取2个1000mL的烧杯装满原水，调节pH值为5后依次加入反应器，H2O2的投加量都为92.7mmol，并采用连续投加的方式，分别测试反应器处于工作状态和非工作状态下的处理效果；每15分钟取样，测得去除率如图5。

由图5可知， 反应器处于工作状态下的COD去除率高于非工作状态下的去除率，而且，随着反应时间的延长差异逐步扩大；原因是反应器处于工作状态时，反应器中的废液以紫外灯为轴进行高速地旋转运动，有利于紫外光的能量和羟自由基的均匀分布和充分反应；同时，摩擦作用使反应器内部无法产生废物堆积，因此，延长反应时间，仍然能够继续深度降解COD，经过120分钟处理COD降解到97.5mg/L，符合该企业环评中规定的排放要求。

2.2 镍的处理与回收

经过UV/H202技术120分钟处理，COD降解到97.5mg/L络合平衡已经被破坏，取1个1000ml的烧杯，装满经处理后的水样，调节pH至12，沉淀30分钟后，过滤测得滤液中Ni2+含量为0.43mg/L，达到GB21900-2008电镀行业污染物排放标准中新建企业水污染排放限值要求[8]。

滤饼烘干后测得质量为5.2068g，而根据废水处理前后的Ni2+含量，可以测算出沉淀物中纯Ni（OH）2的质量为5.1652g，二者相除得到沉淀物中Ni（OH）2的含量为99.2%。由此可见，UV/H2O2技术不仅能够解决含镍废水的污染问题，同时还可以回收高纯度的Ni（OH）2，变废为宝，为企业创造经济效益。

3 结论

（1）提高紫外光照射强度有利于光化学反应的进行。同时，波长较短的紫外光具有更强的激发能。

（2）pH处于弱酸性时COD降解效果较好，当pH=5时COD降解效果到最佳。

（3）H2O2的投量存在一个临界值，临界值根据反应条件的不同而存在较大的差异，在本实验中临界值为COD值的2倍。同时，连续投加H2O2的方式可以减少H2O2的副反应，提高处理效率。

（4）当废液以紫外灯为轴进行高速地旋转运动时，有利于提升UV/H2O2系统的处理效率。

（5）用NaOH的调节pH至12，沉淀30分钟不仅能使Ni2+达标排放，而且还能回收5.2068g/L纯度为99.2%的Ni（OH）2。

参考文献

[1]江霜英，高廷耀，胡惠康.化学镀镍废液的预处理[J].同济大学学报，2004，32（2）：226-228.

[2]方景礼.废水处理的实用高级氧化技术[J].电镀与涂饰，

2014，33（8）：352.

[3]刘鹏.紫外催化氧化处理高浓度难降解化学镀废液研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2014：1.

[4]HUA Q， ZHANG C， WANG Z， et al. PHoto degradation of methyl tert-butyl ether（MTBE） by UV/H2O2 and UV/ TiO2[J]. Journal of Hazardous Materials， 2008，154：795-803.

[5]刘杨先，张军.UV/H202高级氧化工艺反应机理与影响因素最新研究进展[J].化学工业与工程技术，2011，32（3）：19-20.

[6]BEHNAJADY M A， MODIRSH AH L N， FATH I H ，et al. Kinetics of decolorization of an azo dye in UV alone and UV/H（2）O（2） processes[J]. Journal of Hazardous Materials， 2008，B136： 816-821.

[7]梁新刚.化学镀镍废水中磷的去除和有机物降解的研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2011：18-19.

[8]GB21900-2008.电镀污染物排放标准[S].

作者简介：蔡月林（1986，4-），男，民族：汉族，籍贯：江苏省盐城市，职务/职称：EHS经理/初级，学历：研究生，单位：南京大学环境学院，研究方向：表面处理的废水處理技术。