电子厂电镀废水反渗透含镍浓水处理工程实例

薛梦婷，李勇, *，杨肖满，赫国胜

（1.苏州科技大学环境科学与工程学院，江苏 苏州 215000；2.苏州思源环保工程有限公司，江苏 苏州 215000）

随着经济的飞速发展，我国电镀行业越来越发达，随之产生的污染也越来越严重，每年产生的电镀废水约40亿t[1]。污染物种类多样、组分复杂是电镀废水的最主要特点，大部分含有铜、铬、镍、锌、镉、金、银等多种重金属污染物，以及大量添加剂、光亮剂等有机化合物[2]。人摄入镍元素过多会导致中毒，头发变白，也有可能患皮肤病。另外，镍在自然环境中十分难降解，极易在生物体内形成积累，破坏生物的正常代谢功能。因此，如果不对含镍废水加以处理，势必会对环境和人体健康造成极大的危害[3]。目前，我国处理电镀废水常用的方法有化学沉淀法、膜分离法、氧化还原法、电化学法等[4]。膜分离技术因为具有操作简单、净化效率高、耗能较少等优点而逐渐被应用于我国电镀废水的处理中。反渗透(RO)是目前使用最多的膜分离技术，但这种方法对原水的回收效率只有60%～70%，且在此过程中会产生反渗透浓水。这种浓水通常具有重金属盐浓度高的特征，可生化性很差，处理起来十分困难[5]。江苏某电子厂的电镀废水处理过程中便产生了大量含镍浓水，亟待处理。

本工程针对上述反渗透产生的含镍浓水的水质特点，结合当地的排放标准，从提高净化效率和节省企业用水成本两方面来考虑，在去除水中高浓度的镍时选择了先进行混凝沉淀预处理，再运用过滤吸附+超滤+离子交换的组合工艺，效果喜人。

1 工程概况

本工程处理的原水为纯水系统及中水回用系统产生的浓水，要求处理至当地某污水处理厂的接管标准。纯水系统的原水为自来水和中水，因产生的纯水要作为生产线用水，故在处理工艺中采用了两级反渗透处理。中水系统的原水为电镀废水预处理后回用的高镍和低镍废水。纯水系统和中水系统中反渗透产生的浓水经混合后便进入浓水处理系统中一起处理。浓水的水质、水量以及出水水质指标均见表1。

表1 原水水质及出水标准Table 1 Properties of influent and requirements of effluent

2 废水处理工艺

2.1 工艺流程

待处理浓水的主要特点为总镍、COD以及SS较高，污染物种类多，处理较为困难。目前我国常用混凝沉淀法对含镍的电镀浓水进行净化，这种方法具有操作简单、成本低的特点。但是单一的混凝沉淀法对电镀废水中的镍和有机物的去除效率不是特别理想，越来越满足不了处理需要。膜分离工艺中的超滤技术以及离子交换技术可以深度去除电镀废水中一些难处理的重金属(如镍)，但其对进水的要求较高。废水中其他组分的物理化学性质不仅会影响超滤膜的去除效率，也影响膜的污染情况。因此采用了混凝沉淀+石英砂过滤+活性炭过滤的预处理。整个工艺流程见图1。

图1 电镀废水反渗透浓水处理工艺流程Figure 1 Process flow for treating the concentrate produced by reverse osmosis of electroplating wastewater

2.2 工艺原理分析

2.2.1 混凝沉淀段

由于纯水系统和中水系统所产生的反渗透浓水在水质和水量上都不是非常稳定，因此要先进入浓水收集池进行均质均量，再进入混凝池。通常pH为8～9时除磷效果最佳[6]，而pH为10～11时除镍效果最佳[7]。在混凝反应池内，先通过投加适量的NaOH将pH控制在9～10的范围内，之后通过投加适量的聚合氯化铝(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)使水中的悬浮细小颗粒、胶体和重金属离子增大为容易沉降的絮状体。混凝后的出水进入斜板沉淀池中进行固液分离。经过混凝沉淀段后，水中的COD、镍离子、SS、磷和氨氮均可以得到很大程度的去除。沉淀池出水进入中间水池，通过投加适量的硫酸调节pH至6～9后即可进行二次提升，送入后续处理设施中。斜板沉淀池中的污泥排入含镍污泥池中，通过污泥压滤机制成干泥后交由有资质的单位处理。

2.2.2 石英砂过滤+活性炭过滤+超滤

这一阶段的主要目的是对水中的COD、氨氮、SS和总磷进行深度处理，同时对镍作进一步的去除。石英砂过滤器和活性炭过滤器主要是用作浓水进入超滤设备前的预处理。

中间水池的出水先进入石英砂过滤器，这一过程主要是在压力的作用下通过过滤器中的石英砂介质对浓水进行过滤。滤料的截留、粘附和吸附作用可以有效去除水中的悬浮颗粒、有机物、磷和镍。石英砂过滤器具有过滤阻力较小，比表面积大，耐酸碱腐蚀性强，抗污染性优良等特点。经过滤料以及过滤器设计的优化，石英砂过滤器在运行时对原水浓度、预处理工艺、运作条件等都有很好的适应性。过滤时，滤料会自动形成上部较稀疏、下部密集的状态。反洗时，过滤器内的滤料会充分分散开来，清洗效率高。整个过滤过程速度快，精度好，截污量大。

经过石英砂过滤后的浓水进入活性炭过滤器作进一步的净化。由于活性炭的比表面积大，吸附能力强，因此浓水中的有机物、悬浮物等污染物都可以在此实现很大程度的截留，包括前几级反应中遗漏下来的小分子有机物。

石英砂过滤器和活性炭过滤器都具有运行效率高，可24小时连续运作，不需要停机进行反冲洗，运行维护费用少，投资省，进水水质要求低，出水水质稳定，净化效果好等特点，是极经济的超滤和离子交换预处理工艺。这两个过滤阶段产生的反洗水将进入废水处理环节中的低镍水池作进一步处理。

经过石英砂和活性炭两道过滤预处理工序后的浓水进入超滤系统。超滤是依靠超滤膜两侧的压力差作为推动力，以错流或者死端方式进行过滤的工艺，整个过程效率高，能耗小。滤膜可以使小分子物质通过，截留胶体、蛋白质、水溶性高聚物、细菌、芽孢等大分子和微粒，从而达到分离、分级、纯化、浓缩的目的。前期投加的NaOH会与浓水中的镍形成Ni(OH)2，它类似于生物大分子，较难进行沉降分离，超滤技术恰好可以解决该问题，进一步去除前几道工艺未能去除的镍。超滤过程还可以去除水中部分处于胶体态和悬浮态的COD。

2.2.3 离子交换树脂

离子交换树脂具有交换效率高、交换容量大、化学稳定性强、机械强度高等特点。其主要净化原理是令废水中的重金属离子与树脂中的离子进行交换，从而大幅降低废水中的重金属离子浓度[8]。浓水在经过除镍树脂之后，净化水中的镍离子可以得到有效的去除。这个阶段反洗除镍树脂时产生的废水也将进入废水处理环节中的低镍水池作进一步处理。

3 主要构筑物及设备

3.1 浓水收集池

1座，设计尺寸为20.0 m × 3.5 m × 4.5 m，有效容积315 m3，钢筋混凝土加防腐结构。安装附件包括：KB50032出水泵，2台(一用一备)；电缆浮球型液位控制器(3点控制)，1套。

3.2 混凝反应池

1座，设计尺寸为2.0 m × 6.0 m × 2.5 m，分3格(单格有效容积8 m3)，碳钢加防腐结构。安装附件包括：JB-4kw不锈钢反应搅拌机，3台；pH-101型pH控制器，1台；OD90加药泵，3台。

3.3 斜板沉淀池

2座，设计尺寸为3.0 m × 3.6 m × 4.5 m，碳钢加防腐结构。安装附件包括：18 m2斜板填料支架，规格φ50(含支架)。

3.4 中间水池

1座，设计尺寸为2.0 m × 6.0 m × 2.5 m，有效容积24 m3，碳钢加防腐结构。安装附件包括：JB-4kw不锈钢反应搅拌机，1台；pH-101型pH控制器，1台；OD90加药泵，1台；G37-65出水泵(7.5 kW，304不锈钢)，2台；电缆浮球型液位控制器(3点控制)，1套。

3.5 石英砂过滤器

2座(一用一备)，设计尺寸为φ1 500 mm × 3 150 mm，壁厚6 mm，含石英砂(粒径5 mm)，带自动反洗系统，材质为钢衬胶。

3.6 活性炭过滤器

2座(一用一备)，设计尺寸为φ1 500 mm × 3 150 mm，壁厚6 mm，含活性炭(粒径5 mm)，带自动反洗系统，材质为钢衬胶。

3.7 超滤系统

SJ-UF2640-S型柱式超滤膜组件，20支。安装附件包括：膜架，1套；3000LPP清洗水箱(带磁翻板液位控制，壁厚12 mm)，2台；CDL42-10清洗泵(304不锈钢材质，4 kW)，2台；保安过滤器(304不锈钢材质，含20支过滤精度为5 μm的40″熔喷PP滤芯)，2套。

3.8 超滤出水系统

1座，设计容量5 000 L，PP材质，壁厚15 mm，带磁翻板液位计。安装附件包括：CDL42-10超滤反洗泵(304不锈钢材质，4 kW)，2台；CDL32-20-2出水泵(304不锈钢材质，3 kW)，2台。

3.9 除镍树脂罐

2座，设计尺寸为φ1 500 mm × 3 150 mm，壁厚6 mm，带自动反洗及再生系统，材质为钢衬胶，附除镍树脂。

4 工程调试效果

该工程于2017年底竣工，经过几个月的调试后整套浓水处理系统运行稳定，出水水质(见表2)达到了当地污水厂的接管标准。整套工程对重金属镍的去除率达到了99%以上。

表2 各污染物在不同处理阶段的出水质量浓度及去除率Table 2 Mass concentrations and removal rates of the pollutants after different treatment stages

5 经济技术指标

5.1 工程造价

本工程总造价为181万元，分为直接费用和间接费用两部分：直接费用是建造设施和购买设备的费用，为147.6万元；间接费用是安装、运输和调试过程产生的费用，其中安装及运输费用为30.4万元，调试费用为3万元。

5.2 运行费用

运行费用包括电费、药剂费和人工管理费三部分：(1) 电费：总耗电量为719.04 kW·h/d，电价按0.8元/(kW·h)计算的话，处理每吨水的电费为1.58元。(2) 药剂费：本系统需加酸碱调节pH，投加PAC、PAM等药剂进行物化反应，日常运行及调试所需药剂、化验仪器等由厂方购置。经核算，处理每吨水所需的药剂费约为3.20元。

(3) 人工管理费：操作工2人，人工费3 000元/月，因此处理每吨水的人工费为0.55元。以上3项合计得出处理每吨水的运行费用为5.33元。

6 结语

采用混凝沉淀+过滤吸附+离子交换的组合工艺充分发挥了每种技术的优势，使反渗透处理电镀废水后产生的含镍浓水得到了彻底的净化。整套工艺流程简明，构筑物占地面积小，镍的去除稳定且高效，对有机物、悬浮物和总磷的净化效率也达到60%～70%，美中不足的是对氨氮的去除效果一般。整套工艺出水水质稳定，各项指标均达到了当地污水处理厂的接管标准。各处理设备自动化程度高，能耗少，处理效率高，运行后每吨水的处理成本为5.33元，经济效益好。

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