含鎳污水處理技術試驗研究

朱廷文

（中國石化催化劑上海分公司 上海 201507）

引言

中國石化催化劑有限公司上海分公司丙烯腈催化劑生產車間的含鎳污水處理量約為5m3/d，原有的處理工藝為化學沉淀法，系統由堿液箱、反應池、沉淀池、清液槽和壓濾機組成，車間一級污水的鎳含量約為800mg/L，經添加堿液調節污水的pH值范圍在10～10.5，加除鎳劑、混凝沉淀及板框過濾后，二級污水中鎳含量一般小于0.5mg/L，但有時會達到5mg/L左右，經研究分析，超標的原因可能是板框過濾時部分含鎳顆粒穿透濾布或通過其他方式逃逸到二級污水池中，致使鎳含量超標。經激光粒度儀分析，99%以上的顆粒粒徑在0.1～350μm之間。該試驗通過在二級污水輸送泵的吸入口增加一套膜過濾設備，過濾掉含鎳的團聚顆粒懸浮物，確保二級污水的鎳含量小于0.5mg/L，實現達標排放。

本試驗項目研究的目的是求證超濾膜處理設備在含鎳污水處理中的可行性，并提出合理的工藝流程。

1 項目研究目的和要求

1.1 技術目標

二級污水的含鎳量5mg/L左右，經新工藝處理后，可使污水中鎳含量0.5mg/L，為達到2018年最新標準中鎳含量0.1mg/L的要求。

1.2 技術內容超濾膜處理設備

二級污水加藥攪拌，混凝反應，膜過濾，離子交換處理。

1.3 技術方法和路線

超濾和混凝沉淀相結合[1]，處理二級含鎳污水，膜滲透液再經離子交換處理，達到更高的鎳排放標準。

2 試驗材料與方法

2.1 試驗設備

由氟塑料管式超濾膜和離子交換器組合，在車間現場取得二級污水進行試驗。管式超濾膜結構圖如圖1所示，氟塑料膜滲透量與運行壓力關系如圖2所示。

圖1 管式超濾膜結構圖

圖2 氟塑料膜滲透量/運行壓力[2]

2.1.1 管式超濾膜操作性能

操作壓力：0.1-0.5MPa；pH：1-12；

操作溫度：0-60℃；表面流速：4-5m/s

2.1.2 離子交換器規格

尺寸：Φ30×H400

樹脂：732陽樹脂

2.2 二級污水處理工藝

圖3 二級污水處理工藝流程圖

2.3 加藥處理的作用

2.3.1 車間一級污水加藥處理原理

向廢水中投加堿性物質和除鎳劑，使鎳離子轉變成金屬氫氧化物沉淀除去[3]。

設Mn+為重金屬離子，則它與堿反應生成金屬氫氧化物M(OH)n，其反應式為：

則金屬氫氧化物的溶度積Ks為：

水的離子積常數 Kw=[H+][OH-]，得[OH-]=Kw/[H+]，代入（2）式并取對數后得：

式中[Mn+]是與氫氧化物沉淀共存的飽和溶液中的金屬離子濃度，Kw，Ks均為常數，因此重金屬離子經中和沉淀后，水中的剩余濃度僅與pH值有關。據上式可以求得鎳離子溶液在達到Ni2+=0.1mg/L排放標準時的參考pH值=9.0，Ni(OH)2的溶度積為 2×10-16(mol/L)。

在廢水處理的實際操作中，因廢水成分的復雜性影響和設備精度不夠等原因，處理后廢水中重金屬離子的含量難以達到上述理論計算的結果。丙烯腈車間的一級含鎳污水即是如此。

2.3.2 車間二級污水加藥處理原理

向污水中投加鐵鹽混凝劑，以60-80r/min的轉速攪拌，混凝劑水解為氫氧化鐵膠體顆粒，當pH值在8.5～9.3時，在Fe(OH)3凝膠中，初始顆粒尺寸為10～30μm[4]，這些凝膠顆粒在堿性介質中有較大的比表面積，約為320m2/g，有較強的吸附能力，早期研究中，把難溶的鋁和鐵水解產物溶膠和凝膠顆粒上的吸附視為僅僅是水中的鹽陰離子與雙電層外層的陰離子發生交換。但是后續研究表明，化學反應有重要作用。已經明確真溶物質在氫氧化物上的吸附，開始可能發生化學吸附，然后為多層物理吸附。在酸性介質中，大多為陰離子吸附。陽離子 Cu2+、Zn2+、Ni2+、Mn2+分別在pH值高于4、5、6和8時開始為Al(OH)3和Fe(OH)3氫氧化物吸附。

2.3.3 管式超濾膜的作用

將吸附有鎳和其他陽離子的凝膠顆粒從二級污水中分離出來，使二級污水達標排放。含氟管式膜，具有抗污染，良好的清洗特性和高通量等優點。

2.3.4 離子交換器規格

裝填3cm高度的732陽樹脂，流速為10m/h。

3 試驗運行

（1）運行前將V1～V7所有閥門關閉。

（2）將100L二級污水注入120L貯液箱，污水中鎳離子含量預估值為1mg/L，pH約為10，依次投入50ml質量分數為20%的混凝劑和10ml質量分數為98%的硫酸，攪拌10min后，測得污水 pH 值為 9.15，開啟閥門 V1、V4、V6、V7。

（3）啟動加壓泵P，開啟閥門V3，排凈UF膜元件和管道中的空氣，調節回流閥V7，使加壓泵P出口壓力為0.1Mpa，運行15min后由UF膜元件取樣口取水樣200ml，送分析中心測試。

（4）系統繼續運行，開啟V5讓部分膜滲透液進入離子交換器，并取交換器出口水樣200ml，送分析中心測試。

（5）當貯液箱中的污水濃縮至20升，系統停止運行，關閉V1，開啟V2，全開V7，啟動加壓泵P，用滲透液沖洗UF膜元件表面。

4 試驗運行結果

該試驗通過對同一設備型號，不同藥劑使用量對鎳含量處理效果如下表所示。

表1 設備型號和藥劑使用量對鎳含量處理效果的影響

結語

高濃度含鎳污水（CNi2+=800mg/L)經化學沉淀法處理后部分污水不能達到排放標準。將混凝沉淀和超濾結合使用，可將這部分污水中的鎳含量降得更低(CNi2+＜0.5mg/L)。再通過離子交換處理，使得CNi2+＜0.1mg/L，符合較嚴格的排放標準。試驗提出的處理工藝可在類似工程項目中推廣，具有較顯著的經濟和社會效益。