化學鍍鎳廢水中總鎳和總磷達標排放的實驗研究

王添火

[逸辰環保科技（廈門）有限公司，福建 廈門 361101]

化學鍍鎳是在金屬鹽和還原劑共同存在的混合溶液中,靠自催化的化學反應在金屬材料表面沉積鎳層的新型成膜技術[1]。化學鍍鎳以其不需外電源、鍍層均勻、硬度高、耐磨性能好、鍍覆部件不受尺寸形狀限制等優點，廣泛應用于衛浴、電子、機械、航天等領域[2]。目前常用次磷酸鹽作為還原劑，因此化學鍍鎳廢水中的磷主要為殘留的次磷酸根和反應產生的亞磷酸根。同時由于化學鍍鎳過程中通常需添加檸檬酸鈉等絡合劑，使得化學鍍鎳廢水中的鎳離子以穩定的絡合態存在[3]，因此，一般的加堿沉淀法無法有效去除廢水中的總鎳（TNi）和總磷（TP）。目前，處理化學鍍鎳廢水的常見方法有酸性次氯酸法、離子交換樹脂法、電滲析法、膜分離法、溶劑萃取法，但是以上方法經常會帶來一些問題[4]。本文結合傳統的沉淀法，通過對不同條件下芬頓法（Fenton）處理化學鍍鎳廢水的效果進行研究比較，得出了處理化學鍍鎳廢水的最佳運行條件，為工藝設計、設備選型、投產后的運行控制提供了參考。

1 實驗方法

1.1 工藝流程

工藝流程圖見圖1。

圖1 工藝流程圖

1.2 實驗藥劑

本次實驗主要采用藥劑為：硫酸、氫氧化鈉溶液、七水硫酸亞鐵溶液、雙氧水、氯化鈣溶液（CaCl2）、聚合氯化鋁（PAC）、聚丙烯酰胺（PAM）等。

1.3 實驗步驟

（1）取秦皇島某電子公司表面處理車間的化學鍍鎳廢水，檢測廢水中的TNi 濃度、TP 濃度、重鉻酸鹽指數（CODCr）、氨氮、pH 值等。

（2）將廢水經過Fenton 氧化裝置、加堿中和、一次沉淀過濾、二次反應、二次加堿中和、二次沉淀過濾等步驟處理，檢測出水TNi、TP 濃度。

（3）在Fenton 氧化過程中分別設置15min、30min、60min、90min 的反應時間，pH 值為3 時，進行一次沉淀過濾實驗，檢測出水TNi、TP 濃度。

（4）在最佳反應時間內，pH 值為2.5、3、3.5、4時，進行一次沉淀過濾實驗，檢測出水TNi、TP 濃度。

（5）在最佳反應時間內、最佳反應pH 值下，在pH 值分別為5、8、11 時，按一次沉淀相同實驗步驟檢測TNi、TP 濃度，得出最佳除磷沉淀pH 值。

（6）在最佳反應時間內，pH 值為3 時，使用不同量的Fenton 藥劑（還原性物質總量的5 倍、10 倍、20 倍、40 倍），進行一次沉淀過濾實驗，檢測TNi、TP 濃度。

（7）以步驟（5）、（6）的上清液為樣品，進行二次反應、二次加堿中和、二次沉淀過濾，得出Ni的最佳沉淀pH 值為10.5—11，本實驗二次加堿中和pH 值設置為11，通過二次沉淀驗證最佳處理工藝。

（8）按實驗條件得出的TNi、TP 濃度，確定最佳的反應pH 值、反應時間、沉淀pH 值等。

2 實驗結果

本次實驗的廢水水質見表1。

表1 化學鍍鎳廢水水質

從以上數據可以看出，原水中存在含量較高的你鎳（Ni）和磷（P），還有一定量的有機物。本次實驗利用上述水樣，按還原性物質總含量為150mg/L 計，在實驗過程中主要關注TNi 和TP 的去除率，同時考察系統運行的穩定性。

2.1 不同反應時間對出水TNi、TP 的影響

pH 值為3 時，在不同反應時間下，加入20 倍的Fenton 藥劑（雙氧水與七水亞鐵質量比為1∶1）和少量CaCl2，調節pH 值為11 時，加入適量PAC、PAM，檢測出水TNi、TP 濃度。不同反應時間下的出水水質見表2，TNi、TP 含量變化曲線見圖2。

表2 不同反應時間下出水水質

圖2 不同反應時間下TNi、TP 的含量變化曲線圖

從以上數據可以看出，隨著反應時間的延長，TNi 和TP 的去除效果顯著上升，而當反應時間為90min 時，TNi 和TP 去除效果的提升并不明顯，因此最佳反應時間為60min。

2.2 不同氧化pH 值對TNi、TP 的影響

在不同的氧化pH 值（2.5、3、3.5、4）下，加入20 倍的Fenton 藥劑，反應60min 后，加入少量CaCl2，調節pH 值為11 時，加入適量PAC、PAM，檢測出水TNi、TP 濃度。不同氧化pH 值下的出水水質見表3，TNi、TP 含量變化曲線見圖3。

表3 不同氧化pH 值下TNi、TP 的出水水質

圖3 不同氧化pH 值下TNi、TP 的含量變化曲線圖

從以上數據可以看出，隨著氧化pH 值的降低，TNi 和TP 的去除效果顯著上升，在氧化pH 值為2.5—3.0 時，氧化破絡的效果最佳。

2.3 不同沉淀pH 值對TNi、TP 的影響

在沉淀pH值為2.5—3.0時，加入20倍 的Fenton 藥劑，反應60min 后，調節pH 值分別為5、8、11，加入適量PAC、PAM，檢測出水TNi、TP 濃度。不同沉淀pH 值下的出水水質見表4，TNi、TP的含量變化曲線見圖4。

表4 不同沉淀pH 值下的出水水質

圖4 不同沉淀pH 值下TNi、TP 的含量變化曲線圖

從以上數據可以看出，pH 值較低時，TP 的去除效果最好，TNi 的去除效果最差。隨著pH 值的升高，TNi 的去除效果越來越明顯，而TP 的去除效果卻在降低，但在加入少量CaCl2后，TP 的去除效果得到顯著提升，這可能是因為鐵的沉磷效果在酸性條件下最佳，隨著pH 值的升高，鐵出現反溶現象。

2.4 不同藥劑量對出水TNi、TP 的影響

在pH 值為2.5—3.0 時，加入還原性物質總量5 倍、10 倍、20 倍、40 倍的Fenton 藥劑，反應60min 后，調節pH 值為5 時，加入適量PAC、PAM，檢測出水TNi、TP 濃度。不同藥劑量條件中的出水水質見表5，TNi、TP 的含量變化曲線見圖5。

表5 不同藥量條件下的出水水質

圖5 不同藥劑量條件下TNi、TP 的含量變化曲線圖

從以上數據可以看出，TNi 去除效率較低，基本維持在10%—15%，隨著藥劑量的增大，TNi、TP 的去除效果都得到明顯提升，經過綜合考慮，判斷出Fenton 藥劑的最佳用量為20 倍左右。

2.5 二次沉淀反應對出水TNi、TP 的影響

取表4 出水，在pH 值為11 時，加入適量PAC、PAM，檢測出水TNi、TP 濃度。二次沉淀后的出水水質見表6，TNi、TP 的含量變化曲線見圖6。

圖6 二次沉淀后TNi、TP 的含量變化曲線圖

表6 二次沉淀后的出水水質

從以上數據可以看出，在一次破絡完全的情況下，二次沉淀后，出水TNi 可滿足《電鍍污染物排放標準》（GB 21900—2008）中表3 的限值要求，但是一次沉淀pH 值越高，二次沉淀除P 的效果越不明顯。

3 結語

在反應時間為60min、反應pH 值為2.5—3.0 的條件下，加入少量CaCl2，控制沉淀pH 值為11 時，一次沉淀出水TNi、TP 可滿足《電鍍污染物排放標準》（GB 21900—2008）中表2 的限值要求。

在反應時間為60min、反應pH 值為2.5—3.0 的條件下，控制一級沉淀pH 值為5、控制二次沉淀pH 值為11 時，化學鍍鎳廢水中的TP 可以達到最佳去除效果，出水TP 低于0.5mg/L，化學鍍鎳廢水中TNi 也可以達到最佳去除效果，出水TNi 可達0.01mg/L，TNi 去除率在99%以上。出水TNi、TP 均可滿足《電鍍污染物排放標準》（GB 21900—2008）中表3 的限值要求。