電鍍含鎳廢水處理技術的研究

摘""""" 要：研究了US/H₂O₂+螯合樹脂處理含鎳廢水，探究該工藝對鎳的除去機理和回收利用。電鍍廢水經檢測鎳的初始濃度為189.50 mg/L，實驗結果表明：當溫度為40 ℃、H₂O₂投加量20 mL/L， US破絡15 min，后通過D851螯合樹脂處理，鎳離子的濃度為0.085 mg/L， 滿足排放標準。使用后的D851螯合樹脂經洗脫溶液富集，可返回電鍍槽使用，實現了變廢為寶，以及D851螯合樹脂可循環多次利用。因此，其工藝在處理工業電鍍含鎳廢水方面具有良好的運用前景。

關" 鍵" 詞：電鍍含鎳廢水；D851螯合樹脂；US

中圖分類號：X703.1""" 文獻標識碼： A"""" 文章編號： 1004-0935（2023）08-1113-04

據不完全統計，我國電鍍廠約有1萬多家，每年電鍍廢水的排放量約40億m³。電鍍工藝產生的廢水不僅量大，而且廢水中含有鉻、鎳、銅等不能被自然界降解的重金屬，如果未將其廢水進行妥善處理，會對人類生產生活及環境產生嚴重的破壞^[1-3]。同時金屬鎳在耐腐蝕、延展性上性能卓越，廣泛運用于汽車、建筑等領域^[4]。因此，對鎳形成一條完整的回收利用工藝，將有效減少含鎳廢水的污染及實現鎳的資源化利用。

電鍍廠現有電鍍工藝中，都會添加絡合劑對金屬離子進行固定，該過程會使廢水中的物質形成穩定的絡合物，成分由此變得復雜，為使其排放達標，采用H₂O₂破絡，是一種綠色處理方式，能將廢水中鎳變為游離態的鎳^[5-7]。采用D851螯合樹脂能更快吸附廢水中的鎳，達到排放要求。 實驗探究鎳離子濃度與H₂O₂加入量、US破絡時間、溫度等因素的影響。

1" 實驗

1.1" 藥品與儀器

1）實驗藥品：30%雙氧水、氫氧化鈉、D851螯合樹脂。

2） 實驗儀器：A3AFG12原子吸收分光光度計、DL-1電子電驢、FA2204電子天平、PHS-25型pH計、F-100SD超聲波清洗機、DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器。

1.2" 反應原理

在工業含鎳廢水溶液中投加雙氧水，放入超聲波內超聲，產生大量的羥基自由基，利用其強氧化性進行破絡，能將廢水中的鎳變為游離態的鎳，該處理方式綠色環保^[8]。后通過D851螯合樹脂處理，除去廢水中的鎳。

1.3" 實驗方法

量取100 mL的廢水，置于300 mL的燒杯中，加入適量的H₂O₂，開啟超聲波超聲一定時間后破除絡合，后通往過螯合樹脂處理，利用火焰原子吸收光譜法（GB/T 23768—2009）^[9]測定溶液中鎳離子的濃度。

1.4" 實驗流程

含鎳廢水通過投加雙氧水，放入超聲波內超聲，后通過螯合樹脂處理，含鎳廢水達到排放要求，利用過的螯合樹脂可經稀硫酸洗脫，回收高純度的硫酸鎳，再通過氫氧化鈉再生樹脂，達到螯合樹脂的重復利用，流程圖見圖示1。

2" 螯合樹脂

2.1" D851螯合樹脂的基本特性

實驗選用的是D851類型的螯合樹脂，D851是一種大孔笨乙烯結構帶有亞氨基二乙酸功能的螯合樹脂，由于D851亞氨基二乙酸官能團的化學特性，能對多價的金屬離子呈復數的配位子作用形成穩定的螯合結合^[10-11]。因此對二價及以上的金屬離子有非常高的選擇吸附性，主要針對溶液中除去二價以上的金屬陽離子，基本性質見表1。

2.2" D851螯合樹脂的反應原理以及交換性能

D851是帶有亞氨基二乙酸基管能團樹脂，樹脂形態分為氫型或鈉型，溶液中重金屬離子容易被二羧基功能基離子吸引及氮原子電子給予而螯合，見圖1。

D851作為弱酸螯合物，特別適合于除去重金屬，在不同pH下，D851螯合樹脂有不同交換性能，對Ni²⁺有相對不同的選擇性系數，如表2所示。D851帶有大孔樹脂結構有利于離子很好地擴散，能有效地到達樹脂內部的官能團，可進行良好的離子交換性能。

3" 結果與討論

3.1" 單因素實驗

3.1.1 "H₂O₂的影響

分別取100 mL的含鎳廢水，加入到4個300 mL的燒杯中，分析H₂O₂的加入量對廢水的影響，溫度為40 ℃，US破絡時間15 min，后續通過D851螯合樹脂處理，清液通過測定溶液中的鎳濃度，見圖2所示。由圖2可看出，隨著H₂O₂的加入量增加，鎳離子的濃度逐漸降低。當加入量超過20 mL/L時，鎳離子的濃度變化趨于穩定，這是由于廢水溶液達到飽和，再投加過多的H₂O₂對反應也沒有影響。

3.1.2 "溫度的影響

分別取100 mL的含鎳廢水，加入到4個300 mL的燒杯中，以不同溫度為實驗的變量，H₂O₂的加入量為2 mL/L，US破絡時間15 min后，利用螯合樹脂處理，純水通過檢測，結果如圖3所示。由圖3可看出，溫度的增加有利于廢水反應的進行，利于去除鎳離子。但當溫度超過50 ℃后，對廢水反應的影響較小。

3.1.3 "US破絡時間的影響

分別取100 mL的含鎳廢水，加入到4個300 mL的燒杯中，探究US破絡時間對反應的影響，溫度為40 ℃，H₂O₂的加入量為2 mL/L，后續通過螯合樹脂處理，清液通過檢測，結果如圖4所示。由圖4可看出，隨著US破絡時間的增加，鎳離子的濃度逐漸減少，然后趨于穩定。綜上所述，US破絡時間為15 min較合適。

4" 響應面法實驗

通過單因素實驗的基礎上，再利用Design Expert 12.0和Box-Behnken法設計三因素三水平的響應曲面實驗，溫度（A）、H₂O₂投加量（B）、US破絡時間（C）、鎳離子的濃度為響應值，設計實驗及結果見表3所示。響應面方差分析見表4所示。

利用軟件對實驗數據進行分析，得到以鎳離子濃度為響應值，擬合方程為：

=0.745 175-0.001 682-0.087 225-0.083 280+0.000 225–0.000 250+0.002 000+0.000 070²+0.014 525²+ 0.003 451²（R²=0.985 8，P＜0.000 1）

擬合方程的方差0.985 8，調整后的方差為0.967 6，說明此模型與實驗擬合度較好，預測性較好，因此可用于對實驗結果的分析。

對回歸分析結果進行了實驗驗證，采取5組平行實驗，實驗條件為：100 mL廢水，溫度為40 ℃，H₂O₂（30%）投加量為20 mL/L，US破絡時間為15 min后。5次實驗結果清液中鎳的濃度為0.085，0.082，0.083，0.087，0.084 mL，其結果均與預測結果相互符合，表明優化結果和擬合方程是合理，能夠準確的反應溫度、US破絡時間、H₂O₂投加量對含鎳廢水的鎳離子的影響情況。

5" 結 論

利用US/H₂O₂+螯合樹脂工藝處理電鍍含鎳廢水，此工藝具有操作簡單、高效清潔等優點。當溫度為40 ℃，H₂O₂投加量為20 mL/L，UV破絡15 min，后通過螯合樹脂過濾處理，廢水經檢測鎳離子的濃度為0.085 mg/L，滿足CB21900—2008所規定的排放標準。相較于單一樹脂處理廢水，US/H₂O₂+螯合樹脂工藝，通過US/H₂O₂對含鎳廢水進行預處理，能將絡合物電鍍含鎳廢水破絡成游離態的鎳離子，后續通過D851螯合樹脂處理能提高鎳離子的除去率，因此，US/H₂O₂+螯合樹脂工藝處理工業電鍍含鎳廢水具有良好的運用前景。

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Research on Treatment Process of Electroplating

Nickel-containing Wastewater

MA Lu ZHANG Peng TANG Jie YUAN Xiao-chao XIAO Ling ZHANG Yun-ju

（1. Mianyang Teachers’ College， Mianyang Sichuan 621000， China;

2. Sichuan Yinhe Chemical Co.， Ltd.， Mianyang Sichuan 622650， China）

Abstract：" The treatment of nickel-containing wastewater by US/H₂O₂+chelating resin was studied， and the removal mechanism and recycling of nickel by this process were explored. The initial mass concentration of nickel in electroplating wastewater was 189.50 mg·L^-1， and the experimental results showed that when the temperature was 40 ℃， the H₂O₂ dosage was 2 mL·L^-1， and the US network was broken for 15 min， and then treated by D851 chelating resin， the concentration of nickel ions was decreased to 0.085 mg·L^-1， which met the emission standards. After used D851 chelating resin was enriched by the elution solution and could be returned to the electroplating tank for use， and the D851 chelating resin could be recycled many times. Therefore， the process had good application prospect in the treatment of nickel-containing wastewater of industrial electroplating.

Key words：" Electroplating nickel-containing wastewater; D851 chelating resin ; US