黃光磊

【摘 要】本文主要介紹利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采用離子交換原理，通過(guò)各種檢測(cè)裝置、離子交換樹(shù)脂、廢水和鎳回收設(shè)備及信息傳感存儲(chǔ)設(shè)備，把離子交換樹(shù)脂的信息與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信。實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、監(jiān)測(cè)、跟蹤、管理，解決電鍍企業(yè)含鎳廢水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放問(wèn)題和鍍鎳工藝廢水及金屬鎳的循環(huán)回用。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)；鍍鎳廢水；回用

0.前言

鎳，既是寶貴的資源，又是一類(lèi)污染物且不能降解。廣東省目前執(zhí)行《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB21900-2008）中的表3水污染物特別排放限值，鎳的排放濃度限值僅為0.1mg/L。新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，將成為制約眾多電鍍企業(yè)發(fā)展的瓶頸之一。此外，電鍍企業(yè)產(chǎn)生的大量水和鎳資源未加回收重新利用而白白損失，既浪費(fèi)了資源，又污染了環(huán)境。

電鍍含鎳廢水是主要的鎳污染來(lái)源之一，然而從國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀看，電鍍技術(shù)是現(xiàn)代化工業(yè)不可或缺的組成部分，電鍍工藝不可能被淘汰。如何有效地控制電鍍含鎳廢水污染，同時(shí)實(shí)現(xiàn)水和金屬的循環(huán)利用，是擺在電鍍企業(yè)面前的重大課題。

1.含鎳廢水處理現(xiàn)狀

珠三角地區(qū)鍍鎳廢水處理的主流技術(shù)是化學(xué)沉淀法，屬于典型的末端治理技術(shù)。它以廢水達(dá)標(biāo)排放為最終目的，不考慮水和金屬鎳的回收利用，為了使鎳離子達(dá)標(biāo)不計(jì)成本。其技術(shù)弊端為：

（1）無(wú)法實(shí)現(xiàn)將含鎳廢水處理到0.1mg/L而達(dá)標(biāo)排放。

（2）無(wú)法實(shí)現(xiàn)含鎳廢水的回用。

（3）無(wú)法實(shí)現(xiàn)鎳的資源化。

2.基于物聯(lián)網(wǎng)的鍍鎳廢水達(dá)標(biāo)處理及回用系統(tǒng)的搭建結(jié)構(gòu)

基于物聯(lián)網(wǎng)的鍍鎳廢水達(dá)標(biāo)處理及回用是依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采用離子交換原理，通過(guò)各種檢測(cè)裝置、離子交換樹(shù)脂、循環(huán)水收集和鎳回收設(shè)備及信息傳感存儲(chǔ)設(shè)備，把離子交換樹(shù)脂的信息、循環(huán)水的信息與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、監(jiān)測(cè)、跟蹤、管理，既可解決電鍍企業(yè)含鎳廢水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放問(wèn)題，也可實(shí)現(xiàn)鍍鎳工藝水和金屬鎳的循環(huán)回用。

（1）搭建感知層即現(xiàn)場(chǎng)端：在含鎳廢水產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)安裝離子交換器樹(shù)脂、水量計(jì)、PH傳感器、電導(dǎo)率傳感器、循環(huán)水收集裝置、各類(lèi)電磁閥及管線。對(duì)離子交換樹(shù)脂實(shí)時(shí)工況信息、循環(huán)水實(shí)時(shí)工況信息進(jìn)行采集、監(jiān)控、分析。

（2）鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)層即傳輸端：感知層各傳感器采集的離子交換器樹(shù)脂實(shí)時(shí)工況信息、循環(huán)水實(shí)時(shí)工況信息、水量信息通過(guò)工業(yè)總線，以太網(wǎng)，GPRS無(wú)線通信技術(shù)上傳至客戶端上位機(jī)。上位機(jī)的數(shù)據(jù)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)上傳到中心信數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。成熟的通行技術(shù)保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼鎸?shí)和可靠。

（3）建立應(yīng)用層：應(yīng)用層即中心信息處理中心，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通訊技術(shù)，對(duì)離子交換器樹(shù)脂飽和信息實(shí)時(shí)狀況、循環(huán)水水質(zhì)實(shí)時(shí)狀況、水量信息進(jìn)行關(guān)系運(yùn)算及判斷，準(zhǔn)確的判斷出樹(shù)脂的飽和點(diǎn)、循環(huán)水水質(zhì)，發(fā)出預(yù)警報(bào)警，并實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)對(duì)接，提示現(xiàn)場(chǎng)端完成相應(yīng)的操作。

3.離子交換樹(shù)脂處理鍍鎳廢水原理

含Ni2+廢水流經(jīng)Na型弱酸陽(yáng)樹(shù)脂層時(shí)，將發(fā)生如下交換反應(yīng)：

2R-COONa+Ni2+→（R-COO）2Ni+2Na+

這樣，水中的Ni2+被吸附在樹(shù)脂上，樹(shù)脂會(huì)有明顯的顏色變化，而樹(shù)脂上的Na+便進(jìn)入水中。當(dāng)全部樹(shù)脂層與Ni2+交換達(dá)到平衡時(shí)，用一定濃度H2S04再生，反應(yīng)如下：

（R-COO）2Ni+H2S04→2R-COOH+NiS04

再生后，此時(shí)的樹(shù)脂為H型，需用NaOH轉(zhuǎn)為Na型，反應(yīng)為：

R-COOH+NaOH →RCOONa+H2O

如此樹(shù)脂可重新投入運(yùn)行，進(jìn)入循環(huán)使用，直至樹(shù)脂的使用壽命。廢水經(jīng)處理后可回車(chē)間清洗槽重復(fù)使用，洗脫得到的硫酸鎳經(jīng)凈化后可實(shí)現(xiàn)資源回用。

4.感知層控制關(guān)鍵點(diǎn)

4.1樹(shù)脂飽和點(diǎn)的判斷

經(jīng)試驗(yàn)結(jié)果表明：PH值與樹(shù)脂飽和度存在相互關(guān)系，使用企業(yè)可總結(jié)出符合本企業(yè)的PH變化規(guī)律，設(shè)定一個(gè)PH值的運(yùn)行區(qū)間，即PH上限和PH下限，在此區(qū)間完成樹(shù)脂從開(kāi)始吸附鎳離子到樹(shù)脂完全吸附飽和的全過(guò)程。即PH傳感器實(shí)測(cè)PH值等于PH上限值時(shí)，飽和度為0；當(dāng)實(shí)測(cè)的PH值等于PH下限值時(shí)，飽和度為100%，此時(shí)樹(shù)脂需要再生。正常使用過(guò)程中實(shí)測(cè)的PH值介于PH上限和PH下限之間。為避免出現(xiàn)樹(shù)脂吸附不徹底，造成鎳離子的泄露，通常設(shè)定一個(gè)飽和預(yù)警點(diǎn)，即鎳離子泄露點(diǎn)，當(dāng)檢測(cè)到PH到達(dá)預(yù)警點(diǎn)時(shí)啟動(dòng)報(bào)警提示，并啟動(dòng)。飽和預(yù)警點(diǎn)的精確判斷非常關(guān)鍵，如不能精確判斷就會(huì)造成鎳離子的吸附不徹底或樹(shù)脂的浪費(fèi)。如下將結(jié)合工藝流程圖說(shuō)明基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的樹(shù)脂飽和點(diǎn)判斷及預(yù)警。

鍍鎳廢水經(jīng)流量計(jì)、電子閥1進(jìn)入1#柱，廢水中的鎳離子被吸附于陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，處理過(guò)的水達(dá)標(biāo)，經(jīng)閥2排除，可通過(guò)管路進(jìn)入循環(huán)水收集裝置并進(jìn)行回用。在閥2管路上安裝檢測(cè)儀（PH傳感器），檢測(cè)PH值，并將檢測(cè)信號(hào)通過(guò)通過(guò)有線或無(wú)線的方式傳送至客戶端（上位機(jī)），客戶端（上位機(jī)）所采集信息通過(guò)以太網(wǎng)上傳至信息處理中心，信息處理中心進(jìn)行智能決策、判斷1#柱樹(shù)脂的飽和情況。當(dāng)1#柱出現(xiàn)飽和時(shí)，信息處理中心發(fā)出報(bào)警信息，提示樹(shù)脂需更換信息，并關(guān)閉閥1，啟動(dòng)閥3、閥3，進(jìn)入與1#柱同樣的鎳離子吸附過(guò)程。如此循環(huán)進(jìn)行，準(zhǔn)備的判斷樹(shù)脂的飽和，保證了含鎳廢水的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

4.2循環(huán)水水質(zhì)的判斷

通過(guò)離子交換樹(shù)脂交換出來(lái)的Na+和沒(méi)有發(fā)生反應(yīng)的陰離子進(jìn)入了循環(huán)水中，如果持續(xù)的積累，循環(huán)水中的含鹽量將不斷升高，最終將影響循環(huán)水的質(zhì)量和生產(chǎn)用水的需要。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，循環(huán)水中的含鹽量與電導(dǎo)率程一定的關(guān)系，因此，適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充新鮮水是必須的，通過(guò)電導(dǎo)率測(cè)試可以方便地了解循環(huán)水中含鹽量的積累情況，準(zhǔn)確判斷循環(huán)水補(bǔ)充新鮮水的時(shí)間及補(bǔ)充量，保證循環(huán)水的水質(zhì)，達(dá)到最佳的動(dòng)態(tài)平衡。

通過(guò)電導(dǎo)率監(jiān)測(cè)來(lái)判斷經(jīng)樹(shù)脂吸附鎳離子后的循環(huán)水水質(zhì)，廢水循環(huán)管路中設(shè)置電導(dǎo)率傳感器，測(cè)試循環(huán)水的電導(dǎo)率，使用企業(yè)可以總結(jié)出適合與本企業(yè)用使用要求的生產(chǎn)用水的電導(dǎo)率上限值，當(dāng)電導(dǎo)率傳感器監(jiān)測(cè)到的電導(dǎo)率超過(guò)預(yù)定值時(shí)，表示水中含鹽量已經(jīng)積累到影響生產(chǎn)用水效果的水平，必須補(bǔ)充清潔水，此時(shí)通過(guò)中心信息處理中心發(fā)出指令，補(bǔ)水自動(dòng)閥門(mén)開(kāi)啟，清潔水補(bǔ)充進(jìn)來(lái)，循環(huán)水的含鹽量隨之降低。通過(guò)試驗(yàn)確定的電導(dǎo)率保持在某個(gè)值以下不會(huì)影響生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)廢水的回用。

5.結(jié)論

利用物聯(lián)網(wǎng)及計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，結(jié)合離子交換原理而搭建的鍍鎳廢水處理及回用系統(tǒng)，通過(guò)中心信息處理中心準(zhǔn)確的判斷樹(shù)脂飽和點(diǎn)和循環(huán)水的含鹽量，將有效的保證鍍鎳廢水的穩(wěn)定達(dá)（下轉(zhuǎn)第127頁(yè)）（上接第17頁(yè)）標(biāo)排放，實(shí)現(xiàn)循環(huán)水的高效回用和鎳的資源化。

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