李 茹

（生益電子股份有限公司，廣東 東莞 523127）

0 引言

當(dāng)前，在長(zhǎng)三角、珠三角等地區(qū)，環(huán)境保護(hù)對(duì)工業(yè)一類污染物鎳的排放有嚴(yán)格的指標(biāo)要求，要求一類污染物車(chē)間排放口的鎳含量不得高于0.1 mg/L。企業(yè)需要考慮如何將含鎳廢水處理達(dá)標(biāo)，同時(shí)也要考慮如何降低化學(xué)鎳廢水處理設(shè)備的投資成本和運(yùn)行成本。

1 問(wèn)題分析

由于化學(xué)鍍鎳的廢水中含有次磷酸鹽和亞磷酸鹽，這兩種鹽與鎳離子反應(yīng)生成穩(wěn)定的絡(luò)合物，致使普通的堿性化學(xué)沉淀法不能將鎳離子去除達(dá)標(biāo)，甚至采用普通的硫化物沉淀法也效果甚微。

目前行業(yè)內(nèi)普遍采用的處理方式是使用芬頓反應(yīng)進(jìn)行破絡(luò)后再處理。其反應(yīng)機(jī)理是在酸性環(huán)境中加入一定比例的過(guò)氧化氫和亞鐵離子，在亞鐵離子的催化作用下，過(guò)氧化氫產(chǎn)生具有氧化能力的羥基自由基，通過(guò)羥基自由基氧化次磷酸鹽、亞磷酸鹽成為正磷酸鹽，再在堿性條件下發(fā)生反應(yīng)，使得磷酸根和鎳離子分別生成各自的沉淀物沉淀，然后進(jìn)行固液分離，以此方式進(jìn)行破絡(luò)并去除鎳元素。芬頓反應(yīng)處理流程如圖1所示。

圖1 芬頓工藝流程圖

芬頓反應(yīng)處理有一定的效果，在去除廢水中高濃度有機(jī)物的同時(shí)，還能將次磷酸鹽和亞磷酸鹽氧化成正磷酸鹽，通過(guò)回收反應(yīng)生成的磷酸鐵，實(shí)現(xiàn)磷的資源利用。但是該方法的弊端也十分明顯，化學(xué)鎳廢水的濃度變化導(dǎo)致加藥量需要不斷調(diào)整；過(guò)氧化氫和亞鐵離子的投藥比例需要不斷調(diào)整以適應(yīng)廢水濃度的變化，否則易出現(xiàn)大面積的漂泥現(xiàn)象；芬頓反應(yīng)產(chǎn)生的污泥量較多等，都是芬頓反應(yīng)處理系統(tǒng)面臨的問(wèn)題。

2 分析研究過(guò)程

為避免采取芬頓反應(yīng)處理的相關(guān)問(wèn)題，本次實(shí)驗(yàn)采用另外一種途徑來(lái)處理含鎳廢水。不同于芬頓反應(yīng)采用破絡(luò)方式使鎳離子脫離次亞磷酸鹽絡(luò)合的機(jī)理，這種新型“除磷法”工藝，工藝方向是“除磷”，通過(guò)將含鎳廢水中的磷元素去除后，再對(duì)鎳離子采用普通的化學(xué)法去除，即可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。“除磷法”工藝的流程圖見(jiàn)圖2所示。

圖2 “除磷法”工藝流程圖

采用燒杯模擬實(shí)驗(yàn)，取5個(gè)1000 mL燒杯，分別加入500 mL化學(xué)鎳原水，取原水樣分析化驗(yàn)。配置濃度為10%的硫酸溶液，使用酸液調(diào)節(jié)原液pH在2.5～3.5。對(duì)燒杯編號(hào)并記錄，同時(shí)設(shè)置一組空白實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比，分別加入0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的除磷劑，攪拌均勻并靜置10 min。反應(yīng)結(jié)束后添加濃度為20%的重金屬捕捉劑，加藥量為0.5%，攪拌反應(yīng)20 min并靜置。配置濃度為10%氫氧化鈉溶液，使用堿液調(diào)節(jié)pH在10～11，后加入10%濃度的PAC（聚合氯化鋁）并攪拌5 min，加藥量為5%，然后加入0.1%濃度的PAM（聚丙烯酰胺）并攪拌5 min，加藥量為1%。沉淀之后靜置30 min，取上清液進(jìn)行鎳、磷元素化驗(yàn)檢測(cè)。

3 結(jié)果與討論

化學(xué)鎳原水總鎳含量為15.65 mg/L，總磷含量為46.87 mg/L。根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行除磷劑用量的變量實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1所示。

表1 除磷劑用量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

結(jié)論分析：根據(jù)以上燒杯實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，“除磷法”工藝的化學(xué)鎳廢水處理效果十分明顯。化學(xué)鎳原水的磷和鎳含量都非常高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)一類污染物車(chē)間排口的鎳濃度。通過(guò)不添加除磷劑進(jìn)行常規(guī)的堿性反應(yīng)混凝沉淀進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，鎳和磷去除率分別為71.05%、43.42%，效果較差，遠(yuǎn)不能達(dá)到環(huán)保要求的控制指標(biāo)。分析認(rèn)為：由于廢水中的磷并非全部都是次亞磷酸根，存在部分正磷酸鹽和部分非絡(luò)合形態(tài)的鎳離子，使得鎳離子反應(yīng)生成氫氧化鎳沉淀，正磷酸根反應(yīng)生成磷酸鹽沉淀。在加入除磷劑之后，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)磷和鎳的去除率都非常高，磷去除率達(dá)到97%以上，鎳去除率達(dá)到99%以上，且能達(dá)到清水溶液中鎳含量低于0.1 mg/L的環(huán)保要求。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中沉淀效果穩(wěn)定，未出現(xiàn)芬頓反應(yīng)中經(jīng)常出現(xiàn)的冒泡現(xiàn)象。針對(duì)實(shí)驗(yàn)沉淀效果設(shè)置對(duì)比試驗(yàn)，比較芬頓反應(yīng)工藝和“除磷法”工藝沉淀量差異。取一個(gè)1000 mL燒杯，加入500 mL化學(xué)鎳原水，調(diào)節(jié)pH值為3～4，加入硫酸亞鐵和30%過(guò)氧化氫進(jìn)行氧化破絡(luò)反應(yīng)；反應(yīng)完全后加入5%石灰和10%液堿調(diào)節(jié)pH值為10～11，加入5%PAC和0.05% PAM，靜置30 min后形成的沉淀占燒杯容量的25%。而使用“除磷法”，根據(jù)上面的燒杯實(shí)驗(yàn)，除磷劑用量為2.0%時(shí)，產(chǎn)生的沉淀最多，占燒杯容積的10%。所以，在沒(méi)有投加硫酸亞鐵的情況下，“除磷法”除鎳產(chǎn)生的污泥量只有常規(guī)芬頓反應(yīng)的40%左右。

4 結(jié)論

本次實(shí)驗(yàn)表明：隨著除磷劑的增加，處理水中磷含量逐漸減少，采用“除磷法”的方式去除化學(xué)鎳廢水中的總鎳的思路是可行的。加入除磷劑后，鎳含量降低明顯，除磷劑添加量在1.5%時(shí)，鎳的去除率已達(dá)到99%，鎳含量為0.06 mg/L，滿足一類污染物車(chē)間排口的鎳濃度不高于0.1 mg/L的排放標(biāo)準(zhǔn)要求。