微负压蒸馏-O3处理络合镍废水的研究
陈阳杨锋周腾腾钱莎莎（1.江苏南大华星环保科技有限公司，江苏盐城；
2.南京大学盐城市环境保护技术与工程研究所，江苏盐城）
0 前言
电镀涉及行业广泛[1]，其废水的复杂性使得电镀行业成为全球三大污染行业之一[2-3]。化学镀镍废水[4]分子量大、稳定性强，处理难度极大[5]。近年来，国家和地方环保部门对电镀废水污染物排放要求愈发严格，常规化学镀镍废水处理方法有6种[6-8]。然而在现有的处理技术研究中，运行成本高、现场运行维护复杂、出水不稳定、达标难度大等问题往往阻碍了该技术的广泛应用。同时，废水中重金属污染物能否有效去除是后续生化过程正常运行的前提条件之一，因此亟待寻找一种稳定高效的方法来深度去除废水中低浓度、稳定性高的复杂镍污染物。 针对该问题，本文采用基于稳定高效精馏和高氧化能力臭氧技术的工艺路线[9]，实现对实际复杂镍高盐废水的有效处理。
1 实验部分 1.1 水样与试剂
实验所用废水取自台州某电镀企业，经常规物理化学处理后形成高浓度化学镀镍废水母液。该母液呈蓝绿色，pH在9~11之间，密度为1.231g·cm-3，固含量为25.6%。水质分析结果为COD约·L-1、NH3-N约50mg·L-1、总磷约50mg·L-1、总镍约250mg·L-1。实验所用试剂为聚合氯化铝（天津市大茂化工试剂厂）、聚丙烯酰胺（天津市大茂化工试剂厂）、氢氧化钠（广州化工试剂厂）、硫酸（广州化工试剂厂）。
1.2 实验设备
UV-1800分光光度计； 1260高效液相色谱仪； 7890气相色谱仪；W2-100SP旋转蒸发仪；JH-8002y臭氧发生器；臭氧反应器（自制）；便携式在线臭氧浓度检测仪；电子天平；pH计；超高效液相色谱-串联三重四极杆质谱仪（LC-MS）；火焰原子吸收光谱仪（FAAS）；傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）。
1.3 实验方法
500mL母液进入旋转蒸发器进行蒸馏，通过控制旋转蒸发器内压力来控制馏出液的流出速度，当馏出液达到一定体积时停止蒸馏。馏出液在调节罐内调节pH为6～8后进入好氧罐进行处理。釜渣收集于臭氧氧化反应器，经臭氧氧化处理后过滤，滤液回流至旋转蒸发器。滤渣外购处理。实验流程图如图1所示。
图1 工艺流程图
1.4 分析方法
pH值采用酸度计(Ohaus,美国)测定;总镍浓度采用火焰原子吸收分光光度计(FAAS, Z2000,检测限0.01 mg·L-1)测定;液相色谱-质谱(LC-MS,Q)检测条件:STPAK C18色谱柱,流动相0.1%甲酸-乙腈(3∶7),流速1.0 mL·min-1,分析柱温25℃,进样量:10 mL,傅里叶变换红外光谱分析(FTIR,美国):KBr压片法,在4000～400 cm-1波长范围内测定透光率。
2 结果与讨论 2.1 蒸馏压力对馏出速度和体积的影响
量取250 mL母液加入旋转蒸发仪中，实验选取0.1、0.2、0.3、0.4四个负压，研究120 ℃时压力变化对馏出液出水速率及体积的影响，实验结果如图2所示。
图2 压力对馏出速度和体积的影响趋势
如图2所示，当温度不变时，随着负压的增加，馏出液的体积不断增大，相同时间内，随着压力的增加，馏出液体积增大的趋势也随之增大。在相同条件下，随着时间的延长，馏出液出水速度逐渐减慢。这与方程中物质的饱和蒸汽压与温度的关系是一致的。另外，随着馏出液体积的不断增大，旋转蒸发仪内液体浓度也随之增大，导致馏出液出水速度不断减慢。
2.2 蒸馏压力对蒸馏水质量的影响
量取250 mL母液加入旋转蒸发仪中，实验选取0.1、0.2、0.3、0.4四个负压，在温度120 ℃、蒸馏时间3 h条件下，研究各馏出液水质中COD、氨氮、总磷、总镍含量，实验结果如图3所示。
图3 压力对蒸馏水质量的影响
从图3可以看出，压力对馏出液水质影响很大，特别是当压力由0.5%升高到0.6%时，水中COD、TP、T Ni浓度明显升高。可以看出随着压力的升高，部分高沸点有机络合物随水蒸气一起馏出，导致馏出液水质迅速下降。从馏出液水质来看，当压力为0.6%时，出水水质，特别是镍含量的提高，满足生化处理的要求。
2.3 馏出物量对釜渣状态的影响
根据2.1、2.2结果，选择实验条件为负压0.0、温度120 ℃，在旋转蒸发仪中加入250 mL母液，控制馏出液体积比例为50%、60%、70%、80%，观察釜渣状态，结果如表1所示。
表1 蒸馏釜残余状态表
2.4 优化条件下处理效果研究
根据研究的最佳条件，控制蒸馏微压为0.5，温度为120℃，蒸馏量为60%进行实验。实验中将1L母液加入旋转蒸发仪中，控制旋转蒸发仪负压为0.5，温度为120℃。当出水达到600mL时，倒出釜渣。调节馏出液pH为7后进入好氧池。控制好氧池水力停留时间为24h，检测出水水质。将釜渣倒入臭氧氧化反应器，控制臭氧入口浓度为70g/m3，反应2h，釜渣黏度明显下降。 用500目滤布过滤釜渣，滤液随第二批母液送入旋转蒸发仪循环蒸馏，最终好氧池出水水质指标为COD3。结论
本研究将微压蒸馏工艺与臭氧工艺相结合，处理复杂镍废水，控制废水中镍浓度，保证废水的可生化性。实验结果表明：蒸馏过程中，负压既影响蒸馏出水速率，也影响出水水质，压力越大，出水速率越快，当压力达到一定程度后，出水水质迅速恶化。馏出液的体积对后续的臭氧氧化釜渣影响较大，控制馏出液的体积配比，可以增加臭氧在釜渣中的停留时间，提高氧化效果。在对照实验最优条件下，本实验过程中复杂镍废水COD去除率达99.8%，氨氮去除率达90%，总磷去除率达99%，总镍去除率达99.9%。