含镍废水处理工艺方法比较

日期: 2024-04-08 01:03:57|浏览: 89|编号: 44256

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含镍废水处理工艺方法比较

镍是一种相对昂贵的金属(比铜贵 2 至 4 倍)。 此外,它还是一种可致癌的重金属。 电镀镍因其优良的耐磨性、耐腐蚀性、焊接性而广泛应用于电镀生产中。 其加工量仅次于镀锌,在整个电镀行业中排名第二。 镀镍过程中会产生大量含镍废水。 废水中的Ni主要以离子形式存在,主要是游离离子和络合离子。 其中,络合离子主要存在于EDTA物质、铵或胺物质形成的络合物中的Ni2+与有机酸根、CN-、SCN-。 鉴于镍元素的毒性较大,含镍废水必须经过处理达到废水或地表水标准后方可排放。 另外,由于镍离子是有价金属,具有较高的回收价值,因此大多数电镀厂都尽可能对其进行回收。

目前,含镍废水的处理方法主要分为四类:(1)传统化学法、(2)物理法、(3)电化学法、(4)生物法。

1、传统化学法

处理含镍废水的传统化学方法是添加一定量的化学物质发生反应,形成无害或易分离的物质,然后从废水中去除。 目前处理含镍废水主要采用化学沉淀法和絮凝法。

1.1 化学沉淀法

(1)硫化物沉淀法

在弱酸、弱碱反应条件下,向电镀含镍废水体系中添加水溶性硫化物,如硫化钠等,形成不溶于水的硫化物沉淀的方法称为硫化物沉淀法。 镍离子与硫离子结合会形成溶解度极低的化合物,其溶度积约为1.0×10-24,然后可以采用过滤等手段除去镍。 常见的工业硫化物有硫化钠、硫化氢、硫化亚铁等。硫化物沉淀法生成的沉淀物与金属溶度积极小,因此去除效果较好,且反应条件为弱酸、弱碱,因此金属溶解度积极小,因此去除效果较好。生成的硫化物相对温和,不呈酸性或碱性。 硫化物本身还具有还原性,与络合物相互作用,具有一定的破络作用。 周国强等人利用黄铁矿处理电镀含镍废水并对黄铁矿进行改性。 改性硫化物具有更好的除镍效果。 该方法比较新颖,可以在达到除镍效果的同时减少黄铁矿污染。 刘逸飞等采用硫化物混合沉淀法处理电镀含镍废水,同时向系统中添加硫化物和硫酸亚铁,得出最佳投加配比和硫化钠起主要沉淀作用。 混合沉淀法对镍的去除效果较好,最高去除率可达98%。 在酸性环境下使用硫化物沉淀法会产生有害的H2S气体。 产生的沉淀颗粒较小,难以完全去除。 而且硫化物本身的生产成本较高,处理成本也不理想。 需严格控制用量,避免硫离子超标造成二次污染。

(2)氢氧化物沉淀法

添加碱性物质与镍离子结合形成氢氧化镍沉淀,通过固液分离除去镍的方法称为氢氧化物沉淀法。 该方法操作简单,处理成本低,处理废水效果受废水量限制较小。 应用于大量废水处理工艺时仍能取得良好的效果,常用于多种废水处理工艺。 当pH值大于9.4时,镍离子浓度显着降低; 当pH值在10~12之间时,除镍效果更彻底。 氢氧化物沉淀剂的来源广泛。 工业上广泛使用的沉淀剂有氢氧化钙、氢氧化钠、石灰石等。NaOH和Ca(OH)2混合溶液常用于去除废水中的镍。 研究表明,在石灰中添加粉煤灰,可以提高石灰的沉淀效率,使去除效果更加彻底。 原因是两者混合后,结构稳定性增加,沉淀颗粒体积增大,沉淀物的吸附性能也提高,废水去除效率显着提高。 孙润超采用氢氧化物沉淀法单独处理复杂电镀废水,去除效率约为78%。 沉淀效果未达到要求,再增加混凝工艺,达到排放标准。 赵南霞等人使用的沉淀剂是Ca(OH)2粉末,在pH为11、温度80度的条件下反应一小时。 废水中镍含量约为1mg/L。 若在沉淀剂中添加次氯酸钙、盐,则去除效果提高,可去除磷酸盐。 出水后各项指标均能达到国家污水排放标准。 石根彦采用石灰乳处理综合电镀废水,通过单因素控制变量法确定了反应的最佳参数值。 反应按照最佳条件进行,然后静置一段时间。 经过分离沉淀后,出水镍含量可达到国家污水排放标准,采用氢氧化物沉淀法处理废水时,需要注意控制反应的pH值,采用分段沉淀,避免造成二次污染由于pH控制不当引起沉淀溶解。 生成的沉淀物是两性的,需要合理处理。 该方法也存在污泥中重金属无法回收、对金属络合物沉淀效果不明显等问题。 随着排放要求的提高,这种方法单独使用已不能满足需求,目前多与其他工艺配合使用。

1.2 絮凝法

与化学沉淀相比,絮凝技术处理成分复杂的含镍废水效果明显。 其原理是:在絮凝剂的压缩双电层、吸附架桥或网捕集的作用下,絮凝剂与含镍胶体聚集成絮凝体并加快沉降速度,从而达到处理含镍废水的目的。 试验结果表明,采用絮凝法处理含镍工业废水是有效的,总镍去除率在96%以上,一般可处理Ni2+质量浓度在1.0mg/L以下; 碱度过高(pH>12)对絮凝有负面影响。 处理有不利影响,对含Ni2+的工业废水处理效果较差,但回收的废渣可以出售给相关公司循环利用,避免二次污染。 该絮凝法处理含镍废水简单、经济、有效。 然而,废渣的妥善处理和综合利用是亟待解决的问题。 目前,从产生的废渣中提取有色金属还有待进一步研究。

2. 物理

物理法利用物理作用处理含镍废水。 处理过程中不发生化学反应。 目前处理含镍废水的物理方法主要有吸附法、离子交换法、膜分离法等。

2.1 吸附法

采用吸附法处理含镍废水,一般选择比表面积大、表面多孔、吸附能力强的材料作为吸附剂,将溶液中的不同成分吸附到表面,然后通过后续处理实现解吸回收。 吸附剂的选择是关键。 常用的吸附剂有活性炭、氢氧化镁、沸石等,用常用的吸附剂处理可以达到含镍废水的排放标准,但如何实现含镍废水的资源化却鲜有报道。 吸附法由于吸附剂吸附能力强、价格便宜、易得、可循环利用,在含镍废水处理中具有广阔的应用前景。 但吸附剂解吸废水杂质含量高,难以回收利用。 如何回收药剂中吸附的Ni2+尚有待开发。

2.2 离子交换法

离子交换法处理含镍废水。 其原理是在固体离子交换器中将游离的Ni2+与阳离子进行交换,以达到去除和回收Ni2+的目的。 离子交换法用于处理含镍废水。 它不仅可以去除镍,还可以回收废水中的镍。 常用于大水量、低镍含量的深度处理。 最常见的阳离子交换剂是带有磺酸基团(-SO3H)的强酸树脂和带有羧酸基团(-COOH)的弱酸树脂。 离子交换技术用于处理含镍废水。 该处理工艺选择性高、操作简单、对环境无污染。 其大部分吸附过程是可逆的,可以实现水资源和金属镍的回收利用。 但回收工艺复杂,废水处理过程成本高,且树脂容易失效,限制了其在工业上的大规模应用。

2.3 膜分离法

膜分离法处理含镍废水的原理是采用选择渗透膜作为过滤介质。 当膜两侧存在一定的驱动力(浓度差、压力差、电位差等)时,各组分选择性透过膜,达到分离纯化的目的。

目前处理含镍废水应用最广泛的膜分离技术主要有:乳液膜分离技术、反渗透、超滤和纳滤等。乳液膜分离技术与传统膜分离中的固液分离不同。 属于液液分离范畴。 它利用液相膜将含镍废水分为外相和内相。 外相为含镍废液,内相为回收液。 。 在移动载体的作用下,含镍离子扩散到内相中进行集中处理,达到去除和回收的目的。 内相和外相之间镍离子的浓度差提供了分离能力。 反渗透技术处理含镍废水的原理是通过对高浓度废水侧加压,使水透过半透膜进入淡水区,达到分离净化的目的。 Ni2+及其他待分离物质不能通过。 利用反渗透膜技术处理含镍废水,不仅可以浓缩回收有用物质,而且可以对处理后的水进行循环利用。 膜分离技术可以实现水资源和金属镍精矿的重复利用,在一定程度上为企业提供良好的经济效益。 但膜分离技术成本高、工艺复杂、滤膜易造成污染、增加企业开支。 适用于处理低含量镍废水。 因此,其在企业中的广泛实施仍受到一定的限制,需要进一步研究。

3、电化学法

电化学法利用金属的电化学特性,在阴极还原沉淀金属镍,去除Ni2+。 常见的电化学方法包括电解、膜电解和电去离子技术。

3.1 电解法

电解法是在电解槽中对含镍废水进行电解。 Ni2+从阴极沉淀,去除并回收金属镍。 采用电化学方法处理含镍废水,一方面可以获得高纯度的金属镍; 另一方面,废水中的有机物可以降解为二氧化碳和水,减少污染物的排放。 实验结果表明,在pH 7~8、表观电流强度0.4~0.45A、温度80℃、电解时间2小时的条件下,废液中镍浓度可降低97%以上,总有机碳(TOC)浓度可降低97.3%。 再次证明电解处理含镍废水不仅可以去除Ni2+,而且可以消除有机物的影响。 但选择不同浓度含镍废水得到的实验结果表明,电解法不适合处理低浓度含镍废水,会导致电流效率降低、能耗增加。 采用电解法处理和回收含镍废水有以下局限性: ① Ni2+的电极电位为–0.25 V,当镍含量较低时,由于存在浓差极化,电极电位较低,即有利于制氢。 沉淀不利于Ni2+的沉淀; ②能耗高,电流效率低。 为了克服电解的局限性,研究人员尝试将该方法与其他技术结合起来。

3.2 膜电解法

膜电解也称为电渗析电解。 其原理是利用离子交换膜在电场作用下的选择透过性。 溶液中的Ni2+选择性地通过离子交换膜迁移到阴极室,并在阴极室中保持相对稳定。 高浓度的Ni2+在阴极上析出,电流效率更高。

3.3 电去离子技术

电去离子技术也是电渗析和离子交换相结合的技术。 与膜电解不同的是,它采用阴离子和阳离子交换树脂作为电渗析器膜之间的填充床。 采用电去离子技术可以更好地去除低浓度含镍废水中的Ni2+,得到高浓度含Ni2+回收液。 传统电去离子技术中,由于阴、阳离子交换树脂混合填充,会产生Ni(OH)2,影响Ni2+的去除效果。 电去离子技术处理低浓度含镍废水,分离稳定、效率高。 还可以回收金属镍和水资源,实现废水零排放。 但对于成分复杂的工厂废水,电去离子技术去除Ni2+的效果还需要进一步研究。

4. 生物法

电镀废水的生物处理主要依靠人工培养的复合功能菌。 该功能菌具有静电吸附、酶催化转化、络合、絮凝、吸留共沉淀、pH缓冲等作用。 废水中的Ni等重金属离子被细菌吸附络合形成簇。 废水经固液分离后可达标排放或回用,而重金属离子则沉淀成污泥。

生物法的优点是:(1)无二次污染,不使用化学品,污泥少; (2)治疗方法简单; (3)综合处理能力强,可对Ni、Cd、Cu、Zn等金属离子进行有效处理; (4)运行成本低。 缺点是功能菌繁殖速度慢,平均需要24小时以上,且处理后的废水虽然达标,但含有大量微生物,限制了回用范围。

电镀废水的生物处理是一项很有前途的技术。 随着生物工程科学的发展,微生物技术在电镀废水处理中具有广阔的发展前景。 针对目前生物方法存在的问题和工程应用的要求,未来发展应注意以下几点:(1)提高功能菌的反应速率,主要是分离更高效的生物功能菌,筛选更高效的功能菌。生物吸附剂,改善操作条件和工艺,提高功能菌的利用率; (2)降低功能菌的培养成本和培养要求; (三)提高生物处理设施和运行的自动化程度。

我国含镍废水常规处理技术较为成熟。 现代含镍废水生物处理是一种非常有前途的废水处理技术,不会产生二次污染。 关键是要利用新技术进行深度治疗。 出水水质进一步改善。 膜处理技术因其分离效率高、重金属回收能力强,未来将在含镍废水处理中发挥重要作用。

在含镍废水的处理中,单一的方法往往难以达到理想的要求,多种组合方法将逐渐取代单一的处理方法。 从国内外发展趋势来看,趋于以化学方法为主,其他组合加工技术和自动检测控制方法为辅。 多功能组合处理器的研制开发是一个发展方向,它不仅可以处理成分复杂的混合电镀废水,而且可以使工艺和设备小型化,从而节省占地面积和工程投资。

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