微电解法预处理高浓度含镍电镀废水的研究
微电解法预处理高浓度含镍电镀废水的研究
杨健
（青岛科技大学环境与安全工程学院，山东青岛）
摘要: 实验探讨了微电解法处理高浓度电镀废水的效果，考察了pH值、铁碳比、铁碳总用量和反应时间对镍去除率的影响。 。 实验得出最佳反应条件为：pH 3、铁用量60g/L、碳用量60g/L。 反应过程中镍去除率可达64.09%，很好地减少了废水的产生。 其中Ni2+的含量为后续加工奠定了基础。
关键词：微电解； 电镀废水； 镍; 高浓度
CLC分类号：
目前，电镀废水仍然是水环境的主要污染源之一[1]。 电镀废水的污染主要是酸碱污染、部分有机物污染和重金属污染[2]，其中重金属污染是电镀废水处理的重中之重。 镍是最常见的致敏金属。 镍进入人体后，可引起器官的慢性病变。 如果误服大量镍盐，会出现急性胃肠道刺激，出现呕吐、腹泻，严重时可能引起酶系统中毒，甚至危及生命[3]。 一些镍化合物，例如羟基镍[Ni(CO)4]和镍尘，被认为是致癌物。 世界卫生组织国际癌症研究机构（IARC）公布的39种（类别）人类致癌物中，镍被列为其中之一[4]。 处理电镀废水的方法有很多种。 根据其工作原理可分为物理法、化学法、理化法和生物法四类[5]。 微电解法是一种利用金属腐蚀原理处理废水形成原电池的良好工艺。 又称内电解法、铁屑过滤法等。该工艺于20世纪70年代应用于废水处理。 该方法具有适用范围广、处理效果好、使用寿命长、成本低、操作维护方便等优点。 它以废铁屑为原料，不需要消耗电力资源，具有“以废处理”的含义[6]。 近年来，微电解技术已应用于印染废水、电镀废水、染料生产废水、石油化工废水、煤气洗涤废水等工业废水的处理[7-8]。
1?实验部分
1.1 基本原理
微电解技术以工业铸铁废料为原料，利用电化学、化学反应和物理反应（包括氧化、还原、置换、絮凝、吸附、共沉淀、过滤等多种原理）的综合作用，微电池腐蚀原理。 一种去除水中重金属的技术。 其中，氧化还原主反应层是微电解技术的核心[9-10]。
1.2 水样水质及水质特征的测定
本研究处理的高浓度含镍电镀废水来自青岛某电子企业。 随着生产规模的扩大，含镍电镀废水日产量已达到800L/天左右，主要成分为NiSO4、、Na2(CH)2(COO)2等，废水处理投资虽大，但效果并不好。 该公司一直在寻找有效解决废水问题的方法。 水质数据见表1。
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从表1可以看出，电镀废水中Ni2+和CODCr含量较高，给废水处理带来了相当大的难度。 为满足《电镀污染物排放标准》（-2008）的要求，镍的最高允许排放浓度为0.5mg/L，需要两种或多种方法联合使用。
1.3 实验步骤
量取200mL含Ni2+废水放入烧杯中，用30%H2SO4溶液调节pH，分别加入活性炭（颗粒）和铁粉，用六连杆搅拌器搅拌反应一段时间，使用30%用NaOH溶液调节pH至11，静置至液面分层，过滤。 取滤液测定Ni2+含量并计算Ni2+去除率。
根据不同的实验条件，改变体系初始pH、铁碳比、铁碳总投加量和反应时间，探讨微电解法对电镀废水中Ni2+的去除效果。
2、实验结果与讨论
2.1 反应体系初始pH值对Ni2+去除率的影响。 将铁和碳固定为各 55g/L，反应时间为 90 分钟。 然后，改变废水的初始pH值，考察pH值对实际废水中Ni2+去除率的影响。 结果如图1所示。
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从图1可以看出，Ni2+的去除率与pH值密切相关。 当pH=3时，处理效果较好，去除率为55.65%。 这是因为较低的pH值会破坏反应后的絮凝体。 同时，当pH值过低时，H+优先与铁反应，减少铁参与微电解反应的量，增加酸耗，增加处理成本。 产生的Fe3+也会使治疗效果变差。 pH过高时，不利于单质铁失去电子，促进氧化还原反应，导致去除效果下降。 综合考虑，采用pH=3作为体系的初始pH。
2.2 铁碳比对Ni2+去除率的影响
将废水的初始pH调节至3.00，反应时间为90分钟。 固定铁碳总量为110g/L，改变铁碳比，考察不同铁碳比对Ni2+去除率的影响。 结果如图2所示。
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从图2可以看出，当铁碳比为1:1时，处理效果最好，Ni去除率为60.83%。 当铁碳比较小时，微电解反应和碳的吸附占主导地位； 当铁碳比较大时，微电解反应和铁的置换占主导地位。 从图2的变化趋势可以看出，微电解反应比简单的吸附和置换对Ni2+具有更强的去除效果。
2.3 铁碳总量对Ni2+去除率的影响
调整废水初始pH为3.00，反应时间为90分钟，铁碳比固定为1:1，改变铁碳总量，考察不同铁碳总量的影响研究了铁碳比对 Ni2+ 去除率的影响。 结果如图3所示。
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从图3可以看出，随着铁碳总量的增加，Ni2+去除率逐渐增大。 当铁碳输入总量增加到120g/L时，Ni2+去除率变化较小且趋于平缓。 因此选择铁碳总投入量120g/L作为最佳铁碳总投入量。 这是因为添加碳屑可以增加系统中原电池的数量，提高Ni2+的去除效果和处理率。 但铁碳增加到一定量后，反应速率降低，废水中Ni2+浓度升高。 还原使Ni2+更多地以络合态形式存在，影响Ni2+的去除效果。 在接下来的实验中，降低废水中有机物的含量是提高Ni2+去除效果的有效途径。
2.4 反应时间对Ni2+去除率的影响
调节废水初始pH为3.00，反应时间为90分钟，铁碳比固定为1:1，总铁碳量为120g/L。 考察了不同反应时间对Ni2+去除率的影响。 结果如图4所示。
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从图4可以看出，随着反应时间的增加，Ni2+去除率逐渐增大。 当反应时间增加时，Ni2+去除率增加幅度较小且趋于平缓。 这就是 Ni2+ 去除率 64.09。 %。 同时，如果反应时间过长，会消耗较多的铁，使出水的铁含量和色度增加，也增加了后续处理的难度。 综合考虑，考虑反应时间。
3、实验结论
微电解处理电镀废水目前受到广泛关注。 本实验根据青岛某电子厂含镍电镀废水的特点，采用微电解法进行预处理，分别研究初始pH值、铁碳比、铁碳4个影响因素。用量和反应时间对电镀废水中Ni2+去除的影响率影响。 实验结论是：
(1)采用微电解法处理高浓度含镍电镀废水是有效的。 在初始pH=3、铁屑比1:1、总投加量120g/L、t=条件下，Ni2+去除率为64.09%，可作为处理高浓度含镍的预处理工艺废水。
(2)在电镀废水的后续处理中，去除有机物，特别是易与废水中Ni2+形成络合物的各种电镀添加剂，是提高废水中Ni2+去除率的有效方法。
(3)污水处理技术已趋于成熟，但污泥的回收利用，特别是电镀废水处理后污泥中重金属的回收利用，尚无可行的技术方法。
参考
[1] 卢贤伟，王金泉，陈光桥，等.高浓度电镀废水的化学处理［J］． 环境技术，2004（1），11-14。
[2] 孙莉. 高浓度有机络合物镀镍废液及清洗废水处理工艺实验研究［D］． 西安：西安建筑科技大学，2003(05)：3-5。
[3] 唐振元. 含重金属、砷废水处理研究［D］． 兰州：兰州大学，2010，05：2-4。
[4]刘有才，钟红，刘红平。 重金属废水处理技术研究现状及发展趋势［J］． 广东化学工业，2005（4）：36-39。
[5] 唐荣年，康思齐，殷庚明，等.电镀废水综合处理新技术研究［J］． 五邑大学学报，2002，12(4)：39-43。
[6]吴琼，周其星，华涛。 微电解及其组合工艺处理难降解废水的研究进展［J］. 水处理技术，2009，35(11)：27-32。
[7]顾玉刚，黄雪娟，刘东航。 内电解技术处理工业废水试验［J］． 上海环境科学，17(3)：26-27。
[8]。 ． IV：土壤的影响［J］． 土壤，1986 年，37：295-302。
[9] 李勇. 微电解处理电镀废水的研究进展［J］． 广东化学工业，2008，35(1)：56-58。
[10]王树文，戴秀兰。 微电解处理含铬、镍重金属废水的研究［J］． 沉阳大学学报，2005，17(2)：40-43。