化学镀镍高氨氮废水处理电催化氧化技术
在电路板生产过程中，焊盘部分需要采用化学镀镍的方式沉积一层镍，然后采用化学镀金的方式沉积一层金，以提高耐磨性，降低接触电阻，从而有利于电子成分。 焊接。 漂洗水是化学镀镍产生的主要废水。 其污染物主要为氨氮和镍。 具有氨氮含量高、镍离子呈络合状态的特点。 镍属于第一类污染物，氨氮是造成水体富营养化的主要原因。 如果处理不当，化学镀镍冲洗废水会造成严重的环境污染问题。 根据《电镀污染物排放标准》（-2008年）表2要求，氨氮和镍的排放浓度分别为15mg/L和0.5mg/L。 广东省珠三角地区甚至要求满足表3的要求。 氨氮、镍排放浓度需分别提高至8mg/L、0.1mg/L。 氨氮和镍已成为线路板企业最难达标的污染物指标。
目前，化学镀镍污染的治理主要集中在浓缩废液的处理上，而对漂洗废水的研究较少，处理方法主要集中在传统的化学沉淀法和化学氧化法。 电催化氧化是在常温常压下以电子为主要反应对象处理废水的高级氧化技术。 它是公认的绿色工艺，利用电催化氧化处理氨氮废水是环保领域的研究热点。 但应用电催化氧化处理化学镀镍高氨氮废水的报道较少。
针对深圳某线路板公司产生的化学镀镍高氨氮废水，笔者采用电催化氧化法对其进行处理，研究了pH值、氯化钠投加量和电流密度对处理效果的影响，并进行了分析仔细分析反应过程中pH值和能耗的变化，为该类废水的处置提供参考。
1. 材料与方法
1.1 实验数据
在自制循环无障碍反应池中对化学镀镍高浓度氨氮废水进行电催化氧化处理。 实验装置由直流电源、反应槽、电极板、循环槽、循环泵和pH控制系统6部分组成。 实验装置见图1。反应罐和循环罐均采用聚丙烯材料制成。 反应罐内部尺寸为150mm×100mm×100mm，有效容积为； 循环罐内部尺寸为100mm×50mm×100mm，有效容积为500mL； 阳极为Ti/ＲO2-IrO2钛基电极，阴极为钛板电极，电极尺寸为100mm×95mm×1.0mm。
实验用水为深圳某线路板公司化学镀镍漂洗废水。 废水中氨氮浓度为4201.04mg/L，镍浓度为145.35mg/L，pH值为9.70，颜色为浅蓝色。
1.2 实验方法
每次用水量为：先按设定投加量添加氯化钠，然后用稀硫酸和氢氧化钠溶液调节废水pH值至设定值，将调节后的水样加入反应器中，采用循环处理法停止实验，定期从循环罐中取样，测定样品中氨氮和镍的浓度。 氨氮的测定采用水杨酸分光光度法（HJ536-2009），镍的测定采用二乙酰肟分光光度法（GB/-1989）。
本实验利用氨氮的氧化降解来计算反应过程的电流效率和能耗。 电流效率η按式（1）计算，能耗W按式（2）计算。
式中：eta为电流效率，%； C0为氨氮初始浓度，g/L； Ct为t时刻电催化氧化的氨氮浓度，g/L； F为法拉第常数，/mol； I为电流强度，A； U为工作电压，V； t为反应时间，s； W为氨氮降解能耗，kW·h/kg。
将式（1）代入式（2），可得式（3）。
从式（3）可以看出，降低电催化氧化处理氨氮废水的能耗有两种途径：①降低运行电压，在实际运行中可以通过提高废水的电导率或降低电导率来实现。板之间的距离； ②提高电流效率，可以通过采用高催化活性的电极或增加氯化钠的用量来实现。
2 结果与讨论
2.1 pH值的影响
2.1.1 pH值对氨氮降解及除镍效果的影响
当氯化钠投加量为10g/L、电流密度为30mA/cm2时，考察pH值对处理效果的影响。 结果如图2所示。从图2(a)可以看出，当pH值为8时，氨氮的降解效果最好。 反应6小时后，出水氨氮浓度为1.34mg/L，远低于《电镀污染物排放标准》（-2008）中表3的限值。 当pH值为6和10时，氨氮的降解效果也较好，均能将氨氮浓度降低至限值以下。 但效率低且耗时，因此最适宜的pH值为8。
从图2(b)可以看出，镍的去除可分为两个阶段。 前期去除速度较慢，后期有明显的加速过程。 通过分析氨氮含量的变化可以看出，镍去除速率的加快与氨氮含量的降低有关，如式（4）~（6）所示。 实验水属于高氨氮含镍废水。 废水中的镍基本上以镍铵络合物状态存在，见式（4）。 随着氨氮的降解，式（4）的平衡过程向左移动，镍离子将逐渐游离。 出来。 另外，氨氮被降解后，次氯酸根离子会逐渐丰富。 过量的次氯酸根离子可以将二价镍离子氧化成三价离子，如式(6)所示。 三价镍离子的沉淀pH值较低，沉淀更完全。 。 因此，镍的去除将受到氨氮降解的延迟，并呈现出明显的加速过程。 pH值为8时，出水镍浓度为0.08mg/L，低于《电镀污染物排放规范》（-2008年）表3的限值。
2.1.2 反应过程中pH值的变化
实验发现，随着废水中氨氮的降解，pH值不断降低。 为了稳定反应过程的pH值，需要不时向废水中添加氢氧化钠溶液。 电催化氧化系统中主要电极反应如式(7)和(8)所示。 在无隔膜电解槽中，阳极产生的氯气会很快与氢氧化物反应生成次氯酸盐，见式（9）。 次氯酸盐氧化降解氨氮是电催化氧化条件下氨氮的主要降解途径，如式（10）所示。
式(7)至(10)没有显示反应过程中pH值变化的原因。 分析认为，应该与废水中存在氨氮有关。 在本实验的pH条件下，大部分氨氮以铵离子形式形成。 (NH+4)以(NH+4)形式存在，故氨氮的降解反应如式(11)所示。 氨氮降解后NH+4中的H+会游离出来，这应该是电催化氧化过程中pH值下降的主要原因。
另外，如果废水中的金属离子在阴极发生电解还原，阴极的析氢反应就会减少，导致H+的积累，金属离子的氢氧化物沉淀也会消耗掉阴极中的氢氧自由基。废水中，见式（5）和（6）），因此废水中金属离子的去除也会引起pH值的下降。
2.2 氯化钠用量的影响
恒定反应过程中电流密度为30mA/cm2、pH值为8时，考察氯化钠用量对处理效果的影响。 结果如图3所示。从图3(a)可以看出两个明显的现象：一是在不同氯化钠用量下，氨氮含量与反应时间近似成反比；二是氨氮含量与反应时间成反比。 其次，随着氯化钠用量的增加，氨氮含量增加。 降解速度加快。 这两个现象表明，在固定条件下，氨氮降解的电流效率变化不大，增加氯化钠的用量可以提高电流效率。 这也证明了电催化氧化系统下氨氮的降解主要是通过间接氧化。 。
如2.1节所述，镍氨络合物体系的破坏和镍离子的氧化沉淀是去除镍离子的两个重要步骤。 因此，镍离子的去除会滞后于氨氮的降解，而当大部分氨氮被降解后，镍离子的去除就会有一个加速的过程，因此氯化钠用量越大，去除的速度越快。氨氮的降解速度越快，镍离子的去除速度越快，见图3(b)。
2.3 电流密度的影响
当氯化钠用量为10g/L、pH值为8时，恒定反应，观察电流密度对处理效果的影响。 结果如图4所示。可以看出，电流密度越高，氨氮的降解速度越快。 当电流密度为40mA/cm2时，5小时内出水氨氮浓度可降至1.04mg/L； 当电流密度为20mA/cm2时，需要8.5小时才能将出水氨氮浓度降低至1.02mg/L。 。
经计算，当电流密度为20、30、40mA/cm2时，对应的电流效率分别为70.60%、66.68%、50.00%。 可以看出，电流密度越小，电流效率越高，这与相关文献报道一致。 当电流密度为40mA/cm2时，反应过程中可以明显观察到废水温度急剧升高，表明部分电能消耗在加热废水上。 但如果电流密度太小，反应时间就会延长。 对于具有一定极板面积的设备，低电流密度会降低设备的处理能力。 因此，在实际操作中，必须综合分析能耗和处理能力，确定合适的电流密度。 本实验确定的最佳电流密度为30mA/cm2。
镍的去除过程与之前实验中观察到的现象有根本的不同，因此这里不再赘述。 详细的浓度随时间的变化如图5所示。
2.4 能耗分析
在初始氨氮浓度4201.04mg/L、反应时间6h、工作电压4.5V、恒定pH值为8、氯化钠投加量10g/L、电流密度30mA/cm2条件下，出水氨氮氮浓度为1.34mg/L，电流效率为66.68%，降解1kg氨氮能耗为38.74kW·h。
三、结论
采用电催化氧化法处理化学镀镍高氨氮废水。 最适pH值为8。反应过程中pH下降的主要原因是氨氮的降解和镍离子的脱除。 氯化钠用量越大，氨氮降解越快。 越快； 电流密度过高会导致电流效率下降，能耗增加； 镍的去除滞后于氨氮的降解。 在最佳实验条件下反应后，出水氨氮≤8mg/L、镍≤0.1mg/L，能可靠满足《电镀污染物排放标准》（-2008年）表3的要求，并在实际运行中减少被提议。 一种可行的能源消耗方法。 本实验降解1kg氨氮能耗为38.74kW·h。