铝合金镀镍废水治理中存在问题及解决措施
秦树林, 王忠权, 煤炭科学研究总院杭州环境保护研究院, 浙江杭州
摘要：本文论述了铝合金镀镍废水处理存在的主要问题，同时结合工作实践，分析了电镀废水的水质特点、处理工艺及其可靠性，提出了一系列适用于国家新颁布的《电镀污染物排放标准》（-2008）的工艺措施。
关键词：铝合金镀镍废水；水质特征；处理措施
中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1006-8759(2012)01-0018-03
1. 背景
随着科学技术的飞速发展，铝合金已成为应用最为广泛的金属之一[1]，作为化学镀镍的基材，已广泛应用于飞机、汽车、摩托车、仪器仪表、节能灯及电影机械等行业。铝合金化学镀镍还是一个年轻的行业，为满足铝及铝合金构件上述使用性能和美观度，构件在涂装或电镀前必须进行前处理。目前，国内外常用的铝及铝合金电镀前处理主要方法有[2]：①化学浸锌—电镀铜—电镀其他镀层；②电镀薄锌层—电镀铜—电镀其他镀层；③阳极氧化—电镀其他镀层；④直接电镀法；⑤化学镀镍—电镀其他镀层；⑥电镀镍—电镀其他镀层；⑦铝合金一步镀铜—电镀其他镀层。 其中化学浸锌工艺是铝件电镀最简单、最经济的前处理方法，也是工业上应用最广泛的工艺。浸锌等表面处理工艺会产生成分复杂的生产废水，包括浸锌废水、前处理废水、含镍废水、综合废水等。由于电镀废水中主要污染物指标严重超过新颁布的《电镀污染物排放标准》（-2008）的排放限值，处理过程中存在诸多问题。
2、铝合金镀镍废水处理存在的问题
根据市场调研和大量电镀废水工程实践，目前，综合电镀废水多采用常规化学方法处理，重金属离子基本可以达到排放标准。但前处理废水相对比较困难，是镀件在电镀前进行的除锈、除油等预处理。所用的高效除锈、除油剂中含有表面活性剂、预膜剂、脱膜剂、缓蚀剂等难降解有机物，且易溶于水。这类有机物一旦混入综合废水中，混凝沉淀水中有机物一般在150mg/L左右，难以达到80mg/L的新标准。特别是铝及铝合金电镀行业的生产废水，虽然镀件单一，但成分复杂，有机物浓度高，络合性强，各项指标达标难度更大，主要存在以下几个问题：
（1）传统碱性破氰工艺在浸锌废水处理中有很大局限性。在碱性条件下，用次氯酸钠处理浸锌废水，破氰反应速度慢，次氯酸钠氧化剂利用率很低，出水镍离子浓度严重超标，水质发蓝，药剂投加量很大，处理费用高，业主单位无法承受。浸锌废水来源于铝合金浸锌后产生的清洗水，由于采用先进的“四元”合金浸锌药剂（硫酸镍、硫酸锌、硫酸铜和三氯化铁），废水中含有较高浓度的镍离子。同时，浸锌过程中因工艺要求，还加入一定量的氰化钠和络合剂，因此浸锌废水中含有氰化物和镍，并形成稳定的络合物。 常规含氰废水处理采用次氯酸钠氧化碱性破氰工艺，可氧化去除废水中的氰化物。该法用于锌浸出废水时，当进水镍离子浓度在120mg/L左右时，出水含氰量高达40mg/L。反应中投加的氧化剂——次氯酸钠用量极大，处理费用高达20元/吨水。另外出水中镍离子含量较高，水色较深。
而按照国家新颁布的《电镀污染物排放标准》（-2008）的排放限值，镍离子浓度应为0.5mg/L，超出标准80倍，将严重影响电镀废水的排放和总量控制。
（2）常规的混凝沉淀或气浮等预处理方法，虽然能有效去除废水中的游离重金属离子，但难以提高废水的可生化性。同时，预处理废水由于生产因素及操作水平等原因，不可避免地混入了对微生物有严重抑制作用的氰化物、重金属等物质，导致二次生化菌难以培养。出水中有机物浓度超标，造成排放及再生水处理膜严重堵塞，影响再生水回用；另外，铝件化学抛光过程中会产生大量的铝离子，虽然沉淀下来，但出水中残留的铝离子易形成氢氧化铝胶体，成为再生水膜严重堵塞的另一大原因。
（3）传统工艺产生的污泥沉降性能差，污泥上浮脱水效率低，严重影响污水处理系统的正常运行。其主要原因是铝合金电镀工艺废水中含有大量铝离子，经混凝沉淀后以氢氧化铝胶体形式进入污泥浓缩池，污泥中的水与氢氧化铝胶体形成结合水，脱水困难。
3 废水水质特征分析
根据铝合金电镀生产工艺流程、产污环节及废水分类原则，生产废水可分为四类污染特征明显的废水，其水质特征如下：
（1）有机电镀废水。主要包括铝件脱脂等前处理废水、化学清洗废水，该类废水的特点是含有大量的有机污染物。脱脂工艺有超声波脱脂、化学脱脂等，超声波脱脂时加入铝合金清洗剂等表面活性剂，废水中有机物浓度较高；化学脱脂废水主要来源于铝件脱脂、除膜后的清洗，废水中含有大量的有机物，CODcr在/L以上，废水主要特点是有机物浓度高；
（2）浸锌废水。主要来源于铝合金浸锌后产生的清洗水。由于采用先进的“四元”合金浸锌剂（硫酸镍、硫酸锌、硫酸铜、氯化铁），废水中含有较高的镍离子浓度。同时，由于工艺要求，在浸锌过程中还加入一定量的氰化钠和络合剂。因此，浸锌废水中含有氰化物和镍，并形成稳定的络合物，常规的次氯酸钠氧化碱性破氰工艺难以奏效；
（3）镀镍废水。主要来源于铝件前处理后为提高产品性能而进行的表面镀镍处理。该废水成分单一，主要成分为镍离子，有机物浓度很低，具有很好的回收价值，单独处理；
（4）综合废水。主要来源于车间地面清洗废水、含铝废水、化学抛光产生的酸碱废水。废水中主要污染物为pH值较低、少量重金属离子、SS，有机物浓度在100mg/L以下。
4.铝合金镀镍废水处理工艺及措施
本着铝合金镀镍废水“清污分离、分质收集、分质处理、分质回收”的原则，在充分了解各类废水水质特性的基础上，提出了如下切实可行的废水处理工艺，并在同类工程中得到成功应用。
（1）有机电镀废水处理工艺
有机电镀废水不同于常规有机废水，是一种高盐、难生物降解废水，表现在两个方面，一是废水中含有大量的难生物降解的表面活性剂等高分子有机物，其可生化性较差；二是废水含盐量较高，总盐含量约为10~30g/L。
常规措施是采用中和-混凝沉淀工艺，较为成熟的是采用中和-混凝沉淀-生化工艺，但这两种工艺都无法达到废水中有机污染的达标排放，特别是国家新颁布的《电镀污染物排放标准》（-2008），提出了更为严格的要求。常规混凝沉淀预处理效果不佳，导致无法培养生化菌。解决办法是采用多元电解+高效气浮+生化处理工艺，其中多元电解工艺由多元电解和催化氧化技术组成，关键在于采用一种可投加的新型非成板多元电解填料。作为预处理手段，在部分降解有机污染物的同时，可将大分子难生物降解有机物转化为小分子醇类、酸类，提高废水的可生化性，为后续生化处理提供良好的营养环境。
（2）锌浸出废水处理工艺
锌浸出废水中镍离子和氰化物浓度较高，分别为125mg/L和40mg/L，还含有少量的铜离子。常规次氯酸钠氧化碱性破氰效果差，成本高，主要是因为镍离子与加入四元合金的有机络合剂形成稳定的络合物。解决方案：采用双氧水+催化剂+混凝沉淀工艺，在实验室和工程中均取得了良好的效果，出水中镍离子和氰化物均达到或低于国家排放标准。
（3）镀镍废水处理工艺
由于镀镍废水成分单一，且含有大量的贵金属——镍，该类废水不宜采用常规化学处理方式达到排放标准，应按照分质回收的原则进行池侧回收利用。工艺采用精密过滤+袋滤+二级反渗透回收，浓水中镍离子浓度可达20g/L以上，可直接返回镀槽循环使用；淡水水质达到纯水要求，也可返回生产线，实现零排放，效益明显。
（4）综合废水处理工艺
综合废水含有大量的铝离子及少量的其他金属离子，pH值在1.5左右，CODcr在100mg/L左右，需考虑出水中铝离子造成中水膜元件堵塞的问题。解决方法：采用二级中和反应+混凝沉淀+过滤处理。由于斜管极易结垢并形成硬化板，因此沉淀单元类型不宜采用斜管沉淀池。对于中小型规模宜采用改进的竖流沉淀池，对于中等规模宜采用辐流沉淀池。
（5）解决污泥问题
铝合金镀镍废水产生上浮污泥的主要原因是有机电镀废水采用重力沉淀，综合废水采用斜管沉淀。有机电镀废水改用气浮工艺即可解决。综合废水斜管沉淀池上浮是由于沉淀池排泥不及时，时间长了粘附在斜管上的老污泥上浮。解决办法是加强管理，同时采用竖流沉淀池，增加排泥斗坡度，设立排泥管冲洗系统。针对污泥脱水困难的问题，除了采用弱阳离子絮凝剂外，板框压滤机采用带毛刺的滤布；对于带式压滤机，要采用带有预浓缩装置的压滤机。
5 结论
以上是铝合金镀镍废水处理存在的主要问题，从废水分类原则、水质特点出发，分析常规处理工艺的不足，结合实际工作经验，提出适用、可行的治污工艺及措施，以满足国家新颁布的《电镀污染物排放标准》（-2008）及相关要求。
参考
[1]谢金平,王红娟,彭锋.铝基体光亮化学镀镍工艺研究.广东化工,2005,14(1).
[2]黄小梅,李宁,姜利民,李德玉.铝及铝合金电镀锌浸渍工艺.电镀与环保,2005,25(2).