鍍鎳廢水中低濃度鎳的去除方法
隨著電鍍行業(yè)的發(fā)展，電鍍工藝的不斷改進(jìn)，電鍍廢水的成分變得越來(lái)越復(fù)雜，除了重金屬離子之外，還有種類(lèi)繁多的光亮劑、柔軟劑等，大部分為絡(luò)合劑、表面活性劑等有機(jī)物，因此采用傳統(tǒng)的方法，可以去除電鍍廢水中的大部分金屬離子，但是針對(duì)于低濃度含鎳廢水還需進(jìn)一步處理，按照不同原理分為化學(xué)法、物理法、生物法和電化學(xué)法。
1、化學(xué)法
主要包括沉淀法、高級(jí)氧化法和重金屬捕集法等。沉淀法是通過(guò)添加Na2CO3、氫氧化物、硫酸亞鐵等生成沉淀，達(dá)到固液分離的目的。Islamoglu等將破氰后的含鎳廢水，使用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至12，鎳離子濃度從40mg/L降到15mg/L，然后加入硫化鈉進(jìn)行二次沉淀去除鎳離子，最終鎳的濃度為5mg/L。沉淀法設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，能處理高濃度金屬離子且處理量大，但同時(shí)產(chǎn)生大量污泥容易造成二次污染，處理后的水質(zhì)要達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，仍需進(jìn)一步技術(shù)處理。
高級(jí)氧化法是利用芬頓、臭氧、光催化等產(chǎn)生的自由基與有機(jī)物污染物發(fā)生加成、斷鍵電子轉(zhuǎn)移等作用，釋放出金屬離子，具有反應(yīng)快、處理效果好、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，但它的缺點(diǎn)也同樣突出，處理成本高；重金屬捕集法是利用O、N、S等配位原子和廢水中金屬離子結(jié)合，形成不溶于水的沉淀，對(duì)傳統(tǒng)堿性沉淀法進(jìn)行補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)低濃度含鎳廢水深度凈化處理。王成剛等處理化學(xué)鍍鎳廢水采用芬頓氧化工藝進(jìn)行氧化破絡(luò)反應(yīng)，然后加入石灰，控制pH值為10~11進(jìn)行絮凝沉淀，取上層清液加入重金屬捕集法，進(jìn)行二級(jí)處理，結(jié)果表明，一級(jí)處理將總鎳濃度降至0.5mg/L，經(jīng)二級(jí)處理后才能把總鎳降至0.1mg/L以下。
采用化學(xué)法處理廢水中的鎳離子，通常需要加入大量的堿調(diào)節(jié)pH值，由于化學(xué)試劑的高成本，且處理效果低，Haruko等研究出了中性條件下，向鎳廢水中加入鋁離子，進(jìn)行共沉淀試驗(yàn)，合成了層狀雙氫氧化物(layereddoublehydroxide(LDH)，化學(xué)組成公式為[M2+1-x、M3+(OH)2(An-)x/n?mH2O](0.20<x<0.33)，)，在LDH中，二價(jià)陽(yáng)離子(M2+)被三價(jià)陽(yáng)離子(M3+)取代會(huì)在氫氧化物層上產(chǎn)生正電荷，氫氧化層上的正電荷，需要?dú)溲趸瘜又g的陰離子的存在以維持電荷平衡，鎳可以被納入LDH的八面體片中，因?yàn)?/span>LDH的氫氧化物層基本上是由配位數(shù)為6的金屬離子組成，鎳被選擇性的結(jié)合到LDH結(jié)構(gòu)中，研究發(fā)現(xiàn)，即使初始鎳濃度為200~10000mg/L，在pH=7和pH=8的條件下，鎳的去除效率也接近100%。
2、物理法
主要包括吸附法、離子交換法、膜分離法等，通過(guò)物理反應(yīng)，使其從水分離出來(lái)周。吸附是利用吸附劑的表面活性來(lái)吸附鎳離子的方法。常見(jiàn)的吸附劑有活性炭、沸石、殼聚糖、碳納米管、根霉菌等等回。王國(guó)倩等用米根霉菌(OR菌)處理電鍍廢水中的鎳，發(fā)現(xiàn)在最佳條件下，OR菌對(duì)Ni2+的去除率達(dá)到90%以上，并且pH在3~9范圍內(nèi)基本不影響OR菌的吸附效果。吸附法因其設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便在廢水處理領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，但也存在著再生、二次污染、廢渣的處理、吸附容量等問(wèn)題。
離子交換法是利用離子交換樹(shù)脂中的交換離子同廢水中金屬離子交換而將其去除，出水水質(zhì)較好，可以回收重金屬，同樣存在著再生、二次污染等問(wèn)題。宋吉明等用氨基磷酸螯合樹(shù)脂對(duì)弱酸性電鍍廢水中鎳離子進(jìn)行吸附，處理后出水鎳離子濃度<0.02mg/L。王超等通過(guò)導(dǎo)電石墨膠粘劑將陰離子交換樹(shù)脂(AR-CGA)和陽(yáng)離子交換樹(shù)脂(CR-CGA)分別加入到鈦網(wǎng)中，制備了復(fù)合陽(yáng)極和復(fù)合陰極(樹(shù)脂-CGA)，采用電容去離子(CDI)技術(shù)降低電鍍廢水中低濃度的鎳，在最優(yōu)條件下，Ni2+的濃度由1.0mg/L降至0.005mg/L，時(shí)，每噸電鍍廢水的電耗為1.6kWh/t。
膜分離法利用高分子物質(zhì)具有的選擇性進(jìn)行物質(zhì)分離、提純及富集，包括反滲透、液膜法、電滲析等。胡齊福等采用兩級(jí)RO膜系統(tǒng)對(duì)含鎳的漂洗廢水進(jìn)行處理，進(jìn)水Ni2+濃度320~350mg/L、pH3~9、少量的光亮劑等有機(jī)物，二級(jí)出水Ni2+濃度小于0.3mg/L，去除率大于99.91%，濃縮后的鎳離子濃度為16000~18000mg/L。Sun等開(kāi)發(fā)了一種新型可持續(xù)的SNFs-ZIF納米雜化膜，用于含有有毒重金屬、有機(jī)染料和NO3-等多種污染物廢水處理，該雜化膜打破了處理效率與水滲透性之間的平衡關(guān)系，在滲水性為354.06L/m2/h/bar時(shí)，雜化膜對(duì)金屬離子的處理效率接近100%，并且實(shí)際工業(yè)廢水中的重金屬離子在處理后的濃度達(dá)到了WHO規(guī)定的飲用水標(biāo)準(zhǔn)。膜分離法具有分離效率高、無(wú)二次污染等，隨著與自動(dòng)化控制技術(shù)不斷結(jié)合，對(duì)操作水平的要求也逐漸降低，但是膜強(qiáng)度、壽命、易被有機(jī)污染物堵塞等問(wèn)題有待進(jìn)一步解決。
3、生物法
生物法是人工培育的特殊菌群，利用其靜電吸附、絡(luò)合絮凝、酶的催化轉(zhuǎn)化和對(duì)pH的緩沖等作用去除廢水中重金屬。趙玉清等篩選了一種嗜鎳菌，研究了最佳條件下，對(duì)鎳的吸附特性，結(jié)果表明：langmuir方程能很好的描述嗜鎳菌對(duì)Ni2+吸附的熱力學(xué)過(guò)程，飽和吸附量可達(dá)92.59mg/g，吸附率最高可達(dá)97%。生物法處理重金屬?gòu)U水對(duì)傳統(tǒng)處理過(guò)程有顯著的補(bǔ)充作用，再加上基因工程技術(shù)、分子生物學(xué)的不斷發(fā)展及其在重金屬?gòu)U水處理的有效應(yīng)用，使得生物法在重金屬?gòu)U水處理領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
4、電化學(xué)法
電化學(xué)法是利用電解過(guò)程中陽(yáng)、陰極發(fā)生氧化和還原反應(yīng)，將有毒有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無(wú)毒無(wú)害物質(zhì)，或者利用電極氧化還原產(chǎn)物與有毒有害物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成沉淀，達(dá)到分離的目的。電化學(xué)處理廢水技術(shù)主要包括電絮凝、電沉積、電解法、電催化氧化和電浮選等。
電絮凝是以鋁、鐵等金屬為陽(yáng)極，在直流電的作用下，陽(yáng)極被溶蝕，產(chǎn)生Al、Fe等離子，在經(jīng)一系列水解、聚合及亞鐵的氧化過(guò)程，發(fā)展成為各種羥基絡(luò)合物、多核羥基絡(luò)合物以及氫氧化物，使廢水中的膠態(tài)雜質(zhì)、懸浮雜質(zhì)凝聚沉淀而分離。同時(shí)，帶電的污染物顆粒在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，其部分電荷被電極中和而促使其脫穩(wěn)聚沉。
Akbal等研究了用單極配置的鐵電極和鋁電極電凝去除金屬電鍍廢水中的銅(Cu)、鉻(Cr)和鎳(Ni)的方法。探討了電極材料、電流密度、廢水pH值和電導(dǎo)率對(duì)去除性能的影響，比較了不同電極材料(鐵、鋁)的效率。結(jié)果表明，用鐵-鋁電極進(jìn)行電凝，電凝時(shí)間為20分鐘、電流密度為10mA/cm2和pH值為3.0時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)100%的銅、100%的鉻和100%的鎳的去除，對(duì)應(yīng)的電耗和電極消耗為10.07kWh/m3和1.08kg/m3。NevzatBeyazit等研究了在批量模式下使用電凝(EC)以做鋁(Al)、鐵(Fe)和不銹鋼(St)電極，去除電鍍廢水中的Cu(II)、Cr(VI)、Ni(II)的去除效率，通過(guò)比較，選擇了最佳電極Fe-St，在pH值為9、電流密度為90A/m2和NaCl添加量為800mg時(shí)，金屬離子的去除率約為100%。
電沉積是在外電場(chǎng)的作用下，電解液中的金屬離子在陰極表面還原且沉積的過(guò)程，是一個(gè)不存在殘余物的技術(shù)，通常用于金屬回收。Oztekin等使用金屬和螯合劑的等摩爾溶液作為陰極電解液，NaNO3作為陽(yáng)極電解液；研究了從含有檸檬酸、EDTA和次氮基三乙酸(NTA)的混合液中回收重金屬，測(cè)定了電流密度、初始陰極電解液和陽(yáng)極電解液的酸堿度、金屬濃度、螯合劑和金屬對(duì)金屬回收率的影響，結(jié)果表明：回收率隨著電流密度、陰離子溶液的濃度、金屬螯合物的濃度比的增加而增加，檸檬酸鹽>NTA>EDTA，Cu>Ni>Co。金屬回收率的最低值約為40%，銅的回收率可達(dá)到90%。
電催化氧化法是通過(guò)陽(yáng)極產(chǎn)生的活性基團(tuán)來(lái)氧化有機(jī)物，同時(shí)在陰極還原沉積廢水中的重金屬。朱瓊芳等采用電催化氧化技術(shù)對(duì)某電鍍園區(qū)污水處理廠回用系統(tǒng)產(chǎn)生的膜濃液生化出水進(jìn)行深度處理，在靜態(tài)實(shí)驗(yàn)條件下考察了時(shí)間對(duì)COD、氨氮、總氮去除的影響以及電催化氧化裝置連續(xù)進(jìn)出水條件下對(duì)COD、氨氮、總氨的去除效果。研究結(jié)果表明，靜態(tài)實(shí)驗(yàn)條件下電催化氧化裝置可以將廢水中的COD、氨氮降至檢不出，連續(xù)進(jìn)出水條件下(停留時(shí)間約40min)廢水中的COD由100mg/L降到41mg/L，達(dá)到《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB21900-2008中表三標(biāo)準(zhǔn)。
由于電鍍廢水的成分非常復(fù)雜，除了重金屬離子之外，還包括添加劑和光亮劑等很難降解，采用電催化氧化法對(duì)COD、氨氮、總氨的去除，使得金屬鎳離子得以釋放，同時(shí)在陰極還原沉積達(dá)到去除的目的。
電解法是利用電化學(xué)的原理處理廢水中金屬離子的方法，在電解過(guò)程中，陰極上發(fā)生還原反應(yīng)，金屬離子生成金屬單質(zhì)而沉積，實(shí)現(xiàn)廢水凈化和資源回收。李建三等采用電解法處理鍍鎳廢水，考察了電流密度、溫度、pH值對(duì)Ni2+去除率的影響，并對(duì)電解處理后的鍍鎳廢水的陰極極化曲線進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：隨著電流密度的增大，Ni2+的去除率增大，陰極極化曲線中析氫段出現(xiàn)上移，鎳平衡線下移；隨著溫度的升高，Ni2+的去除率降低，陰極極化曲線上移；隨著pH值的升高，Ni2+的去除率增大，陰極極化曲線中鎳電極電位降低。劉飛通過(guò)配制硫酸鎳溶液模擬含鎳廢水，采用電解法，對(duì)比了釕涂層鈦板、石墨和不銹鋼三種陽(yáng)極材料，確定最佳陽(yáng)極材料為釕涂層鈦板，通過(guò)分析電解時(shí)間、電流強(qiáng)度和Ni2+濃度等因素對(duì)Ni2+的回收率的影響。結(jié)果表明：在電解時(shí)間240min，電流強(qiáng)度15A，Ni2+質(zhì)量濃度20g/L，電解溫度50℃，pH值6，攪拌速率300r/min的條件下，Ni2+的回收率為85.42%，電流效率為52.16%。
電浮選是通過(guò)電解產(chǎn)生的氫氣和氧氣等微小氣泡對(duì)水體中的污染物，進(jìn)行粘附形成浮選體去除。梁迎春等采用電浮選方法，對(duì)水溶液中的Ni2+的凈化效果進(jìn)行了研究。通過(guò)考察溶液的pH、離子強(qiáng)度、Ni2+的初始濃度以及電極電流密度等因素，討論了電浮選方法影響重金屬Ni2+凈化的情況；并與傳統(tǒng)的自然沉降法對(duì)照，認(rèn)為電解過(guò)程所產(chǎn)生的微小氣泡除參與浮選之外，還參與了金屬膠體顆粒形成的絮凝過(guò)程，使電浮選工藝過(guò)程不僅能浮選不溶性膠體顆粒，而且還可以進(jìn)一步去除溶液中可溶性重金屬Ni2+，從而使凈化效果更佳。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明，電浮選對(duì)于凈化處理含低濃度重金屬Ni2+溶液效果優(yōu)于重量沉淀法。
電化學(xué)法具有處理效率高、可回收利用重金屬等優(yōu)點(diǎn)，但仍存在著能耗高、電極消耗快、運(yùn)行成本高等缺點(diǎn)，隨著脈沖整流器及新型電極材料的不斷開(kāi)發(fā)，將來(lái)電化學(xué)技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣。
5、結(jié)語(yǔ)
盡管目前對(duì)低濃度含鎳電鍍廢水的研究已有很多，但是面對(duì)復(fù)雜多變的低濃度含鎳電鍍廢水時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況，多種工藝的相互補(bǔ)充，是其發(fā)展的主要方向。另外，如果能對(duì)膜分離
技術(shù)和電化學(xué)技術(shù)的缺點(diǎn)和實(shí)際應(yīng)用存在的問(wèn)題，進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)，應(yīng)用范圍將會(huì)更廣，更具推廣價(jià)值。（來(lái)源：中信環(huán)境技術(shù)(廣州)有限公司）