电镀废水处理技术难题：含镍废水达标排放的探索与挑战

电镀废水处理技术难题：含镍废水达标排放的探索与挑战

电镀行业是世界三大污染行业之一，其产生的废水中不仅含有氰化物和大量有机污染物，还含有铜、镍、铬等重金属污染物。其中，镍是一种常见的致癌重金属，无法生物降解，其通过食物链的积累会对环境和人体健康造成严重危害。随着环保标准和清洁生产要求的出台日益严格，部分地区电镀废水排放已被要求达到《电镀污染物排放标准》（GB 21900-2008）表3标准，企业在电镀废水升级改造方面面临技术难题。

目前，含镍电镀废水常用的处理工艺有化学沉淀法、生物法、吸附法和离子交换法等。化学沉淀法会造成二次污染，并发生可逆反应，出水镍含量难以达GB 21900-2008表3标准;生物法处理的出水含有大量微生物，难以直接再利用;吸附法是吸附转移重金属，吸附载体难处理。因此，开发高效、低成本的处理工艺对于解决电镀废水环境污染问题具有重要意义。

本文开发了一种以离子交换和铁基催化氧化为核心的含镍电镀废水处理工艺。运行结果表明，该工艺实现了水资源的在线循环利用和硫酸镍的回收，具有良好的环境效益和经济效益。

废水源和工艺

主要进行铜合金、锌合金、塑料、不锈钢等材料制成的零部件加工，选用其中一条镀镍生产线产生的含镍清洗废水作为处理对象。废水总量约为20 m3/d，其水质见表1。

含镍电镀废水中的镍主要包括硫酸镍、氯化镍和化学镍。由于在化学镀镍过程中添加了大量的络合剂、稳定剂和枸橼酸盐、醋酸盐、铵盐等增白剂，废水污染物的成分复杂，大大增加了处理的难度。采用现有的处理工艺（主要包括破碎、混凝、沉淀等）进行处理，出水重金属指标不仅达不到GB 21900-2008表3标准，还产生大量含镍污泥。这些污泥作为危险废物外包，不仅浪费资源，而且处理成本高。

针对含镍电镀废水重金属含量高、有机成分复杂、生物降解困难等特点，开发了一种以离子交换和铁基催化氧化为核心的含镍电镀废水一体化处理工艺。离子交换技术不仅可以使废水重金属指标达到排放标准，还可以回收重金属镍;铁基催化氧化技术是一种微电解偶联氧化反应，可高效快速降解含镍废水中的有机物，采出的水可直接在电镀生产线上回用。含镍电镀废水处理的工艺流程如图1所示。

这

废水首先通过平板膜过滤系统去除悬浮固体和杂质，然后通过安全过滤器进入离子交换系统回收金属镍离子。

这

离子交换系统的出水进入铁基催化氧化系统，通过增强微电解和氧化反应降解有机物，然后通过反渗透系统降低废水的电导率，确保废水在电镀生产线中可回用。

综合处理技术具有污泥产量低、运行成本低等优点，可实现水资源在线循环利用和重金属镍回收。

主要结构

2.1 平板膜过滤系统

平膜过滤系统的尺寸为2.5 m×2.0 m×2.0 m，过滤精度约为0.1 μm，共1个系统，有效容积为2.5 m3。有1套扁平膜组件，膜组成为碳化硅复合材料。有2台提升泵，流量为2m3/h，扬程为32 m，功率为0.75 kW。有 1 台鼓风机，最大风量为 1.67 m3/min。

碳化硅平板膜具有亲水性好、机械强度高、耐酸碱、孔隙率高、过滤精度高等优点。过滤系统可拦截废水中的悬浮固体，并防止随后对离子交换系统和铁基催化氧化系统造成污染。扁平膜的设计容量为50 m3/d，运行期间的废水流量控制为1.2 m3/h。

当渗透压力增加或流量降低时，需要同时开启鼓风机和反冲洗泵来清洗平膜。污泥定期清洗并排放到公司的污泥池中进行过滤处理。连续运行后，平板膜过滤系统运行稳定，渗透流量为1.2 m3/h，出水浊度<10 NTU。

2.2 离子交换系统

离子交换系统采用弱酸性阳离子交换树脂。在运行前，NaOH将树脂从H型改为Na型，因为Na型树脂对Ni2+的交换和吸附能力比H型更强。

在运行过程中，含镍电镀废水通过树脂层，废水中的Ni2+被树脂上的Na+取代。当树脂被吸附和饱和时，采用H2SO4进行解吸再生，树脂为H型，所得的高浓度NiSO4溶液可用于电镀液的补充。之后，用NaOH将树脂由H型改为Na型，并再次吸附Ni2+。酸洗再生后，树脂会有游离酸，碱洗转化后，树脂会有游离碱，所以需要用水清洗。

这

离子交换系统的主体是UPVC材料制成的圆柱形罐，尺寸为D 0.5 m×2.0 m，共4套，3套用于使用，1套用于备用。色谱柱填充改性钠型金属螯合树脂，填充高度为1.0 m。它配备了水和天然气管道、精密过滤器、液体储罐、反冲洗系统和电子控制单元。1 个精密过滤器，304 不锈钢，PP 滤芯，尺寸 D 200 mm×420 mm，流量 2 m3/h。有1台提升泵，流量为2m3/h，扬程为32 m，功率为0.75 kW。1个收集罐和1个中间罐，由PE制成，有效容积为5 m3。经平膜过滤系统处理的含镍废水通过收集罐进入树脂塔底部，运行时入口流量控制在1.2 m3/h。

系统采用上流方式，从树脂柱顶部流出，与树脂充分反应后进入中间水箱。经离子交换系统处理的出水pH值上升到5~6，节省了中和碱的成本，有效缓解了强酸度对后续工艺和设备的影响。

2.3 铁基催化氧化体系

铁基催化氧化体系是一种微电解耦合氧化反应，主要通过氧化还原作用将含镍电镀废水中的有机物氧化降解为CO2和H2O。

一方面，铁基填料中的铁和碳之间可以形成无数的微电池，产生大量新的生态Fe2+、[H]等，并与水中的有机物发生氧化还原反应降解。另一方面，微电解产生的Fe2+与系统运行过程中加入的H2O2迅速反应形成反应，所得 ·OH进一步降解有机物，不仅节省了亚铁盐的添加，而且提高了处理效果。

这

铁基催化氧化系统的主体是由UPVC材料制成的圆柱形罐体，尺寸为D 0.5 m×2.0 m，共2个单元，串联连接。填料的包装高度为1.0 m，要求进水的pH值为弱酸性，并配有H2O2计量箱、反冲洗系统和电控单元。经离子交换系统处理的电镀废水从中间水箱进入铁基催化氧化系统，在运行过程中加入H2O2。连续运行结果表明，铁基催化氧化系统处理的出水COD<为30 mg/L。

2.4 反渗透系统

反渗透系统主体采用4个膜组件，尺寸D为0.1 m×1.0 m，其中2个并联，然后与其他2个膜组件串联连接。它配备了一个提升泵、一个阻垢剂加注装置、一个产水罐和一个电子控制单元。在反渗透系统运行过程中，纯水与浓水的流量比控制在3：2。电镀废水进水电导率为593.8~5 711 μS/cm，经反渗透系统处理后电导率降至30μS/cm以下，出水水质优于现阶段电镀厂使用的清洗水，可在电镀生产线上重复使用。反渗透系统产生的盐水进入电镀厂现有的综合废水处理系统进行集中处理。

操作

3.1 重金属的处理效果

图2~图4为含镍电镀废水处理前后废水中Ni2+、Cu2+和总Cr的变化情况。

运行结果表明，进水区Ni2+浓度为67~3 574 mg/L，水质波动较大，处理后出水区Ni2+浓度<0.1 mg/L。进水中Cu2+的质量浓度为0.4~2.7 mg/L，处理后出水中Cu2+的质量浓度<0.02 mg/L。进水总Cr浓度为0.10~0.26 mg/L，处理后出水总Cr浓度<0.1 mg/L。经处理，废水中Ni2+、Cu2+、总Cr含量符合GB 21900-2008表3标准。将离子交换树脂解吸得到质量浓度为41.6 g/L的NiSO4溶液，可直接在电镀槽中重复使用。

3.2 COD处理效果

图5显示了含镍电镀废水处理前后废水COD的变化情况。

从图5可以看出，进水COD为27~82 mg/L，处理后出水COD为10~23 mg/L，低于GB 21900-2008表3的标准。长期运行、取样和检测结果表明，在含镍电镀废水流速为1.2 m3/h的条件下，出水COD能够保持稳定，表明该系统对COD具有较好的处理效果。

3.3 电导率的变化

图6显示了含镍电镀废水处理前后电导率的变化情况。

从图6可以看出，进水电导率为593.8~5 711 μS/cm，经处理后，出水电导率降至10.25~27.05 μS/cm，在电镀废水处理工艺中重复使用，其水质优于现阶段电镀生产中使用的清洗水。

3.4 直接运营成本

含镍电镀废水在线回收处理项目的直接运行成本主要是医药、电费和人工费。药品费为7.24元/m3，含添加H2O2、H2SO4、NaOH、阻垢剂和定期更换填料（铁基材料为消耗品，应包括更换费用）;电费按当地电价0.6元/（kW·h）计算，每吨耗水量约4.4kW·h，电费为2.64元/m3;人工成本为2.5元/立方米。项目直接运营成本为12.38元/m3，低于现阶段40元/m3的运营成本。

工艺优势

（1）含镍电镀废水的预处理工艺采用碳化硅平膜过滤系统，过滤精度高、机械强度高、耐酸碱，适应含镍废水的强酸性环境，能去除含镍废水中的悬浮物，能保证后续离子交换系统和铁基催化氧化系统的正常运行。

（2）离子交换系统采用钠型金属螯合树脂，能选择性吸附重金属。树脂经过多次再生后对Ni2+仍具有较高的吸附效率，可保证体系的长期稳定运行。解吸后，树脂可解吸得到高浓度NiSO4溶液，可在电镀生产中重复使用，可降低原材料成本。

（3）铁基催化氧化体系的原理是微电解偶联氧化反应，铁基填料中铁和碳之间形成的微电池可以产生大量的[H]和Fe2+，H2O2的加入也促进了氧化铁的产生·OH，可非选择性地快速降解有机物，从而减少电镀废水中的COD。该工艺节能、环保、高效、操作方便，非常适合含镍电镀废水的在线回收处理。

（4）含镍电镀废水在线回收后，出水中Ni2+、Cu2+、总Cr和COD含量达到GB 21900-2008表3标准。系统运行过程中，不产生含重金属的污泥，只有少量的悬浮固体污泥。

结论

以含镍废水为处理对象，开发了一种以离子交换和铁基催化氧化为核心的含镍电镀废水在线循环处理技术。运行结果表明，处理后的出水中Ni2+、Cu2+、总Cr和COD含量达到GB 21900-2008表3标准。经反渗透系统后，采出水的电导率小于30μS/cm，出水水质明显改善，可直接在电镀生产线中回用。该项目加工效率高、运行成本低、污泥产量低，不仅实现了电镀行业水资源的在线循环，提高了电镀产品的质量，还实现了重金属镍的有效回收，促进了电镀行业环境效益和经济效益的协同发展。