电镀镍漂洗废水处理技术：膜分离技术的应用与研究

电镀镍漂洗废水处理技术：膜分离技术的应用与研究

镀镍漂洗过程中会产生大量的含镍废水，如何经济有效地处理这些工业废水并进行回用已成为众多学者的重要研究课题之一，也是清洁生产技术的重要组成部分。近年来，利用膜分离技术处理电镀废水得到了广泛的研究，其中大部分研究采用反渗透（RO）和纳滤（NF）及其组合工艺。

反渗透（RO）是一种以压力差为主要驱动力的膜过程。当施加在浓溶液侧的外界压力大于溶液的渗透压时，浓溶液中的溶剂将被迫反向透过孔径为0.1～1nm的非对称膜流向稀溶液侧，这个过程称为反渗透。反渗透过程主要用于水溶液中低分子量组分的浓缩和溶解盐的去除。

纳滤（NF）是介于反渗透（RO）和超滤（UF）之间的一种压力驱动型膜分离技术。它具有两个特点：第一，由于膜孔径为纳米级，对水中分子量为几百的小有机分子均有分离性能；第二，大多数膜带电，因此对不同价态的离子存在唐纳效应。其操作压差为0.5～2.0MPa，截留分子量限为200～1000，用于分离分子尺寸在1nm左右的溶解组分。纳滤分离技术主要基于筛选效应和电荷效应，人们常将其与其他分离生产工艺相结合，以降低加工成本，提高分离效果。纳滤膜在某些方面可以取代价格昂贵、操作繁琐的传统分离方法。

1. 膜分离技术处理镀镍废水

1.1镀镍废水的来源

电镀是利用电化学方法对金属和非金属表面进行装饰、保护和获得某些新性能的工艺过程。镀镍层具有许多优异的性能，因此它的应用几乎遍布现代工业的各个部门。在电镀工业中，镀镍层的产量仅次于镀锌层。工业上采用电镀（溶液）工艺来净化或生产镍制品，而这些工艺要求对镀件或制品进行清洗。清洗是镀镍工艺中的一个重要环节，无论是在镀前处理、镀后处理还是电镀工程中，镀件在从一种溶液进入另一种溶液之前都必须进行清洗。因此，漂洗废水是镀镍废水的主要来源，占电镀车间排放废水的80%以上。

1.2 镀镍废水处理方法

传统镀镍废水处理方法，金属和水不能同时回用，且有污泥污染物产生。随着电镀行业的快速发展和环保要求的不断提高，近年来离子交换法、膜分离法将成为处理镀镍漂洗废水的主流方向。

1.2.1 离子交换处理[8]

离子交换法是主要利用树脂中的交换离子与电镀废水中的某些离子进行交换，从而除去它们，净化废水的处理方法。20世纪70年代末，由于解决环境污染问题的需要，离子交换技术得到了很大的发展，但该技术的一次性投资很高，系统设计和操作也比较复杂，因此在推广上受到一定的限制。目前，离子交换法在国内只常用来处理含铬、镍、合金等电镀废水，也用于处理含铜、锌等废水，现在通常与一些其它工艺流程配合使用。

镀镍漂洗过程中会产生大量的含镍废水，如何经济有效地处理这些工业废水并进行回用已成为众多学者的重要研究课题之一，也是清洁生产技术的重要组成部分。近年来，利用膜分离技术处理电镀废水得到了广泛的研究，其中大部分研究采用反渗透（RO）和纳滤（NF）及其组合工艺。

反渗透（RO）是一种以压力差为主要驱动力的膜过程。当施加在浓溶液侧的外界压力大于溶液的渗透压时，浓溶液中的溶剂将被迫反向透过孔径为0.1～1nm的非对称膜流向稀溶液侧，这个过程称为反渗透。反渗透过程主要用于水溶液中低分子量组分的浓缩和溶解盐的去除。

纳滤（NF）是介于反渗透（RO）和超滤（UF）之间的一种压力驱动型膜分离技术。它具有两个特点：第一，由于膜孔径为纳米级，对水中分子量为几百的小有机分子均有分离性能；第二，大多数膜带电，因此对不同价态的离子存在唐纳效应。其操作压差为0.5～2.0MPa，截留分子量限为200～1000，用于分离分子尺寸在1nm左右的溶解组分。纳滤分离技术主要基于筛选效应和电荷效应，人们常将其与其他分离生产工艺相结合，以降低加工成本，提高分离效果。纳滤膜在某些方面可以取代价格昂贵、操作繁琐的传统分离方法。

1. 膜分离技术处理镀镍废水

1.1镀镍废水的来源

电镀是利用电化学方法对金属和非金属表面进行装饰、保护和获得某些新性能的工艺过程。镀镍层具有许多优异的性能，因此它的应用几乎遍布现代工业的各个部门。在电镀工业中，镀镍层的产量仅次于镀锌层。工业上采用电镀（溶液）工艺来净化或生产镍制品，而这些工艺要求对镀件或制品进行清洗。清洗是镀镍工艺中的一个重要环节，无论是在镀前处理、镀后处理还是电镀工程中，镀件在从一种溶液进入另一种溶液之前都必须进行清洗。因此，漂洗废水是镀镍废水的主要来源，占电镀车间排放废水的80%以上。

1.2 镀镍废水处理方法

传统镀镍废水处理方法，金属和水不能同时回用，且有污泥污染物产生。随着电镀行业的快速发展和环保要求的不断提高，近年来离子交换法、膜分离法将成为处理镀镍漂洗废水的主流方向。

1.2.1 离子交换处理[8]

离子交换法是主要利用树脂中的交换离子与电镀废水中的某些离子进行交换，从而除去它们，净化废水的处理方法。20世纪70年代末，由于解决环境污染问题的需要，离子交换技术得到了很大的发展，但该技术的一次性投资很高，系统设计和操作也比较复杂，因此在推广上受到一定的限制。目前，离子交换法在国内只常用来处理含铬、镍、合金等电镀废水，也用于处理含铜、锌等废水，现在通常与一些其它工艺流程配合使用。

1.2.2 膜分离技术

膜分离技术是利用膜的选择透过性来分离、纯化和浓缩目标产品的一种新型分离技术。以选择透过性膜作为分离介质，当膜两侧有一定的推动力（如压力差、浓度差、电位差等）时，原料侧的组分选择性透过膜，达到分离去除有害组分的目的。膜分离过程是一种无相变、能耗低的物理分离过程，具有高效、节能、无污染、操作简便、应用广泛等特点，被公认为当代最先进的分离技术之一。

表1 两种镀镍废水处理技术对比

表 1 两种 -

1.3 膜分离法在镀镍废水处理中的应用

1.3.1 反渗透（RO）处理镀镍废水

据文献报道，利用反渗透技术可将电镀镍漂洗水浓缩20倍，浓缩液经蒸馏进一步浓缩后返回电镀槽。美国芝加哥API 公司采用B-9芳香族聚酰胺中空纤维RO膜组件处理电镀镍漂洗水，处理后的废水含Ni2+0.65mg/L，而浓缩液含Ni2+13.00g/L，Ni2+保留率为92%。

胡启富、吴遵义等报道，2005年4月，杭州市水处理技术开发中心设计建成了24m3/d电镀废水处理及镍回收系统，成功地采用两级RO膜系统处理含镍250～350mg/L的漂洗废水，回收了水资源，金属镍的保留率达到99.9%以上。经过两年的考察，整个系统运行平稳，各项指标基本达到设计要求。经济效益比较明显，年净收入43.34万元，出水可满足回用要求。

1.3.2 纳滤（NF）处理镀镍废水

纳滤膜对单价离子的截留率较低，但对二价或高价离子，特别是阴离子的截留率可达98%以上，这一特点决定了其在电镀废水处理中的重要作用。

Kyn-采用NTR-7250纳滤膜处理含NiSO4、NiCl2的电镀废水，在操作压力0.3MPa以上时，Ni2+截留率保持在90%以上。

王新桐、孙玉萍采用纳滤膜处理镍电镀漂洗水，结果表明，纳滤膜对镍电镀漂洗水中Ni2+的去除率高于99.5%，透过液中Ni2+质量浓度小于1mg/L，镍离子质量浓度浓缩至约19g/L，可在电镀槽中重复使用。

薛利平采用NF90-2540卷式纳滤膜，在压力2.0 MPa、进料流量2400 L/h、操作温度25 ℃、进料Ni2+质量浓度100 mg/L的条件下，对电镀镍漂洗水进行纳滤浓缩。浓缩试验结果表明，在此试验条件下，NF体系对Ni2+的平均保留率大于99%，最终浓缩液Ni2+约为19.8 g/L，浓缩倍数近200倍，满足生产要求，可返回电镀槽中。

1.3.3 镍电镀漂洗水的集成膜处理

每一种膜技术都有其特定的性能和适用范围，都能解决一定的分离问题。但在实际生产中，单纯依靠一种膜技术往往难以取得满意的效果。将多种膜技术进行整合，优化各种膜的分离性能，可以取得单一膜技术所无法达到的效果。

楼永彤等采用纳滤-苦咸水反渗透(BWRO)-海水反渗透(SWRO)组合技术处理镍电镀漂洗水，纳滤技术对Ni2+的截留率大于97%，反渗透技术对镍离子的截留率大于99%，将镍的质量浓度浓缩了100倍，满足了电镀溶液回用的要求。

采用处理能力为1200 m3/d的三级浓缩膜分离装置处理电镀镍漂洗水，第一级纳滤浓缩10倍，第二级反渗透浓缩5倍，第三级高压反渗透浓缩2倍，总浓缩倍数为100倍，Ni2+截留率>99.5%。将Ni2+质量浓度>20 g/L的浓缩液回用于电镀槽。整个系统的中水回用率>98%，镍回收率>97%。经测算（考虑膜元件折旧），该系统投资回收期约为2年，实现了废水的资源化利用，取得了良好的经济效益和环境效益。

2 结论

膜分离技术应用于电镀废水处理，优于传统处理技术，特别是镀镍漂洗废水浓缩时，浓缩液和渗透液均可回用，不但可以回收废水中的硫酸镍，而且减少了污染物的排放，甚至达到零排放，减少环境污染，改善生态环境，符合清洁生产原则和国家可持续发展战略。

膜分离尤其是集成膜技术由于分离效率高、出水水质好、能回收重金属等优点用于处理镀镍废水，必将在今后的电镀废水处理中占据重要的地位。