UV/H2O2 技术处理化学镀镍清洗废水：影响因素、处理与回收效果

UV/H2O2 技术处理化学镀镍清洗废水：影响因素、处理与回收效果

摘要：通过试验研究了UV/H2O2技术处理化学镀镍清洗废水的影响因素及镍的处理回收效果。试验表明：采用功率为500W、波长为185nm的紫外灯，调节废水pH值为5，H2O2投加量为COD值的2倍，搅拌转速为，反应时间为2h，COD去除率可达93.8%。然后通过加入NaOH沉淀，不仅Ni2+达标排放，而且可以回收纯度为99.2%的5.2068g/L Ni(OH)2。关键词：UV/H2O2；化学镀镍废水；COD去除率；Ni2+：It和基于UV/H2O2的废水处理效果。用紫外光（功率500W， 185nm）处理，COD可达到93.8%，且COD为： pH 5， H2O2 /min，处理时间2小时。加入NaOH，不但可以去除Ni2+，而且Ni（OH）2可达到99.2%，且COD为5./L。 ： UV/H2O2； ； Ni2+ 简介化学镀镍是国内外广泛应用的一种工业表面处理工艺。

但由于化学镀镍废水化学成分复杂，废液中含有大量的有机酸和添加剂，导致镍主要以络合物[Ni3()2]的形式存在，不利于COD的降解和Ni2+的沉淀，因此只有破坏这些络合介质后，才能达到良好的化学沉淀效果[1]。UV/H2O2技术是一种高效的高级氧化工艺，其工作原理主要是：H2O2在紫外光的照射下，会光解成反应活性很高的羟基自由基(OH?)，如公式(1)所示：H2O2→2OH?(1)在OH?的强氧化作用下，发生氧化分解反应，有机物中的分子键吸收紫外光的能量而断裂，降解为易被生物降解的小分子H2O2和CO2[2]。该应用过程清洁绿色，不引入二次污染，不影响水质[3]。本文将UV/H2O2技术应用于化学镀镍清洁废水，研究其影响因素以及镍的沉淀和回收效果。1 材料与方法1.1 实验水样实验所用的化学镀镍废水取原水pH=2.1，COD=1.045/L，Ni2+=1.045/L。1.2 实验试剂与仪器所用试剂主要为NaOH(分析纯)、H2O2(质量分数30%)。所用仪器主要有可见分光光度计、DR200消解仪、pH计、IKA磁力搅拌器、YZ-PPAB?电子干燥箱等。

本项目所采用的自制反应器示意图如图1所示。1.3实验方法：通过进水口加入水样，通过加药口加入一定量的H2O2，将带套管的紫外灯(功率500W，波长185纳米)置于水中，通过调速开关调节搅拌速度为10000转/分，通过出水口取样，采用快速消解分光光度法测定COD值。2小时后，取盛有水样的500mL烧杯，加入一定量的NaOH调节pH为12，沉淀0.5min后过滤，采用PAN光度法测定滤液中的Ni2+含量。同时将滤饼放入干燥箱中，调节至120℃，干燥2小时后称重，计算Ni(OH)2的回收纯度。 2 结果与讨论 2.1 对COD去除率的影响 2.1.1 紫外光对COD去除率的影响 pH=5，H2O2：92.7mmol，三种紫外灯作用30 min，测得COD去除率如图2所示： 由图2可知，当波长相同时，紫外灯功率越大，COD去除率越高；当功率相同时，波长越短，COD去除率越高。这是因为光化学反应的程度(即得到的产率)与吸收的光能大小成正比，即与吸收光的强度成正比[4]。因此，一般情况下，增加紫外光照射强度，有利于光化学反应的进行。同时，波长较短的185nm紫外光具有较强的激发能量，能更有效地刺激分子键解离释放出自由基[5]。

2.1.2 pH值对COD去除率的影响取7个烧杯，盛满原水，调节pH值至2～7和10，依次加入反应器中，加入92.7mmol H2O2，反应30min，测定COD去除率如图3所示。由图3可知pH值对COD降解效率整体影响较小，相比较而言pH为弱酸性时COD降解效果较好，pH=5时COD降解效率达最大值。2.1.3 H2O2投加量对COD去除率的影响H2O2浓度是影响UV/H2O2工艺氧化效率的关键因素，在紫外光照下有OH?产生。本实验取5个烧杯，盛满原水，调节pH值至5，依次加入反应器中。 H2O2投加量分别为COD值的0.5、1、2、3、4倍，反应30min后测定COD去除率如图4所示。由图4可知，COD去除率随H2O2投加量的增加而增大，当H2O2投加量为COD值的2倍时，处理效率最高，当H2O2质量浓度超过此值时，COD去除率下降。这是因为：（1）H2O2是OH-的释放剂，在一定范围内提高H2O2浓度有利于生成更多的羟基自由基，从而提高COD降解效率。（2）采用UV/H2O2系统处理废水时，H2O2的投加量存在一个临界值，当H2O2浓度超过此最大值后，系统的氧化能力变化不大甚至有所下降。其原因是溶液中开始发生如下副反应[6,7]： H2O2+OH?→HO2?+H2O （2） HO2?+OH?→H2O+O2 （3） OH?+OH?→H2O2 （4） 从（2）（3）（4）可以看出，H2O2不仅是自由基的释放剂，而且是自由基的清除剂，而HO2?的氧化性能远低于OH?，从而抑制了反应进程。

另一方面，溶液中H2O2浓度较高，吸光度也较大，影响其紫外光在溶液中的穿透距离，进而影响反应效率，因此连续加入法效率最高[7]。2.1.4 反应器及反应时间对COD去除率的影响本实验在两个烧杯中分别装入原水，调节pH值至5，然后依次加入反应器中，H2O2加入量为92.7mmol，采用连续加入法，分别测试反应器在工作状态和非工作状态下的处理效果；每隔15min取样一次，测定去除率如图5所示。由图5可知，反应器处于工作状态时COD去除率高于非工作状态时，且随着反应时间的延长，差异逐渐增大。其原因是反应器处于工作状态时，反应器内的废液以紫外灯为轴心高速旋转，有利于紫外光和羟基自由基能量的均匀分布和反应充分，同时摩擦作用又可防止废物在反应器内部堆积，因此可以通过延长反应时间进一步降解COD，处理后COD降解为97.5mg/L，满足企业环评规定的排放要求。2.2镍的处理与回收采用UV/H202技术处理后COD降解为97.5mg/L，络合平衡已被破坏。取烧杯，盛入处理后的水样，调节pH为12，沉淀30min后，过滤，测定滤液中Ni2+含量为0.43mg/L，满足2008年《电镀工业污染物排放标准》中新的企业水污染排放限值的要求[8]。

滤饼烘干后的质量为5.2068g，根据废水处理前后Ni2+含量计算出沉淀物中纯Ni(OH)2的质量为5.1652g，二者除以后沉淀物中Ni(OH)2含量为99.2%。可见UV/H2O2技术不仅可以解决含镍废水的污染问题，而且可以回收高纯度的Ni(OH)2，变废为宝，为企业创造经济效益。3 结论 (1)增加紫外光强度有利于光化学反应的进行，同时波长较短的紫外光具有较强的激发能量。 (2)pH为弱酸性时COD降解效果较好，pH为5时COD降解效果最佳。 (3)H2O2的用量存在一个临界值，根据反应条件的不同变化很大，本实验中临界值为COD值的2倍。同时H2O2的持续投加可减少H2O2的副反应，提高处理效率。（4）当废液以UV灯为轴心高速旋转时，有利于提高UV/H2O2系统的处理效率。（5）用NaOH调节pH为12，沉淀30min，不仅可使Ni2+达标排放，而且可回收5.2068g/L Ni(OH)2，纯度为99.2%。参考文献[1]蒋双英，高廷耀，胡惠康.化学镀镍废水的预处理[J].同济大学学报，2004，32(2):226-228。[2]方景丽.废水处理实用高级氧化技术[J].电镀与涂饰，2014，33(8):352。[3]刘鹏。 : 紫外催化氧化处理高浓度难降解化学电镀废水研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2014: 1. [4] 华倩, 张聪, 王哲, 等. UV/H2O2 和 UV/ TiO2 处理叔丁基醚(MTBE)的光催化性能[J]. 化工学报, 2008, 154: 795-803. [5] 刘阳先, 张俊. UV/H202 高级氧化工艺反应机理及影响因素最新研究进展[J]. 化工与工程技术, 2011, 32(3):