电解法处理化学镀镍废液：pH 值、电流密度等因素对镍离子回收率和 COD 去除率的影响

电解法处理化学镀镍废液：pH 值、电流密度等因素对镍离子回收率和 COD 去除率的影响

电解法降解化学镀镍废水COD的研究

电解法降解化学镀镍废水COD的研究

王浩刘贵昌邢明秀王利达

(大连理工大学化工学院，辽宁大连)

摘要：采用电解法处理化学镀镍废水，研究了pH值、电流密度、温度、周期、电解时间等因素。

镍离子回收率及COD去除率等因素的影响

详细研究了电解参数对化学镀镍废水中不同物质COD降解的影响。

结果表明，酸性条件有利于COD降低。

研究发现碱性条件有利于化学镀镍废水中镍的回收，当镍回收率达到98.7%时，COD

去除率可达61.91%。

关键词：化学镀镍废水；电解；重金属回收；COD；去除率

：

..，

.(二)

，

。

；

【lI),

.7%.....91%。

：；；

克；COD；

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1674-1021(2011)05-0047-03

1 简介

化学镀镍性能优良，镀层均匀，耐腐蚀。

好，硬度高，耐磨性好等优点，因此化学镀在各种工艺中都有使用

然而，随着化学镀工艺的

随着过程的进行，镍离子和次磷酸盐逐渐被消耗，副产品磷

酸根不断积累，最终导致化学镀镍液报废。通常，

化学镀镍废液中不仅含有大量的Ni离子和磷，还

且COD较高，直接排放会造成严重的环境污染。

因此，从环境保护和合理利用资源的角度

从化学角度对镀镍废水的处理具有重要的意义。

化学镀镍废水的处理方法主要有化学沉淀法、

离子交换、电渗析、电解、吸附材料处理和生物修复

物理方法及其综合应用E2].其中，电解法最为突出。

氯化炭的处理效果和环境效应受到广泛关注[3-7]。

电解是一种电化学水处理技术，具有环保和

电容好、控制性好、功能多样等特点电解处理化学

镀镍废液不仅能回收废液中的大部分镍，还可以直接回用

它用于生产[43，也可以氧化废水中的有机物和还原剂

无机物质可以达到降解COD的目的。但目前的电解法

对镀镍废水的研究主要集中于镍的回收。

对于电解过程中COD降解的研究还不够深入。

对化学镀镍废水进行电解处理，并研究了废水的pH值。

电流密度、温度、电解时间等因素对Ni回收率及

COD（有机物和还原性无机物）降解的效果，

本研究为化学镀镍废液的处理提供了理论依据。

2 实验部分

2.1化学镀镍废液成分分析

本实验所用化学镀镍废液取自化学镀

企业实际产生的未经处理的生产废水，废水水质见表1。

表1 化学镀镍废水主要成分及性质g/L

废水的COD分为以下几个部分：COD次磷酸盐，

COD亚磷酸盐、COD有机物、COD总量含量见表2。

表2 废水中COD组成及含量mg/L

收稿日期：2011-03-24；修订日期：2011-05-11。

作者简介：王浩，男，1985年出生，硕士生，主要研究方向为电化学水处理技术

技术。

浓硫酸、氢氧化钠（分析纯，天津科美欧化学试剂

有限公司）WKZ-3006可调直流稳流稳压电源

（大连金州真空电气研究所）MP-6RZ磁力驱动

循环泵（） 、pHS-3C精密pH计

()、电热恒温水浴锅（天津试验

）、COD消解罐（深圳瑞信达科教仪器

贸易部）LG-WP700微波炉（LG电子中国）。

2.3 实验过程

本实验电解过程采用双电极体系，装置如图1所示。

电解池尺寸为镍板和网

采用钛基钌钛涂层电极作为阴极和阳极，尺寸为

废水pH值（4-9）、电流密度（4～12

mA/cm)、温度（20～80℃）、传质（有或无循环）

电解时间（0～）对Ni回收率及废水COD的影响

去除率的影响。

1.电解池；2.阳极；3.电极；4.电压表；5.电流表；6.直流电源；7.循环泵

8.恒温水浴锅

图1 循环电解装置

3。结果与讨论

在电解过程中，Ni被还原沉积在阴极，有机物

通过阳极直接或间接氧化降解为小成分

次磷酸被氧化成亚磷酸，亚磷酸进一步被氧化成

生成磷酸，从而达到回收镍资源和去除COD的目的

电解伴随阳极析氧、阴极析氢的副反应。

电解过程中，阴极和阳极发生的反应如下：

阳极：+O2T+4e（酸性）

40H一02+2H20+4e(碱性)

H3PO2+H2O—}H3PO3+2H+2e

H3PO3+H2O—}H3PO4+2H+2e

阴极：Ni2++2e_Ni

2H++2e—}H,T

pH值对COD去除率及镍离子回收率的影响见图

图2. 从图2可以看出，随着pH值的增加，镍离子

回收率随pH值逐渐升高，而(总COD去除率)则降低。

增幅逐渐减小并趋于平缓。

COD去除率）、R亚磷酸（亚磷酸盐COD去除率）

当pH值由酸性变为碱性时，它先降低然后升高。

pH值的升高导致氧气释放潜力的降低。

低温会促进阳极析氧的副反应，阻碍电化学

化学降解过程。

一

外套

于是

一

外套

pH

图2 pH值对COD去除率及镍离子回收率的影响

（8.0mA?cm-2~.20oC,循环,电解2h）

磷在不同介质中的电位图如图3所示。

HapO4 一-0.一~.一.-0.508P

l--0502l

酸性介质中磷的电位图

-0.061H

2P

1-112I1-1731

碱性介质中磷的电位图

图3 不同介质中磷的电位图

如图 3 所示，次磷酸盐和亚磷酸盐

还原性较强，易被氧化。

当试验pH值升至碱性时，R次磷酸和R磷酸增加，并且

R次磷酸具有较强的还原力，因此增幅明显。

占总COD的近70%，所以R有机物（有机COD

R总量对有机质的贡献较大。

喜欢。

pH=9时,Ni的回收率和次磷酸盐的去除率

亚磷酸盐、有机物、总COD的去除率高于酸

如果目的是回收镍，则应将 pH 值控制在碱性水平。

如果目的是去除COD，则pH值应控制在酸性条件下。

下面的项目。

∞∞蚰加∞∞柏∞加mO

3.2 电流密度的影响

电流密度对COD去除率及镍离子回收率的影响

参见图 4

一

阀门

后退

一

{jlL

电流密度/mA?cm

图4 电流密度对COD去除率及镍离子回收率的影响

（pH=9，20℃，循环，电解2h）

如图4所示，电流密度的增加有利于

回收和 COD 降解。然而，当电流密度低于 10mA/cm

当R次磷酸和R亚磷酸迅速增加时，R次磷酸在10 mA/cm

达到99.86%。R磷酸在4mA/cm电流密度下

去除率为负值。由于此条件下亚磷酸盐发生氧化反应，

该过程应该缓慢进行，而还原性更强的次磷酸盐则不断

氧化生成亚磷酸盐，使亚磷酸盐的浓度增加。

这导致去除率为负值。当电流密度低于 8 mA/cm

当电流密度增加到

在12 mA/cm时，R有机物没有发生明显变化。

COD有机物在COD总量中占比较大,R的变化规律与

R 类似于有机物。

3.3 温度的影响

温度对COD去除率及镍离子回收率的影响见图

图 5

外套

后退

,_/

橡木

一点

温度/℃

图5 温度对COD去除率及镍离子回收率的影响

（pH=9,8.0mA·em-2..,循环,电解2h）

如图5所示，升高温度对镍离子处理的影响

虽然没有达到显著的效果，但对COD各组分都有一定影响。

随着温度的升高，R次磷酸、R磷酸、R有机质和

R均呈现不同程度的增加，其中R磷酸增加幅度最大。

增幅显著，为32.2%；R次磷酸

可达100%；80℃时R总量可达61.91%。Ni回收率

完成率为98.7%。

关于温度对废水处理的影响，根据化学反应

根据动力学原理，在一定的温度范围内，反应速率

系数与温度的关系符合阿伦尼乌斯方程：

k=koexp(一鲁)

式中，k为指数前参数；为活化能。

从该方程式中我们可以看出，随着温度的升高，反应速率系数增大。

反应速度加快。另一方面，随着温度的升高，离子的移动速度也增大。

增加，而水的粘度减小，减少了离子运动的阻力。

废水的电导率增大，扩散速度加快，传质过程

所需时间较短，有利于电极反应，从而提高去除率。

添加。

大多数化学镀镍工艺至少在80°C以上进行沉积

高温下反应能正常进行，电镀速度较快。

本发明处理化学镀镍废液的方法，可以充分利用化学镀镍生产

余热资源化，去除率高，成本低。

3.4 传质效应

循环对 COD 去除率和镍离子回收率的影响如图所示

图 6.

一

疏忽

后退

一

阀门

l2345

Ni"COD 次磷酸盐 COD 亚磷酸盐 COD 有机物 COD 总

图6 循环对COD去除率及镍离子回收率的影响

（pH=9,8.0mA·em-2,,20℃,电解2h）

如图6所示，该循环能有效提高R次磷酸、R有机质和

R总量。其中，R有机质由1.22%增加到39.35%，而R磷酸

一般来说，循环可以增强废水中颗粒的对流传递。

电极附近活性粒子浓度增加，从而降低了

（接第75页）

∞∞ 加 ∞∞∞ 例如 m0

水处理厂达标情况稳定。

6.6 实施城市中水、雨水回用

全力建设集中供水系统，提高城镇污水利用率

率，在全市范围内推行中水回用；完善雨水收集系统

系统，增加雨水收集范围，扩大蓄水量，有效

补充地表水和地下水。

参考

[1] 林宏,赵世宏,徐景阳.“七五”以来浑河沈阳段水质变化趋势分析”

趋势及原因分析[J3.环境科学与管理，2007(4).

[2] 康利兴.浑河沈阳段水污染特征分析及治理建议.

环境保护与循环经济，2008，28（7）。

[3] 潘军,周立东,高艳艳. 沈阳市浑河城区污染总量控制研究

[J]. 吉林大学:地球科学版, 2007(2).

[4]贾丽燕.“十一五”浑河沈阳段水环境建设技术对策探讨

[J].环境保护科学，2008(1).

[5]王志明,张大志.沈阳市区浑河生态景观设计[J3.

水土保持实用技术，2008（5）。

（接第49页）

电解过程中电极与溶液之间产生的浓度差极化有利于电解。

R有机质的显著变化表明有机质阳极

氧化反应受扩散步骤影响较大，而R磷酸的变化并不影响

显然，主要原因是废水中次磷酸的大量增加

酸根的增加影响亚磷酸盐的去除效果。

3.5 电解时间的影响

电解时间对COD去除率及镍离子回收率的影响

见图 7。

一

外套

后退

一

外套

火车

图7 电解时间对COD去除率及镍离子回收率的影响

（pH=9,8.0mA?em～,20℃,循环J

如图7所示，随着电解时间的增加，R膦酸、R磷酸、

R有机质和R总量呈现前期快速增加、后期缓慢增加的趋势

电解后，进一步增加处理时间以去除

比率并无明显变化。

各物质的浓度与温度的关系符合能斯特方程：

E=E~-lnn()（还原反应）

随着反应的进行，废液中反应物的浓度越来越低。

从能斯特方程我们知道，反应物浓度的降低会增大反应速率。

当反应物的还原电位超过氧气析出电位时

当阳极加热时，氧气析出占主导地位，导致氧化反应

R次磷酸、R磷酸、R有机质、R总量的增加越来越

慢的。

4。结论

（1）酸性条件下采用电解法处理化学镀镍废水

有利于COD的去除。在pH=4、温度20℃、电流密度

浓度为8.0 mA/cm3,循环条件下电解2h,COD去除率

回收率可达75.91%。碱性条件有利于镍的回收。在pH=9时，

温度为80℃，电流密度为8.0mA/emz，循环条件为

电解2h后Ni的回收率达到98.7%。

（2）从废液处理工艺及资源回收角度，

化学镀镍废液在碱性条件下采用电解处理，可有效回收

将镍吸收后在酸性条件下电解，有效降解COD，从而进一步

优化化学镀镍废液处理工艺。

参考

[1]李宁.化学镍基合金镀EM理论与工艺.哈尔滨:哈尔滨工业大学

工业大学出版社，2000:108。

[2]陈建荣,崔****.化学镀镍废水处理现状及展望。

电镀与环保，2007,27(4):4-8.

[3]刘淑兰,于德龙,秦启贤,等.电解回收电镀废水中的镍.

镍的收集[J].材料保护，1995，28(7):24-26。

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[5] 雷迎春. 含镍废水电解处理及纯镍回收[J]. 城市环境

城市生态, 2009, 22(3): 13-16.

[6] 赵静宜,王三帆,唐玉林.膜电解处理含镍废水的技术经验.

经济绩效研究[J]-铁道劳动卫生与环境保护，2006，33(1):17-19.

[7] 叶春雨, 黄学礼, 刘贵昌, 等. 化学镀镍废水中镍的电解回收

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[8] 蒋晓霞, 沈炜. 化学镀理论与实践[M]. 北京: 国防工业出版社

社会。2000:83。