微电解法预处理高浓度含镍电镀废水的研究及最佳反应条件

微电解法预处理高浓度含镍电镀废水的研究及最佳反应条件

微电解预处理高浓度含镍电镀废水研究

杨健

(青岛科技大学环境与安全工程学院，山东青岛)

概括：

试验探索微电解处理高浓度电镀废水的效果,考察了pH值、铁碳比、铁碳总投加量、反应时间对镍去除率的影响。

实验得到的最佳反应条件为：pH=3，铁投加量60g/L，碳投加量60g/L，反应过程中镍的去除率可达64.09%，具有较好的还原效果。

降低废水中的镍

2+

内容为后续的处理奠定了基础。

关键词：微电解；电镀废水；镍；高浓度

中图分类号：X703.1 文献标识码：A 文章编号：1001-9677(2012)09-0154-03

-

（＆，

gy，2，中国）

：-，，铁-

， 铁-。

为3,/L,/L,0分钟,

为64.09%，

2+

ed，ment。

:微水;(Ⅱ);

目前，电镀废水仍然是水环境的主要污染源之一。

[1]

。电

电镀废水的污染主要是酸碱污染、部分有机污染和重金属污染。

染料

[2]

其中重金属污染是电镀废水处理的重中之重，镍是其中最

镍是一种常见的致敏金属，一旦进入人体就会引起慢性器官疾病。

如果不慎食入大量镍盐，会引起急性胃肠道刺激，出现呕吐等症状。

呕吐、腹泻，严重者引起酶中毒，甚至危及生命

[3]

. 一些镍

羟基镍[Ni(CO)

］和镍粉尘被认为致癌。

世界卫生组织国际癌症研究机构（IARC）公布的39种癌症

镍被列为人类致癌物质之一。

[4]

。

处理电镀废水的方法有很多种，按其工作原理可分为物理法、

方法有四种：化学方法、物理化学方法和生物方法。

[5]

微电解有益

利用金属腐蚀形成原电池的原理是处理废水的好工艺。

内部电解、铁屑过滤等。该工艺应用于废物

在水处理中，该方法具有适用范围广、处理效果好、使用寿命长、经济实惠等优点。

其优点是成本低，操作维护方便，以废铁为原料，不需

消耗的是电力资源，有“以废治废”之意

[6]

近年来，微电解技术已用于治疗

印染废水、电镀废水、染料生产废水、石油化工废水、煤气洗涤废水

在水和其他工业废水方面已有应用研究

[7-8]

。

电化学、化学和物理反应（包括氧化、还原、

通过交换、絮凝、吸附、共沉淀、过滤等多种原理的综合作用去除水中的重金属。

其中氧化还原主反应层是微电解技术的核心。

心

[9-10]

。

1.2 水质测定及水质特征

本研究处理的高浓度含镍电镀废水来自青岛某电子公司。

随着生产规模的扩大，含镍电镀废水日产量已达约

800L/天，主要成分为NiSO

、磷酸氢二钠

, 韓國

COONa 和 Na

（中文）

（COO）等废水处理投入巨大，但效果不佳，公司一直在寻找

这是解决废水问题的有效方法，水质数据见表1。

表1 废水水质

.1

分析项目 检测方法 单位 水质数据

化学需氧量（CODCr）

色度

pH

镍

3.66×10

1000

4.58

3813.3

重铬酸钾法

稀释倍数法玻璃电极

火焰原子吸收光谱法

法律

毫克/升

次

-

毫克/升

1 实验部分由表1可知，电镀废水中Ni

2+

COD含量高。

Cr对废水处理的影响

满足《电镀污染物排放标准》（－

2008年，国家标准《环境与健康法规（试行）》规定，镍的排放最高允许浓度为0.5毫克/升。

需要两种或两种以上方法联合使用。

1.1 基本原理

微电解技术以工业铸铁屑为原料，利用微电池对原料进行腐蚀。

作者简介：杨健，男，青岛科技大学，硕士生，研究方向：工业水处理。

第40卷第9期杨健：微电解预处理高浓度含镍电镀废水研究

155

1.3 实验步骤

取 200 毫升镍

2 +

将废水置于烧杯中，用30％H SO溶液进行调节。

24

调节pH值，分别加入活性炭（颗粒）、铁粉，用六联搅拌器搅拌反应

放置一段时间后，用30%NaOH溶液调节pH至11，静置至液体

表面分离后，过滤混合物，取滤液测定 Ni

2 +

含量，计算Ni

2 +

去除率。

根据不同的实验条件，改变体系的初始pH、铁碳比、总铁碳添加量

采用微电解法考察了电镀废水中Ni的含量及反应时间。

2 +

去除效果。

图 3 总铁碳与镍的比率

2 +

移除的效果

图 3 铁和镍的总量

2 +

21

实验结果与讨论

反应体系初始pH对Ni的影响

2 +

去除率的影响

在固定铁和碳55 g/L、反应时间90 min的条件下,初始

从图3可以看出，随着铁和碳总量的增加，Ni

2 +

去除率逐渐

当铁碳总量增加到120 g/L时，Ni

2 +

去除率变化

因此选择铁碳投入总量为120 g/L为最佳铁碳投入量。

这是因为添加碳片可以增加系统中原电池的数量。

提高镍

2 +

去除效果和处理速率相同，但当铁碳增加到一定量时

此后，反应速率降低，Ni

2 +

浓度的下降使得

你

2 +

多以络合物状态存在，影响Ni

2 +

消除效果。

在下一步实验中，通过增加 Ni

2 +

去除效果

取得成果的有效方法。

2.4 反应时间对Ni的影响

2 +

去除率的影响

当废水初始pH调节为3.00、反应时间为90min时,固定

初始pH，考察pH对实际废水中Ni的影响

2 +

去除率如图1所示。

2 +

铁碳比为1:1,铁碳总量为120 g/L。不同反应时间对Ni

去

去除率结果如图4所示。

图1 反应体系初始pH对Ni的影响

2 +

去除率的影响

图 1 Ni 表面 pH 值

2 +

从图 1 可以看出，Ni

2 +

去除率与pH值密切相关。

pH值低于20%时处理效果较好，去除率​​为55.65%，这是因为较低的pH值会

反应结束后絮凝物被破坏。pH 值过低时，H

优先与铁发生反应，生成

参与微电解反应的铁元素含量减少，增加了酸耗和加工成本。

能量，产生的铁

3 +

也会使处理效果变差。当pH值过高时，

铁失去电子会促进不利的氧化还原反应，从而降低去除效果。

考虑到这一点，采用pH=3作为体系的初始pH。

铁碳与镍的比率

2 +

去除率的影响

当废水初始pH调节为3.00、反应时间为90min时,固定

铁碳总量为110g/L，改变铁碳比，考察不同铁碳比对Ni的影响

2 +

去除率

结果如图2所示。

图4 反应时间对Ni的影响

2 +

移除的效果

22

2 +

图 4 Ni 上时间

2 +

从图4可以看出，随着反应时间的增加，Ni的去除率逐渐增加。

当反应时间增加至 120 分钟时，Ni

2 +

去除率略有增加，并趋于

平安，我是 Ni

2 +

去除率为64.09%。同时，反应时间过长，

消耗更多的铁，增加出水的铁含量和色度，增加后续处理

考虑到各方面困难，将反应时间设定为120分钟。

3 实验结论

微电解技术目前在电镀废水处理中受到广泛关注。

根据含镍电镀废水的特点，采用微电解法处理含镍电镀废水。

分别研究了预处理、初始pH值、铁碳比、铁碳投加量、反应时间等对反应的影响。

影响电镀废水中镍的四个因素

2 +

去除率的影响。实验结论为：

（1）微电解法是处理高浓度含镍电镀废水的有效方法。

初始pH=3，铁比1:1，总剂量120g/L，t=120分钟

在此条件下，Ni

2 +

去除率为64.09%,可作为预处理工艺。

高浓度

含镍废水。

（2）在电镀废水的后续处理中，有机物，尤其是

图 2 铁碳与镍的比率

2 +

去除率的影响

图 2 铁与镍的比率

2 +

从图2可以看出，当铁碳比为1:1时处理效果最佳。

你

2 +

去除率为60.83%。当铁碳相对较小时，微电解反应和碳吸附

当铁碳比较大时，以微电解反应和铁的置换为主

从图2的趋势可以看出，微电解反应

对于镍

2 +

去除效果更强。

2.3 总铁和碳含量对Ni的影响

2 +

去除率的影响

当废水初始pH调节为3.00、反应时间为90min时,固定

铁碳比为1:1，改变铁碳总量，考察不同铁碳总比对Ni的影响

2 +

去

去除率结果如图3所示。

2 + 2 +

去除形成络合物的各种电镀添加剂是提高废水中Ni去除率的重要途径。

一种有效的去除方法

（3）污水处理技术已成熟，但污泥的回收利用仍不现实。

特别是对电镀废水处理后的污泥中重金属的回收利用尚无全面的方法。

一种可行的技术方法。

（接第178页）

178

广州化工 2012年5月

1.2MPa(表压)”

[9]

作者认为，由于氨冷却管道属于工业压力管道

如果是压力管道安全技术监察规程的一部分——

行业管道”，再满足行业要求，国家质检总局也以

该公式明确说明了这一点。

制冷管道在一定工况下工作温度低于-29℃。

金属管道设计规范 - 2000 第 3.1.3.1 节要求“…设计

最低温度应为管道部件的最低工作温度……”显然，实际

实际工作温度合适。

原《工业金属管道工程施工及验收规范》—97（已

更新至－2010)规定“设计温度小于-29℃的低温管道

道路应当100%进行射线检测，其质量不得低于二级。

[4]

; 产业金融

《管道工程施工及验收规范》-97关于无损检测

该要求现已移至《工业金属管道工程施工质量验收规范》

- 2011，其中表 8.1.1 规定“设计温度低于-20℃的所有流体管道

道路应当进行一级外观检查。

[6]

、表8.2.1还规定“一级外观

被检管道应进行100%无损检测”

[6]

. 从国家标准和规范

从层次来看，要求更加严格，关注程度进一步提高。

在我见过的设计图中，上述段的制冷管道是需要做射线探伤的。

5%、三级合格，虽然没有违反相关标准，但笔者认为要求较低。

不符合国家标准规范的要求和近年来安全形势的发展。

5 发展方向

通过分析以上问题，笔者认为，尽管氨制冷行业有其

特点，但作为工业压力管道的一部分，各生产、使用单位应首先

符合《压力管道安全技术监察规程-工业管道》TSG D0001-

2009年的要求，然后再考虑行业的要求，严格执行国家标准和行业标准。

其首要目的是保证氨制冷管道的安全。

燃气、热力行业也要跟随国家质检总局的监管体系逐步完善。

当遇到问题时，我们首先考虑满足监管要求，然后考虑行业要求。

参考

国务院.特种设备安全监察条例（2009）[S].北京:中国标准出版社

社会，2009 年。

国家质量技术监督检验检疫总局.TSG R1001-2008 压力容器压力

管道设计许可规则［S］．国家质量监督检验检疫总局，2008－

01—08。

国家质量技术监督局.-2000工业金属管道设计规范

［S］．北京：中国计划出版社，2008。

国家技术监督局、建设部-97工业金属管道工程建设

与验收规范［S］．北京: 中国计划出版社, 1998．

住房和城乡建设部、国家质量监督检验检疫总局。

2010 工业金属管道工程施工规范［S］．北京：中国计划出版社，

2011年。

住房和城乡建设部、国家质量监督检验检疫总局。

2011 工业金属管道工程施工质量验收规范［S］．北京: 中国规划设计研究院

出版社，2010。

国家质量技术监督检验检疫总局.GB/T8163-2008 输送流体用非导电垫片

无缝钢管［S］．北京: 中国标准出版社, 2009．

国家质量技术监督检验检疫总局.TSG D0001-2009 压力管道安全

全套技术监察规程—工业管道［S］．北京：中国标准出版社，2009。

国家国内贸易局.SBJ12-2000、J38-2000 氨制冷系统安装工程

工程施工及验收规范［S］．北京：中国计划出版社，2000．

[1]

3.材料选择

以上各段制冷管道材质通常要求为20#钢。

[2]

（制造标准GB/T8163）。根据《工业金属管道设计规范》

- 2000年附录A“金属管道材料要求应力”，20#钢

使用温度下限为-20℃，在-20℃以下使用时，

冲击试验”，市场上的20#钢通常不做低温冲击试验。

设计单位的采购人员往往忽略这个要求，应该在合同中明确要求。

进行低温冲击试验或采购正火状态的10#钢。

他们避而不谈，直接使用材料，说“反正材料都是甲方提供的”，这样会造成很大的麻烦。

现行安全责任制为终身责任制，各单位对安全生产工作负总责。

对自己的行为负责。

[3]

[4]

[5]

[6]

4 压力测试

中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局于2009年8月1日颁布实施《压力管道安全》。

[7]

[8]

技术监督条例 - 工业管道 TSG D0001 - 2009，第 90 条

（四）规定“承受内压的钢管和有色金属管的试验压力为

1.15倍表压”