貴金屬鎳被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、汽車和電子等行業(yè)的鍍件表面處理，并由此產(chǎn)生大量的含鎳電鍍廢水 〔1〕。含鎳電鍍廢水污染大，對其進(jìn)行處理不僅可減少環(huán)境污染，同時可實(shí)現(xiàn)對金屬鎳離子和中水資源的回收利用，這對電鍍行業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)具有重要意義。

　　目前，電鍍廢水的處理方法有化學(xué)沉淀、蒸發(fā)濃縮、電滲析、膜分離和離子交換等〔2, 3, 4, 5〕。其中，離子交換法由于具有資源回收功能及成本上的優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于含鎳電鍍廢水的處理和回用。

　　杭州某衛(wèi)浴公司針對該公司含鎳電鍍廢水的水質(zhì)和水量特點(diǎn)，采用了多介質(zhì)預(yù)過濾與樹脂離子交換相結(jié)合的處理工藝對其進(jìn)行處理。工程運(yùn)行實(shí)踐表明，處理出水鎳質(zhì)量濃度≤0.5 mg/L，濁度≤1.0 NTU，電導(dǎo)率≤100 μS/cm，達(dá)到《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 21900—2008)的限值要求。該工程具有處理效果穩(wěn)定和環(huán)境效益明顯的優(yōu)點(diǎn)。

　　1 廢水水量、水質(zhì)

　　杭州某衛(wèi)浴公司含鎳電鍍廢水 主要來源于電鍍鎳和鍍件清洗工序，廢水水量為6.5 m3/h。廢水水質(zhì)：鎳質(zhì)量濃度為100~150 mg/L，pH為4.0~6.5，濁度為5.0~10.0 NTU，電導(dǎo)率為350~850 μS/cm。處理出水需滿足《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 21900—2008)限值要求。

　　2 工藝流程 含鎳電鍍廢水處理工藝流程如圖 1所示。

?圖 1 含鎳電鍍廢水處理工藝流程

　　該處理工藝中離子交換為核心單元，前端以多介質(zhì)過濾器和精密過濾器為預(yù)處理單元，以保證進(jìn)入離子交換系統(tǒng)的水質(zhì)滿足離子交換系統(tǒng)要求。含鎳電鍍廢水經(jīng)調(diào)節(jié)池、多介質(zhì)過濾器和精密過濾器后依次進(jìn)入陽離子樹脂床、陰離子樹脂床和混合樹脂床。樹脂飽和后陽床采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%~10%的HCl溶液洗脫再生，陰床采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%~10%的NaOH溶液洗脫再生，混床采用先酸后堿順序再生。高含量鎳離子洗脫液濃縮后可回用，出水可作為系統(tǒng)清洗水和生產(chǎn)工藝漂洗水回用。

　　3 主要構(gòu)筑物(設(shè)備)

　　3.1 調(diào)節(jié)池

　　設(shè)調(diào)節(jié)池1座，分2格，入端布隔油、隔渣池，以實(shí)現(xiàn)廢水均質(zhì)均量，減輕系統(tǒng)負(fù)荷沖擊。調(diào)節(jié)池尺寸為9.8 m×3.2 m×3.5 m，停留時間14 h，有效容積94 m3，有效水深3 m，采用地下鋼砼結(jié)構(gòu)，內(nèi)壁三布四涂環(huán)氧樹脂防腐。

　　3.2 預(yù)過濾系統(tǒng)

　　3.2.1 多介質(zhì)過濾器

　　多介質(zhì)過濾器主要用于去除廢水中的懸浮物和膠體等雜質(zhì)，降低廢水濁度。選取無煙煤和石英砂為介質(zhì)濾料。無煙煤密度為1.4~1.6 g/cm3，粒徑0.8~1.8 mm;石英砂密度為2.60~2.65 g/cm3，粒徑0.5~ 1.2 mm。罐體采用碳鋼襯膠，尺寸為D 1.0 m×3.0 m，濾床高度1.2 m。設(shè)有氣水反沖洗設(shè)備，配有氣動閥、壓力表和傳感器監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)。

　　3.2.2 精密過濾器

　　精密過濾器主要用于截留多介質(zhì)過濾器出水中的微小雜質(zhì)，防止其進(jìn)入離子交換系統(tǒng)污染樹脂。精密過濾器外形尺寸為D 0.3 m×1.0 m，Q=10 m3/h，內(nèi)裝精度5 μm濾芯。精密過濾器出水須嚴(yán)格控制濁度<1.0 NTU，COD<1.0 mg/L，游離氯<0.1 mg/L，鐵質(zhì)量濃度<0.3 mg/L。

　　3.3 離子交換系統(tǒng)

　　3.3.1 陽離子樹脂床

　　陽床樹脂采用爭光D001型大孔強(qiáng)酸性樹脂，苯乙烯系骨架，—SO3-功功能團(tuán)，質(zhì)量交換容量≥4.25 mmol/g，體積交換容量≥1.8 mmol/mL，濕視密度為0.77~0.85 g/mL，濕真密度為1.25~1.28 g/mL，粒度為0.315~1.25 mm。碳鋼襯膠罐體，尺寸為D 1.2 m×3.5 m，床層容積1.5 m3。

　　3.3.2 陰離子樹脂床

　　陰床樹脂采用爭光D201型大孔強(qiáng)堿性樹脂，苯乙烯系骨架，—N+(CH3)3功能團(tuán)，質(zhì)量交換容量≥3.8 mmol/g，體積交換容量≥1.2 mmol/mL，濕視密度為0.65~0.73 g/mL，濕真密度為1.05~1.10 g/mL，粒度為0.315~1.25 mm。碳鋼襯膠罐體，尺寸為D 1.2 m×3.5 m，床層容積1.5 m3。

　　3.3.3 混合樹脂床

　　混床樹脂采用D001酸性陽樹脂和D201堿性陰樹脂，兩者質(zhì)量比約為1∶2。碳鋼襯膠罐體，尺寸為D 1.2 m×3.5 m，床層容積1.0 m3。

　　3.4 再生系統(tǒng)

　　再生系統(tǒng)用于對陰床、陽床以及混床樹脂的再生，由酸堿儲液罐、進(jìn)液泵、洗脫液收集和清洗單元組成。配備儲液罐2個 ，規(guī)格3 000 L ，材質(zhì)FRP;進(jìn)液泵3臺(2用1備)，Q=7.0 m3/h，H=30 m，P=2.2 kW;清洗泵4臺(3用1備)，Q=20.0 m3/h，H=30 m，P= 4.0 kW。管閥件包括射流器、流量計(jì)和球閥等，保證再生液流量和濃度恒定。

　　4 運(yùn)行效果

　　4.1 預(yù)過濾系統(tǒng)

　　運(yùn)行期間，廢水pH為4.0~6.5，水溫為11.5~15.0 ℃。多介質(zhì)過濾器濾速為8.3 m/h，運(yùn)行前經(jīng)過約7 h沖洗后進(jìn)行過濾，待過濾出水表觀清澈后再流入精密過濾器。運(yùn)行間隔相同時間對精密過濾器出水連續(xù)取樣，考察預(yù)過濾系統(tǒng)的處理效果。 結(jié)果表明，廢水中的懸浮物和顆粒雜質(zhì)得到了有效去除，精密過濾器出水濁度在1.0 NTU以下，COD<1.0 mg/L，游離氯<0.1 mg/L，能滿足后續(xù)離子交換系統(tǒng)的進(jìn)水要求，避免樹脂污染。

　　多介質(zhì)過濾器運(yùn)行30~45 d后需進(jìn)行氣水反沖洗。確定氣反洗強(qiáng)度為16.5 L/(s·m2)，歷時2~3 min，水反洗強(qiáng)度為10.6 L/(s·m2)，歷時5~6 min，中間為氣水同時反沖洗，反沖洗過程中膨脹率控制約50%。

　　預(yù)處理系統(tǒng)配備有1臺Q=30 m3/h、H=32 m、P=7.5 kW的水泵和1臺Q=4.0 m3/min、H=49.2 kPa、P=5.5 kW的風(fēng)機(jī)。精密過濾器正常工作情況下，可維持較長使用壽命，當(dāng)進(jìn)出端壓差>0.10 MPa時需更換濾芯。

　　4.2 離子交換系統(tǒng)

　　離子交換系統(tǒng)由陽床、陰床、混床、加壓水箱和管閥件組成。廢水經(jīng)預(yù)過濾系統(tǒng)后利用余壓進(jìn)入陽床，陽床產(chǎn)水由泵加壓后再依次進(jìn)入陰床和混床。各級樹脂床均裝有取樣閥，在混床出水處設(shè)有pH計(jì)、流量計(jì)和電導(dǎo)率儀，對出水水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時在線監(jiān)測。其現(xiàn)場安裝情況如圖 2所示。

?圖 2 離子交換系統(tǒng)現(xiàn)場安裝情況

　　離子交換系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試正常運(yùn)行以來，運(yùn)轉(zhuǎn)良好，出水水質(zhì)、水壓和水量穩(wěn)定。考慮到當(dāng)含鎳廢水電導(dǎo)率在100 μS/cm以下時，出水中基本檢測不出鎳離子，故監(jiān)測中對各級床層出水pH和電導(dǎo)率作了重點(diǎn)考察，結(jié)果如表 1所示。

　　工程連續(xù)運(yùn)行2個月來，離子交換系統(tǒng)出水pH和電導(dǎo)率的變化如圖 3和圖 4所示。

圖 3 離子交換系統(tǒng)出水pH的變化
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?圖 4 離子交換系統(tǒng)出水電導(dǎo)率的變化

　　出水pH的變化可在一定程度上反映樹脂的飽和程度和再生周期。由圖 4可知，運(yùn)行期間離子交換系統(tǒng)出水pH基本維持在5.5~6.5。當(dāng)pH <6.0時樹脂存在需要再生的可能。由圖 5可知，正常情況下離子交換系統(tǒng)出水電導(dǎo)率維持在100 μS/cm以下，相應(yīng)的鎳離子質(zhì)量濃度<0.5 mg/L，鎳去除率可達(dá)95%以上。當(dāng)出水電導(dǎo)率超過100 μS/cm時，需考慮對樹脂進(jìn)行再生。

　　4.3 再生系統(tǒng)

　　樹脂再生效果受再生液濃度、溫度、流速和再生時間等因素影響。再生系統(tǒng)中再生液進(jìn)液流速控制為4~7 m/h，陽床可采用接近上限流速，陰床可采用接近下限流速;再生液溫度不宜超過30 ℃;再生液采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%~10%的HCl和NaOH;再生周期為5~6 d。

　　5 經(jīng)濟(jì)分析

　　工程總投資約150萬元，包括建(構(gòu))筑物、預(yù)過濾系統(tǒng)、離子交換系統(tǒng)和電氣自控等附屬系統(tǒng)的設(shè)備和儀器等。其中建(構(gòu))筑物投資約55萬元，預(yù)過濾系統(tǒng)和離子交換系統(tǒng)投資約70萬元，附屬系統(tǒng)投資約20萬元，其他費(fèi)用約5萬元。

　　工程運(yùn)行費(fèi)用主要包括電耗、人工費(fèi)及藥劑消耗等。工程總裝機(jī)功率為46.6 kW，耗電量為102.8 kW·h/d，單位水量耗電0.66 kW·h/m3，電費(fèi)單價0.83元/(kW·h)，則電費(fèi)為0.55元/m3;人工定員3人，人均工資為2 500元/月，則人工費(fèi)為1.60元/m3;藥劑消耗主要包括HCl和NaOH，HCl單價為1.50元/kg，NaOH單價為3.5元/kg，一個再生周期內(nèi)(5 d)需用藥劑各約31.2 kg，則藥劑費(fèi)為31.2元/d，合0.2元/m3。合計(jì)工程運(yùn)行費(fèi)用為2.35元/m3。具體參見污水技術(shù)資料更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　6 結(jié)論

　　(1)采用多介質(zhì)預(yù)過濾與樹脂離子交換相結(jié)合的工藝處理含鎳電鍍廢水是可行的。在處理廢水量為6.5 m3/h，進(jìn)水鎳質(zhì)量濃度為100~150 mg/L，多介質(zhì)過濾器濾速為8.3 m/h，離子交換總停留時間為 37 min條件下，處理出水鎳質(zhì)量濃度≤0.5 mg/L，濁度≤1.0 NTU，電導(dǎo)率≤100 μS/cm，主要出水指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

　　(2)本工程投資150萬元，工程占地400 m2，運(yùn)行費(fèi)用為2.35元/m3。該工程的投入運(yùn)行，取得了較好的社會效益，樹立了良好的企業(yè)形象。