UV/H2O2技術在化學鍍鎳廢水處理中的應用研究

摘 要：通過實驗，考察UV/H2O2技術處理化學鍍鎳清洗廢水時的影響因素及鎳的處理與回收效果。試驗表明，使用功率500W波長為185nm的紫外燈，調節(jié)廢水pH值為5，H2O2的投加量為COD值的2倍，攪拌速度為10000r/min，反應時間為2h時COD去除率可達到93.8%。再通過加入NaOH沉淀，不僅能使Ni2+達標排放，而且還能回收5.2068g/L純度為99.2%的Ni（OH）2。

關鍵詞：UV/H2O2；化學鍍鎳廢水；COD去除率；Ni2+

Abstract： It elaborates effectors of electricless nickel waste rinse water treatment and performance of nickel elimination and wastewater reclamation based on experiment of UV/H2O2 technical treatment. The experiment shows content of COD can be reduced by efficiency of 93.8% with conditions of UV light （Power 500W， Wavelength 185nm） and all settings as follows： adjustment wastewater pH 5， H2O2 dosing quantity double than COD content， stirring speed 10000r/min and 2-hours reaction time. With NaOH further added， not only Ni2+ can be discharged within spec， but also Ni（OH）2 precipitate with purity 99.2% and concentration 5.2068mg/L is available by reclamation.

Keywords： UV/H2O2； electroless nickel plating wastewater； removal efficiency of COD； Ni2+

前言

化學鍍鎳是當前國內外廣泛應用的一種工業(yè)表面處理工藝。然而，由于化學鍍鎳廢水的化學成分復雜，廢液中含有大量的有機酸和添加劑，導致鎳主要以絡合物[Ni3（C6H5O7）2]的形式存在，不利于COD的降解和Ni2+的沉淀，因此只有破壞了這些具有絡合作用的介質之后，才能取得良好的化學沉淀效果[1]。

UV/H2O2技術是一種高效的高級氧化工藝，其作用原理主要是： H2O2在紫外光的照射下會被光解為高反應性的羥基自由基（OH·），如（1）式方程：

H2O2→2 OH· （1）

在OH·的強氧化作用下發(fā)生氧化分解反應，有機化合物中的分子鍵吸收紫外光的能量而斷裂，降解為易于生物降解的小分子、H2O2和CO2[2]，該應用過程具有清潔綠色、不會引入二次污染、不影響水質等特點[3]。本文應用UV/H2O2技術處理化學鍍鎳清洗廢水，研究其影響因素以及鎳的沉淀與回收效果。

1 材料與方法

1.1 實驗水樣

本實驗所用化學鍍鎳廢水取自某表面處理公司，原水pH=2.1， COD=1576mg/L，Ni2+=3270mg/L。

1.2 實驗試劑及儀器

采用的主要試劑有NaOH（分析純），H2O2（質量分數為30%）。采用的儀器主要有DR3900可見分光光度計，DR200消解儀，Mettler Toledo pH計，IKA磁力攪拌器，YZ-PPAB電子干燥箱等。本課題使用自制的反應器示意圖如圖1所示。

1.3 實驗方法

通過進水口加入水樣，通過加藥口加入一定量的H2O2，將帶有套管的紫外燈（功率500W，波長185納米）置于水中，通過調速開關調節(jié)攪拌速度至10000轉/分鐘，通過出水口取樣，用快速消解分光光度法測定COD值。2小時后，取500mL的燒杯裝滿水樣，加入一定量的NaOH調節(jié)pH至12，沉淀0.5后過濾沉淀物，用PAN光度法測定濾液中的Ni2+的含量。同時將濾餅置于干燥箱中，調節(jié)至120℃，干燥2小時后稱重，計算Ni（OH）2的回收純度。

2 結果與討論

2.1 對COD去除率的影響

2.1.1 紫外燈對COD去除率的影響

保持pH=5，H2O2：92.7mmol，使用3款紫外燈反應30分鐘，測定COD去除率如圖2所示：

由圖2可知，波長相同時，紫外燈功率越高COD去除率越高；功率相同時，波長越短，COD去除率越高。這是因為光化學反應進行的程度（即所得到的產量）與被吸收的光能的數量成正比，亦即與被吸收光的強度成正比[4]。因此，通常情況下，提高紫外光照射強度有利于光化學反應的進行。同時，波長較短的185nm紫外光具有更強的激發(fā)能，能夠更加有效地激發(fā)分子鍵解離釋放出自由基[5]。

2.1.2 pH值對COD去除率的影響

取7個1000mL燒杯，分別裝滿原水，調節(jié)pH值為2～7和10，依次加入反應器，投加92.7mmol的H2O2反應30分鐘后測得COD去除率如圖3。

由圖3可知，pH值對COD降解效率影響總體較小，相比而言，pH處于弱酸性時COD降解效果較好，當pH=5時COD降解效率達到最大值。

2.1.3 H2O2投加量對COD去除率的影響

H2O2濃度是影響UV/H2O2工藝氧化效率的關鍵因素，在UV照射下產生OH·，本實驗取5個1000mL的燒杯，分別裝滿原水，調節(jié)pH值為5后依次加入反應器，H2O2的投加量分別為COD值的0.5、1、2、3、4倍，反應30分鐘后測得COD去除率如圖4。

由圖4可知，COD的去除率隨著H2O2投加量的增加而上升，當H2O2的投加量為COD值的2倍時處理效率最高，當H2O2質量濃度超過這個數值時COD去除率反而下降，這是因為：

（1）H2O2作為OH·的釋放劑，一定范圍內增加H2O2濃度有利于產生更多的羥自由基，從而提高COD降解效率。

（2）應用UV/H2O2系統處理廢水時，H2O2的投量存在一個臨界值，當H2O2濃度超過這一極大值后，系統的氧化能力變化不大甚至降低，原因是溶液中開始發(fā)生如下副反應[6，7]：

H2O2+OH·→ HO2·+H2O （2）

HO2·+OH·→ H2O+O2（3）

OH·+OH·→ H2O2（4）

由（2）（3）（4）可知， H2O2在作為自由基釋放劑的同時還是一種自由基捕捉劑， HO2·的氧化性能遠遠小于OH·從而抑制了反應過程。另一方面，H2O2在溶液中濃度大，其吸光度也大，影響其紫外光在溶液中的穿透距離，從而影響反應效率，所以連續(xù)投加方式效率最高[7]。

2.1.4 反應器和反應時間對COD去除率的影響

本實驗取2個1000mL的燒杯裝滿原水，調節(jié)pH值為5后依次加入反應器，H2O2的投加量都為92.7mmol，并采用連續(xù)投加的方式，分別測試反應器處于工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)下的處理效果；每15分鐘取樣，測得去除率如圖5。

由圖5可知， 反應器處于工作狀態(tài)下的COD去除率高于非工作狀態(tài)下的去除率，而且，隨著反應時間的延長差異逐步擴大；原因是反應器處于工作狀態(tài)時，反應器中的廢液以紫外燈為軸進行高速地旋轉運動，有利于紫外光的能量和羥自由基的均勻分布和充分反應；同時，摩擦作用使反應器內部無法產生廢物堆積，因此，延長反應時間，仍然能夠繼續(xù)深度降解COD，經過120分鐘處理COD降解到97.5mg/L，符合該企業(yè)環(huán)評中規(guī)定的排放要求。

2.2 鎳的處理與回收

經過UV/H202技術120分鐘處理，COD降解到97.5mg/L絡合平衡已經被破壞，取1個1000ml的燒杯，裝滿經處理后的水樣，調節(jié)pH至12，沉淀30分鐘后，過濾測得濾液中Ni2+含量為0.43mg/L，達到GB21900-2008電鍍行業(yè)污染物排放標準中新建企業(yè)水污染排放限值要求[8]。

濾餅烘干后測得質量為5.2068g，而根據廢水處理前后的Ni2+含量，可以測算出沉淀物中純Ni（OH）2的質量為5.1652g，二者相除得到沉淀物中Ni（OH）2的含量為99.2%。由此可見，UV/H2O2技術不僅能夠解決含鎳廢水的污染問題，同時還可以回收高純度的Ni（OH）2，變廢為寶，為企業(yè)創(chuàng)造經濟效益。

3 結論

（1）提高紫外光照射強度有利于光化學反應的進行。同時，波長較短的紫外光具有更強的激發(fā)能。

（2）pH處于弱酸性時COD降解效果較好，當pH=5時COD降解效果到最佳。

（3）H2O2的投量存在一個臨界值，臨界值根據反應條件的不同而存在較大的差異，在本實驗中臨界值為COD值的2倍。同時，連續(xù)投加H2O2的方式可以減少H2O2的副反應，提高處理效率。

（4）當廢液以紫外燈為軸進行高速地旋轉運動時，有利于提升UV/H2O2系統的處理效率。

（5）用NaOH的調節(jié)pH至12，沉淀30分鐘不僅能使Ni2+達標排放，而且還能回收5.2068g/L純度為99.2%的Ni（OH）2。

參考文獻

[1]江霜英，高廷耀，胡惠康.化學鍍鎳廢液的預處理[J].同濟大學學報，2004，32（2）：226-228.

[2]方景禮.廢水處理的實用高級氧化技術[J].電鍍與涂飾，

2014，33（8）：352.

[3]劉鵬.紫外催化氧化處理高濃度難降解化學鍍廢液研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2014：1.

[4]HUA Q， ZHANG C， WANG Z， et al. PHoto degradation of methyl tert-butyl ether（MTBE） by UV/H2O2 and UV/ TiO2[J]. Journal of Hazardous Materials， 2008，154：795-803.

[5]劉楊先，張軍.UV/H202高級氧化工藝反應機理與影響因素最新研究進展[J].化學工業(yè)與工程技術，2011，32（3）：19-20.

[6]BEHNAJADY M A， MODIRSH AH L N， FATH I H ，et al. Kinetics of decolorization of an azo dye in UV alone and UV/H（2）O（2） processes[J]. Journal of Hazardous Materials， 2008，B136： 816-821.

[7]梁新剛.化學鍍鎳廢水中磷的去除和有機物降解的研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2011：18-19.

[8]GB21900-2008.電鍍污染物排放標準[S].

作者簡介：蔡月林（1986，4-），男，民族：漢族，籍貫：江蘇省鹽城市，職務/職稱：EHS經理/初級，學歷：研究生，單位：南京大學環(huán)境學院，研究方向：表面處理的廢水處理技術。