汽車行業(yè)涂裝車間排放廢水中的鎳離子去除方法概論

張蕾 李娜娜 周憲民 張洋 孫明遠 田潤生

（沈陽帕卡瀨精有限總公司，沈陽110042）

1 前言

汽車涂裝廢水由脫脂廢水、磷化廢水、電泳廢水和噴漆廢水等組成。由于廢水成分復(fù)雜，需要分類、分段處理。一般采用物化法結(jié)合生化法的處理工藝，物化法一般包括：氣浮、混凝沉降。生化法包括：厭氧處理、好氧處理、硝化/反硝化處理。

氣浮主要用于去除油脂，而混凝沉降主要是用來去除SS（固體懸浮物）和膠體等直接影響COD（化學(xué)需氧量）的物質(zhì)。而對于磷化廢水的處理，很多主機廠經(jīng)常會把磷化廢水和含脫脂成分或其他成分的廢液混合處理，導(dǎo)致最終排放廢水的鎳超標(biāo)。磷化廢水又分為漂洗廢水和磷化倒槽廢液，含有較高濃度的鎳離子。鎳是國家嚴格控制的一類污染物，含鎳廢水的處理難度要比處理含其它金屬廢水要大得多，研究汽車涂裝廢水中除鎳的工藝及參數(shù)，具有現(xiàn)實意義[1-5]。有關(guān)污水處理排放的鎳離子的最高允許排放濃度的從綜合污水排放標(biāo)準(zhǔn)要求的1.00 mg/L 到某些城市要求的0.05 mg/L，限值日趨嚴格。

污水中鎳離子的去除方法主要有化學(xué)沉降法、離子交換法、蒸發(fā)濃縮法、吸附法以及膜分離技術(shù)等?；瘜W(xué)法采用中和沉淀法、重金屬捕捉劑沉淀法、鐵氧體法處理，優(yōu)點是處理成本低，運行可靠穩(wěn)定，適用于處理量大，且高濃度原水的處理，缺點是設(shè)備有一定的占地面積；離子交換法采用離子交換樹脂、磺化煤方式處理，優(yōu)點是處理效率高，缺點是不適用于高濃度原水的處理（進水要求：pH＞10.0，鎳離子＜2.5 ppm），當(dāng)廢水中雜離子（鈣、鎂等）含量高時，樹脂老化快，重金屬去除能力迅速下降；蒸發(fā)濃縮法采用減壓蒸餾方式處理，優(yōu)點是適用于高濃度原水的處理，處理效率高，去除率高，缺點是原水需要預(yù)處理，能耗大、處理成本高，需定期清理結(jié)垢；吸附法采用新型改性沸石、聚季銨鹽聚丙烯酰胺、腐植酸、其它吸附劑（氫氧化鎂、粉煤灰）方式處理，優(yōu)點是處理成本低、設(shè)備簡單，缺點是重金屬去除率低、對離子有選擇性；膜分離技術(shù)采用反滲透膜技術(shù)、電滲析法處理，優(yōu)點是處理效率高，缺點是原水需要預(yù)處理、能耗大、處理成本高。其中，化學(xué)沉降法是含鎳廢水處理常用的基本方法。研究了化學(xué)沉降法處理汽車涂裝廢水中鎳的工藝參數(shù)，為汽車涂裝廢水中鎳的達標(biāo)排放提供保證。

2 試驗準(zhǔn)備

2.1 藥劑及水樣

FeCl3（化學(xué)純）：使用去離子水配制，5.0%水溶液；

PAM（陰離子型，工業(yè)級）：使用去離子水配制，0.1%水溶液；

NaOH（化學(xué)純）：使用去離子水配制，5.0%水溶液；

硫酸（化學(xué)純，98%）：按照硫酸（98%）與去離子水體積比為1∶50 配制；

某汽車主機廠涂裝車間磷化廢水，pH 值為3.82，Ni（鎳）含量為37.388 mg/L。

2.2 儀器設(shè)備

磁力攪拌器（JB-3A 型）、pH 計（梅特勒SG 23型）、ICP（PE Optima 8000）、玻璃燒杯（500 mL）、移液槍、移液管、秒表。

3 試驗步驟

物料添加順序如下。

a.使用500 mL玻璃燒杯，取待處理水樣500 mL；

b.連續(xù)攪拌5 min，轉(zhuǎn)速為200 r/min；

c.攪拌條件下，設(shè)置FeCl3水溶液添加量分別為0 mL、2 mL、4 mL、6 mL、8 mL、10 mL、12 mL、14 mL、16 mL、18 mL，考察FeCl3水溶液投加量與出水鎳離子濃度-去除率的關(guān)系；

d.設(shè)置NaOH 水溶液添加量，調(diào)節(jié)pH 分別為3.82、7.95、8.52、9.06、9.51、10.11、10.50、11.03，考察pH 值與出水鎳離子濃度-去除率的關(guān)系；

e.設(shè)置PAM 水溶液添加量分別為0 mL、3 mL、6 mL、9 mL、12 mL、15 mL、18 mL、21mL，考察PAM水溶液投加量與出水鎳離子濃度-去除率的關(guān)系；

f.連續(xù)攪拌20 min；

g.設(shè)置沉降時間，分別為0 s、10 s、30 s、60 s、120 s、180 s、240 s、300 s、360 s，考察沉降時間與出水鎳離子濃度-去除率的關(guān)系；

h.將上清液倒入另一個玻璃燒杯中約100 mL；

i.使用硫酸水溶液將pH 值調(diào)節(jié)為6.00～7.00范圍內(nèi)；

j.使用ICP 測定鎳離子濃度，分析檢測方法如表1 所示。

表1 分析檢測方法

4 結(jié)果與討論

4.1 pH的影響

pH與出水鎳離子濃度-去除率的關(guān)系如表2和圖1所示。

由圖1 可以看出，隨著pH 的逐漸升高，鎳離子的去除率逐步提升，當(dāng)pH 達到10.50 以上時，鎳離子去除率達到99.0%以上。pH 對鎳離子去除率影響比較顯著，主要是鎳離子與氫氧根結(jié)合，生成溶解度較低的沉淀物。pH 從9.00 到9.50 時，鎳離子去除率出現(xiàn)顯著上升，隨著pH 繼續(xù)提高，鎳離子去除率也在提升，但提升速度驅(qū)緩。

表2 pH的影響

圖1 pH與出水鎳離子濃度-去除率的關(guān)系

4.2 FeCl3投加量的影響

FeCl3水溶液投加量與出水鎳離子濃度-去除率的關(guān)系如表3 和圖2 所示。

表3 FeCl3水溶液投加量的影響

圖2 FeCl3水溶液投加量與出水鎳離子濃度-去除率的關(guān)系

從圖2 可以看出，隨著FeCl3水溶液的投加量逐漸增加，鎳離子去除率逐步上升，當(dāng)FeCl3水溶液的投加量達到16 mL 時，鎳離子去除率達到99.0%以上。在試驗過程中，F(xiàn)eCl3主要起到凝聚劑的作用，與PAM 配合，可以將之前的鎳離子與氫氧根形成的沉淀物絮凝成較大顆粒的沉淀物，便于沉淀物的迅速沉降。

4.3 PAM投加量的影響

PAM 水溶液投加量與出水鎳離子濃度-去除率的關(guān)系如表4 和圖3 所示。

表4 PAM水溶液投加量的影響

圖3 PAM水溶液投加量與出水鎳離子濃度-去除率的關(guān)系

從圖3 可以看出，隨著PAM 水溶液的投加量逐漸增加，鎳離子去除率逐步上升，當(dāng)PAM 水溶液的投加量達到15 mL 時，鎳離子去除率達到99.0%以上。PAM 水溶液的投加量從6 mL 提高到9 mL時，鎳離子去除率出現(xiàn)顯著上升，隨著PAM 水溶液的投加量繼續(xù)提高，鎳離子去除率也在提升，但提升速度驅(qū)緩，直至達到15 mL 時，去除率達到最高。當(dāng)PAM 水溶液投加量低于6 mL 時，鎳離子去除率很低，原因是之前形成的鎳離子與氫氧根形成的沉淀物并沒有實現(xiàn)完全有效沉降，部分細小絮體懸浮于上清液當(dāng)中，導(dǎo)致后續(xù)在上清液被硫酸中和時，之前形成的鎳的氫氧化物返溶到液相當(dāng)中，并以鎳離子的形式存在。

4.4 沉降時間的影響

沉降時間與出水鎳離子濃度-去除率的關(guān)系如表5 和圖4 所示。

表5 沉降時間的影響

從圖4 可以看出，隨著沉降時間的逐漸增加，鎳離子去除率逐步上升，當(dāng)沉降時間達到240 s時，鎳離子去除率達到99.0%以上。沉降時間從30 s 提高到60 s 時，鎳離子去除率出現(xiàn)顯著上升，隨著沉降時間的繼續(xù)延長，鎳離子去除率也在提升，但提升速度驅(qū)緩，直至達到240 s 時，去除率達到最高。當(dāng)沉降時間低于30 s 時，鎳離子去除率很低，原因是之前形成的鎳離子與氫氧根形成的沉淀物并沒有實現(xiàn)完全有效沉降，部分細小絮體懸浮于上清液當(dāng)中，導(dǎo)致后續(xù)在上清液被硫酸中和時，之前形成的鎳的氫氧化物返溶到液相當(dāng)中，并以鎳離子的形式存在。

圖4 沉降時間與出水鎳離子濃度-去除率的關(guān)系

在污水處理站現(xiàn)場，間歇處理線主要考查沉降時間tb，連續(xù)處理線主要考查系統(tǒng)停留時間tc。結(jié)合現(xiàn)場實際，tb和tc的選擇以現(xiàn)場的污泥沉降比為管理參數(shù)，同時參考出水的鎳離子去除率是否達標(biāo)。

5 現(xiàn)場應(yīng)用

將上述內(nèi)容應(yīng)用于某汽車廠現(xiàn)場實際，解決了鎳離子去除率偏低或不穩(wěn)定的現(xiàn)象，避免了二次處理的現(xiàn)象，提升了處理效率，穩(wěn)定出水指標(biāo)。圖5 是該現(xiàn)場的工藝流程示意。

圖5 磷化廢水處理流程示意

6 結(jié)論

以氫氧化鈉作為pH 調(diào)節(jié)劑，同時添加氯化鈣（用來去除磷化廢水中的正磷酸根及氟離子），保證混凝之前，體系的pH 值＞10.50；并添加足夠量的凝聚劑FeCl3和適宜量的絮凝劑PAM；同時保證有效的沉降時間tb（系統(tǒng)停留時間tc），出水鎳離子濃度可控制在0.05 mg/L 以下，遠低于1 mg/L，滿足了GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中鎳的排放標(biāo)準(zhǔn)。

出水鎳離子濃度超標(biāo)主要有以下原因：

a.磷化廢水在除鎳之前和其它性質(zhì)的廢水（尤其是含脫脂劑成分的廢水）混合；

b.混凝之前，體系的pH 值過低，低于10.50；

c.凝聚劑FeCl3投加量偏少；

d.絮凝劑PAM 投加量偏少；

e.混凝后，沉降時間tb（系統(tǒng)停留時間tc）過短。