含鎳廢水處理工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)

羅 鑄

（株洲湘火炬火花塞有限責(zé)任公司，湖南株洲 412000）

在滾鍍鎳工藝開發(fā)前，公司火花塞表面處理采用掛鍍鎳工藝。掛鍍鎳廢水處理工藝采用化學(xué)沉淀法進(jìn)行一次中和沉淀，得到氫氧化鎳沉淀，再投加PAC進(jìn)行混凝，投加PAM進(jìn)行絮凝，廢水處理后進(jìn)入斜管沉淀池，進(jìn)行泥水分離，污泥排至含鎳污泥池，將分離的出水過濾，調(diào)節(jié)pH至7～9排放。公司自動(dòng)滾鍍鎳生產(chǎn)線正常運(yùn)行后，生產(chǎn)能力大幅提高，產(chǎn)生的含鎳廢水量也大幅增加，如果仍采用掛鍍鎳廢水處理工藝處理滾鍍鎳廢水，則廢水不能達(dá)標(biāo)排放，同時(shí)鎳全部進(jìn)入污泥，沒有重復(fù)利用鎳沉淀物，材料浪費(fèi)大，處理成本高。因此，必須對(duì)含鎳廢水處理工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 含鎳廢水處理工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)要求及方案

在自動(dòng)滾鍍鎳生產(chǎn)線正常運(yùn)行后，為了使?jié)L鍍鎳廢水能夠達(dá)標(biāo)排放，有效利用鎳沉淀物，降低處理成本，公司決定對(duì)含鎳廢水處理工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并提出了下列要求：

1）利用優(yōu)化設(shè)計(jì)的含鎳廢水處理工藝處理滾鍍鎳廢水，水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)[1]。

2）實(shí)現(xiàn)80%以上鎳回收利用，減少危險(xiǎn)廢物產(chǎn)生。

3）降低工程成本，充分利用掛鍍鎳廢水處理工藝、設(shè)備。

4）確定適宜的工藝參數(shù)。

滾鍍鎳廢水處理前水質(zhì)指標(biāo)為：pH 5～6；Ni2+30～50mg/L；COD 200～300mg/L；SS 40～50mg/L；TP 15～25mg/L；石油類 10～15mg/L。

根據(jù)公司對(duì)含鎳廢水處理工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)的要求，經(jīng)過研究，確定了含鎳廢水處理工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)方案：在掛鍍鎳廢水處理工藝的中和反應(yīng)池前，增加一個(gè)中和反應(yīng)池，增加一次中和沉淀；增加一個(gè)斜管沉淀池，將泥水分離后，壓濾出含鎳泥餅回用至電鍍槽，實(shí)現(xiàn)80%以上鎳回收利用。優(yōu)化設(shè)計(jì)的含鎳廢水處理工藝流程見圖1。

圖1 優(yōu)化設(shè)計(jì)的含鎳廢水處理工藝流程

2 滾鍍鎳廢水處理實(shí)驗(yàn)研究

2.1 中和沉淀除鎳實(shí)驗(yàn)

2.1.1 實(shí)驗(yàn)部分

（1）主要試劑與儀器

氫氧化鈉。

pHS-3E型酸度計(jì)；OMS-121E型液晶數(shù)顯磁力攪拌器；AA-6880F/AAC型原子吸收分光光度計(jì)。

實(shí)驗(yàn)用水為二次蒸餾水。

（2）實(shí)驗(yàn)方法

取滾鍍鎳廢水1L，用NaOH調(diào)節(jié)pH至一定值，進(jìn)行中和沉淀反應(yīng)，電磁攪拌一定時(shí)間，反應(yīng)完成后，靜置30min，取少量上清液進(jìn)行Ni2+濃度測(cè)定，采用國(guó)標(biāo)法[2]。

2.1.2 結(jié)果與討論

采用化學(xué)沉淀法，以氫氧化鈉為沉淀劑，去除鎳的反應(yīng)為：

Ni2++2OH-→ Ni（OH）2↓

廢水中鎳離子能否徹底反應(yīng)，生成難溶于水的氫氧化鎳，主要取決于廢水中的離子濃度。根據(jù)氫氧化鎳沉淀-溶解平衡以及水的離子積計(jì)算公式，可算出氫氧化鎳沉淀的pH。

[H+][OH-]=Kw，[Ni2+][OH-]2=Ksp，則[OH-]=Kw/[H+]，[Ni2+]（Kw/[H+]）2=Ksp。

滾鍍鎳廢水處理前鎳離子濃度為30～50mg/L。當(dāng)鎳離子濃度為30mg/L時(shí)，要實(shí)現(xiàn)鎳80%以上回收利用，則[Ni2+]= 30×80%×10-3/58.7=4.1×10-4mol/L，在25℃，水的離子積Kw= 1.0×10-14，氫氧化鎳的溶度積Ksp=2.0×10-15，則可算出[H+]= 4.5×10-9mol/L，則氫氧化鎳沉淀的pH為：

當(dāng)鎳離子濃度為50mg/L時(shí)，要實(shí)現(xiàn)鎳80%以上回收利用，則[Ni2+]=50×80%×10-3/58.7=6.8×10-4mol/L，在25℃，水的離子積Kw=1.0×10-14，氫氧化鎳的溶度積Ksp=2.0×10-15，則可算出[H+]=5.8×10-9mol/L，則氫氧化鎳沉淀的pH為：

在工業(yè)廢水處理過程中，由實(shí)際運(yùn)行得到可供參考的氫氧化鎳沉淀析出的pH范圍為pH＞9.5[3]。選擇氫氧化鎳沉淀的pH為10～11。

依照規(guī)定，水行政執(zhí)法機(jī)關(guān)一旦發(fā)現(xiàn)涉水違法行為可能觸犯刑法，有義務(wù)將相關(guān)案件移送至公安、檢察等司法機(jī)關(guān)處理。按照最高檢規(guī)定，水行政執(zhí)法機(jī)關(guān)向公安機(jī)關(guān)移送案件，公安機(jī)關(guān)作立案、不立案決定處理，應(yīng)向同級(jí)檢察院備案。但對(duì)未報(bào)送檢察機(jī)關(guān)備案的，沒有規(guī)定監(jiān)督和懲罰措施，這使得部分水行政執(zhí)法機(jī)關(guān)對(duì)應(yīng)移送的案件持一種消極態(tài)度。雖然刑法第402條規(guī)定了行政執(zhí)法機(jī)關(guān)不移送案件的刑事責(zé)任，但該條款的適用取決于檢察機(jī)關(guān)及時(shí)發(fā)現(xiàn)行政機(jī)關(guān)在移送案件過程中的瀆職行為。事實(shí)上在未及時(shí)備案又缺乏信息共享的前提下，檢察機(jī)關(guān)很難發(fā)現(xiàn)部分水行政執(zhí)法機(jī)關(guān)的瀆職行為。

（2）反應(yīng)時(shí)間

控制氫氧化鎳沉淀的pH為10，確保鎳80%以上回收利用，對(duì)氫氧化鎳沉淀的反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行研究，結(jié)果見表1。由表1可知，反應(yīng)時(shí)間在0～50min時(shí)，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，鎳離子沉淀率不斷增大；當(dāng)反應(yīng)時(shí)間大于30min時(shí)，鎳離子沉淀率增大趨緩；反應(yīng)時(shí)間為30min時(shí)，鎳離子沉淀率為89.8%＞80%。選擇反應(yīng)時(shí)間為30min。

表1 反應(yīng)時(shí)間與鎳離子沉淀率的關(guān)系

2.1.3 中和沉淀除鎳適宜的工藝條件

氫氧化鎳沉淀適宜的pH為10～11，反應(yīng)時(shí)間為30min。

2.2 混凝沉淀實(shí)驗(yàn)

2.2.1 實(shí)驗(yàn)部分

（1）主要試劑與儀器

氫氧化鈉；重鉻酸鉀；鉬酸銨；PAC；PAM。

pHS-3E型酸度計(jì)；OMS-121E型液晶數(shù)顯磁力攪拌器；JLBG126型紅外測(cè)油儀；723N型分光光度計(jì)。

實(shí)驗(yàn)用水為二次蒸餾水。

（2）實(shí)驗(yàn)方法

滾鍍鎳廢水各污染物值均取最大值。取滾鍍鎳廢水2L，用NaOH調(diào)節(jié)pH為10，進(jìn)行二次中和沉淀，每次電磁攪拌反應(yīng)30min，靜置30min，在第2次中和沉淀完成后，靜置30min，取少量上清液進(jìn)行Ni2+濃度測(cè)定，測(cè)得Ni2+濃度為0.22mg/L。取上清液1L，用NaOH調(diào)節(jié)pH至一定值，分別加入一定量的PAC、PAM，電磁攪拌反應(yīng)一定時(shí)間，靜置60min，Ni2+濃度、SS濃度均已達(dá)標(biāo)，取少量上清液分別測(cè)定COD、TP、石油類的濃度。COD的測(cè)定采用國(guó)標(biāo)法[4]；總磷TP的測(cè)定采用國(guó)標(biāo)法[5]；石油類的測(cè)定采用紅外分光光度法[6]。

2.2.2 結(jié)果與討論

（1）PAC投加量

控制PAM投加量、反應(yīng)的pH、反應(yīng)時(shí)間，考察PAC投加量對(duì)COD、TP、石油類濃度的影響，結(jié)果見表2。由表2可知，當(dāng)PAC投加量為0～500mg/L時(shí)，隨著PAC投加量的增大，COD、TP、石油類濃度不斷減??；當(dāng)PAC投加量大于400mg/L時(shí)，COD、TP、石油類濃度減小趨緩；PAC投加量為400mg/L時(shí)，COD、TP、石油類濃度分別為57.3mg/L、0.60mg/L、0.85mg/L，均已達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。選擇PAC投加量為400mg/L。

表2 PAC投加量對(duì)COD、TP、石油類的濃度的影響

（2）PAM投加量

控制PAC投加量400mg/L、反應(yīng)的pH、反應(yīng)時(shí)間，考察PAM投加量對(duì)COD、TP、石油類濃度的影響。當(dāng)PAM投加量為20-80mg/L時(shí)，COD濃度分別為183.5mg/L、118.3mg/L、56.7mg/L、44.9mg/L，TP濃度分別為9.84mg/L、2.62mg/L、0.58mg/L、0.45mg/L，石油類濃度分別為7.16mg/L、3.34mg/L、0.87mg/L、0.63mg/L，隨著PAM投加量的增大，COD、TP、石油類濃度不斷減?。划?dāng)PAM投加量大于60mg/L時(shí)，COD、TP、石油類濃度減小趨緩；PAM投加量為60mg/L時(shí)，COD、TP、石油類濃度分別為56.7mg/L、0.58mg/L、0.87mg/L，均已達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。選擇PAM投加量為60mg/L。

（3）反應(yīng)的pH

控制PAC投加量400mg/L、PAM投加量60mg/L、反應(yīng)時(shí)間，考察反應(yīng)的pH對(duì)COD、TP、石油類濃度的影響。當(dāng)反應(yīng)的pH為8～11時(shí)，COD濃度分別為181.4mg/L、116.8mg/L、56.1mg/L、41.7mg/L，TP濃度分別為9.63mg/L、2.49mg/L、0.54mg/L、0.42mg/L，石油類濃度分別為7.07mg/L、3.23mg/L、0.89mg/L、0.66mg/L，隨著pH的增大，COD、TP、石油類濃度不斷減??；當(dāng)pH大于10時(shí)，COD、TP、石油類濃度減小趨緩；pH為10時(shí)，COD、TP、石油類濃度分別為56.1mg/L、0.54mg/L、0.89mg/L，均已達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。選擇反應(yīng)的pH為10。

（4）反應(yīng)時(shí)間

控制PAC投加量400mg/L、PAM投加量60mg/L、反應(yīng)的pH10，考察反應(yīng)時(shí)間對(duì)COD、TP、石油類濃度的影響。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為10～25min時(shí)，COD濃度分別為186.2mg/L、115.1mg/L、58.0mg/L、49.3mg/L，TP濃度分別為9.74mg/L、2.55mg/L、0.59mg/L、0.50mg/L，石油類濃度分別為7.24mg/L、3.36mg/L、0.88mg/L、0.75mg/L，隨著反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，COD、TP、石油類濃度不斷減??；當(dāng)反應(yīng)時(shí)間大于20min時(shí)，COD、TP、石油類濃度減小趨緩；反應(yīng)時(shí)間為20min時(shí)，COD、TP、石油類濃度分別為58.0mg/L、0.59mg/L、0.88mg/L，均已達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。選擇反應(yīng)時(shí)間為20～30min。

2.2.3 混凝沉淀適宜的工藝條件

混凝沉淀適宜的PAC投加量為400mg/L，PAM投加量為60mg/L，反應(yīng)的pH為10；反應(yīng)時(shí)間為20～30min。

3 優(yōu)化設(shè)計(jì)的含鎳廢水處理工藝處理滾鍍鎳廢水結(jié)果

經(jīng)過二個(gè)月時(shí)間的建設(shè)，含鎳廢水處理工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)完成。利用優(yōu)化設(shè)計(jì)的含鎳廢水處理工藝，采用適宜的工藝參數(shù)，處理滾鍍鎳廢水，通過近二個(gè)月的運(yùn)行，廢水處理后水 質(zhì) 指 標(biāo) 為：pH 7～9，Ni2+0.05～0.30mg/L，COD 4～60mg/L， SS 0.1～1.2mg/L，TP 0.051～0.62mg/L，石油類0.06～0.90mg/L。水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)論

根據(jù)公司對(duì)含鎳廢水處理工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)的要求，經(jīng)過研究，確定了含鎳廢水處理工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)方案；通過中和沉淀除鎳和混凝沉淀實(shí)驗(yàn)，確定了優(yōu)化設(shè)計(jì)的含鎳廢水處理工藝適宜的工藝參數(shù)為：中和沉淀的pH為10～11，中和沉淀的反應(yīng)時(shí)間為30min；混凝沉淀PAC投加量為400mg/L，PAM投加量為60mg/L，反應(yīng)的pH為10，反應(yīng)時(shí)間為20～30min。利用優(yōu)化設(shè)計(jì)的含鎳廢水處理工藝處理滾鍍鎳廢水，水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。