貴金屬鎳被廣泛應用于機械、汽車(chē)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(shí)可實(shí)現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，被廣泛應用于含鎳電鍍廢水的處理和回用。
杭州某衛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)預過(guò)濾與樹(shù)脂離子交換相結合的處理工藝對其進(jìn)行處理。工程運行實(shí)踐表明，處理出水鎳質(zhì)量濃度≤0.5 mg/L，濁度≤1.0 NTU，電導率≤100 μS/cm，達到《電鍍污染物排放標準》(GB 21900—2008)的限值要求。該工程具有處理效果穩定和環(huán)境效益明顯的優(yōu)點(diǎn)。
1 廢水水量、水質(zhì)
杭州某衛浴公司含鎳電鍍廢水 主要來(lái)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，電導率為350~850 μS/cm。處理出水需滿(mǎn)足《電鍍污染物排放標準》(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(guò)濾器和精密過(guò)濾器為預處理單元，以保證進(jìn)入離子交換系統的水質(zhì)滿(mǎn)足離子交換系統要求。含鎳電鍍廢水經(jīng)調節池、多介質(zhì)過(guò)濾器和精密過(guò)濾器后依次進(jìn)入陽(yáng)離子樹(shù)脂床、陰離子樹(shù)脂床和混合樹(shù)脂床。樹(shù)脂飽和后陽(yáng)床采用質(zhì)量分數為5%~10%的HCl溶液洗脫再生，陰床采用質(zhì)量分數為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，出水可作為系統清洗水和生產(chǎn)工藝漂洗水回用。
3 主要構筑物(設備)
3.1 調節池
設調節池1座，分2格，入端布隔油、隔渣池，以實(shí)現廢水均質(zhì)均量，減輕系統負荷沖擊。調節池尺寸為9.8 m×3.2 m×3.5 m，停留時(shí)間14 h，有效容積94 m3，有效水深3 m，采用地下鋼砼結構，內壁三布四涂環(huán)氧樹(shù)脂防腐。
3.2 預過(guò)濾系統
3.2.1 多介質(zhì)過(guò)濾器
多介質(zhì)過(guò)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(wú)煙煤和石英砂為介質(zhì)濾料。無(wú)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。設有氣水反沖洗設備，配有氣動(dòng)閥、壓力表和傳感器監控運行狀態(tài)。
3.2.2 精密過(guò)濾器
精密過(guò)濾器主要用于截留多介質(zhì)過(guò)濾器出水中的微小雜質(zhì)，防止其進(jìn)入離子交換系統污染樹(shù)脂。精密過(guò)濾器外形尺寸為D 0.3 m×1.0 m，Q=10 m3/h，內裝精度5 μm濾芯。精密過(guò)濾器出水須嚴格控制濁度<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
3.3.1 陽(yáng)離子樹(shù)脂床
陽(yáng)床樹(shù)脂采用爭光D001型大孔強酸性樹(shù)脂，苯乙烯系骨架，—SO3-功功能團，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(shù)脂床
陰床樹(shù)脂采用爭光D201型大孔強堿性樹(shù)脂，苯乙烯系骨架，—N+(CH3)3功能團，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(shù)脂床
混床樹(shù)脂采用D001酸性陽(yáng)樹(shù)脂和D201堿性陰樹(shù)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
再生系統用于對陰床、陽(yáng)床以及混床樹(shù)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(gè) ，規格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、流量計和球閥等，保證再生液流量和濃度恒定。
4 運行效果
4.1 預過(guò)濾系統
運行期間，廢水pH為4.0~6.5，水溫為11.5~15.0 ℃。多介質(zhì)過(guò)濾器濾速為8.3 m/h，運行前經(jīng)過(guò)約7 h沖洗后進(jìn)行過(guò)濾，待過(guò)濾出水表觀(guān)清澈后再流入精密過(guò)濾器。運行間隔相同時(shí)間對精密過(guò)濾器出水連續取樣，考察預過(guò)濾系統的處理效果。 結果表明，廢水中的懸浮物和顆粒雜質(zhì)得到了有效去除，精密過(guò)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(mǎn)足后續離子交換系統的進(jìn)水要求，避免樹(shù)脂污染。
多介質(zhì)過(guò)濾器運行30~45 d后需進(jìn)行氣水反沖洗。確定氣反洗強度為16.5 L/(s·m2)，歷時(shí)2~3 min，水反洗強度為10.6 L/(s·m2)，歷時(shí)5~6 min，中間為氣水同時(shí)反沖洗，反沖洗過(guò)程中膨脹率控制約50%。
預處理系統配備有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。精密過(guò)濾器正常工作情況下，可維持較長(cháng)使用壽命，當進(jìn)出端壓差>0.10 MPa時(shí)需更換濾芯。
4.2 離子交換系統
離子交換系統由陽(yáng)床、陰床、混床、加壓水箱和管閥件組成。廢水經(jīng)預過(guò)濾系統后利用余壓進(jìn)入陽(yáng)床，陽(yáng)床產(chǎn)水由泵加壓后再依次進(jìn)入陰床和混床。各級樹(shù)脂床均裝有取樣閥，在混床出水處設有pH計、流量計和電導率儀，對出水水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測。其現場(chǎng)安裝情況如圖 2所示。
圖 2 離子交換系統現場(chǎng)安裝情況
離子交換系統經(jīng)調試正常運行以來(lái)，運轉良好，出水水質(zhì)、水壓和水量穩定�？紤]到當含鎳廢水電導率在100 μS/cm以下時(shí)，出水中基本檢測不出鎳離子，故監測中對各級床層出水pH和電導率作了重點(diǎn)考察，結果如表 1所示。
工程連續運行2個(gè)月來(lái)，離子交換系統出水pH和電導率的變化如圖 3和圖 4所示。
圖 3 離子交換系統出水pH的變化
圖 4 離子交換系統出水電導率的變化
出水pH的變化可在一定程度上反映樹(shù)脂的飽和程度和再生周期。由圖 4可知，運行期間離子交換系統出水pH基本維持在5.5~6.5。當pH <6.0時(shí)樹(shù)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出水電導率維持在100 μS/cm以下，相應的鎳離子質(zhì)量濃度<0.5 mg/L，鎳去除率可達95%以上。當出水電導率超過(guò)100 μS/cm時(shí)，需考慮對樹(shù)脂進(jìn)行再生。
4.3 再生系統
樹(shù)脂再生效果受再生液濃度、溫度、流速和再生時(shí)間等因素影響。再生系統中再生液進(jìn)液流速控制為4~7 m/h，陽(yáng)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(guò)30 ℃;再生液采用質(zhì)量分數為5%~10%的HCl和NaOH;再生周期為5~6 d。
5 經(jīng)濟分析
工程總投資約150萬(wàn)元，包括建(構)筑物、預過(guò)濾系統、離子交換系統和電氣自控等附屬系統的設備和儀器等。其中建(構)筑物投資約55萬(wàn)元，預過(guò)濾系統和離子交換系統投資約70萬(wàn)元，附屬系統投資約20萬(wàn)元，其他費用約5萬(wàn)元。
工程運行費用主要包括電耗、人工費及藥劑消耗等。工程總裝機功率為46.6 kW，耗電量為102.8 kW·h/d，單位水量耗電0.66 kW·h/m3，電費單價(jià)0.83元/(kW·h)，則電費為0.55元/m3;人工定員3人，人均工資為2 500元/月，則人工費為1.60元/m3;藥劑消耗主要包括HCl和NaOH，HCl單價(jià)為1.50元/kg，NaOH單價(jià)為3.5元/kg，一個(gè)再生周期內(5 d)需用藥劑各約31.2 kg，則藥劑費為31.2元/d，合0.2元/m3。合計工程運行費用為2.35元/m3。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
6 結論
(1)采用多介質(zhì)預過(guò)濾與樹(shù)脂離子交換相結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(guò)濾器濾速為8.3 m/h，離子交換總停留時(shí)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，電導率≤100 μS/cm，主要出水指標達到設計要求。
(2)本工程投資150萬(wàn)元，工程占地400 m2，運行費用為2.35元/m3。該工程的投入運行，取得了較好的社會(huì )效益，樹(shù)立了良好的企業(yè)形象。
