電鍍廢水反滲透含鎳濃水處理工藝

　　隨著(zhù)經(jīng)濟的飛速發(fā)展，我國電鍍行業(yè)越來(lái)越發(fā)達，隨之產(chǎn)生的污染也越來(lái)越嚴重，每年產(chǎn)生的電鍍廢水約40億t。污染物種類(lèi)多樣、組分復雜是電鍍廢水的最主要特點(diǎn)，大部分含有銅、鉻、鎳、鋅、鎘、金、銀等多種重金屬污染物，以及大量添加劑、光亮劑等有機化合物。人攝入鎳元素過(guò)多會(huì )導致中毒，頭發(fā)變白，也有可能患皮膚病。另外，鎳在自然環(huán)境中十分難降解，極易在生物體內形成積累，破壞生物的正常代謝功能。因此，如果不對含鎳廢水加以處理，勢必會(huì )對環(huán)境和人體健康造成極大的危害。目前，我國處理電鍍廢水常用的方法有化學(xué)沉淀法、膜分離法、氧化還原法、電化學(xué)法等。膜分離技術(shù)因為具有操作簡(jiǎn)單、凈化效率高、耗能較少等優(yōu)點(diǎn)而逐漸被應用于我國電鍍廢水的處理中。反滲透(RO)是目前使用最多的膜分離技術(shù)，但這種方法對原水的回收效率只有60%~70%，且在此過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生反滲透濃水。這種濃水通常具有重金屬鹽濃度高的特征，可生化性很差，處理起來(lái)十分困難。江蘇某電子廠(chǎng)的電鍍廢水處理過(guò)程中便產(chǎn)生了大量含鎳濃水，亟待處理。

　　本工程針對上述反滲透產(chǎn)生的含鎳濃水的水質(zhì)特點(diǎn)，結合當地的排放標準，從提高凈化效率和節省企業(yè)用水成本兩方面來(lái)考慮，在去除水中高濃度的鎳時(shí)選擇了先進(jìn)行混凝沉淀預處理，再運用過(guò)濾吸附+超濾+離子交換的組合工藝，效果喜人。

　　1、工程概況

　　本工程處理的原水為純水系統及中水回用系統產(chǎn)生的濃水，要求處理至當地某污水處理廠(chǎng)的接管標準。純水系統的原水為自來(lái)水和中水，因產(chǎn)生的純水要作為生產(chǎn)線(xiàn)用水，故在處理工藝中采用了兩級反滲透處理。中水系統的原水為電鍍廢水預處理后回用的高鎳和低鎳廢水。純水系統和中水系統中反滲透產(chǎn)生的濃水經(jīng)混合后便進(jìn)入濃水處理系統中一起處理。濃水的水質(zhì)、水量以及出水水質(zhì)指標均見(jiàn)表1。

　　2、廢水處理工藝

　　2.1 工藝流程

　　待處理濃水的主要特點(diǎn)為總鎳、COD以及SS較高，污染物種類(lèi)多，處理較為困難。目前我國常用混凝沉淀法對含鎳的電鍍濃水進(jìn)行凈化，這種方法具有操作簡(jiǎn)單、成本低的特點(diǎn)。但是單一的混凝沉淀法對電鍍廢水中的鎳和有機物的去除效率不是特別理想，越來(lái)越滿(mǎn)足不了處理需要。膜分離工藝中的超濾技術(shù)以及離子交換技術(shù)可以深度去除電鍍廢水中一些難處理的重金屬(如鎳)，但其對進(jìn)水的要求較高。廢水中其他組分的物理化學(xué)性質(zhì)不僅會(huì )影響超濾膜的去除效率，也影響膜的污染情況。因此采用了混凝沉淀+石英砂過(guò)濾+活性炭過(guò)濾的預處理。整個(gè)工藝流程見(jiàn)圖1。

　　2.2 工藝原理分析

　　2.2.1 混凝沉淀段

　　由于純水系統和中水系統所產(chǎn)生的反滲透濃水在水質(zhì)和水量上都不是非常穩定，因此要先進(jìn)入濃水收集池進(jìn)行均質(zhì)均量，再進(jìn)入混凝池。通常pH為8~9時(shí)除磷效果最佳，而pH為10~11時(shí)除鎳效果最佳。在混凝反應池內，先通過(guò)投加適量的NaOH將pH控制在9~10的范圍內，之后通過(guò)投加適量的聚合氯化鋁(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)使水中的懸浮細小顆粒、膠體和重金屬離子增大為容易沉降的絮狀體�；炷�后的出水進(jìn)入斜板沉淀池中進(jìn)行固液分離。經(jīng)過(guò)混凝沉淀段后，水中的COD、鎳離子、SS、磷和氨氮均可以得到很大程度的去除。沉淀池出水進(jìn)入中間水池，通過(guò)投加適量的硫酸調節pH至6~9后即可進(jìn)行二次提升，送入后續處理設施中。斜板沉淀池中的污泥排入含鎳污泥池中，通過(guò)污泥壓濾機制成干泥后交由有資質(zhì)的單位處理。

　　2.2.2 石英砂過(guò)濾+活性炭過(guò)濾+超濾

　　這一階段的主要目的是對水中的COD、氨氮、SS和總磷進(jìn)行深度處理，同時(shí)對鎳作進(jìn)一步的去除。石英砂過(guò)濾器和活性炭過(guò)濾器主要是用作濃水進(jìn)入超濾設備前的預處理。

　　中間水池的出水先進(jìn)入石英砂過(guò)濾器，這一過(guò)程主要是在壓力的作用下通過(guò)過(guò)濾器中的石英砂介質(zhì)對濃水進(jìn)行過(guò)濾。濾料的截留、粘附和吸附作用可以有效去除水中的懸浮顆粒、有機物、磷和鎳。石英砂過(guò)濾器具有過(guò)濾阻力較小，比表面積大，耐酸堿腐蝕性強，抗污染性?xún)?yōu)良等特點(diǎn)。經(jīng)過(guò)濾料以及過(guò)濾器設計的優(yōu)化，石英砂過(guò)濾器在運行時(shí)對原水濃度、預處理工藝、運作條件等都有很好的適應性。過(guò)濾時(shí)，濾料會(huì )自動(dòng)形成上部較稀疏、下部密集的狀態(tài)。反洗時(shí)，過(guò)濾器內的濾料會(huì )充分分散開(kāi)來(lái)，清洗效率高。整個(gè)過(guò)濾過(guò)程速度快，精度好，截污量大。

　　經(jīng)過(guò)石英砂過(guò)濾后的濃水進(jìn)入活性炭過(guò)濾器作進(jìn)一步的凈化。由于活性炭的比表面積大，吸附能力強，因此濃水中的有機物、懸浮物等污染物都可以在此實(shí)現很大程度的截留，包括前幾級反應中遺漏下來(lái)的小分子有機物。

　　石英砂過(guò)濾器和活性炭過(guò)濾器都具有運行效率高，可24小時(shí)連續運作，不需要停機進(jìn)行反沖洗，運行維護費用少，投資省，進(jìn)水水質(zhì)要求低，出水水質(zhì)穩定，凈化效果好等特點(diǎn)，是極經(jīng)濟的超濾和離子交換預處理工藝。這兩個(gè)過(guò)濾階段產(chǎn)生的反洗水將進(jìn)入廢水處理環(huán)節中的低鎳水池作進(jìn)一步處理。

　　經(jīng)過(guò)石英砂和活性炭?jì)傻肋^(guò)濾預處理工序后的濃水進(jìn)入超濾系統。超濾是依靠超濾膜兩側的壓力差作為推動(dòng)力，以錯流或者死端方式進(jìn)行過(guò)濾的工藝，整個(gè)過(guò)程效率高，能耗小。濾膜可以使小分子物質(zhì)通過(guò)，截留膠體、蛋白質(zhì)、水溶性高聚物、細菌、芽孢等大分子和微粒，從而達到分離、分級、純化、濃縮的目的。前期投加的NaOH會(huì )與濃水中的鎳形成Ni(OH)2，它類(lèi)似于生物大分子，較難進(jìn)行沉降分離，超濾技術(shù)恰好可以解決該問(wèn)題，進(jìn)一步去除前幾道工藝未能去除的鎳。超濾過(guò)程還可以去除水中部分處于膠體態(tài)和懸浮態(tài)的COD。

　　2.2.3 離子交換樹(shù)脂

　　離子交換樹(shù)脂具有交換效率高、交換容量大、化學(xué)穩定性強、機械強度高等特點(diǎn)。其主要凈化原理是令廢水中的重金屬離子與樹(shù)脂中的離子進(jìn)行交換，從而大幅降低廢水中的重金屬離子濃度。濃水在經(jīng)過(guò)除鎳樹(shù)脂之后，凈化水中的鎳離子可以得到有效的去除。這個(gè)階段反洗除鎳樹(shù)脂時(shí)產(chǎn)生的廢水也將進(jìn)入廢水處理環(huán)節中的低鎳水池作進(jìn)一步處理。

　　3、主要構筑物及設備

　　3.1 濃水收集池

　　1座，設計尺寸為20.0m×3.5m×4.5m，有效容積315m3，鋼筋混凝土加防腐結構。安裝附件包括：KB50032出水泵，2臺(一用一備);電纜浮球型液位控制器(3點(diǎn)控制)，1套。

　　3.2 混凝反應池

　　1座，設計尺寸為2.0m×6.0m×2.5m，分3格(單格有效容積8m3)，碳鋼加防腐結構。安裝附件包括：JB-4kw不銹鋼反應攪拌機，3臺;pH-101型pH控制器，1臺;OD90加藥泵，3臺。

　　3.3 斜板沉淀池

　　2座，設計尺寸為3.0m×3.6m×4.5m，碳鋼加防腐結構。安裝附件包括：18m2斜板填料支架，規格φ50(含支架)。

　　3.4 中間水池

　　1座，設計尺寸為2.0m×6.0m×2.5m，有效容積24m3，碳鋼加防腐結構。安裝附件包括：JB-4kw不銹鋼反應攪拌機，1臺;pH-101型pH控制器，1臺;OD90加藥泵，1臺;G37-65出水泵(7.5kW，304不銹鋼)，2臺;電纜浮球型液位控制器(3點(diǎn)控制)，1套。

　　3.5 石英砂過(guò)濾器

　　2座(一用一備)，設計尺寸為φ1500mm×3150mm，壁厚6mm，含石英砂(粒徑5mm)，帶自動(dòng)反洗系統，材質(zhì)為鋼襯膠。

　　3.6 活性炭過(guò)濾器

　　2座(一用一備)，設計尺寸為φ1500mm×3150mm，壁厚6mm，含活性炭(粒徑5mm)，帶自動(dòng)反洗系統，材質(zhì)為鋼襯膠。

　　3.7 超濾系統

　　SJ-UF2640-S型柱式超濾膜組件，20支。安裝附件包括：膜架，1套;3000LPP清洗水箱(帶磁翻板液位控制，壁厚12mm)，2臺;CDL42-10清洗泵(304不銹鋼材質(zhì)，4kW)，2臺;保安過(guò)濾器(304不銹鋼材質(zhì)，含20支過(guò)濾精度為5μm的40″熔噴PP濾芯)，2套。

　　3.8 超濾出水系統

　　1座，設計容量5000L，PP材質(zhì)，壁厚15mm，帶磁翻板液位計。安裝附件包括：CDL42-10超濾反洗泵(304不銹鋼材質(zhì)，4kW)，2臺;CDL32-20-2出水泵(304不銹鋼材質(zhì)，3kW)，2臺。

　　3.9 除鎳樹(shù)脂罐

　　2座，設計尺寸為φ1500mm×3150mm，壁厚6mm，帶自動(dòng)反洗及再生系統，材質(zhì)為鋼襯膠，附除鎳樹(shù)脂。

　　4、工程調試效果

　　該工程于2017年底竣工，經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的調試后整套濃水處理系統運行穩定，出水水質(zhì)(見(jiàn)表2)達到了當地污水廠(chǎng)的接管標準。整套工程對重金屬鎳的去除率達到了99%以上。

　　5、經(jīng)濟技術(shù)指標

　　5.1 工程造價(jià)

　　本工程總造價(jià)為181萬(wàn)元，分為直接費用和間接費用兩部分：直接費用是建造設施和購買(mǎi)設備的費用，為147.6萬(wàn)元;間接費用是安裝、運輸和調試過(guò)程產(chǎn)生的費用，其中安裝及運輸費用為30.4萬(wàn)元，調試費用為3萬(wàn)元。

　　5.2 運行費用

　　運行費用包括電費、藥劑費和人工管理費三部分：

　　(1)電費：總耗電量為719.04kW·h/d，電價(jià)按0.8元/(kW·h)計算的話(huà)，處理每噸水的電費為1.58元。

　　(2)藥劑費：本系統需加酸堿調節pH，投加PAC、PAM等藥劑進(jìn)行物化反應，日常運行及調試所需藥劑、化驗儀器等由廠(chǎng)方購置。經(jīng)核算，處理每噸水所需的藥劑費約為3.20元。

　　(3)人工管理費：操作工2人，人工費3000元/月，因此處理每噸水的人工費為0.55元。以上3項合計得出處理每噸水的運行費用為5.33元。

　　6、結語(yǔ)

　　采用混凝沉淀+過(guò)濾吸附+離子交換的組合工藝充分發(fā)揮了每種技術(shù)的優(yōu)勢，使反滲透處理電鍍廢水后產(chǎn)生的含鎳濃水得到了徹底的凈化。整套工藝流程簡(jiǎn)明，構筑物占地面積小，鎳的去除穩定且高效，對有機物、懸浮物和總磷的凈化效率也達到60%~70%，美中不足的是對氨氮的去除效果一般。整套工藝出水水質(zhì)穩定，各項指標均達到了當地污水處理廠(chǎng)的接管標準。各處理設備自動(dòng)化程度高，能耗少，處理效率高，運行后每噸水的處理成本為5.33元，經(jīng)濟效益好。(來(lái)源：蘇州科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，蘇州思源環(huán)保工程有限公司)