高浓度废水处理热线

400-0828-365

138-2929-5910




线

高cod废水处理
返回列表页

络合镍电镀废水处理工艺流程

废水处理公司,就找统泉环保

统泉环保专业承接全国各地各行业各类废水处理工程

如有废水处理需求,请拨打我司废水处理专线400-0828-365


络合镍电镀废水处理工艺流程 电镀含镍污水处理技术方法

1 引言(Introduction)


  电镀技术具有便捷、快速且高效的特点, 目前已参与到多种重工业的加工中(李道金等, 2016).但电镀过程中会排出大量有机或无机废水, 其中包括难降解的含镍、铬、铜、镉、锌等有机金属化合物, 导致电镀工业成为全球三大污染工业之一(Ishikawa et al., 2002; 马小隆等, 2005; 王天行等, 2017).化学镀镍废水主要来源于电镀过程中的化学镀环节, 另外也包含相关漂洗槽废液、设备冷却水及地面冲洗水等(戴文灿等, 2009).


  化学镀镍废水由于化学镀药剂特殊的耦合作用, 使得有机物与重金属离子之间耦合成分子量大、稳定性极强的重金属Ni络合物, 导致难以被一般氧化剂氧化.此外, 化学镀镍废水中还含有大量的络合剂、稳定剂、光亮剂等, 成分复杂, 水质生化需氧量低, 可生化性差, 不易被常规物化和生物的方法去除, 因此, 化学镀镍废水处理达标排放成为电镀废水中典型的难点问题(陈文溪等, 2017).近年来, 国家和地方环保部门对电镀废水污染物的排放要求愈加严格, 其中, 广东省《电镀水污染物排放标准》(DB44/1597—2015)就规定总Ni的排放标准为0.1 mg · L-1.


  针对常规物化处理后化学镀镍废水中低浓度、高稳态的络合Ni污染物, 往往需要增加深度处理工艺.现有深度处理技术主要包括离子交换树脂法(符丽纯等, 2018)、膜分离反渗透法(程仁振等, 2018)、生物法(杨先伟等, 2017), 以及电化学氧化(宋萌等, 2018; 袁浩等, 2018)、类芬顿氧化(刘洋等, 2015)、紫外催化氧化(刘鹏等, 2014; 夏俊方等, 2018)等高级氧化技术(AOPs).但在已有的深度处理技术研究中, 单独针对去除重金属的研究很少, 如电化学氧化技术多应用于焦化废水、垃圾渗滤液的处理, 以降解去除其中的高浓度COD、氨氮、总磷、焦油、苯、酚类化合物等污染物质.目前研究较多的类芬顿氧化技术在实际应用中不仅需要多次调节pH值, 而且会产生大量的污泥, 需额外处理, 从而增加了成本.另外, 通过调研多家电镀废水处理厂所采用的深度处理工艺(如电化学、离子交换、膜分离技术等), 发现这些工艺往往因运行成本高、现场操作维护复杂、出水不稳定且难达标等原因而形同虚设.同时, 废水中重金属污染物能否有效去除, 是后续生化工艺能否正常运行的前提之一.因此, 急需寻找一种稳定、高效的方法对废水中低浓度、高稳态的络合Ni污染物进行深度去除.


  由于臭氧具有强氧化能力、高效节能、不产生二次污染的优点, 被广泛用于工业污水深度处理、养殖废水杀菌消毒和饮用水消毒等领域(曾泳钦等, 2017; 黄磊等, 2018).近年来, 针对难处理工业废水的深度处理, 以臭氧为核心而引申出的其他新型联合高级氧化技术逐渐成为研究热点.螯合沉淀是一种高效、快速的化学沉淀方法.重金属高效捕集药剂不仅能与离子态金属进行螯合反应, 还能直接与络合态金属通过竞争螯合反应生成不溶性的络合态重金属物质, 从而将其从水中去除.如令玉林等(2011)合成了一种新的长链型二硫代氨基甲酸盐类重金属螯合剂RDTC, 对模拟废水中游离Ni和络合Ni的去除率分别高达99%和98%以上.


  前期, 本课题组已研发合成相关的DTC类捕集剂, 针对模拟废水中低浓度、高稳态络合金属污染物有高效的去除作用(Xiao et al., 2016; Yan et al., 2016; Qiu et al., 2017), 并将合成的捕集剂与臭氧氧化相耦合应用于化学镀镍废水的深度处理.初步实验研究结果表明, 针对废水中低浓度、高稳态的络合镍, 臭氧预氧化破络-重金属螯合捕集深度处理技术体系, 即O3-SN-9耦合体系, 可以稳定地将废水中的Ni降到0.1 mg · L-1以下.在此耦合体系中, 前者若能通过有效控制臭氧氧化破络进程, 将稳定的大分子络合态Ni污染物分解为易失稳的小分子络合态Ni, 后续投加SN-9捕集去除Ni, 两者有效耦合, 则能进一步确保出水效果稳定, 且节省处理成本.然而, 在此体系中, 有关废水中低浓度络合态镍被臭氧预氧化的破络控制条件和破络机制, 继而被SN-9分子上的螯合基团捕集的去除途径和机理均还未知.因此, 本文拟通过静态反应实验, 研究O3-SN-9耦合体系去除废水中络合态镍的控制性影响参数及去除效率, 并进一步通过TBA捕获· OH实验、LC-MS和FTIR等分析手段, 阐明臭氧预破络与重金属捕集的协同耦合作用机理.


  2 材料与方法(Materials and methods)


2.1 实验试剂及材料


  重金属捕集剂(SN-9)为含有—SH的化合物, 由实验室自行合成, 分子量约为437~509;聚合氯化铝(PAC)、聚丙烯酰胺(PAM)、叔丁醇(Tert-Butyl Alcohol TBA)均为分析纯, 购自天津市大茂化学试剂厂; 氢氧化钠(NaOH)、硫酸(H2SO4)、硝酸(HNO3)均为分析纯, 购自广州化学试剂厂; 乙腈(CH3CN)、甲酸(HCOOH)均为色谱纯, 购自阿拉丁公司; 实验使用水为超纯水(18 MΩ · cm-1).


  实验所用的废水取自东莞某电镀工业园废水处理厂经常规物化处理后的化学镀镍废水, 其水质情况如表 1所示.





  表 1 化学镀镍废水的水质情况


  2.2 实验设备


  20 g · h-1臭氧发生器(JH-8002y, 广州佳环电器科技有限公司); 臭氧氧化反应器(自制有机玻璃材质, DN=120 mm, h=1500 m, 有效容积20 L); 携带式臭氧浓度在线检测仪(深圳鑫海瑞科技开发有限公司); 加热型臭氧尾气分解仪(盐城朗润环保有限公司); 电子天平(JJ223BF, 常熟市双杰测试仪器厂); pH计(美国奥豪斯公司); 超纯水一体化系统(广州市深华生物技术有限公司); 六联定时电动搅拌器(JJ-4C, 苏州威尔实验用品有限公司); 超高效液相色谱串联三重四极杆质谱联用仪(LC-MS); 火焰原子吸收分光光度计(FAAS); Nicolet6700傅里叶变换红外光谱仪(FTIR).


  2.3 实验方法


  静态反应实验:臭氧氧化反应在自制的臭氧反应装置(图 1)中进行, 室温条件下, 调节反应体系的初始pH值, 分别抽入15 L化学镀镍废水于臭氧反应器内.打开臭氧发生器并调节臭氧流量, 臭氧通过曝气盘分散后进入反应体系中反应, 尾端逸出多余的臭氧经尾气分解仪加热分解后排放.距离反应器底部5 cm处开有取样口, 在设定的氧化时间内进行取样.将所取100 mL水样置于150 mL烧杯中, 加入定量的SN-9, 放置于六联定时电动搅拌器中快速(200 r · min-1)搅拌15 min; 接而加入40 mg · L-1混凝剂PAC(100 r · min-1, 5 min)、5 mg · L-1絮凝剂PAM(60 r · min-1, 3 min)辅助沉淀, 静置30 min固液分离后取上层清液.原始废水与处理后的样品均经过0.45 μm针孔滤膜过滤后, 用火焰原子吸收分光光度计测定溶液中残留的总Ni浓度.


  图 1



  图 1臭氧静态反应实验装置示意图


  TBA捕获· OH实验:在上述实验所探究的最佳条件下, 调节反应体系初始pH值为9.0, 取15 L化学镀镍废水于臭氧反应器内.打开臭氧发生器并调节臭氧载气流量, 同时分别加入10 mL · L-1与50 mL · L-1 TBA进行静态氧化反应.在设定的氧化时间内取样, 样品经上述一致的重金属捕集、混凝絮凝反应和静沉后, 取上层清液经针孔滤膜过滤, 测定溶液中残留的总Ni浓度.


  采用单因素实验法考察静态反应体系的初始pH值、臭氧载气流量、氧化时间、SN-9投加量对化学镀镍废水中总Ni去除率的影响.以上所有实验和测试每组至少设置3次平行实验, 以尽可能减小实验误差, 结果取平均值.


  2.4 分析方法


  pH采用酸度计(美国奥豪斯公司)测定; 总Ni浓度采用火焰原子吸收分光光度计测定(FAAS, 日立Z2000型, 检出限0.01 mg · L-1); 液相色谱-质谱(LC-MS, Thermo Fisher, Q Exactive)检测条件:ST PAK C18色谱柱, 流动相为0.1%甲酸-乙腈(3 : 7, V/V), 流速1.0 mL · min-1, 分析柱温度25 ℃, 进样量10 mL.傅里叶变换红外光谱分析(FTIR, Nicolet6700, 美国THERMO Fisher Scientific):KBr压片法, 在波长4000~400 cm-1范围内测定透光率.


  3 结果与讨论(Results and discussion)


3.1 O3-SN-9耦合体系废水总Ni的去除率


3.1.1 臭氧氧化初始pH值对总Ni去除率的影响


  臭氧氧化机理分为直接氧化和间接氧化两种.其中, 直接氧化反应多发生在酸性条件下, 氧化方式为亲电取代反应与偶极加成反应(陈行行等, 2017).由于臭氧分子在酸性条件下相对稳定, 一般直接氧化有机物.但受限于臭氧分子的溶解度, 导致其与废水中有机物接触不充分, 从而影响了气液间传质效率与氧化效率.臭氧间接氧化多发生在中、碱性条件下, 臭氧在碱性条件下很不稳定, 易促进其自身分解(Tamura et al., 1999), 可通过自发的一系列链式反应生成强氧化性的· OH(Weiss et al., 1935; Nadezhdin et al., 1988).而· OH比臭氧具有更高的氧化能力(Eh=2.80 eV), 其反应速率常数没有臭氧的波动大, 为4.5×108~7×109 L · mol-1 · s-1(Buxton et al., 1988).


  因此, 设置不同臭氧氧化初始pH值, 考察其对废水中低浓度、高稳态络合Ni去除率的影响, 结果如图 2a所示.由图可知, 总Ni的去除率随着初始pH的增加而逐渐升高, 但在过高pH条件下去除率反而下降.反应体系废水的初始总Ni浓度为2.76 mg · L-1, 在酸性(pH=3.0)条件下, 充分氧化50 min后, 溶液中残留的总Ni浓度仍为2.25 mg · L-1, 去除率仅有18.57%.而在初始pH分别为5.0、7.0、8.0、9.0和11.0的条件下反应相同时间, 重金属总Ni的去除率呈上升趋势, 分别达到76.26%、97.53%、97.67%、97.62%和98.34%.而在初始pH为12.0时, 总Ni去除率下降(86.45%).在去除率大于96%时, 废水中残留重金属总Ni的浓度低于0.1 mg · L-1.


咨询

电话

400服务热线

400-0828-365

紧急专线

138-2929-5910

微信

高cod废水处理

添加个人微信

QQ

高cod废水处理

添加个人QQ

邮箱

电子邮箱

dgtongquan@163.com