含镍电镀废水处理设备在线循环工程实例。
镀膜工业是世界三大污染工业之一，它所产生的废水不仅含有氰化物和大量有机污染物，还含有铜、镍、铬等重金属污染物。在这些污染物中，镍是一种常见的致癌重金属，不能生物降解，它通过食物链的积累作用对环境和人类健康造成严重危害。伴随着日益严格的环境保护标准和清洁生产要求的颁布，部分地区对电镀废水的排放已经达到了《电镀废水排放标准》(GB21900-208)的表3标准，企业面临着电镀废水提标改造的技术难题。
含镍电镀废水常用的处理工艺有化学沉淀法、生物法、吸附法、离子交换法等。化学沉淀法会引起二次污染，并有可逆反应，出水镍含量难以达到GB21900-2008表3标准；生物沉淀法处理出水中含有大量微生物，难以直接回收；吸附法是吸附重金属，吸附载体难以处理。因此，开发低成本的处理工艺对解决电镀废水的环境污染具有重要意义。
电镀厂以镍废水为处理对象，开发了以离子交换和铁基催化氧化的镍电镀废水处理设备。运行结果表明，该技术实现了水资源的在线回收和硫酸镍的回收，具有良好的环境效益和经济效益。
一，废水的来源和工艺流程。
主要进行铜合金、锌合金、塑料、不锈钢等零件的加工，选择镀镍生产线之一产生的含镍清洗废水作为处理对象。废水总量约为20m3/d，其水质见表1。
含镍电镀废水中的镍主要包括硫酸镍、氯化镍和化学镍。由于化学镀镍过程中需要添加大量的柠檬酸盐、醋酸、铵盐等络合剂和稳定剂和光亮剂，废水污染物成分复杂，处理难度大大增加。现有处理工艺(主要包括断裂、混凝、沉淀等。)处理，出水重金属指标不仅达不到GB21900-2008表3标准，还产生大量含镍污泥。这些污泥作为危险废物的外部处理，不仅浪费资源，而且处理成本高。
针对该企业含镍电镀废水中重金属含量高、有机物成分复杂、难以生物分解的水质特点，开发了以离子交换和铁基催化氧化为中的含镍电镀废水处理设备。离子交换技术不仅可以使废水中的重金属指标达到排放标准，还可以回收重金属镍；铁基催化氧化技术是微电解耦合氧化反应，可以快速地分解含镍废水中的有机物，产水可以直接回用于电镀生产线。
废水首先通过平板膜过滤系统去除悬浮物和杂质，然后通过过滤器进入离子交换系统回收金属镍离子。
离子交换系统的出水进入铁基催化氧化系统，通过加强微电解和Fenton氧化反应分解有机物，通过反渗透系统降低废水的导电性，保证出水可以回用于电镀生产线。
该处理集成技术具有污泥产量低、运行成本低的优点，可以实现水资源的在线回收和重金属镍的回收。
二是主要结构。
2.1平板膜过滤系统。
平板膜过滤系统尺寸为2.5m×2.0m×2.0m，过滤精度约为0.1μm，共1个座位，有效体积为2.5m3。内置一套平板膜组件，膜成分为碳化硅复合材料。设置2台提升泵，流量2m3/h，扬程32m，功率0.75kW。设置1台鼓风机，至大风量1.67m3/min。
碳化硅薄膜具有亲水性好、机械强度高、耐酸碱、孔隙率高、过滤精度高等优点。该过滤系统可以拦截废水中的悬浮物，防止后续离子交换系统与铁基催化氧化系统发生污染堵塞。平板膜的设计处理能力为50m3/d，运行时废水流量为1.2m3/h。
当产水压力增加或流量减少时，需要同时打开鼓风机和反洗泵清洗平板膜。定期清洗污泥，排入企业污泥池进行压滤。连续运行后，平板膜过滤系统运行稳定，产水流量1.2m3/h，出水浊度<10NTU。
2.离子交换系统。
弱酸阳离子交换树脂用于离子交换系统。在运转之前，用NaOH将树脂从H型转变为Na型，这是因为Na型树脂比H型更能交换吸附Ni2+。
运转时，含镍电镀废水通过树脂层，废水中的Ni2+与树脂上的Na+更换。树脂吸附饱和后，用H2SO4进行脱附再生，此时树脂为H型，得到的高浓度NiSO4溶液可用于补充镀液。之后，用NaOH将树脂从H型变为Na型，再次吸附Ni2+。酸洗后树脂会残留游离酸，碱洗后树脂会残留游离碱，需要用水清洗。
离子交换系统主体为UPVC圆柱罐，尺寸为D0.5m×2.0m，共4个，3用1备。圆柱内装有改性钠型金属螯合树脂，填充高度1.0m。配有布水和布气管道，配有过滤器、储液罐、反洗系统和电气控制单元。过滤器1台，304不锈钢，PP滤芯，尺寸D200mm×420mm，流量2m3/h。设置一个提升泵，流量2m3/h，扬程32m，功率0.75kW。收集水箱和中间水箱各1台，PE材料，有效体积5m3。经过平板膜过滤系统处理的含镍废水通过收集水箱进入树脂柱底部，运行时进水流量控制在1.2m3/h。
该系统采用上向流方式，与树脂充分反应后，从树脂柱顶部流出，进入中间水箱。离子交换系统处理的出水酸碱度上升至5~6，节约了中和碱成本，有效减轻了强酸对后续工艺和设备的冲击。
2.3铁基催化氧化系统。
铁基催化氧化系统为微电解耦合氧化反应，主要通过氧化还原将含镍电镀废水中的有机物氧化降解为CO2和H2O。
一方面，铁基填料中的铁和碳可以形成无数微电池，产生大量新生态的Fe2+、[H]等。，并与水中的有机物发生氧化还原反应降解；另一方面，微电解产生的Fe2+与系统运行过程中添加的H2O2快速反应，形成Fenton反应，产生的OH进一步降解有机物，既节约了亚铁盐的添加，又提高了处理效果。
铁基催化氧化系统主体为UPVC圆柱罐，尺寸为D0.5m×2.0m，共2个，串联。填充高度为1.0m，要求进水pH为弱酸性，配有H2O2加药箱反洗系统和电气控制单元。离子交换系统处理的电镀废水从中间水箱进入铁催化氧化系统，在运行过程中加入H2O2。连续运行结果表明，铁催化氧化系统处理出水COD<30毫克/升。
2.4反渗透系统。
反渗系统主体采用4个膜组件，尺寸D0.1m×1.0m,2个先并联，再与其它2个串联。配有提升泵，阻垢剂加药装置，水箱和电气控制装置。在反渗系统运行过程中，控制纯水和浓水的流量比为3:2。电镀废水的进水电导率为593.8~5711μS/cm，经反渗系统处理后，电导率降至30μS/cm以下，出水水质优于电镀厂现阶段使用的清洗水，可回用于电镀生产线。反渗系统产生的浓水进入电镀厂现有综合废水处理系统集中处理。
三是运行状况。
工作结果表明，进水Ni2+的质量浓度为67~3574mg/L，水质波动较大，经处理后，进水Ni2+的质量浓度<0.1mg/L；进水Cu2+的质量浓度为0.4~2.7mg/L；经处理后，进水Cu2+的质量浓度<0.02mg/L；进水Cr的质量浓度为0.10~0.26mg/L；经处理后，进水Cu2+的质量浓度<0.1mg/L。经处理后，废水中的Ni2+、Cu2+和总Cr的含量均符合GB21900-208表3的标准。脱附后，离子交换树脂得到的NiSO4溶液为41.6g/L，可直接回用于镀槽。
四是工艺优势。
(1)含镍电镀废水的预处理工艺采用碳化硅平板膜过滤系统，过滤精度高，机械强度高，耐酸碱，适用于含镍废水的强酸环境，去除含镍废水中的悬浮物，保证后续离子交换系统和铁基催化氧化系统的正常运行。
(2)离子交换系统采用钠型金属螯合树脂，可以有选择地吸附重金属。经过多次再生，树脂对Ni2+的吸附效率仍然很高，可以保证系统的长期稳定运行。脱附后，树脂可获得高浓度NiSO4溶液，回用于电镀生产，可降低原材料成本。
(3)铁基催化氧化系统的原理是微电解耦合Fenton氧化反应，铁基填料中之间形成的微电池，可以产生大量的[H]和Fe2+，通过加入H2O2还可以促使铁氧化物产生·OH，无选择地快速降解有机物，从而降低电镀废水中的COD含量。该工艺节能环保，处理效率高，操作简单，非常适合含镍电镀废水的在线循环处理。
(4)含镍电镀废水经在线循环处理后，Ni2+、Cu2+、总Cr和COD含量均达到GB21900-2008表3标准。该系统在运行过程中不会产生重金属污泥，只有少量悬浮污泥。
五是结论。
以某电镀厂的镍废水为处理对象，开发了以离子交换和铁基催化氧化的镍电镀废水在线循环处理技术。运行结果表明，处理水中的Ni2+、Cu2+、总Cr、COD含量达到GB21900-2008表3的基准。反渗透系统处理后，产水电导率在30μS/cm以下，出水水质明显改善，可直接回用于电镀生产线。该工程处理效率高，运行成本低，产泥量少，不仅实现了电镀行业水资源的在线循环，提高了电镀产品的质量，实现了重金属镍的有效回收，电镀废水处理设备促进了电镀行业环境效益和经济效益的协调发展。
