100m~3d含镍废水处理与回用一体化工程方案设计 66页

或读义锭采璋ＷｕｈａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅＯｆＴｅ化ｎｏｌｏｇｙ硕：ｉ：学位论文３一１００ｍ／ｄ含镇废水化理与回用体化工程方案设计类型／领域Ｉ环境工程研巧生：陈超指导教师：张莉教授培养单位：化学与环境工程学院二〇—五年十一月n分类号：Ｘ７０３学校代号：１０４９０学号：２０１２０１７２密參杉、武汉工程大学硕±学位论文？３一１００ｍ／ｄ含镇废水处理与回用体化工程方案设计作者姓名：陈超指导教师姓名、职称：张莉教授：申请学位类别：工程硕±学科专业名称环境工程研究方向：王业废水处理论文提交日期：２０１５年１０月２０日论文答辩日期：２０１５年１１月２４曰学位授予单位；武汉工程大学学位授予日期：年月日答辩委员会主席；张彩香n独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。＂＾学位论文作者签名；１＾，２０１５年１１月３０日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解我校有关保留、使用学位论文的规定，即：我校有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电，。子版允许论文查人授权工程大学研被阅本武汉生处可Ｗ将本究学位论文的全部或部分内编入有关库容数据进行检索，可采用影印、印或扫描等段存学论文缩复制手保和汇编本位。０保密，年解密。在后适用本授极书本论文属于不保密（＾。＂＂（请在上方框内打Ｖ）：学位论文作者签名指导教师签名：＾＾２０１５１１３０２０１５１１３０年月日年月日nIntegratedprojectdesignfortreatmentandreuseof100m3/dwastewatertreatmentAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterMajor：EnvironmentalEngineeringCandidate：ChenChaoSupervisor：Prof.ZhangLiWuhanInstituteofTechnologyWuhan,Hubei430073,P.R.Chinan武汉工程大学硕士学术论文摘要电镀镍因具有优异的可焊接性、抗腐蚀性、耐磨损性，在电镀行业得到广泛应用。近年来，随着电镀行业向电子、钢铁行业转移和扩展，极大推动了镍的需求量和产量。正因为这样，含镍的废水带来的环境污染问题也易忽视。电镀行业含镍污水处理方式包括化学法、物理化学法和生物法等，现有解决工艺多以达标排放为目标。随着我国高度重视重金属污染，达标排放限值日趋严格，含镍废水零污染排放亦为大势所趋。面对新形势，现有电镀含镍废水工艺的滞后性，其技术改造已迫在眉睫。本文针对电镀镍行业含镍废水的特点，提出含镍废水处理与回用为一体的的设计方案，集成“化学沉淀—化学混凝—RO—离子交换”的处理工艺。并依托江西某企业电路板的印刷污水处理工程，完成该处理工艺的工程设计。旨在实现镍污染废水零污染排放，并且从技术和经济角度综合评估镍污染废水处理工艺的可行性。本文主要结论如下：（1）100m3/d电镀含镍废水采用氢氧化物沉淀—硫化物沉淀—混凝沉淀的组合处理工艺。其中，①调节池采用差流式均化调节池，尺寸：L×W×H＝5000×2500×2500mm，总容积V=32m3，有效容积V3e=25m，并增设曝气或搅拌系统，用于充氧搅拌，对废水中有机物起到一定的降解功效。②氢氧化镍沉淀反3，有效容积V3应槽尺寸：L×W×H＝2000×1000×1500mm总容积V=3me=2m。③硫化镍沉淀反应槽尺寸：L×W×H＝2500×1000×1500mm，总容积V=4m3，有效容积V3e=2.5m。④混凝反应槽采用旋流式混凝槽，结构尺寸：φ1200×1800mm，总容积V=2.0m3，有效容积V3e=1.5m，进水管喷嘴直径d=30mm，出水口直径D20=70mm。⑤沉淀池选用竖流式沉淀池，结构：中心管有效面积f1=0.05m，中心管直径：d0=0.22m，喇叭口直径：d2=0.3m，反射板直径：d2=0.4m，中心管高度：h2=1.5m，中心管喇叭口到反射板之间的缝隙高度：h3=0.15m，沉淀池总面积：A=6m，沉淀池边长：D=3m，污泥斗高度：h5=2.3m，沉淀池总高度：H=4.6m。（2）电镀含镍废水回用集成预处理+反渗透+离子交换的深度处理工艺，最终出水可满足工艺用水水质要求，从而解决该类废水“零排放”亟待解决的问题，IIn摘要具有技术上的可行性。还可通过回收镍，产生一定的经济效益。（3）可有效去除废水中的离子态镍、络合镍以及胶体物质等，从而极大减轻回用水处理负担。电镀含镍废水处理与回用工程建成后，运行成本：药剂费为232.5元/d（2.32元/t水），电费为106.4元/d（1.06元/t水），人工费为50元/d（0.50元/t水），工程综合运行成本为3.89元/t废水。（4）电镀含镍废水处理与回用技术，可为同类废水处理的技术改造提供参考和借鉴。关键词：电镀含镍废水；处理；回用；膜分离；离子交换；工程设计IIIn武汉工程大学硕士学术论文AbstractNickelplatinghasbeenwidelyusedinelectroplatingindustrybecauseofitsexcellentwearresistance,corrosionresistance,andcanbewelded.Inrecentyears,withtheelectroplatingindustrytotheelectronics,ironandsteelindustrytransferandexpansion,whicharegreatlypromotedthedemandfornickelandproduction.Atthesametime,theproblemofenvironmentalpollutionofnickelcontainingwastewatercannotbeignored.Treatmentmethodsofelectroplatingwastewatercontainingnickelincludechemical,physical,chemical,biological,etc.,andtheexistingtreatmentprocessismorethanthestandarddischarge.WiththehighattentiontotheheavymetalpollutioninChina,theemissionstandardsarebecomingmoreandmorestrict,andthezerodischargeofwastewatercontainingnickelisalsoatrend.Inthefaceofthenewsituation,thelaggingoftheprocessoftheelectroplatingwastewatercontainingnickel,thetechnologicaltransformationisimminent.Inthispaper,thedesignmethodofthetreatmentandreuseofnickelcontainingwastewaterispresentedinthispaper.Thetreatmentprocessofchemicalprecipitation,chemicalcoagulation,RO-ionexchangeisproposed.AndrelyingonaprintedcircuitboardenterprisewastewatertreatmentprojectinJiangxi,theenterprise100m3/dcontainingnickelwastewatertreatmentandreuseprocessengineeringdesign.Toachievezerodischargeofnickelcontainingwastewater,andtoevaluatethefeasibilityofcomprehensiveevaluationofthetreatmentprocessofwastewatercontainingnickelfromtechnicalandeconomicpointofview.Themainconclusionsofthispaperareasfollows:(1)Thecombinedtreatmentprocessof100m3/dplatingwastewatercontainingnickelhydroxideprecipitation,sulfideprecipitation,coagulationandprecipitation.Amongthem,theregulationpoolisregulatedbydifferentialflow.ThesizeofW*L*HIVnAbstract*=5000*2500*2500mm,thetotalcapacityofM3Ve=25,theeffectivevolumeofM3V=32,andtheadditionofaerationorstirringsystem,forthefulloxygenstirring,theorganiccompoundsinwastewaterdegradation.Thenickelhydroxideprecipitationreactiontanksize:L*W*H=2000x1000x1500mmtotalvolumeofV=3m3,theeffectivevolumeofVe=2m3.Nickelsulfideprecipitationreactiongroovesize:WxHxL=1000x1500x2500mm,thetotalvolumeofM3V=4,theeffectivevolumeofM3Ve=2.5.Thecoagulationreactiontankwithswirlcoagulationbath,size:1200x1800mm,ThetotalvolumeofV=2.0m3,theeffectivevolumeofVe=1.5m3,theinletdiameterofthenozzleoutletdiameterd=30mm,D0=70mm.Precipitationpoolchooseverticalflowsedimentationtank,structurecentraltubeeffectiveareaf1=0.05m2,centertubediameter:d0=0.22m.Thediameterofthebellmouth:d2=0.3m,reflectordiameter:d2=0.4m,centertubeheight:h2=1.5m,centraltubetrumpettoreflectingplatebetweentheslotheight:h3=0.15m,sedimentationtankswithatotalareaof,A=6msedimentationtanklength:D=3m,thesludgebucketheight:h5=2.3m,sedimentationtankswithatotalheight:H=4.6m.(2)Theadvancedtreatmentprocessoftheintegratedpretreatmentandreverseosmosis+ionexchangefortheelectroplatingofnickelcontainingwastewatercanmeettherequirementsoftheprocesswaterquality.Itcanalsoproduceacertaineconomicbenefitbyrecoveringnickel.(3)Theeffectiveremovaloftheionicstateofthewastewater,nickel,nickelcomplexandcolloidalmaterialcangreatlyreducetheburdenonthetreatmentofthewastewater.Aftertreatmentandreuseofnickelcontainingwastewater,theoperationcostwas232.5yuan/d(2.32yuan/twater),theelectricchargewas106.4yuan/d(1.06yuan/twater),thelaborcostwas50yuan/d(0.50yuan/twater),andthecomprehensiveoperationcostwas3.89yuan/twastewater.(4)ThetreatmentandreusetechnologyoftheelectroplatingwastewatercontainingVn武汉工程大学硕士学术论文nickelcanprovidereferenceandreferenceforthetechnicaltransformationofthesamekindofwastewatertreatment.Keywords:nickelplatingwastewater;treatment;reuse;membraneseparation;ionexchange;engineeringdesign.VIn目录目录摘要..............................................................................................................IIAbstract..........................................................................................................IV目录.............................................................................................................VII第一章文献综述.............................................................................................11.1镍的性质与用途..................................................................................11.2含镍废水来源及危害..........................................................................21.3含镍废水处理的国内外研究现状......................................................31.4选题背景与主要研究内容................................................................101.4.1选题背景....................................................................................101.4.2研究目的....................................................................................111.4.3研究内容....................................................................................11第二章含镍废水处理及回用工艺的技术原理与技术要点......................132.1含镍废水处理技术原理与要点........................................................132.1.1化学沉淀技术原理....................................................................132.1.2化学沉淀法技术要点................................................................132.1.3化学混凝法技术原理................................................................142.1.4化学混凝法技术要点................................................................152.2回用水处理工艺技术原理................................................................162.2.1微滤技术原理............................................................................16VIIn武汉工程大学硕士学术论文2.2.2超滤技术原理............................................................................162.2.3反渗透技术原理........................................................................172.2.4离子交换法技术原理................................................................172.3回用水处理工艺技术要点................................................................182.3.1膜分离技术要点........................................................................182.3.2离子交换法技术要点................................................................19第三章含镍废水处理与回用技术的工程设计..........................................213.1工程背景............................................................................................213.2水量与水质.........................................................................................213.3废水应执行的排放标准和设计目标.................................................213.4含镍废水处理工艺设计....................................................................223.4.1含镍废水处理工艺流程............................................................223.4.2工艺流程说明............................................................................223.5含镍废水处理系统工程设计.............................................................243.5.1调节池........................................................................................243.5.2反应池........................................................................................243.5.3破络池........................................................................................253.5.4混凝反应池................................................................................263.5.5斜板沉淀池................................................................................273.6回用水处理工艺设计........................................................................283.6.1回用水处理工艺流程................................................................28VIIIn目录3.6.2工艺流程说明............................................................................283.7回用水处理系统工程设计................................................................303.7.1预处理系统................................................................................303.7.2反渗透（RO）系统..................................................................35第四章含镍废水处理与回用技术的技术性与经济性评估......................414.1电镀含镍废水处理与回用工艺的技术性评估................................414.1.1含镍废水处理工艺的技术性评估............................................414.1.2回用水处理工艺的技术性分析................................................424.2电镀含镍废水处理与回用工艺的经济性评估................................44第五章结论...................................................................................................47参考文献.........................................................................................................49攻读硕士期间已发表的论文.........................................................................53致谢.............................................................................................................55IXn第一章文献综述第一章文献综述1.1镍的性质与用途镍是一种具有铁磁性和良好延展性的金属元素，在地壳中主要存在于铁镁质岩石，如橄榄岩等。因为镍具有抗腐蚀性和高度抛光且主要作为催化剂用在合金等方面。金属镍主要用于电镀工业，在电镀镍中，一般采用两种镀镍工艺，一种方式称作电解镀镍，是通过电解进行镀镍，工艺中以镍金属作为阳极，以待镀金属作镍或无电解镀镍/自催化镀镍，主要根据化学镍镀液镍离子的金属在自催化镍金属表面作用下用次磷酸钠还原剂进行还原到沉积的过程。电镀镍的加工量仅次于镀锌，因为它有优异的耐磨性、抗腐蚀性及可焊接性，电镀行业中整体排在第二位。镀镍物品不易锈蚀，而且干净、亮洁、美观。很细的镍粉作为催化剂经常使用在化学工业上。近年来，传统的机械、轻工等电镀行业慢慢向电子和钢铁等电镀行业迁移和扩展，也极大推动了镍的需求量和产量。据中商产业研究院数据库（AskCIData)统计（见图1.1），2010年以来，我国镍的产量呈波动上升态势。除2012年外，每年镍产量都在27%的增加率以上。2015年1～6月，国内生产镍的量达17.63万t，相比增长21.19%。403530t)25万(20产量1510502010年2011年2012年2013年2014年图1.1国内2010～2014年镍产量1n武汉工程大学硕士学术论文1.2含镍废水来源及危害含有镍的废水来源于以电镀为主的金属表面处理行业。生产过程中镀镍及漂洗镀件的水是含镍电镀废水主要两大块，它们有很高镍离子浓度含量且废镀液量比较少。镍的电镀或者化学镀镍时，零件会使用自来水进行洗涤，车间电镀污水的排放量80%以上主要来至于洗涤过程中所产生的镀件漂洗水。出现水量很大的情况，是因为与镀槽废液比较，废镀液的水同比漂洗镀件的废水镍离子浓度要相对大一些。镍电镀方式不同，在含有镍的废水中表现形态也不同：电镀镍产2+生废水或废液，镍形态的表现主要是镍离子（Ni）的形式；对镀镍的化学方法，因其中络合健形成是以离子镍与络合溶剂结合，废水及液体废料中相当一部分是以络合物的形态存在的镍。同时污水中还有很多次磷酸根离子。大自然水体中以硫酸盐、硝酸盐、卤化物以及某些无机和有机络合物的形式表现的是溶解态的镍。以形成沉淀或共沉淀及在晶形沉积物中朝底质移动的方式，是水中移动的镍，镍的这种方式移动量占总量的约为80%；而消溶态随水流移动的镍和吸附在固体上形态的移动的镍约占5%。因此，镍在大自然水中多数聚集于底质沉积物之中，镍含量在沉积物中大概有18～47ppm，为镍在水中含量的38000～92000倍。从浇灌用水、空气降尘、岩石风化、田地施肥、植被和动物尸体的腐烂等来的以土壤中的镍为主。土壤中被带走镍是由植被生长和田地排水中产生。大体上，土壤的含镍离子被土地无机和有机复合物所吸收，基本富集在表层，多是以通过污水灌溉进入。镍本身所具备的生物化学性质，通过激活或者抑制体内部分酶活性来生成有害性，金属所含的镍基本没有紧急毒性，普通的镍盐毒性也相对低。它可导致相互传染的皮肤炎症。镍中毒的人所表现的是皮肤炎、呼吸器官不畅及呼吸道癌。镍难以在自然环境中降解，因此，镍污染属于典型的重金属类污染，如果含镍废水任意排放，不仅造成严重的环境污染，对人体健康危害也较大。鉴于镍对环境危害性，我国先后出台《污水综合排放标准》（GB8978-1996）和《电镀污染物排放标准》（GB21900-2008）中，镍均属于第一类污染物，其最高2n第一章文献综述允许排放浓度分别为1.0mg/L和0.5mg/L，体现了对污水中镍含量排放要求从严趋势。1.3含镍废水处理的国内外研究现状目前国内外的对于含镍废水的治理方式有很多，根据每种处理方法的基本原理不同，可以静这些处理方式分为化学法、物理化学法和生物处理法三种方法。⑴化学法由于在电镀镍的过程中，镀槽罐和洗涤镀件时都会产生含有镍的废水，并且虽然产生的废水量并不多，但是其中富含的镍离子浓度却较高，因此含镍废水的处理也成为了很多学者的关注对象。生产工艺80%以上排放量是在洗涤镀件过程中产生的水。洗涤镀件耗费的水比较多，但与废镀槽液比较，它的镍离子浓度要差很多。根据《电镀污染物排放标准》(GB21900—2008)表2可知，处理后的电镀废水中镍含量最高为0.5mg/L，才能允许直接排出。对于含镍废水的处理目前既有运用传统法如化学沉淀法等，也有运用新型处理方法的如高效重金属螯合沉淀法和铁氧化法。①化学沉淀法化学沉淀法的本质是利用镍化合物自身的容量积较小的特征，使其产生沉淀后从水中去除。而氢氧化物沉淀法和硫化物沉淀法则是依据化学沉淀类型的不同来区分。氢氧化物沉淀法是朝水中投加碱性药剂，使镍离子生成氢氧化钠沉积的形式从水中消除。Ni(OH)2的溶度积与-logKsp分别为2.0×10-15和14.7。氢氧化物法清镍惯用的溶剂有苛性钠（NaOH）、石灰乳（CaO和Ca(OH)2）和Na2CO3等。当用碱将pH值调至约9时，镍离子浓度降到10-5mol/L，即可视为完全去除。李姣等人在处理电镀废水时就使用的是化学沉淀法，他们主要利用的是CaO、CaCl2、BaCl2三种破络合的溶剂来处理该废水。经过处理后发现：三种破络合溶剂中，BaCl2的破络合成果最好，效果相对较明显，使含镍离子的消除率最高，CaCl2的结果最差。而使用CaO与BaCl2相结合来处理含镍废水时，其去除效率可以达到很高。除此3n武汉工程大学硕士学术论文之外，当镍离子的去除率相同时，BaCl2的使用剂量对比单独处治镀镍污水时的剂量少。林德贤等人在处理含镍废水之前，需要先使用Fenton试剂将其进行氧化处理，然手再使用NaClO将其进行氧化，将这些预处理完成之后，使用化学沉淀法处理上清液，以降低废水中的镍离子含量。3+2+根据铁（Fe）和亚铁（Fe）离子在酸性条件下有机物发生络合反应形成的络合物稳定性大于镍的络合物的原理，采取硫化钠和硫酸亚铁相联合的化学沉淀法处理含镍废水。小试成果显示，该含镍废水处治的优选操作要求分别是pH值为2，硫酸亚铁、Na2S、石灰和絮凝剂聚丙烯酰胺（PAM）的投加量分别为1.29g/L、0.52g/L、1.12g/L和0.02g/L，经过处治后废水中的镍含有量从初始的20.5mg/L降至0.022mg/L，消除效率高达99%以上。最佳工艺条件应用于工程实践后，镍的去除率由技改前的95%提高到约99%，出水中的镍含量达到GB21900—2008《电镀污染物排放标准》（GB21900-2008）中镍的排放限值要求。化学沉淀法时处理电镀废水比较经典的一种方法。该方法的优点包括：投资少、运行成本低等优点。但是，在整个处理过程中有可能会产生二次污染。尽管如此，随着人们对含镍废水的研究越来越深入，破络合剂以及金属捕集剂也在迅速的发展，克服了传统的化学沉淀法上存在的一些不足之处，使得去除效率逐渐提高。②铁氧体法铁氧化法是目前较为新型的处理方法。该方法的处理原理是重金属离子在硫酸铁的作用下，形成了一种叫做铁氧体的晶体，该晶体会2+沉淀下来，从而达到去除金属离子的目的。一般n(Ni)：n(FeSO4)为1：2~1：3，废水中镍离子质量浓度为30~200mg/L时，采用铁氧体法处治后形成不会再消溶，也无次生污染，大且易于分离的沉淀颗粒，处理完的水质好，可以达到要求的标准限值并排出。常军霞等经过化学实验分析等，考究了铁氧体法处治废水镍污染2+2+的生产条件。结果表明，在pH=9.0，n(Fe)∶n(Ni)=2：1，当温度到达70℃时，镍达到了很高的转化率。李静红等实验了室温下对低浓度含镍废水铁氧体法处理的技术4n第一章文献综述性条件。试验结果表明，以Na2CO3为pH调节剂，在pH为8.5~9.0，3+2+2+n(Fe)∶n(Fe2+)=1.5∶1，n(Fe)∶n(Ni)=12：1，在15min的混合时间情况下，处治的结果最理想，并且超过98%的镍离子可以被去除，使得废水中的该离子浓度也大大降低，达到了要求的排放标准。二价铁离子在Fenton法和铁氧化法这两种处理方法中都会出现。因此，江洪龙等人提出，将Fenton法和铁氧化法两种方法相结合的处理方式来处理含有铜、镍等金属离子的电镀废水。结果表明，在废水+初始pH=3，H2O2初始质量浓度为3.33g/L，m(Fe2)：m(H2O2)=0.1，废水的最优处理温度为25℃，用Fenton试剂对废水进行大约60min的处理后，控制废水的沉淀pH和曝气流量，此时水中的铁与其他的金属离子之间的质量比约为10，然后将温度控制到约50℃，曝气时间控制为60min后，废水中的镍离子的含量大大下降，质量浓度大约为0.33mg/L，达到了要求的排放限制。因此处理后的废水可以直接排放。除此之外，对污泥沉淀物进行了研究分析后，发现如果相关技术条件允许，废水中产生的Fe3O4等铁氧化物的沉淀物质可以进行回收并重复利用，因为该沉淀物质并不会产生二次污染，并且回收后可以当作磁性材料进行利用。铁氧体法处治含有镍指标的电镀废水具有处理设施容易、投资成本少、剩余废渣可回收再用等优点。如今，铁氧体技术正由单一方式向多种类复合行的方向发展，利用自身优势并与其他污水处治技术相融合构成新技术方法，让它对重金属废水的处理更尽善尽美。③高分子螯合沉淀法随着近几年对于这一类废水的研究越来越多，在传统工艺的基础之上，又出现了较为新型的沉淀剂，即重金属螯合剂。该沉淀剂的出现，弥补了一些传统工艺上存在的问题。刘存海等人经过多次实验之后合成了一种新型的关于重金属离子处理的螯合剂HMCA。将该螯合剂用来处理含镍废水时，应首先将2+pH调至6.5~7.5，此时，Ni的去除率可达98.5%以上。这种螯合剂对2+2+于Ni的处理具有较好的处理效果，并且该螯合剂与Ni螯合之后产生的螯合产品性能很平稳，具有较好的实用效果。刘转年等人也经过反复的实验研究后，发现了新型的处理金属离5n武汉工程大学硕士学术论文子的螯合剂，即PAS。该螯合剂是在碱性条件下合成的，并且即有絮凝的功能也有螯合的功能。将该螯合剂应用于废水中镍离子的螯合实验时，对于50mg/L的含镍废水，仅使用大约0.6mL的PAS就可以将水2+中的镍离子浓度大大减小，去除效率较高。可见PAS对Ni是一种良好的螯合剂。⑵物理化学法随着人们对电镀废水的研究越来越深入，各种新型的物理或化学方法使得电镀废水中金属离子的回用成为了现实，达到了清洁生产的要求。目前，处理含镍电镀废水的新型且高效的各种处理方法包括吸附技术、离子交换技术等。而这些技术都是在传统技术之上，加入了资源回收利用的过程发展而来的。①吸附法利用吸附剂独特的结构，吸附废水中存在的污染物从而将其去除的方法成为吸附法。目前处理含镍电镀废水的吸附剂一般有活性炭、沸石等，这些吸附剂的吸附能力都较强。把活性炭作为吸附剂处理含镍废水可以成功的将废水中的镍离子去除，达到较高的去除效率。齐延山等人对于粉末状活性炭吸附废水中低浓度柠檬酸络合镍离子的吸附能力进行了一定的研究。研究后发现，将溶液的pH调节到11时，向废水中添加质量浓度10.0g/L的活性炭，此时经过吸附剂的吸附后，废水中镍的去除率达到了72.3%。人造沸石与天然沸石的功能从大体上来说是一样的，但是人造沸石孔道内的杂质并不多，因此其可以使用的程度也相对较宽。有实验研究发现，当使用斜发沸石对废水中的镍离子进行吸附时，该吸附剂的最大负载能力可以达到13.03mg/g。由于沸石对于金属离子的吸附也是有限度的。因此为了提高沸石的吸附能力，李晶等人利用丁二酮肟(DMG)来改善了沸石的表面，使用十六烷基三甲基溴化铵（CTAB)将人造沸石改性之后再来吸附模2+拟废水中存在的Ni。结果表明：将温度调节到35℃，pH调为中性，液体体积约25mL时，利用新型改性沸石将电镀废水进行镍离子的去除，然后使用分光光度法对最终的去除效果进行分析处理。结果显示：当pH为4，吸附时间大约为2h时，废水中的镍离子能够达到很高的去6n第一章文献综述除率，大约为99%。使用后的Na-Y型沸石经过HCl和NaCl的混合液清洗后依然可以回收利用。虽然重复利用后沸石的吸附能力会有所下降，但是并不会有很大的差别。2+除以上学者的研究之外，罗道成也对处理金属Ni做了一定的研究。他使用腐殖酸树脂作为试剂，吸附水中的金属镍离子。由实验结2+果可知：废水中的pH值为5.0~7.0，Ni质量浓度为50mg/L时，水中2+的Ni去除率较高，达到了约98%以上。其处理原理是利用了腐殖酸2+树脂对Ni进行了离子互换或者络合吸附而将其消除。迄今为止，使用较为广泛的吸附剂价格都较贵，这个缺点使得吸附负载这项新型技术在工业上的大量应用受到了阻碍。但是用该方法处理电镀废水时仍然存在一些问题，例如这些吸附剂的再生，和过程中可能会产生的二次污染。②分离技术膜分离技术也是目前较为新型的一种处理技术。利用膜分离技术来处理含镍废水，不仅可以达到去除镍离子的目的，还可以将其进行回收利用，节约了能源，因为镍离子不仅是重金属还是贵金属。周理君在进行含镍废水处理时，使用了超滤-反渗透二者相结合的处理方法，使其浓缩之后进行分离，最后得到的出水已经接近于纯净水。此外，胡齐福等人也对含镍废水处理进行了研究，他们运用的方法是两级RO膜系统处理。最终镍的去除率也较高。王昕彤对于电镀镍废水进行处理研究时，使用的也是此方法，处理后发现镍离子的去除率相对较高，约达到了99.5%。所以其处理后废水达到了排放标准，可以直接出水排放，也可以回用于车间使用，2+节约了运行成本。而李兴云等是使用的膜电解法，该废水中Ni的浓度为2000mg/L，pH为5.32。除此之外，他们还对单阳膜二极室、单阴膜二极室以及双膜三极室这三种不同膜电解组合对于该废水的处理效果进行了分析比较。分析后结果：对于单阴膜电解法，在其处理过+-+2+程中产生的H和OH会发生混合，然而阴膜会抑制H的穿过，所以Ni的去除效率会因此而增加。且电流率达到90%以上，跟一般的电解法比较上升了30%，电解率都比单阳膜和双膜三室电解要高一些。在使用电渗透分析法来处理废水时，为了提高最终的处理效率，需要保证7n武汉工程大学硕士学术论文2+清洗水中的Ni浓度≥1.5g/L。此外，该处理方法有一个明显的优势是，浓缩液的浓缩比比反渗透的浓缩比高，这一优点也使得废水中的镍再生得到了可能。目前，经过我国学者们作出的相关实验可知，电渗析法对于硫酸镍的回收效率较高[31]，并且将回收后的硫酸镍浓度可以达到80~100g/L，纯度较高使得这些硫酸镍能够直接回流进电镀槽使用，这样也节约了成本。利用膜分离技术处理电镀废水具有一定的优势。经过膜分离技术2+处理废水后，水中的Ni得到了有效的去除，且去除效率较高。此外，将过滤膜上截留的含有镍离子的沉渣收集后进行重复利用，具有一定的经济效益和环保效益。该技术的优点包括：设备简单、处理效率高、操作简单以及不会产生次生污染。但是该方法由于膜组件价格较高，并且再使用过程中可能会产生一定的二次污染，这些缺点对于膜技术的广泛应用产生了较大的影响。③离子交换技术由于新型大孔型离子的交换树脂和离子的交换连续化工艺的一致发展，采用离子交换的方法作为镀镍过程洗涤水“零排放”的方法每每引起学术界的关注。侯新刚通过对低浓度硫酸镍溶液运用离子交换的方法进行吸收附载性的分析实验，结论是：使用001×8型强列酸性，阳离子凝胶类交换树脂，其中离子质量浓度为1.0g/L，在室温条件下，取用该树脂4.0g，反应时间1h，过程耗时60min，pH5~6，相关离子回收的效率可去到95%以上。有关的动力学术研究说明，吸收附载的速率受液膜扩散控制的影响较大。针对弱酸性电镀废水，宋吉明采用螯合树脂对废水中的镍离子进++行吸收试验，其中氨基磷酸相较其他螯合树脂，在由H型转Na型后，i2+镍离子的吸收附载量较大，并且提高29.5%，处理后水中N质量浓度小于0.020mg/L。离子交换方法与其他处理工艺联用，例如膜技术，对于处理含镍的电镀废水有较明显的效果。吴洪峰将离子交换与膜技术结合，工艺流程为：离子交换—超滤—反渗透组合工艺，经过连续4个多月的运行后，镀镍洗涤废水中镍离子浓度大大降低，由424mg/L下降至1.08n第一章文献综述mg/L以下。该废水中的镍离子回收率大于99%，废水整体循环利用率大于60%。这种办法含有较稳定的出水质以及可循环再用的镍资源、水资源等特点。④离子浮选技术通过离子浮选技术可将废水的重金属离子消除，其中镍离子消除率较高。戴文灿等利用离子浮选技术，对电镀废水几个主要的金属离子试验，得出镍离子消除率较高，废水中镍离子质量浓度可消除至0.33mg/L，镍转移至泡沫产品中，镍元素品味可打13.2%，具有极高的资源回收价值。在处理多元金属混合废水方面，浮选法均能达到较高的去除率。董红星处理铜与镍的二元金属离子，铜去除率为92.46%，镍去除率为93.14%。陶有胜对镍离子单一浮选处理，实验得到镍离子回收率99.5%以上；对镍离子与铜离子混合浮选处理，实验得出两种重金属离子，回收率均明显提高，铜离子回收率可达100%。离子浮选法基于消除效率高和贵金属循环利用的特色，广泛运用于电镀行业废水处理中。然而，现今研究集中于利用离子浮选法处理单组分重金属废水，对于多组分废水，离子浮选法应用较少。⑶生物处理法如今，利用生物性吸附这种方法方式来处治含有镍离子废水的主要问题在于可用于吸附镍离子的菌种吸附量普遍较低。李兰松研究了镍吸附细菌B8，在通过射频低温等离子体诱变后，利用突变体Ni12(Pseudomonascedrina)进行镍离子吸附实验，突变体吸附量明显提供，吸附量为136.7mg/g(干菌体)，比B8提高了11.7%。采用微生物曝气挂膜，将突变菌体固定在载体多孔陶瓷上，而后进行镍离子吸附实验，镍离子吸附效率高达86%。镍离子吸附菌体Ni12，具有稳定遗传的强吸附特性，利用该菌体处理含镍废水前景广阔。通过菌种筛选，赵玉清找到了嗜镍菌，在最优条件下研究该嗜镍菌对镍离子的特效性吸附。对于质量浓度为25mg/L的含镍废水，2h吸附趋于平衡，吸附率为97.7%；对于镍离子浓度超标50倍的废水，通过一次吸附，废水中镍离子浓度大大降低，可低至排放标准要求。硫酸盐还原菌在稻壳上固化后，也能去除废水中的镍离子，李娟9n武汉工程大学硕士学术论文通过实验得出去除率高达99%。其中各种细菌起到不同的作用，红杆2+菌去除镍离子，效率可达90%。白腐菌(P.chrysosporium)对Ni的最大吸附量可达56mg/g。与原始菌株相比，基因重组大大增强了菌体E.2+coliJM10对Ni富集能力。目前，在国内实验室，固定细胞体系、基因工程技术均能熟练运用于生物吸附研究。但是，微生物吸附技术还未能在工业上广泛运用，主要局限于2个方面，一是对生物吸附机理缺乏认识，还需探究生物吸附反应过程中的动力学与热力学；二是生物吸附剂性能较弱，还应在价格、吸附容量上取得更大突破。1.4选题背景与主要研究内容1.4.1选题背景近年来，因我国重金属污染事件频发，重金属污染及其防治已引起高度重视。由环境保护部主持编制、国务院批复的《重金属污染综合防治“十二五”规划》中，明确提出“重金属相关产业结构进一步优化，污染源综合防治水平大幅度提升，突发性重金属污染[30]事件高发态势得到基本遏制”，“重点企业实现稳定达标排放，重点区域重点重金属污染物排放量比2007年减少15%......非重点区域重点重金属污染物排放量不超过2007年水平，重金属污染得到有效控制”。重金属污染防治及受污染环境介质修复已成为我国十二五期间污染控制与治理的重中之重。因相关污染物排放标准中，最高允许排放限值趋于严格，许多地区已要求尤其涉及第一类污染物的废水实现零排放。在此背景下，国内许多电镀镍企业现有的含镍废水处理工艺，无论从处理工艺还是处理程度都存在一定的滞后性，日益成为制约行业可持续发展的瓶颈因素。因此含镍废水处理工艺的技术升级与改造已显得迫在眉睫。10n第一章文献综述1.4.2研究目的本文针对电镀镍行业含镍废水的特点，提出含镍废水处理与回用为一体的的设计方案，集成“化学沉淀—化学混凝—RO—离子交换”的处理工艺。并依托江西某印刷电路板企业废水处理工程，完成该处理工艺的工程设计。旨在实现含镍废水零排放，并且从技术和经济角度综合评估含镍废水处理工艺的可行性。1.4.3研究内容⑴系统分析电镀含镍废水的特性和现有处理方法与工艺的工程经验与不足，针对提出技术可靠、处理效果好、运行稳定、经济适用的处理工艺。⑵根据印刷电路板企业含镍废水水质水量特点和排放标准要求，确定设计目标，完成各单元的工艺设计。。⑶根据预期处理效果和工程投资与运行费用估算，进行含镍废水处理与回用工艺技术性与经济性的可行性分析。11n武汉工程大学硕士学术论文12n第二章含镍废水处理及回用工艺的技术原理与技术要点第二章含镍废水处理及回用工艺的技术原理与技术要点2.1含镍废水处理技术原理与要点2.1.1化学沉淀技术原理⑴氢氧化物沉淀法与多数重金属离子相似，镍也可以生成难溶的氢氧化物沉淀。氢氧化镍的沉淀反应为：2Ni2OHNi(OH)2-15-15.2氢氧化镍的溶度积（Ksp）为2.0×10，lgKsp=10。氢氧化物沉淀法主要用于去除废水中离子形式的镍。对于镍浓度不高、主要以离子形式存在的电镀含镍废水，可以直接投加片碱，将2+-pH值调节至pH11左右，镍离子（Ni）与水中的OH氢氧根结合，生成氢氧化镍沉淀而去除。(2)硫化物沉淀法化学镀镍工艺中，加入的络合剂，如次磷酸、亚磷酸、次亚磷酸会与镍反应，形成络合镍。络合镍性质稳定，难以和水中的OH-结合，需要加入重金属捕收剂等，破坏络合物的结构，使镍以离子形式释放，再通过生成氢氧化物沉淀形式去除；或直接生成更难溶的沉淀物。硫化镍（NiS）的溶度积（Ksp）和lgKsp分别为1.07×10-21和-20.97，远低于氢氧化镍，因此，与氢氧化物沉淀法相比，硫化物沉淀是去除络合镍更有效的化学沉淀法类型。2.1.2化学沉淀法技术要点⑴氢氧化物沉淀法pH值对氢氧化物沉淀的影响很大，如果pH值偏离适宜的范围，即pH过高或过低，都会导致沉淀效果下降。理论上，Ni(OH)2完全沉淀的pH值应在pH13以上，因此，pH值越高，越有利于氢氧化镍13n武汉工程大学硕士学术论文沉淀生成，但pH值过高，会增加运行的成本和负担。实际操作中，废水pH值调至pH9以上，可以取得较佳的沉淀效果。⑵硫化物沉淀法①pH值一定pH值条件下，硫化物沉淀工艺的适用性不仅取决于硫化镍的溶度积，而且与镍离子的价态和浓度有关。如果pH值大于硫化镍沉淀的平衡pH值，金硫化镍将以沉淀形式析出。pH过低时会生成H2S气体。②沉淀剂类型硫化氢、硫化钠、硫化钾等均可作为硫化物沉淀法的沉淀剂，其中，以硫化氢为沉淀剂时，硫化氢在水中发生两级离解：HSHHS22HSHS+H2S的两级离解都会向水中释放H离子，导致pH值降低。而重金属离子的浓度也和pH有关，一般随着pH值降低，溶解度增加。因此，硫化氢的离解可能影响沉淀效果。③沉淀剂投加量硫化物沉淀剂比氢氧化物沉淀剂，如石灰等价格昂贵，处理费用较高，投加量过大，还会增加污泥处理负担，产生二次污染等问题。应根据沉淀剂与水中重金属离子间的化学计量关系，通过计算得到理论最佳投加量，再考虑不均匀系数等因素，从而确定实际操作适宜的投加量。因此，硫化物沉淀应重点考虑废水pH值、沉淀剂类型和投加量，以节省运行费用，减轻可能的二次污染。2.1.3化学混凝法技术原理虽然硫化镍溶度积更小，更易生成沉淀，但硫化镍沉淀颗粒细小，难以固液分离，且废水中的胶体物质和细小的悬浮颗粒也难以自然沉降。化学混凝法通过混凝剂/絮凝剂，可改善硫化镍沉淀的凝聚和沉降性能，并强化对废水中胶体和细小悬浮物的去除效果。无机混凝剂主要包括铝盐和铁盐。以常用的铁盐混凝剂——氯化14n第二章含镍废水处理及回用工艺的技术原理与技术要点铁为例，FeCl3溶于水后发生逐级水解反应：33Fe6HOFe(HO)22632Fe(HO)Fe(HO)(OH)H262522Fe(H2O)5(OH)Fe(H2O)4(OH)4HFe(HO)(OH)Fe(HO)(OH)H242233水解过程产生的带正电荷的羟基络合物反应活性强，通过静电引力吸附在带负电荷的胶体表面，并中和其表面电荷，发生吸附电中和作用。此外，如果无机混凝剂投加量足够大，会迅速生成氢氧化铁沉淀。氢氧化铁沉淀在沉降过程中，能集卷、网捕水中的胶体等微粒，使胶体产生沉降，产生网捕作用。传统混凝低分子混凝剂受pH值、水温等因素影响较大，如水温过低，或pH值偏离适宜的范围，往往凝聚过程不充分，絮体细小，难以固液分离。投加高分子絮凝剂可改善絮体结构，增强沉降效果。有机絮凝剂以人工合成的高分子聚合电解质，如聚丙烯酰胺（PAM）为代表，其分子溶于水后发生延展，形成线性链状结构，通过吸附架桥作用，即线性长链一端具有吸附能力的活性位与胶体发生强烈吸附，另一端又可吸附其他胶粒，在相距较远的胶粒间架桥，使颗粒逐渐结大，形成肉眼可见的粗大的絮凝体。2.1.4化学混凝法技术要点(1)废水pH值Al(OH)3和Fe(OH)3均属两性化合物，氢氧化物沉淀存在最佳的pH值范围，pH值过高或过低，都会导致氢氧化物沉淀重新溶解，影响混凝剂的沉淀网捕作用。无机低分子混凝剂的最佳pH值还与去除的对象有关，如硫酸铝用于去除水中浊度时的最佳pH值范围在6.5～3+7.5之间；用于除色时的最佳pH值则在4.5～5之间。Fe盐混凝时适宜的pH值较宽，最佳pH值范围在6.0～8.4之间。因此，实际操作中，应根据混凝剂类型和杂质类别及浓度，合理控制工艺的pH值条件。(2)水力学条件化学混凝包括胶体颗粒脱稳和脱稳胶粒絮凝两个连续的过程，因15n武汉工程大学硕士学术论文此，混凝反应池内的混凝过程分为混合和反应两个阶段。混合阶段只需在很短的时间内完成，给胶体凝聚提供必要的水利条件需要将药剂快速的均匀的散布在水体中，大力，迅速的搅拌。反应阶段是在脱稳后的胶体颗粒通过相互接触和碰撞，逐渐形成沉淀性能好的絮凝体。所以，跟混合阶段不同，反应阶段的水利条件强度要大，絮凝体变大的程度随水流的速度成反比，防止絮凝体过大而破碎。2.2回用水处理工艺技术原理2.2.1微滤技术原理微滤（MF）是以压力差作为驱动力的膜分离技术中的一种类型，微滤膜过滤孔径一般在0.1～1μm之间，运行时两侧的压差（有效推动力）一般为0.3～7bar。微滤主要通过机械筛分和阻力效应，截留溶液中的淤泥、砂砾、黏土等颗粒以及隐抱子虫、贾第虫、藻类和一些细菌等，但允许溶剂、溶解性固体（无机盐）和少量大分子等透过膜。MF属于精密过滤技术，分离效果取决于膜的物理结构、膜孔径大小以及形状等。微滤过程多采用错流操作：原料液在压力作用下沿着切线方向首先通过膜表面，根据压力，膜孔颗粒的大小，决定是否能透过膜。原料液在通过膜表面的时候，产生离心力，将沉淀颗粒在扩散的作用下回流，并脱离微滤组件。所以，膜通量可在较长时间保持相对稳定的水平。2.2.2超滤技术原理超滤技术（UF）属于膜分离技术的一种。以压力作为分离的推动力，主要的目的是分离大小分子。生物膜的膜孔径一般定为20~1000之间。主要工艺原理为：液体混合物在压力的作用下沿着切线方向流过膜表面，大分子物质（胶体、蛋白质等）被拦截在超滤膜浓缩，小分子溶质进入膜内，以透过液的形式流出。因此在液体混合物中的大分子浓度逐步升高，进一步达到了大小分子分离的要求。16n第二章含镍废水处理及回用工艺的技术原理与技术要点超滤技术具有操作过程简单、可常温操作、低耗能高效率、低压运行并且设备占地面积小等优点，已广泛应用于溶液的分离与浓缩、水质净化等领域。与此同时，超滤还是反渗透主要的预处理方法。2.2.3反渗透技术原理反渗透（RO）技术是系统脱盐的核心技术。主要工作性质是渗透的反向迁移运动。工作原理是通过压力差为推动力，根据选择透过性膜半透膜的截留机理，将溶液中溶质与溶剂分离。进水端的杂质直接从浓水端流出。当系统中压力过大时，水分子流入中心管，流出出水端。从而达到分离、脱盐的目的。分渗透分离技术具有较好的除盐率。在常温恒温下，去除杂质的范围较大，不仅可以分离溶解的无机盐还可以去除各种有机污染物。可截留粒径几个纳米以上的溶质。由于反渗透膜的膜孔径非常小，仅为10左右，经过反渗透处理的水可以去除绝大部分的无机盐类和几乎全部的有机物、微生物和胶体。反渗透的主要分离对象是溶液中的离子，除盐率的高低主要决定于反渗透半透膜的选择性。目前，较高选择性的反渗透膜元件除盐率可以高达99.7%。RO系统具有出水水质好、耗能低、无污染、工艺简单、操作简便等优点，是当前最先进、也是最节能、环保的脱盐技术。2.2.4离子交换法技术原理水处理中，离子交换法是借助于固体离子交换剂（离子交换树脂）中的可交换离子与液相中的离子进行交换，然后用合适的洗脱剂将固着在树脂上的离子洗脱出来，以达到分离、浓缩、提纯废水中某些离子的目的。离子交换是固液两相中离子进行的可逆性交换反应。当液相中的离子容易被交换时，固体将会吸附离子来维持水中电中性。因此，离子交换剂在释放离子时必须与之前液相中交换的离子对等。离子交换树脂的内部结构如图2.1所示，其内部结构可分为三个部分：①高分子骨架由交联的高分子聚合物组成，如交联的聚苯烯、17n武汉工程大学硕士学术论文聚丙烯酸等；②离子交换基团连接在高分子骨架上，带有可交换的离子(称为反离子)的离子官能团[如-SO3Na、-COOH、-N(CH3)3Cl]等，或带有极性的非离子型官能团[如-N(CH3)2、-N(CH3)H等]；③孔是在干态和湿态的离子交换树脂中都存在的高分子结构中的孔(凝胶孔)和高分子结构之间的孔(毛细孔)。图2.1离子交换树脂内部结构示意图离子交换树脂主要依据树脂骨架的成分、树脂聚合的化学反应类型、树脂骨架的物理结构和活性基团的酸碱性质分类。离子交换法脱镍采用弱酸型阳离子交换树脂（-COOH），主要性能包括：①活性基团为羧基（-COOH）和磷酸基（-PO3H3）等；②适宜的酸度为中等酸度—偏弱酸度；③交换速率较慢；④再生剂用量为离子交换树脂容量的1.5~2倍。2.3回用水处理工艺技术要点2.3.1膜分离技术要点(1)微滤MF技术以压力差作为介质过膜驱动力的膜分离技术，压力过小，影响料液过膜性能和产水率，压力过大，则导致能耗增大，运行费用增高。应根据选用微滤膜组件产品说明书的要求，提供适宜的运行压力。18n第二章含镍废水处理及回用工艺的技术原理与技术要点(2)反渗透因反渗透膜的膜孔径仅为10A左右，为避免系统堵塞，减轻膜污染，反渗透系统对预处理要求程度很高，进入反渗透中水的污染指数（FI）一般小于3，小于5均可达到要求。过滤预处理的作用是消除水中的SS，降低水浊度。UF膜可有效截留细菌等，以防微生物在反渗透膜表面滋生。水中余氯有较强的氧化性，能使反渗透膜表面氧化，影响膜的寿命和产水水质，因此反渗透系统运行对余氯要求非常严格（<0.1mg/L）。活性碳过滤器对余氯）的吸附去除能力很强，可实现余氯的可以完全脱除。因为活性炭吸附余氯的时候自身氯也被氧化。进水的酸碱度也是预处理要考虑到的问题。由于反渗透膜的材质不同，运行所需要的PH值也不同。因此，要根据选择的反渗透膜调节进水的PH值。2.3.2离子交换法技术要点阴阳离子交换树脂可以分为阴离子交换床和阳离子交换床。也可以将阴阳离子交换树脂混在一起，放入同一个离子交换床中。任何一种形式，只要交换完树脂上的H+或者OH-离子，就一定要进行“再生”程序。此程序与纯化的程序相反，用H+和OH-离子交换附着在离子交换树脂上的杂质。19n武汉工程大学硕士学术论文20n第三章含镍废水处理与回用技术的工程设计第三章含镍废水处理与回用技术的工程设计3.1工程背景信丰某电子科技有限公司位于江西省吉安市信丰县江西信丰电子器件产业基地内，主要生产印制多层电路板，产品均为6层以上（含8～12层、12～16层和18层）平均层数为10层，设计生产面积为230万m/年。3.2水量与水质根据企业提供的资料，结合现场调查，该企业产生的含镍废水主要来源于镀镍清洗水，废水中主要污染物为镍、废酸、磷酸盐（包括次磷酸盐、亚磷酸盐等）。考虑到工程扩建等因素，企业实际与设计的含镍废水水量和水质详见表3.1。表3.1含镍废水水质与水量平均水质（mg/L）水量废水种类pHCuNiCODSSNH（m3/d）3-N40～含镍废水2～5—50～8040～80—18～36150含镍废水2—8015080—100（设计）表中数据显示，含镍废水水质特点是废水水量较少，但镍含量高。因废水中含有第一类污染物（Ni），需单独处理。3.3废水应执行的排放标准和设计目标本次论文涉及的设计范围主要是企业含镍废水的处理及回用水系统的工程设计。废水排放执行《电镀污染物排放标准》（GB21900-2008）表3标准，标准中规定的第一类污染物和第二类污染物排放限值分别见表3.2和表3.3。21n武汉工程大学硕士学术论文表3.2第一类污染物允许排放限值序号项目排放限值监控排放位置1总镍（mg/L）0.5车间或生产设施废水排放口表3.3第二类污染物允许排放限值序号项目（mg/L）排放限值监控排放位置1总铜0.52pH值（无量纲）6～93化学需氧量80企业废水总排放口4氨氮155总磷1.06总氰化物（以CN-计）0.33.4含镍废水处理工艺设计基于当地同类废水工程设计和运行经验，含镍废水采用化学沉淀（氢氧化物沉淀+硫化物沉淀）与化学混凝相结合的处理工艺，既实现废水达标排放为目的，同时满足回用水处理系统对进水的水质要求。3.4.1含镍废水处理工艺流程含镍废水处理工艺流程见图3.1所示。3.4.2工艺流程说明由提升泵将含镍废水引入反应池1（氢氧化镍沉淀池）。在反应池1内用自动控制加药泵加入碱性沉淀剂（NaOH+CaCl），采用机械搅拌混合，用在线pH计控制pH值在8～9左右，使离子形式的镍通过生成氢氧化镍沉淀去除。然后进入破络池（硫化镍沉淀池），由自动控制加药泵加入Na2S和FeSO4，采用机械搅拌混合，用在线pH计控制pH值范围在10～11左右，使络合镍得到反应条件，以硫化镍沉淀形式从废水中去除。出水再进入混凝反应池，由自动控制加药泵加入H2SO4溶液，调节废水pH值至6～7左右，再加入PAC（聚22n第三章含镍废水处理与回用技术的工程设计合氯化铝）和PAM溶液（聚丙烯酰胺）溶液，通过混凝剂的吸附电中和和吸附架桥作用，与废水中的胶体物质产生凝聚作用，最后进入斜板沉淀池进行固液分离。上清液进入回用水处理系统，污泥依次引入重力浓缩池和压滤机脱除水分后，外委处治。脱除的水分返回调节池。图3.1含镍废水处理工艺流程图23n武汉工程大学硕士学术论文3.5含镍废水处理系统工程设计3.5.1调节池功能：设置调节池的目的在于水量、水质的调节均匀，保证后续废水的水量与水质的均化，本工程的调节池的设计有曝气搅拌系统，增加了接触程度，整体提升了系统的处理效率。该单元主要工艺参数和设计计算结果见表3.4。表3.4调节池单元设计一览表序号项目规格型号/尺寸单位数量备注主体部分流量：40m3/dHRT：6h结构形式：半地上式钢砼结构尺寸：L×W×H＝1调节池座13000×2500×2000mm总容积：V=15m3有效容积：V3e=10m防腐：内贴玻璃钢实现防腐配套设施型号：HC-50S风量：1.12m3/Min2鼓风机台1转速：430rpm功率：1.5KW型号：IHF25-20-1252单台流量：6.4m3/h3废水提升泵台(1用扬程：20m1备)电机功率：0.75KW4布气系统材质：UPVC套15液位控制器FK2只23.5.2反应池功能：加入氢氧化钠溶液，控制池内pH值范围8～9，使镍离子生成氢氧化镍沉淀从废水中去除。24n第三章含镍废水处理与回用技术的工程设计该单元主要工艺参数和设计计算结果见表3.5。表3.5反应池单元设计一览表序号项目规格型号/尺寸单位数量备注主体部分流量：40m3/dHRT：6h结构形式：半地上式钢砼结构尺寸：L×W×H＝1反应池座13000×2500×2000mm总容积：V=15m3有效容积：V3e=10m防腐：内贴玻璃钢用来防腐配套设施溶药箱1只，规格：0.3m32碱加药装置套1材质：UPVC流量：10～50L/h扬程1.0mpa3碱加药泵功率0.25KW台1PP泵体、特氟龙加药点：pH调整槽4空气搅拌系统材质：UPVC套15pH计pH1～14只13.5.3破络池功能：继续加入氢氧化钠溶液，控制池内pH值范围10～11，再加入NaS溶液和FeSO4溶液，使络合镍破络，并生成硫化镍沉淀从废水中去除。该单元主要工艺参数和设计计算结果见表3.6。25n武汉工程大学硕士学术论文表3.6破络池单元设计一览表序号项目规格型号/尺寸单位数量备注主体部分流量：40m3/dHRT：6h结构形式：半地上式钢砼结构尺寸：L×W×H＝1破络池座13000×2500×2000mm总容积：V=15m3有效容积：V3e=10m防腐：内贴玻璃钢配套设施溶药箱1只，规格：0.3m32碱加药装置套1材质：UPVC流量：10～50L/h扬程：1.0mpa3碱加药泵功率：0.25KW台1PP泵体、特氟龙加药点：pH调整槽4空气搅拌系统材质：UPVC套15pH计pH1～14只13.5.4混凝反应池功能：偏酸性—中性条件下加入PAC溶液，使水中胶体和细小悬浮颗粒产生凝聚，生成矾花，加入PAM（聚丙烯酰胺）助凝，改善矾花结构，提高沉降性能。该单元主要工艺参数和设计计算结果见表3.7。表3.7混凝反应池单元设计一览表序号项目规格型号/尺寸单位数量备注主体部分流量：100m3/dHRT：100min结构形式：半地上式钢砼结构1混凝反应池座1尺寸：L×W×H＝1500×1200×3000mm总容积：V=9m326n第三章含镍废水处理与回用技术的工程设计有效容积：V3e=7m防腐：碳钢内贴玻璃钢配套设施2加酸装置套1容积：0.3m3溶药箱只1材质：UPVC流量：10～50L/h扬程：1.0mpa酸加药泵功率：0.25KWPP泵体、特氟龙加药点：pH调整槽3PAC加药装置套1容积：0.3m3溶药箱只1材质：UPVC流量：10～50L/h扬程：1.2mpaPAC加药泵功率：0.25KWPP泵体、特氟龙加药搅拌机功率：0.25KW台14PAM加药装置套1容积：0.3m3溶药箱材质：UPVC流量：10～50L/h扬程：1.2mpaPAC加药泵功率：0.25KWPP泵体、特氟龙加药搅拌机功率：0.75KW台15pH计pH1～14只13.5.5斜板沉淀池功能：混凝反应后的絮体通过重力作用沉降，与废水分离，上清液引入后续处理单元，污泥进入污泥处理系统。该单元主要工艺参数和设计计算结果见表3.8。27n武汉工程大学硕士学术论文表3.8斜板沉淀池单元设计一览表序号项目规格型号/尺寸单位数量备注主体部分流量：100m3/dHRT：100min结构形式：半地上式钢砼结构尺寸：L×W×H＝搅拌形式：、曝气1斜板沉淀池座11500×1200×3000mm搅拌总容积：V=9m3有效容积：V3e=7m防腐：碳钢内贴玻璃钢防腐配套设施2斜管填料型号：PP-50只60布水形式为穿孔3布水系统——套1八脚管均匀布水型号：GPP025pH计只1量程pH1～143.6回用水处理工艺设计3.6.1回用水处理工艺流程含镍废水中水回用处理工艺流程见图3.2。3.6.2工艺流程说明含镍废水处理尾水经提升泵提升，依次进入DF微滤系统、UF系统、加阻垢剂装置、活性炭滤器和保安过滤器组成的预处理系统，充分去除水中的悬浮颗粒、细菌等微生物、小分子有机物和余氯等杂质，使预处理产水满足反渗透进水要求，防止膜污染和浓水在RO膜的一侧结垢，再由高压泵抽入单级反渗透循环浓缩系统，进一步去除更微小的有机物杂质。渗透液通过后续离子交换树脂继续深度处理后作为车间回用水使用。RO和UF的浓缩液经浓水池收集，外委处理。含镍RO清水经pH调节后，进入离子交换系统。含镍废水离子交换模块由3根除镍柱组成，树脂以全饱和方式运行。当pH调整柱失效后（产水pH<4）进入再生程序。含镍再生浓液也外委处理。28n第三章含镍废水处理与回用技术的工程设计图3.2回用水处理工艺流程图29n武汉工程大学硕士学术论文3.7回用水处理系统工程设计3.7.1预处理系统原水预处理的目的主要是防止RO膜污染，保证反渗透装置稳定运行，延长膜组件使用寿命。具体作用为：①防止反渗透膜面结垢（包括CaCO3、CaSO4、SrSO4、CaF2、SiO2、铁、铝氧化物等）；②防止胶体物质及悬浮固体微粒污堵反渗透膜；③避免反渗透膜被细小颗粒、微生物污堵；④避免具氧化性的物质破坏反渗透膜；⑤维持反渗透装置的使用寿命和稳定运行。(1)集水池功能：贮存污水处理站达标排放废水，起调节和缓冲作用。该单元主要工艺参数和设计计算结果见表3.9。表3.9集水池单元设计一览表序号项目规格型号/尺寸单位数量备注主体部分流量：100m3/dHRT：6h结构形式：半地上式钢砼结构1集水池尺寸：L×W×H＝座15000×3000×2000mm总容积：V=30m3有效容积：V3e=25m配套设施型号：IHF25-20-125单台流量：3.2m332提升泵扬程：20m台(2用电机功率：0.75KW1备)材质：不锈钢3液位控制器FK2只2(2)DF管式微滤膜功能：通过阻力截留等作用，除去原水中细小的悬浮物。DF管式微滤膜设计计算书详见表3.10。30n第三章含镍废水处理与回用技术的工程设计表3.10DF管式微滤膜系统设计计算书参数规格参数规格进水流量（m3/h）5.5错流速度,m/sec4产水流量（m3/h）5每列串联膜组件只数8固体流量（m3/h）0.15并联列数2固体浓度（g/l）30.0要求的组件数16循环回的浓水流量22要求的拷贝林数32（m3/h）泵的流量（m3/h）30拷贝林尺寸6.625(168.28mm)9.8m长的76mm泵出口压力5.5bar产水乙烯基软管要求内径的软管膜出口侧压力1.1bar设计的系统膜面积（m2）10.3218.8泵功率（千瓦）要求的系统膜面积（m2）10.00只限估计25.2泵的功率（马力）浓水箱的最小体积1.6m3只限估计通量（l/hr/m2）100每列所需的反洗柱体积32liters组件类型37TubePVCModule/PE0.50''(12.7mm)tube0.1Micron指标进口（mg/l）出口污泥浓度（g/l）%TSS去除TSS1,00030.0100%DF管式微滤膜组件规格清单见表3.11。表3.11DF管式微滤膜组件清单一览表项目明细Porex产品型号MME2S01637VC产品描述37TubePVCModule/PE0.50''(12.7外壳直径mm)tube0.1Micron6"Sc40(6.625",168.3)外壳材质CPVC最高的运行温度80°C/176°F产水口规格(2)?2.875"x1.89"L(73x48mm)pipe浓水口规格stub6"(152.4mm)pipeAnvilGruvlok膜组件长度groove72''(182.9cm)单个组件的膜管数量37膜管直径.5(12.7cm)单个膜组件的膜面积27.75Sq.ft(2.58sq.Meters)膜材质PVDF膜支撑层材质UHMWPE膜组件内产水侧体积2.98gal.(11.28liters)膜组件内总体积5.24gal.(19.83liters)最大压差120psi(8.27bar)最大反洗压力20psi(1.38bar)31n武汉工程大学硕士学术论文最大反洗次数75,000最大固体浓度18%最小固体浓度.25%最大粘度50cp最小粘度<1cp(3)超滤系统功能：超滤系统利用超滤膜拦截原水中的悬浮物、胶体、细菌等大分子物质，同时可去除部分BOD和COD，有效降低原水污染指数。3超滤系统设置1套，单套平均产水量90m/h，超滤回收率大于390%，净水总产量为180m/h。超滤设备是按水温15-35℃状态下的数据而设计的，整套设备采用自动控制，实现单体的工作和清洗以及系统的自动化；各种监控数据一目了然，操作方便、可靠，系统连续工作能力强，内部自动控制与整个系统联动控制操作平台，保证系统运行管理自动化。超滤产水自流至超滤水箱，冲洗浓水及药洗浓水排至浓水池再转送至原污水处理站。①超滤（UF）膜元件设计设计原则：a)水通量不大于膜元件制造厂商《技术手册》规定的最大水通量值；b)超滤装置设有定时冲洗及反冲洗功能，并配备化学药洗装置；c)UF的设计可根据取样点的数量及位置有效地诊断监测其系统的缺陷。超滤膜元件选用新加坡凯发公司生产的超滤膜K-2000T，有效膜2面积为58m，单套超滤系统配置30支UFK-2000T超滤膜，两列排3列。UF膜设计产水通量为1.5～4.0m/h，膜材质为PVDF。超滤系统采用外压式过滤，恒流过滤，并设置独特的反洗加药系统，在系统设定时间内通过计量泵投加化学药剂对超滤膜面进行化学清洗，保持超滤系统的通量。超滤系统所配套的一系列的控制阀门，监控仪表及程控操作系统，它们将保证设备长期稳定的运行。②超滤反洗泵功能：提供超滤系统进行冲洗动作时必须的工作水压和流量。③超滤反洗加药系统功能：超滤反洗加药系统作用是在超滤系统设定反洗时间内通过计量泵投加化学药剂清洗超滤膜，防止污染物沉积膜面堵塞超滤膜。超滤系统设计计算结果见表3.12。32n第三章含镍废水处理与回用技术的工程设计表3.12超滤单元设计一览表序号项目规格型号/尺寸单位数量备注型号：K-2000T规格：Φ344×2340mm1超滤膜元件膜面积：58m2支60新加坡凯发设计通量：3m3/h.支材料：PVDF6规格：DN50-DN150(共122电动阀门套/组深圳材料：UPVC套)规格：6800×1200×2800mm环发环保工程有3支架台2材料：碳钢喷漆限公司流量：200m3/h超滤反洗泵4扬程：25m台2格兰富材质：不锈钢型号：DC4D（次氯酸钠）型式：机械隔膜泵流量：249L/H套1压力：10bar材质：PVDF型号：DC4B（盐酸）型式：机械隔膜泵超滤反洗加药5流量：128L/H套1意大利帕斯菲达系统压力：10bar材质：PVDF型号：DC2C（氢氧化钠）型式：机械隔膜泵流量：76L/H套1压力：10bar材质：PVDF(4)超滤产水箱功能：调节、均匀，贮存超滤系统产水，并为超滤系统、机械过滤器、活性炭过滤器冲洗提供水源。该单元设计计算结果见表3.13。表3.13超滤产水箱设计一览表序号项目规格型号/尺寸单位数量备注材质：PE1超滤产水箱座1容积：10m333n武汉工程大学硕士学术论文(5)增压泵功能：为活性炭过滤器、反渗透系统提供稳定的压力和流量该单元设计结果见表3.14。表3.14增压泵设计一览表序号项目规格型号/尺寸单位数量备注流量：20m3/h31增压泵扬程：36m台(两用格兰富材质：不锈钢一备)(6)活性炭过滤器功能：过滤掉水中的杂质、微生物及余氯等氧化性物质。该单元设计计算结果见表3.15。表3.15活性炭过滤器设计一览表序号项目规格型号/尺寸单位数量备注型号：ACF-90T形式：立式，内部衬胶规格：∮3200×2000mm材质：A3碳钢1活性炭过滤器耐压：1.0Mpa台2广东出力：90m3/h流速：11m/h填料：石英砂装填高度：1200mm实现自动运行、正2电动控制阀批1洗及反洗动作对活性炭过滤器3活性炭反洗泵进行反洗(7)保安过滤器功能：保安过滤器是利用PP棉微滤膜将水中的悬浮颗粒、杂质等截留，防止损伤膜，保证进膜水质。该单元设计计算结果见表3.16。表3.16保安过滤器设计一览表序号项目规格型号/尺寸单位数量备注型号：MFHD10-4规格：4寸上海汉华1保安过滤器1台流量：Q=5m3/h壳体材质：玻璃钢滤材：PP折叠滤芯2滤蕊1支上海汉华规格：40英寸×10µ34n第三章含镍废水处理与回用技术的工程设计3.7.2反渗透（RO）系统功能：反渗透系统是指依据反渗透膜的半透的特性，设计制造成为配套有压力容器、膜元件等主件用于去除水中有机物、胶体、微生物及绝大部分可溶性盐分的独立系统。其工作原理为：经过预处理后的水通入配置有膜元件的压力容器，只有极少量的小分子有机物和水分子通过膜层。一方面，通过膜层的水经管道收集后，注入RO纯水箱；另一方面，隔离在膜层另一侧的水经专门的管道收集进入浓水排放管，将其排除系统之外。反渗透系统同样也配备有一套完整的控制系统、仪表系统和操作系统，保障反渗透系统的稳定正常运行。(1)反渗透（RO）膜元件功能：在压力的驱动下通过反渗透膜分离水中绝大部分可溶性盐分、有机物和微生物，是深度脱盐的核心元件。RO膜元件是采用美国陶氏公司的B400FR反渗透抗污染膜，其膜片具有高交联度，呈电中性、对酸碱性的适应范围很大等优点，特别对生物降解作用具有极高的抗性，水通量及脱盐率较高，性能优良。能够承受pH值范围2～11.5之间无机酸碱的强力清洗；具有极高的抗压密化能力，使用膜元件的上限温度可达50℃等，并具有较好的耐磨损能力。2本系统采用的RO膜元件的公称有效膜面积为400ft，标准测试3条件下的产水量为10500GPD（39.9m/d），其外径与标准8inch元件相同。膜元件的产水量是通过增加膜的表面积类提高产水量，而不是通过其他加压加透的方式来进行，因此，膜受物质污染的进度变缓，提高了膜的使用寿命，同时也保证了反渗透膜系统的长期稳定运行。(2)高压泵功能：将废水加压进入反渗透膜系统，保证正常废水供应和渗透压力。(3)压力容器功能：反渗透膜的载体。反渗透系统单元设计计算结果见表3.17。35n武汉工程大学硕士学术论文表3.17反渗透系统设计一览表序号项目规格型号/尺寸单位数量备注型号：BW30-400FR规格：8040反渗透（RO）材料：聚酰胺复合膜1支18美国陶氏膜元件膜面积：400ft2脱盐率：≥99.5%设计通量：10.5m3/d·支流量：2m3/h2高压泵扬程：140m台2中国南方泵业材质：304不锈钢型号:8040-5W-300psi规格：5.5米×8英寸×6芯反渗透膜3排列：12:6支3江苏压力容器材料：玻璃钢压力：耐压300psi规格：DN1254反渗透进水阀形式：电动慢开球阀、常闭式个1深圳华柏斯材料：碳钢规格：DN65形式：电动式慢开球阀、深圳华柏斯5反渗透冲洗阀个1常闭阀材料：不锈钢反渗透规格：DN1256个1深圳华柏斯高压闸阀材料：不锈钢0～1MPa7压力表个30～3MPa流量计2510/515支2型号DN150，DN100，DN80含手动蝶阀、安装管路材质：高压部分不锈钢，低压套1止回阀部分UPVC型号：可编程程序控制器质电控系统套1其它原件：主要电动原件进口规格：5500×2000×2000mm环发环保工程支架台2材料：不锈钢有限公司⑶浓水池功能：收集反渗透、超滤浓水及清洗水a）浓水泵功能：将浓水池的废水转送至原污水处理站，水泵变频控制。36n第三章含镍废水处理与回用技术的工程设计浓水池设计参数见表3.18。表3.18浓水池设计一览表序号项目规格型号/尺寸单位数量备注主体部分材质：钢筋混凝土1浓水池规格：10*5*4m座1容积：200m3配套设备流量：100m3/h2浓水泵扬程：60m台2格兰富材质：不锈钢⑷纯水池功能：调节、均匀，贮存反渗透产水a）纯水泵功能：将纯水池的纯水输送至生产车间，水泵变频控制。纯水池设计参数见表3.19。表3.19纯水池设计一览表序号项目规格型号/尺寸单位数量备注主体工程材质：钢筋混凝土1纯水池规格：15*5*4m座1容积：300m3配套设备流量：100m3/h2纯水泵扬程：60m台2格兰富材质：不锈钢⑸加药系统加药系统包括絮凝剂、杀菌剂、还原剂和阻垢剂加药装置。功能：在机械过滤器前投加絮凝剂，使原水中细小的颗粒、悬浮物质凝聚成较大的颗粒物质，从而更容易在机械过滤器中得到除去；杀菌剂主要作用是杀灭原水中的微生物，放置微生物在膜表面繁殖并污染膜元件；还原剂的作用是除去水中的余氯；阻垢剂投加在反渗透2+2+保安过滤器前，防止Ca、Mg在RO膜浓水侧的表面上结垢，堵塞反渗透膜面，妨碍系统正常运作。药剂添加量暂时按2～4mg/L，实际投加量需根据实际情况确定。37n武汉工程大学硕士学术论文加药系统设计结果见表3.20。表3.20加药系统设计一览表序号项目规格型号/尺寸单位数量备注型号：LPG5形式：电磁隔膜计量泵1加药系统流量：14.8L/h台8美国帕斯菲达压力：7bar材质：PVC三通阀、连接管件、2批1500L溶药箱⑹清洗系统功能：清洗系统的作用是根据反渗透膜或超滤膜运行污染的情况，配制一定浓度的特定的清洗溶液，清除反渗透膜或超滤膜中的污染物质，以恢复膜的原有特性。在反渗透膜或超滤膜的长期使用中，膜受污染的程度越来越严重，根据膜运行具体情况，需配置一定的特定的清洗溶液，清洗去除膜中的污染物，实现膜的循环使用。a)清洗水箱功能：调节、均匀，贮存化学清洗药剂b)清洗水泵功能：将清洗水箱的化学清洗液输送至用超滤系统或反渗透系统，保证正常的水供应压力和流量。c)清洗过滤器功能：清洗过滤器是利用PP棉微滤膜将化学清洗液中的没有完全溶化的药剂、悬浮颗粒、杂质等截留，防止损伤膜，保证进膜水质。清洗系统设计参数见表3.21。38n第三章含镍废水处理与回用技术的工程设计表3.21清洗系统设计一览表序号项目规格型号/尺寸单位数量备注型号：PT-5000材质：PE1清洗水箱个1浙江慈溪容积：5000L数量：1个流量：100m3/h2清洗水泵扬程：30m套1格兰富材质：不锈钢型号：QX-120T规格：Ø550*4袋*3.0mm3清洗过滤器台1环发流量：Q=120m3/h壳体材质：不锈钢滤材：尼龙4清洗过滤器滤蕊个4环发规格：5µpH调整池功能：调节RO出水的pH值至除镍树脂最有效的除镍pH范围（pH3～5）。该单元主要工艺参数和设计计算结果见表3.22。表3.22pH值调节池设计一览表序号项目规格型号/尺寸单位数量备注主体部分流量：100m3/dHRT：6h结构形式：半地上式钢砼结构1pH值调节池座1尺寸：L×W×H＝2400×1500×1200mm总容积：V=4.5m3配套设施2在线pH计量程：pH1～14台1搅拌机0.55kw,不锈钢台1搅拌机架钢制防腐台1加药泵100L/h,流量：Q=1m3/h,含镍增压泵扬程：H=40m,材质：不锈钢3163液位控制器FK2套1转子流量计LZB-25只139n武汉工程大学硕士学术论文镍树脂吸附塔2+功能：通过离子交换树脂上的可交换离子与水中的Ni发生离子交换吸附，使最终出水达到工艺用水要求。离子交换系统单元设计计算结果见表3.23。表3.23离子交换系统设计一览表序号项目规格型号/尺寸单位数量备注尺寸：φ0.4×1.8m1除镍离子交换塔套1FRP2除镍树脂450L3树脂塔再生系统镍回用水池该单元主要工艺参数和设计计算结果见表3.24。表3.24回用水池调节池设计一览表序号项目规格型号/尺寸单位数量备注主体部分流量：100m3/dHRT：6h结构形式：半地上式钢砼结构1回用水池座1尺寸：L×W×H＝2400×1500×1200mm总容积：V=4.5m340n第四章含镍废水处理与回用技术的技术性与经济性评估第四章含镍废水处理与回用技术的技术性与经济性评估4.1电镀含镍废水处理与回用工艺的技术性评估4.1.1含镍废水处理工艺的技术性评估⑴化学沉淀工艺化学沉淀法是重金属废水处理优先选用的工艺，原因在于：①化学沉淀法处理效果较好，且一次性投资少，运行成本低，运行维护简单。②目前水厂基本使用PCL自动控制系统，使用化学沉淀法易于操作和掌握，设备易于维护。③镍属于贵重金属，电镀含镍废水成分相对单一，主要含有镍离子，使用化学沉淀法可以得到较纯的镍泥，便于回收利用。①氢氧化物沉淀工艺氢氧化物沉淀法是技术较为成熟的工艺，在处理含镍废水上还具有处理成本低，自动化程度高的优点。根据氢氧化镍最小溶度积对应的pH值，可通过控制pH值，使镍离子（Ni2+）最大限度地生成氢氧化镍沉淀，是氢氧化物沉淀法处理效果的关键步骤。此外，还需着重考虑沉淀剂的选取问题。沉淀剂NaOH的沉淀效果较好，不仅沉淀渣少，而且反应速度快，但是NaOH价格较高。基于成本考虑，实际工程中选用石灰类沉淀剂，如CaCO3、Ca(OH)2或CaO为主。②硫化物沉淀工艺硫化镍的溶度积比氢氧化镍低几个数量级，因此，对于含镍废水中络合态的镍，通过生成硫化镍沉淀更容易得到去除。通过对废水中镍的回收，生产金属硫化物产品，可部分抵消药剂投加的成本。此外，硫化物沉淀与氢氧化物沉淀工艺结合使用，可以减少石灰的用量及硫酸钙渣的产生，同时减少伴随石灰使用产生的二氧化碳排放量。⑵化学混凝工艺技术特点化学混凝包括胶体颗粒脱稳和脱稳胶粒絮凝两个连续的过程，因此，混凝反应池内的混凝过程分为混合和反应两个阶段。混合阶段主要作用为胶体脱稳，部分凝聚。药剂迅速、均匀地在废水中扩散，为41n武汉工程大学硕士学术论文胶体脱稳聚合创造条件，这一阶段对水力条件要求较高，力求在1分钟内完成快速的剧烈搅拌。而反应阶段旨在使脱稳后的胶体颗粒通过相互接触和碰撞，逐步形成大的具有良好沉淀性能的絮凝体。所以，反应阶段对水力条件要求是搅拌强度和水流速度应逐渐降低，保证絮凝体结大，不被打碎。通过合理控制pH值、混凝剂（PAC）与助凝剂（PAM）投加量、混凝反应的时间和水力梯度等工艺参数，混凝沉淀出水中SS<5mg/L，浊度<1.0NTU，对后续的回用水处理工艺而言，可极大减轻负担。4.1.2回用水处理工艺的技术性分析预处理工艺技术性评估DF管式微滤膜本次设计，在膜组件选择方面，选择的是管式微滤膜，制作材料为PVDF高分子材料，膜管直径为1inch，过滤精度在0.1μm以上，主要用于过滤固体含量的液体。DF管式微滤膜主要技术特点为：①过滤通量高，可保持较高的运行通量，一般维持在300～600L/mh；②适用于固体含量高的废水，可处理重量比为5%的高固体物含量废水；③设备集成简单，管式微滤膜系统构造十分简单，设备投资低，可降低总投资成本；④耐化学性能优异可几乎在全pH范围pH1～14工作；⑤使用寿命长，膜管坚韧，耐腐蚀，耐氧化。⑥胶体去除率高，能去除水中99%的胶体。因而，广泛用作回用水的生产设备和反渗透装置的前置处理设备。（1）超滤工艺技术特点超滤工艺技术特点如下：①超滤分离技术可分离出稀溶液中的微少成分，将其回收，同时也可用于浓缩低浓度溶液。②过程条件要求低，可在常温下进行，因此不会破坏热敏类物质，超滤工艺不仅能完成分类与分级，也能浓缩和富集。③超滤工艺属于物理过程，各物质均保持原相态，常温下反应，无需额外能耗，不添加化学物质，是一种清洁的处理技术。④超滤的原理为，利用压力为动力，将污染物分离出来，分离装置仅为膜组件及相关动力设备，可见超滤技术设备较为简单，可现42n第四章含镍废水处理与回用技术的技术性与经济性评估实全自动化控制，便于操作及维修。⑵反渗透工艺技术特点反渗透工艺技术特点如下：①运用的程序方便，日常使用操作可根据自身的需求，根据不同的情况对应相关的程序，同时使用的时候可以增加输出的水量，分开不同的环节使用则可以增加盐脱出的几率，全部利用或者部分利用的话也可以减少相应处理的环节。在使用的过程中，运用几个主要的指标参数（控制电压、电流、浓度、流量、压力与温度等），可保障程序的正常运作。②处理前的废水可回收性强，像海水、苦咸水等再利用的效率可达到60%以上。③仪器配件较为耐用，像RO膜这些一般可以用到3至5年，电极的使用年限则可达7至8年，隔板可用到15年左右。④需使用的能源较少，实验分析证明，将一定量的的苦咸水脱盐至可饮用的水，反渗透的程序运用最为经济快捷。⑶离子交换技术特点在实际的设计案例当中，离子交换树脂主要选用以弱酸阳离子交换树脂为主的材料，它可以在水中表现为相当于弱酸性的这类物质，但这类物质只能跟具有一定碱性特征的盐类物质反应，反应后生成的物质呈弱具有较弱的酸性特征，它与硫酸根离子、硝酸根离子等含有中性盐能力的离子反应较弱。①酸性表现较差、可互换体积较大的阳离子交换树脂，比酸性表现强的阳离子交换树脂大2倍左右。②由于+酸性差的阳离子交换树脂比较容易与H结合在一起，并较为容易重+生，所以在使用过程中一般用酸性表现较强的H型阴离子交换树脂重新产生的溶液进行重合反应。如果要用在一些碱性比较大的废水+上，则需使用高度酸性的H型离子交换树脂，可以使废水中特征表现为含碱性比较高的阴离子反应掉，再把水中拥有较强酸根的那部分+阴离子利用强酸H型交换树脂来反应掉。③酸性偏弱的这类阳树脂相关联度比较低，比酸性偏强的这类阳离子交换树脂的整体强度低。电镀含镍废水处理工艺技术成熟，工程投资省、运行成本较低、管理维护简便，既可有效去除废水中的离子镍和络合镍，还能实现对胶体物质和部分有机污染物的去除。含镍废水的深度处理以回用为目的。新增的构筑物和设备对占地的要求不高，适合其他电镀行业含镍43n武汉工程大学硕士学术论文废水处理工艺的改造。整套工艺实现自动化控制，对操作及管理人员的要求不高，因此，整套处理工艺在技术上具有先进性。4.2电镀含镍废水处理与回用工艺的经济性评估⑴药剂费工程药剂消耗情况及成本见表4.2。表4.2工程药剂消耗情况及成本一览表项目单耗（kg/m3）单价（元/kg）日处理水量（m3）合计（元）PAC0.40.6510026PAM0.0125.010025CaO0.50.610030AC0.21.010020稀硫酸0.50.410020硫酸亚铁0.50.2510012.5次氯酸钠0.11.010010片碱0.33.010090合计232.5折合处理吨水的平均药剂费用为232.5/100=2.32元/吨废水。⑵电费含镍废水新增设备总运转负荷为152kW/d。电价按0.7元/度计，运行费用为242×0.7=106.4元/天，则处理每吨废水电费为169.4/100=1.06元/t水。⑶人工费含镍废水及回用工程专设操作工1名。月工资按1500元计，则处理每吨废水人工费为1500*1/30/100=0.5元/t水。⑷综合运行成本工程的综合运行成本为5.85元/t废水，详见表4.3。44n第四章含镍废水处理与回用技术的技术性与经济性评估表4.3工程单位水量处理成本估算表序号项目估算依据运行费用（元/d）1药剂费232.52电费106.43人工费504运行费小计(1+2+3)388.95单位水量运行费(1+2+3+4)/1003.89预期工程建成后，含镍废水可实现零排放，从而最大限度降低该类废水外排的环境风险，有效保护了纳污水体，体现了良好的环境效益。处理水回用以及金属镍的回收还可抵消部分运行费用，产生一定的经济效益。企业每年还可相应减少缴纳相当数目的排污费，亦可产生间接经济效益。由此，电镀含镍废水处理与回用技术可望产生显著的综合效益。45n武汉工程大学硕士学术论文46n第五章结论第五章结论本文针对电镀镍行业含镍废水的特点，提出含镍废水处理与回用为一体的的设计方案，集成“化学沉淀—化学混凝—RO—离子交换”的处理工艺。并依托江西某印刷电路板企业废水处理工程，完成该处理工艺的工程设计。旨在实现含镍废水零排放，并且从技术和经济角度综合评估含镍废水处理工艺的可行性。本文主要结论如下：3（1）100m/d电镀含镍废水采用氢氧化物沉淀—硫化物沉淀—混凝沉淀的组合处理工艺。其中，①调节池采用差流式均化调节池，尺3寸：L×W×H＝5000×2500×2500mm，总容积V=32m，有效容积Ve=253m，并增设曝气或搅拌系统，用于充氧搅拌，对废水中有机物起到一定的降解功效。②氢氧化镍沉淀反应槽尺寸：L×W×H＝332000×1000×1500mm总容积V=3m，有效容积Ve=2m。③硫化镍沉淀反应槽尺寸：L×W×H＝2500×1000×1500mm，总33容积V=4m，有效容积Ve=2.5m。④混凝反应槽采用旋流式混凝槽，33结构尺寸：φ1200×1800mm，总容积V=2.0m，有效容积Ve=1.5m，进水管喷嘴直径d=30mm，出水口直径D0=70mm。⑤沉淀池选用竖2流式沉淀池，结构：中心管有效面积f1=0.05m，中心管直径：d0=0.22m，喇叭口直径：d2=0.3m，反射板直径：d2=0.4m，中心管高度：h2=1.5m，中心管喇叭口到反射板之间的缝隙高度：h3=0.15m，沉淀池总面积：A=6m，沉淀池边长：D=3m，污泥斗高度：h5=2.3m，沉淀池总高度：H=4.6m。（2）电镀含镍废水回用集成预处理+反渗透+离子交换的深度处理工艺，最终出水可满足工艺用水水质要求，从而解决该类废水“零排放”亟待解决的问题，具有技术上的可行性。还可通过回收镍，产生一定的经济效益。（3）可有效去除废水中的离子态镍、络合镍以及胶体物质等，从而极大减轻回用水处理负担。电镀含镍废水处理与回用工程建成后，运行成本：药剂费为232.5元/d（2.32元/t水），电费为106.4元/d（1.06元/t水），人工费为50元/d（0.50元/t水），工程综合运47n武汉工程大学硕士学术论文行成本为3.89元/t废水。（4）电镀含镍废水处理与回用技术，可为同类废水处理的技术改造提供参考和借鉴。48n参考文献参考文献[1]郭仁东,吴昊,张晓颖.高浓度含铜废水处理方法的研究[J].当代化工,2004,33（5）:280~282.[2]徐新阳,尚·阿嘎布.矿山酸性含铜废水的处理研究[J].金属矿山,2006,（11）:76~78.[3]王绍文.重金属废水的危害及防治[J].金属世界,1997（5）:12~13.[4]殷志伟.含重金属离子酸性废水石灰法处理后回用技术研究[J].矿冶,2002,11（2）:77～80.[5]杨维生.多层印刷板生产过程中的废水处理技术[J].环境与保护,2006（6）:17~18.[6]王雅琼,许文林.电化学沉积法处理含铜废水[J].水处理技术,1995,21（6）:359~362.[7]HatfieldTL,KlevenTL,PierceDT.Electrochemicalremediationofmetal-Bearingwastewaters.Part1:Copperremovalfromsimulateddraingewaters[J].JouralofAppliedElectrochemical,1996,（26）:567~574.[8]董晓雯,肖振业,梁琥琪.电化学法综合利用废杜镁丝[J].环境科学,1998,19（1）:58~61.[9]姚志春.含铜废水处理及资源循环利用的应用研究[J].甘肃科技,2005（12）:96~98.[10]陈强,梁收运,袁九毅等.乳状液膜法处理化工废水应用研究进展[J].甘肃环境与监测,1999（12）：218~221.2+[11]韩景田,兰孝征,刘为忠等.乳状液膜传输Cu[J].膜科学与技术,1997,17（1）:69~71.2+[12]舒万艮,梁刚.乳状液膜法分离提取Cu[J].膜科学与技术,1998,18（1）：14~17.[13]谢少雄.液膜接触法处理含铜废水的实验研究[J].膜科学与技术,2003（4）:65~68.[14]罗凯,张建国.矿山酸性废水治理现状研究[J].资源环境与工程,2005（1）:45~49.49n武汉工程大学硕士学术论文[15]陈镇,彭芸.我国PCB行业蚀刻工的序污染及处理现状[J].中国环保产业,2006（3）.[16]聂忠源,陈尚林.印制板蚀刻、微蚀刻废液的再生和铜回收的技术及设备[J].印制电路信息，2006（11）.[17]郭仁东,吴昊,张晓颖.高浓度含铜废水处理方法的研究[J].当代化工,2004,33（5）.[18]胡惠康,赵国华.高浓度络合态铜离子废水的预处理研究[J].工业水处理,2002，22（4）.[19]雷兆武,孙颖,杨高英.有色金属矿山废水管理与资源化研究[J].矿业安全与环保,2006（4）.[20]葛丽颖,刘定富,曾祥钦等.酸性含铜电镀废水处理[J].电镀与环保,2007,27（2）.[21]郭永福,邵琪珺.印刷电路板生产废水的综合治理及废水回用[J].工业水处理,2007,28（8）.[22]周源,梁华银.分步沉淀浮选分离法处理矿山酸性废水试验研究[J].南方冶金学院学报,2004,25（1）.[23]陈明,黄万抚,倪文.含铜酸性废水硫化沉淀高浓度调浆试验研究[J].金属矿山,2006(9)[24]A.Dbrowski,Z.Hubicki,etc,Selectiveremovaloftheheavymetalionsfromwatersandindustrialwastewatersbyion-exchangemethod[J].Chemosphere2004(56):91~106.[25]张剑波,王维敬,祝乐.离子交换树脂对有机废水中铜离子的吸附[J].水处理技术,2001,27（1）.[26]尔丽珠,秦晓丹.离子交换法移动处理重金属废水[J].电镀与精饰,2007,29（2）.[27]姜力强,郑精武,刘昊等.电解法处理含氰含铜废水工艺研究[J].水处理技术,2004,30（3）.[28]郭晓滨,李晓池,王晓刚.重金属螯合剂在含铜废水处理中的应用[J].西安科技学院学报,2003,23（4）.[29]王立国,高从堦,王琳等.膜集成技术处理含铜工业废水[J].中国给水排水,2005,21（11）.50n参考文献[30]唐受印，戴友芝．水处理工程师手册[M]．北京：化学工业出版社，2000．（10）[31]郭永福,邵琪珺.印刷电路板生产废水的综合治理及废水回用[J].工业水处理，2007（8）.[32]曾芸.印刷电路板生产资源回收及废水处理方案[J].化学工程与装备，2008（6）.[33]林梓河印制线路板废水处理的研究进展[J].电镀与环保，2011（1）.[34]彭希仁.电镀清洁生产技术与管理[M].北京:中国环境科学出版社.1996:56-361.（3）.[35]陈莎莎,潘浩宇,陈然等.电镀废水处理回用工艺优化与工程实践[J].复旦学报（自然科学版）.2014，53（2）.[36]陆维国.铁氧体法处理电镀废水的应用研究[J].环保科技,2005（5）.[37]段晓军,许燕滨,严杰能.生物法处理印刷线路板生产废水的研究与应用[J].电镀与精饰,2009（7）.[38]宋倩,杨秋红,吕航等.印刷电路板废水处理技术及其进展[J].环境工程,2010,4（8）.[39]姚颋,王宏,李杰.微电解/斜板沉淀/生物接触氧化处理印刷电路板废水[J].再生资源与循环经济,2011（7）.[40]游勇,宋少华,郑帅飞等.微电解-H2O2-混凝预处理印刷线路板废水的研究[J].重庆科技学院学报（自然科学版）,2011（15）.[41]SVillaverde,PAGarcía-Encina,Fdz-Polanco.InfluenceofpHovernitrifyingbiofilmactivityinsubmergedbiofilters[J].WaterResearch,1997（16）.[42]HOzaki,KSharma,WSaktaywin.Performanceofa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