摘 要: 以某電鍍廢水集中處理工程為實例，介紹了含鎳廢水的處理技術、工藝、構筑物參數 及運行效果。通過應用高級氧化破絡技術、絡合捕集技術以及管式微濾膜( TMF) 分離技術，構建了電鍍廢水重金屬穩定達標處理關鍵技術體系，實現了出水在電鍍含鎳廢水的單獨監控池達到《電鍍污染物排放標準》( GB 21900—2008) 的表 3 標準。該工藝技術體系能適應水量變化，運行穩定，處理效果好，自動化程度高，具有良好的環境效益、社會效益及經濟效益。

電鍍工藝中鎳的鍍種類型較多，應用面廣，而在電鍍鎳工藝中常加入各種絡合物，鎳始終處于絡合態，有利于提高電鍍效果。目前絡合物種類以有機物為主，主要包括羧酸類、氨基醇類、氨基羧酸類、無機多磷酸類和有機磷酸類[1]，而絡合物的存在給后續處理帶來了較大的難度。目前，《電鍍污染物排放標準》( GB 21900—2008) 表 3 標準要求含鎳廢水預處理出水監測點一類污染物 Ni2+≤0. 1 mg /L，這對于成分復雜、絡合復雜、水質波動大的電鍍廢水而言，具有較大的挑戰性?？紤]項目投產后需長期穩定達標，在工程工藝設計階段即需充分考慮工藝的達標保障性。以某電鍍廢水集中處理工程中含鎳廢水的處理工藝應用為例，介紹了基于高級氧化破絡技術、絡合捕集技術以及管式微濾膜( TMF) 分離技術的重金屬鎳穩定達標關鍵技術的集成體系與示范應用。

1 工程概況

某電鍍產業園總用地面積為 7. 10 hm2，包含 17幢電鍍廠房、3 幢辦公樓、1 座倉庫、配套 1 座園區集中式廢水處理中心。

園區配套的電鍍廢水集中處理工程設計規模為5 000 m3/d，占地面積為 5 333 m2，設計運行時間為20 h /d，處理規模為 250 m3/h。土建工程一次性建設實施，設備工程分兩期實施，一期工程配置規模為2 500 m3/d( 125 m3/h) 。根據進水水質將廢水分成7 股，分別進行處理。其中，含鎳廢水 600 m3/d，一期實施規模 300 m3/d，含鎳廢水的進水水質及其預處理出水排放標準如表 1 所示。


由表 1 可知，對于電鍍園區的廢水，由于各企業管理水平參差不齊，監管點比較多，很難做到完全的清晰分流，含鎳廢水中仍帶有 Cu2+、Cr6+等污染物，這也給廢水處理增加了難度，因而在處理工藝中需要考慮這類重金屬的去除。

含鎳廢水經預處理工藝處理達標后，與其他 6股廢水一同排入后續處理設施，最終出水 pH、重金屬、總氰化物、COD 等指標全部達到《電鍍污染物排放標準》( GB 21900—2008) 的表 3 標準。

2 廢水處理工藝

2. 1 工藝流程

針對廢水水質特點及設計排放標準，確定廢水處理工藝流程( 見圖 1) 。


2. 2 工藝說明

將電鍍園區中不同電鍍車間的鍍鎳工序產生的漂洗水集中收集，通過管道進入調節池，考慮到有部分 Cr6+混入，一級反應池組先進行 Cr6+還原，然后加堿和 PAM 絮凝反應，進入一級沉淀池，去除部分鎳和全部的銅和鉻，出水進入二級反應池組，通過加入高效的破絡合藥劑對鎳的絡合物進行氧化，消除強絡合態的鎳，同時加入高絡合能力的重金屬捕捉劑，確保鎳能完全去除，然后進入 TMF 膜分離系統，通過膜分離懸浮態的重金屬鎳，實現固液分離，膜出水進入鎳監控池，檢測達標后進入后續處理系統，若不達標，則進入應急反應池，再返回含鎳預處理系統進行處理。

2. 3 主要應用技術

① 基于高級氧化破絡的重金屬穩定達標技術

電鍍廢水成分復雜，往往含有大量的重金屬物質、有機助劑等。在電鍍過程中，因為鍍層質量控制的需要，重金屬離子往往以絡合物形式存在，從而在電鍍過程中緩慢釋放金屬離子進行沉積，提升鍍層質量; 然而在廢水排放和處理過程中，因為這樣一些絡合物的存在，使得鎳的去除難度加大，單純的化學沉淀法難以實現重金屬的有效去除，因而如何破除絡合物、實現金屬離子的釋放就成為重金屬去除過程中的關鍵技術。高級氧化技術在應用過程中產生的羥基自由基( ·OH)[2]或硫酸鹽自由基[3]具有強氧化作用，能有效氧化與鎳結合的絡合物或螯合物，將強絡合態鎳轉化為弱絡合態鎳或離子態鎳[4]，然后通過重補劑競爭絡合或沉淀分離，達到去除鎳的目的。本項目采用自主研發的破絡合劑，針對電鍍廢水中存在的絡合物具有普適性，能實現絡合物的有效去除。

② 基于絡合捕集的重金屬穩定達標技術

電鍍廢水處理過程中，重金屬離子主要通過與外加藥劑( 氫氧化鈉、氫氧化鈣、硫化鈉等) 形成氫氧化物、硫化物沉淀等形式，從廢水中固液分離，最終轉化為固態污染物，但是對于大部分重金屬，其氫氧化物溶度積常數( Ksp) 比較大，使得其去除效果比較差，難以滿足目前日益嚴格的出水排放要求。另外，電鍍廢水中常常含有一些絡合劑，其穩定性高，簡單加入氫氧化鈉、氫氧化鈣難以沉淀這部分絡合態重金屬離子。重金屬捕集劑是一種與重金屬離子強力螯合的化工藥劑，能在常溫和很寬的 pH 值范圍內，與廢水中的 Cu2+、Ni2+、Zn2+等重金屬離子進行化學反應，并在短時間內迅速生成不溶性、低含水量、容易過濾去除的絮狀沉淀，從而達到去除重金屬離子的目的，確保廢水達到排放標準[5，6]。目前，根據現有電鍍廢水中絡合物的種類，并結合高級氧化破絡技術，自主合成的重補劑可實現鎳的達標。

③ 基于 TMF 分離的重金屬穩定達標技術

目前對于電鍍廢水以物化處理法為主，通常采用化學沉淀法，基本工藝組合為反應系統 + 分離系統。目前常見的固液分離方式有沉淀、氣浮和膜分離，其中沉淀法具有通用性強、造價低、易管理等特點，應用廣泛; 氣浮法則具有容易設備化、占地小、分離效率高等特點，在一些小規模的電鍍污泥處理工程中也得到應用。但是氣浮法和沉淀法都具有一定的不穩定性，容易出現浮泥、跑泥等現象，造成出水水質波動，重金屬超標風險大。膜分離法具有分離效果好、系統穩定等特點，尤其是能夠確保出水 SS濃度非常低; 另外，在進行膜分離的同時，還能實現污泥的濃縮、污泥高效吸附等功能，進一步提升出水水質和后續污泥脫水設備的效率，因此在電鍍廢水處理中具有廣闊的應用前景。本項目采用的管式微濾膜以多孔高分子材料作為分離介質，采用低壓( 0. 07 ～ 0. 7 MPa) 運行膜過濾，用以分離液體中的高濃度懸浮固體; 分離時采用錯流過濾方式，固液混合物在壓力作用下在膜表面錯流流動; 固體顆粒在錯流狀態下在固液混合物中不斷濃縮，不斷在膜表面堆積。TMF 膜過濾系統具有顯著的優點: 可以絕對去除尺寸大于膜孔徑的固體物，去除效果非常穩定; 不需要投加絮凝劑等聚合物，節約藥劑，降低污泥產量，提升污泥資源化利用價值; 自動隨時開/停機，自動化程度高; 超微濾過濾精度高，不需要進后處理過濾器，可以直接和反滲透等中水回用設備聯用。

3 主要建( 構) 筑物及設計參數

① 調節池

含鎳廢水調節池 1 座，規格為 20 m × 5. 5 m × 4m( 墻中線尺寸) ，總容積 440 m3，有效水深 3. 5 m，有效容積 385 m3。調節池進水端配置隔油沉砂池 2座，規格為 3 m × 1. 5 m × 4 m( 墻中線尺寸) 。

設備：提升泵 2 臺( 按一期規模配置，Q = 25. 2 m3/h，H =130 kPa，N = 1. 5 kW) ，液位開關 1 套，電磁流量計 1套。帶密封板格柵蓋板若干。

② 一級反應池組

破絡反應池組 1 座 3 格，規格為 3. 0 m × 2. 5 m× 4. 8 m × 3 格( 墻中線尺寸) ，總容積 108 m3，有效水深 4. 5 m，有效容積 101 m3，有效停留時間 3. 36h。設 pH 計 2 套; 反 應 攪 拌 機 2 套 ( 電 機 功 率2. 2 kW，4 極，轉速 60 r/min，槳葉直徑 950 mm × 2層) ; 絮凝攪拌機 1 套( 電機功率 0. 75 kW，4 極，轉速 20 r/min，槳葉直徑 1 400 mm × 2 層) 。

③ 一級沉淀池

一級豎流式沉淀池 1 座，規格為 6. 0 m × 5. 0 m× 4. 8 m( 墻中線尺寸) ，表面積 30 m2，表面負荷 1m3/( m2·h) ，有效停留時間 2 h。設備: 中心桶 1 套

( 600 mm × H3 250 mm，FRP 材質) ，出水鋸齒三角堰 1 套( 非標定制) ，排泥系統 1 套。

④ 二級反應池組

二級反應池組 1 座 3 格，規格為 3. 0 m × 2. 5 m× 4. 8 m × 3 格( 墻中線尺寸) ，總容積 108 m3，有效水深 4. 0 m，有效容積 90 m3，有效停留時間 3. 0 h。

設備: pH 計 1 套; 反應攪拌機 3 套( 電機功率 2. 2kW，4 極，轉速 60 r/min，槳葉直徑 950 mm × 2 層) 。

⑤ TMF 分離系統

TMF 系統核心單元一期配置 PVDF 材質管式微濾膜 10 支，膜孔徑 0. 1 μm，設計通量 400 L /( m2·h) ，實際運行通量 400 L /( m2·h) 。配循環提升泵2 臺( 按一期規模配置，Q = 70 m3/h，H = 395 kPa，N= 15 kW) ，同時配置全自動清洗及藥洗系統。

4 運行效果

電鍍廢水集中處理工程于 2014 年 10 月底建成，2015 年 1 月 30 日完成工程竣工驗收，同年 3 月受委托進入商業化運營管理生產，2017 年配合整個產業園區完成“三同時”環?？⒐を炇铡?br />
2015 年 3 月—2018 年 1 月各處理工段出水水質如表 2 所示。


結果表明，出水始終保持鎳≤0. 1 mg /L，達到表3 的標準要求，其他重金屬指標也滿足表 3 要求，說明該系統對鎳的去除效果好，而且能保證其他重金屬達標。因此，該工藝能確保在混流情況下重金屬鎳達標，具有良好的工程應用價值。

5 經濟指標分析

① 含鎳系統部分工程造價

該工程含鎳系統部分總投資約為 505 萬元，其中土建費約 188 萬元，設備材料費 237 萬元，其他設計、安裝、運輸及調試等間接費用 80 萬元。

② 含鎳系統部分運行成本

單位廢水的處理成本約為 25 ～ 40 元/m3，不計設備折舊維修費用，其中電費 1 ～ 1. 5 元/m3、人工費 0. 8 ～ 1. 2 元/m3

、藥劑費合計 23 ～ 35 元/m3。

6 結論

電鍍廢水經高級氧化破絡、絡合捕集、TMF 分離等重金屬穩定達標處理關鍵技術體系的集成應用后，出水水質能夠穩定達到電鍍行業現行最高標準( 即表 3 標準) 。集成的技術體系應用能夠適應園區電鍍含鎳廢水水量、水質波動大，成分復雜等特點。經過 3 年的運營，處理效果穩定，自動化程度高，產泥率低，運行成本較低，具有一定的經濟效益，出水總鎳≤0. 1 mg /L，環境和社會效益顯著。

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