微负压蒸馏-O3处理络合镍废水的研究

陈洋 杨峰 周腾腾 钱莎莎 (1.江苏南大华兴环保科技股份公司，江苏 盐城 224001；

2.南京大学盐城环保技术与工程研究院，江苏 盐城 224001)

0 引言

电镀涉及行业广泛[1]，其废水的复杂性导致电镀工业成为全球三大污染工业之一[2-3]。行业废水中化学镀镍废水[4]分子量大、稳定性强，极难处理[5]。近年来，国家和地方环保部门对电镀废水污染物排放要求愈加严格。常规化学镀镍废水处理方法有6种[6-8],但在已有处理技术研究中，往往因运行成本高、现场操作维护复杂、出水不稳定难达标等原因，阻碍技术广泛应用。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镍污染物进行深度去除。针对这一难题，本文采用基于稳定高效的蒸馏和高氧化能力的臭氧技术[9]的工艺路线，实现对实际络合镍高盐废水的有效处理。

1 实验部分

1.1 水样与试剂

实验所用废水取自泰州某电镀企业废水，经常规物化处理后形成的高浓度化学镀镍废水母液。母液呈蓝绿色，pH在9～11之间，密度为1.231g·cm-3，含固量为25.6%。其水质分析结果为COD约2000mg·L-1，NH3-N约50mg·L-1，总磷约50mg·L-1，总镍约250mg·L-1。实验使用试剂聚合氯化铝(天津市大茂化学试剂厂)，聚丙烯酰胺(天津市大茂化学试剂厂)，氢氧化钠(广州化学试剂厂)，硫酸(广州化学试剂厂)。

1.2 实验设备

UV-1800型分光光度计；安捷伦1260型高效液相色谱分析仪；安捷伦7890型气相色谱仪；W2-100SP型循转蒸发仪；JH-8002y型臭氧发生器；臭氧反应器(自制)；携带式臭氧浓度在线检测仪；JJ223BF电子天平；pH计；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)。

1.3 实验方法

500mL母液进入循转蒸发仪进行蒸馏，通过控制循转蒸发仪内部压力，控制馏出液流出速度。待馏出液达到一定体积后停止蒸馏，馏出液经调节池调节控制pH 6～8，进好氧池进行处理。釜残收集至臭氧氧化反应器中，经臭氧氧化处理后过滤，滤液回流至循转蒸发仪，滤渣委外处置。实验流程图如图1所示。

图1 工艺流程图

1.4 分析方法

pH采用(美国奥豪斯公司)酸度计测定；总镍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0.01mg·L-1)；液相色谱-质谱(LC -MS，Thermo Fisher，Q Exactive)检测条件：STPAK C18色谱柱，流动相为0.1%甲酸-乙腈(3:7)，流速1.0mL·min-1，分析柱温度25 ℃，进样量：10mL，傅里叶变换红外光谱分析(FTIR，Nicolet6700，美国 THERMO FisherScientific)：KBr压片法，在波长4000～400cm-1范围内测定透光率。

2 结果与讨论

2.1 蒸馏压力对馏出液速度和体积的影响

量取母液体积250mL加入循转蒸发仪。实验选取负压为0.045MPa、0.055MPa、0.065MPa、0.075MPa四种压力，研究温度120℃时，压力变化对馏出液出水速度及出水体积的影响。实验结果如图2所示。

图2 压力对馏出液速度和体积影响趋势图

根据图2所示，控制温度不变时，馏出液体积随负压的增大而增加，相同时间内馏出液体积的增加趋势随压力增大而增大。在同一条件下，馏出液出水速度随着时间的延长而逐渐减缓。这和Antoine方程中，物质的饱和蒸气压和温度的关系一致。另外，随着馏出液体积的不断增加，导致循转蒸发仪中的液体浓度也来越高，从而导致馏出液出水速度的不断减缓。

2.2 蒸馏压力对馏出液水质的影响

量取母液体积250mL加入循转蒸发仪。实验选取负压为0.045MPa、0.055MPa、0.065MPa、0.075MPa四种压力，研究温度120℃时，蒸馏时间3h时，各馏出液水质中COD、氨氮、总磷和总镍的含量。实验结果如图3所示。

图3 压力对馏出液水质影响图

如图3所示，压力对馏出液水质出水的影响较大，特别是压力从0.065MPa提升至0.075MPa时，水中COD、TP和T Ni的浓度明显提高。由此可见，随着压力的升高部分高沸点有机络合物随着水蒸气一同馏出，导致馏出液水质的急速下降。根据馏出液水质，当压力为0.075MPa时，其出水水质特别是镍含量的增加，使其满足进生化的要求。

2.3 馏出液体积对釜残状态的影响

根据2.1和2.2的研究结果，选取实验条件负压为0.065MPa、温度120℃时，量取母液体积250mL加入循转蒸发仪。控制馏出液体积占比为50%、60%、70%和80%，观察釜残状态，如表1所示。

表1 蒸馏釜残状态表

2.4 最佳条件下的处理效果研究

根据研究的最佳条件，控制蒸馏微压为0.065MPa、温度为120℃，蒸馏体积为60%，进行试验。试验量取母液体积1L加入循转蒸发仪，控制循转蒸发仪负压为0.065MPa、温度为120℃。待流出液达到600mL时，倒出釜残。将馏出液pH调节至7，进好氧池，控制好氧池水力停留时间为24h，出水水质进行检测。将釜残倒入臭氧氧化反应器，控制臭氧进气浓度为70g/m3，反应2h，釜残粘度明显下降后。将釜残用500目滤布进行过滤，滤出液随第二批母液一同进循转蒸发仪进行循环蒸馏。最终好氧池出水水质指标COD<47.7mg·L-1，NH3-N<4.8mg·L-1，总磷<0.5mg·L-1，总镍<0.1mg·L-1。实验结果显示，在最佳条件下，本实验工艺对络合镍废水中COD的去除率达到99.8%，对氨氮的去除率达到90%，对总磷去除率达到99%，对总镍的去除率达到99.9%。

3 结语

本研究将微压蒸馏工艺与臭氧工艺联合，用以处理络合镍废水，控制废水中镍的浓度，保证废水可生化性。实验结果表明：蒸馏过程中，负压对蒸馏出水速度和水质均有影响。压力越大出水速度越快，压力达到一定程度时，出水水质急速变差。馏出液体积对后续臭氧氧化釜残的影响较大。控制馏出液体积占比，可提高臭氧在釜残中的停留时间，提高氧化效果。控制实验在最佳条件下，本实验工艺对络合镍废水中COD的去除率达到99.8%，对氨氮的去除率达到90%，对总磷去除率达到99%，对总镍的去除率达到99.9%。