电镀含镍废水处理工艺优化研究

张卫

电镀含镍废水处理工艺优化研究

张卫*

（潍坊科技学院 农学与化工技术学院，山东 寿光 262700）

采用H2O2/UV+Na2S沉淀法处理含镍废水，考察了H2O2加入量、破络反应时间、体系pH和Na2S加入量等因素对废水中镍离子浓度的影响，利用Design Expert8.0中Box-Behnken法进行响应面分析优化。最佳工艺条件为：H2O2加入量21.5 mL/L，破络反应时间26.2 min，pH=9.7，Na2S加入量为67 mg/L。在该条件下，处理后的废水镍离子浓度达到0.0897 mg/L，满足排放标准。

含镍废水；响应面；优化

金属镍以其优良的耐腐蚀、可焊接等特性，广泛应用于汽车、机械等领域［1］，但在镍的使用过程中会产生含镍废水。镍作为一种重金属，具有致癌性，且不能被环境中生物所降解，环境污染的同时对人类健康也产生影响［2-5］，因此含镍废水在排放前必须达到国家标准。含镍废水常用的处理方法分为化学沉淀、吸附、生化处理、混凝和电解等，其中化学沉淀法具有过程简单，易于操作的特点，但其处理效率不高；混凝对设备的要求较高，结构复杂，运行成本高；电解法不易处理低浓度含镍废水；吸附法中的吸附剂容易吸附至饱和，吸附剂更换和再生成本高［6-8］。

本论文主要针对山东某电镀厂的废水进行研究，其电镀工艺过程中加入了大量络合剂，在废水中形成了稳定的含镍络合物，含镍量36 mg/L左右，废水pH为3左右，为实现电镀含镍废水的达标排放，采用H2O2氧化沉淀法处理电镀含镍废水，探讨H2O2加入量、破络时间、pH、Na2S加入量等因素对废水中镍离子浓度的影响。

1　实验

1.1　仪器与药品

实验中采用的药品及仪器见表1所示。

表1药品及仪器

Tab.1　Experimental drugs and instruments

1.2　反应原理

在废水中加入H2O2，紫外光（UV）照射，生成强氧化性的羟基自由基，破除络合，使镍离子游离到废水中，后通过加入Na2S，反应生成溶度积较小的硫化镍沉淀，脱除其中的镍离子等重金属离子。

1.3　实验方法

量取200 mL的废水，置于500 mL的烧杯中，加入适量的H2O2，开启紫外光照射，搅拌一定时间破除络合，后加入NaOH调节溶液的pH，然后加入适量Na2S，磁力搅拌反应，过程中采用滴加NaOH的方式调节pH，抑制Na2S的水解，反应完成后抽滤，滤液利用等离子发射光谱仪测定其中的镍含量。

2　结果与讨论

2.1　单因素实验

2.1.1H2O2加入量对镍离子浓度的影响

分别取200 mL的废水，加入到4个500 mL的烧杯中，H2O2溶液（20 %）加入量为10、15、20、25 mL/L，开启紫外光照射，搅拌破络20 min，滴加NaOH调节废水的pH为9，Na2S固体加入量50 mg/L，搅拌反应20 min后，抽滤，测定滤液中的镍含量，如图1所示。由图1可以看出，废水中镍离子的浓度随着H2O2加入量的增大而减少，加入量超过15 mL/L后，镍离子的浓度变化趋于平缓。

图1　H2O2加入量对镍离子浓度的影响

2.1.2破络时间对镍离子浓度的影响

分别取200 mL的废水，加入到4个500 mL的烧杯中，H2O2溶液（20 %）加入量为20 mL/L，开启紫外光照射，搅拌破络15、20、25、30 min，滴加NaOH调节废水的pH为9，Na2S固体加入量50 mg/L，搅拌反应20 min后，抽滤，测定滤液中的镍含量，如图2所示。可以看出，随着反应时间的递增，废水中镍离子浓度缓慢下降，25 min后镍离子在0.1 mg/L左右，继续增大破络时间镍离子的浓度基本稳定。

图2　破络时间对镍离子浓度的影响

2.1.3pH对镍离子浓度的影响

分别取200 mL的废水，加入到4个500 mL的烧杯中，H2O2溶液（20 %）加入量20 mL/L，开启紫外光照射，搅拌破络25 min，滴加NaOH调节废水的pH为8、9、10、11，Na2S固体加入量50 mg/L，搅拌反应20 min后，抽滤，测定滤液中的镍含量，如图3所示。随着pH的递增，在8～9之间镍离子浓度明显下降，在pH超过9之后镍离子浓度下降缓慢，超过10后，趋于稳定，说明pH在低于10时，Na2S仍然存在水解，S2-不能高效的与Ni2+结合，导致镍离子浓度较高，pH大于10后，水解反应得到抑制，Ni2+得以沉淀脱除。

图3　pH对镍离子浓度的影响

2.1.4Na2S加入量对镍离子浓度的影响

分别取200 mL的废水，加入到4个500 mL的烧杯中，加入H2O2溶液（20 %）20 mL/L，开启紫外光照射，搅拌破络20 min，滴加NaOH调节废水的pH为10，Na2S固体加入量分别为40、50、60、70 mg/L，搅拌反应20 min后，抽滤，测定滤液中的镍含量，如图4所示。

图4　Na2S加入量对镍离子浓度的影响

可以看出，反应初期，镍离子浓度随着Na2S加入量的增大而迅速下降，当Na2S的加入量超过60 mg/L后，镍离子浓度趋于平缓，说明随着反应的进行，镍离子浓度下降，其与Na2S 的接触几率下降，反应平缓。

2.2　响应面法实验

表2响应面法设计方案及结果

Tab.2　Experimental design and results of RSM

在单因素实验基础上，通过软件Design Expert 8.0中Box-Behnken法进行响应面实验设计，设计四因素三水平的实验方案，因素变量为H2O2加入量（）、破络时间（）、pH（）和Na2S加入量（），响应量为镍离子浓度。响应面法设计方案及结果见表2所示。响应面方程方差分析见表3所示。拟合方程为：

=1.42+0.0125-0.024-0.187-0.003-0.001-0.01-0.00375-0.002-0.00075-0.005+0.0172+0.001282+0.0162+0.0032，方程的方差0.9843，调整后的方差为0.9661，说明此模型与实验拟合较好，因此可用于对实验结果进行分析。

表3响应面方程方差分析

Tab.3　Variance analysis of the quadratic regression equation

为得到最优工艺条件，对拟合方程取一阶偏导，偏导等于零的点，即为极值点，计算得到=4.3，=26.2，=9.7，=13.4，得到=0.0885。对回归分析结果进行了实验验证，采取三组平行实验，实验条件为：200 mL废水，H2O2溶液（20 %）加入量21.5 mL/L，搅拌破络26.2 min，废水的pH为9.7，Na2S固体加入量67 mg/L，搅拌反应20 min后。3次实验结果滤液中的镍含量分别为0.0892、0.0897、0.0901 mg/L，其结果均与预测结果基本吻合，表明优化结果与拟合方程合理，能够较准确反映H2O2加入量、破络时间、pH和Na2S加入量对沉淀镍离子浓度的影响情况。

3　结论

采用H2O2/UV+Na2S沉淀法处理电镀含镍废水时，当H2O2加入量21.5 mL/L、破络反应时间26.2 min、体系pH=9.7和Na2S加入量为67 mg/L时，处理后的废水镍离子浓度达到0.0897 mg/L左右，低于GB 21900-2008中含镍废水排放标准0.1 mg/L。

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Study on Treatment Process and Optimization of Nickel-Containing Electroplating Wastewater

ZHANG Wei*

（School of Agronomy and Chemical Technology， Weifang College of Science and Technology， Shouguang 262700， China）

The nickel-containing wastewater was treated by H2O2/UV + Na2S precipitation method in this paper. The effects of H2O2addition amount， detoxification reaction time， pH and Na2S addition amount on the concentration of nickel ion in wastewater were investigated. And the response surface analysis was optimized by Box-Behnken method in Design Expert 8.0. The optimum technological conditions were as follows： H2O2dosage 21.5 mL/L， reaction time 26.2 min， pH 9.7 and Na2S dosage 67 mg/L. Under these conditions， the concentration of nickel ion in the treated wastewater was about 0.0897 mg/L， which met the discharge standard.

nickel-containing wastewater； response surface； optimization

X703

A

10.3969/j.issn.1001-3849.2021.10.008

2020-11-09

2021-01-18

张卫（1984—），女，硕士，讲师，从事环境保护、水处理方面的研究。email：wkzhangwei10@163.com

山东省高等学校科研创新平台课题项目（2018YY035）