电镀含镍废水处理技术的研究

摘""""" 要：研究了US/H₂O₂+螯合树脂处理含镍废水，探究该工艺对镍的除去机理和回收利用。电镀废水经检测镍的初始浓度为189.50 mg/L，实验结果表明：当温度为40 ℃、H₂O₂投加量20 mL/L， US破络15 min，后通过D851螯合树脂处理，镍离子的浓度为0.085 mg/L， 满足排放标准。使用后的D851螯合树脂经洗脱溶液富集，可返回电镀槽使用，实现了变废为宝，以及D851螯合树脂可循环多次利用。因此，其工艺在处理工业电镀含镍废水方面具有良好的运用前景。

关" 键" 词：电镀含镍废水；D851螯合树脂；US

中图分类号：X703.1""" 文献标识码： A"""" 文章编号： 1004-0935（2023）08-1113-04

据不完全统计，我国电镀厂约有1万多家，每年电镀废水的排放量约40亿m³。电镀工艺产生的废水不仅量大，而且废水中含有铬、镍、铜等不能被自然界降解的重金属，如果未将其废水进行妥善处理，会对人类生产生活及环境产生严重的破坏^[1-3]。同时金属镍在耐腐蚀、延展性上性能卓越，广泛运用于汽车、建筑等领域^[4]。因此，对镍形成一条完整的回收利用工艺，将有效减少含镍废水的污染及实现镍的资源化利用。

电镀厂现有电镀工艺中，都会添加络合剂对金属离子进行固定，该过程会使废水中的物质形成稳定的络合物，成分由此变得复杂，为使其排放达标，采用H₂O₂破络，是一种绿色处理方式，能将废水中镍变为游离态的镍^[5-7]。采用D851螯合树脂能更快吸附废水中的镍，达到排放要求。 实验探究镍离子浓度与H₂O₂加入量、US破络时间、温度等因素的影响。

1" 实验

1.1" 药品与仪器

1）实验药品：30%双氧水、氢氧化钠、D851螯合树脂。

2） 实验仪器：A3AFG12原子吸收分光光度计、DL-1电子电驴、FA2204电子天平、PHS-25型pH计、F-100SD超声波清洗机、DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器。

1.2" 反应原理

在工业含镍废水溶液中投加双氧水，放入超声波内超声，产生大量的羟基自由基，利用其强氧化性进行破络，能将废水中的镍变为游离态的镍，该处理方式绿色环保^[8]。后通过D851螯合树脂处理，除去废水中的镍。

1.3" 实验方法

量取100 mL的废水，置于300 mL的烧杯中，加入适量的H₂O₂，开启超声波超声一定时间后破除络合，后通往过螯合树脂处理，利用火焰原子吸收光谱法（GB/T 23768—2009）^[9]测定溶液中镍离子的浓度。

1.4" 实验流程

含镍废水通过投加双氧水，放入超声波内超声，后通过螯合树脂处理，含镍废水达到排放要求，利用过的螯合树脂可经稀硫酸洗脱，回收高纯度的硫酸镍，再通过氢氧化钠再生树脂，达到螯合树脂的重复利用，流程图见图示1。

2" 螯合树脂

2.1" D851螯合树脂的基本特性

实验选用的是D851类型的螯合树脂，D851是一种大孔笨乙烯结构带有亚氨基二乙酸功能的螯合树脂，由于D851亚氨基二乙酸官能团的化学特性，能对多价的金属离子呈复数的配位子作用形成稳定的螯合结合^[10-11]。因此对二价及以上的金属离子有非常高的选择吸附性，主要针对溶液中除去二价以上的金属阳离子，基本性质见表1。

2.2" D851螯合树脂的反应原理以及交换性能

D851是带有亚氨基二乙酸基管能团树脂，树脂形态分为氢型或钠型，溶液中重金属离子容易被二羧基功能基离子吸引及氮原子电子给予而螯合，见图1。

D851作为弱酸螯合物，特别适合于除去重金属，在不同pH下，D851螯合树脂有不同交换性能，对Ni²⁺有相对不同的选择性系数，如表2所示。D851带有大孔树脂结构有利于离子很好地扩散，能有效地到达树脂内部的官能团，可进行良好的离子交换性能。

3" 结果与讨论

3.1" 单因素实验

3.1.1 "H₂O₂的影响

分别取100 mL的含镍废水，加入到4个300 mL的烧杯中，分析H₂O₂的加入量对废水的影响，温度为40 ℃，US破络时间15 min，后续通过D851螯合树脂处理，清液通过测定溶液中的镍浓度，见图2所示。由图2可看出，随着H₂O₂的加入量增加，镍离子的浓度逐渐降低。当加入量超过20 mL/L时，镍离子的浓度变化趋于稳定，这是由于废水溶液达到饱和，再投加过多的H₂O₂对反应也没有影响。

3.1.2 "温度的影响

分别取100 mL的含镍废水，加入到4个300 mL的烧杯中，以不同温度为实验的变量，H₂O₂的加入量为2 mL/L，US破络时间15 min后，利用螯合树脂处理，纯水通过检测，结果如图3所示。由图3可看出，温度的增加有利于废水反应的进行，利于去除镍离子。但当温度超过50 ℃后，对废水反应的影响较小。

3.1.3 "US破络时间的影响

分别取100 mL的含镍废水，加入到4个300 mL的烧杯中，探究US破络时间对反应的影响，温度为40 ℃，H₂O₂的加入量为2 mL/L，后续通过螯合树脂处理，清液通过检测，结果如图4所示。由图4可看出，随着US破络时间的增加，镍离子的浓度逐渐减少，然后趋于稳定。综上所述，US破络时间为15 min较合适。

4" 响应面法实验

通过单因素实验的基础上，再利用Design Expert 12.0和Box-Behnken法设计三因素三水平的响应曲面实验，温度（A）、H₂O₂投加量（B）、US破络时间（C）、镍离子的浓度为响应值，设计实验及结果见表3所示。响应面方差分析见表4所示。

利用软件对实验数据进行分析，得到以镍离子浓度为响应值，拟合方程为：

=0.745 175-0.001 682-0.087 225-0.083 280+0.000 225–0.000 250+0.002 000+0.000 070²+0.014 525²+ 0.003 451²（R²=0.985 8，P＜0.000 1）

拟合方程的方差0.985 8，调整后的方差为0.967 6，说明此模型与实验拟合度较好，预测性较好，因此可用于对实验结果的分析。

对回归分析结果进行了实验验证，采取5组平行实验，实验条件为：100 mL废水，温度为40 ℃，H₂O₂（30%）投加量为20 mL/L，US破络时间为15 min后。5次实验结果清液中镍的浓度为0.085，0.082，0.083，0.087，0.084 mL，其结果均与预测结果相互符合，表明优化结果和拟合方程是合理，能够准确的反应温度、US破络时间、H₂O₂投加量对含镍废水的镍离子的影响情况。

5" 结 论

利用US/H₂O₂+螯合树脂工艺处理电镀含镍废水，此工艺具有操作简单、高效清洁等优点。当温度为40 ℃，H₂O₂投加量为20 mL/L，UV破络15 min，后通过螯合树脂过滤处理，废水经检测镍离子的浓度为0.085 mg/L，满足CB21900—2008所规定的排放标准。相较于单一树脂处理废水，US/H₂O₂+螯合树脂工艺，通过US/H₂O₂对含镍废水进行预处理，能将络合物电镀含镍废水破络成游离态的镍离子，后续通过D851螯合树脂处理能提高镍离子的除去率，因此，US/H₂O₂+螯合树脂工艺处理工业电镀含镍废水具有良好的运用前景。

参考文献：

[1] SURESH G， RAMASAMY V， SUNDARRAJAN M， et al. Spatial and vertical distributions of heavy metals and their potential toxicity levels in various beach sediments from high-background-radiation area， Kerala， India[J]. Marine pollution bulletin， 2015， 91（1）： 389-400.

[2] SIMPSON S L， VARDANEGA C R， JAROLIMEK C， et al. Metal speciation and potential bioavailability changes during discharge and neutralisation of acidic drainage water[J]. Chemosphere， 2014， 103： 172-180.

[3] 赵云霞， 杨子轩， 毕廷涛， 等. 电镀废水处理技术研究现状及展望[J]. 电镀与涂饰， 2021， 40（15）：1215-1224.

[4] 李超楠， 李梅， 高英武. 含镍废水处理和再利用技术在工业中的应用进展[J]. 化学推进剂与高分子材料， 2019， 17（4）：33-38.

[5] 张卫. 电镀含镍废水处理工艺优化研究[J]. 电镀与精饰， 2021， 43（10）：41-45.

[6] 赵玄， 高文艳， 周曦琳， 等. 废水中络合态重金属形态、去除机制及净化技术研究进展[J].燕山大学学报， 2022， 46（4）：297-308.

[7] 邹亚辰， 李春琴， 张庆芳， 等.高级氧化法处理含络合态重金属废水研究进展[J]. 应用化工， 2022， 51（07）：2064-2068.

[8] 杨世迎， 薛艺超， 王满倩. 络合态重金属废水处理：基于高级氧化技术的解络合机制[J]. 化学进展， 2019， 31（08）：1187-1198.

[9] GB/T 23768—2009， 无机化工产品 火焰原子吸收光谱法通则[S].

[10] 王荣耕， 李学平， 翟学良. 离子交换树脂回收钴镍技术进展[J]. 无机盐工业， 2005（11）：15-17.

[11] 孔宇. 聚苯乙烯树脂吸附性能的应用研究进展[J]. 精细化工中间体， 2021， 51（4）：5-10.

Research on Treatment Process of Electroplating

Nickel-containing Wastewater

MA Lu ZHANG Peng TANG Jie YUAN Xiao-chao XIAO Ling ZHANG Yun-ju

（1. Mianyang Teachers’ College， Mianyang Sichuan 621000， China;

2. Sichuan Yinhe Chemical Co.， Ltd.， Mianyang Sichuan 622650， China）

Abstract：" The treatment of nickel-containing wastewater by US/H₂O₂+chelating resin was studied， and the removal mechanism and recycling of nickel by this process were explored. The initial mass concentration of nickel in electroplating wastewater was 189.50 mg·L^-1， and the experimental results showed that when the temperature was 40 ℃， the H₂O₂ dosage was 2 mL·L^-1， and the US network was broken for 15 min， and then treated by D851 chelating resin， the concentration of nickel ions was decreased to 0.085 mg·L^-1， which met the emission standards. After used D851 chelating resin was enriched by the elution solution and could be returned to the electroplating tank for use， and the D851 chelating resin could be recycled many times. Therefore， the process had good application prospect in the treatment of nickel-containing wastewater of industrial electroplating.

Key words：" Electroplating nickel-containing wastewater; D851 chelating resin ; US