电渗析法处理含镍废水工艺方案

电渗析法处理含镍废水工艺方案

2012年12月01日

电渗析法处理含镍废水工艺方案

一、概述

目前，电渗析分离技术已普遍应用于化工、冶金、造纸、纺织、轻工、制药等工业废水的处理并取得了较好的效果，具有显著的社会效益。

采取一切措施治理废水、消除污染及回收有用资源已经成为全世界共同关心的问题。据最新资料统计, 26个国家的3亿多人口完全生活在缺水状态。废水中含有大量污染物如石油类废物、酸性物质、重金属离子及一些盐类物质等。这些污染物若不经处理直接排放, 不但会破坏土壤结构,使农作物生长受到抑制, 降低农作物产量,而且可能污染人们的饮用水,给人类身体造成严重威胁。

废水中的总镍是国家《污水综合排放标准》中的第一类污染物。要求在车间处理装置排放口的控制浓度要低于1.0mg/L。我国多年来平均水资源人均拥有量只有2700m³，是世界人均拥有量的25%，我国城市的67%存在缺水问题。所以，工业废水对水环境、生态系统、国民经济发展与人民身体健康所造成的损失与严重后果, 必须引起我们高度重视。含镍废水的处理方法常用的有物化法(包括磁力分离法、过滤法)、化学沉淀法、电化学法、膜分离法(包括电渗析法、反渗透法和液膜分离技术)以及离子交换法等。本次采用电渗析技术，电渗析技术是膜分离技术的一种,它是在直流电场的作用下, 以电位差为推动力,利用离子交换膜的选择透过性，把电解质从溶液中分离出来,从而实现溶液的淡化、精制或纯化的目的。电渗析技术已广泛应用于各种工业废水的处理以及许多其它的化工过程,其应用范围还在不断扩大,并已经发展成为一种新型的单元操作。此技术日趋完善,前景广阔。另外,电渗析组合工艺的出现也给电渗析技术的发展带来了新生力量。

二、工艺方案论证

电渗析技术具有许多优点，如：占地面积小，基建投资少，节省劳动力，维修方便，易实现自动化等。在电渗析过程中，既无物态的改变，也无相变，只有少量电解质从溶剂中分离出去，因而即不像蒸馏将90％以上的水变成水蒸汽那样须消耗大量燃料，也不同于反渗透须用高压泵将大量的水分子挤出半透膜，或离子交换那样频繁再生，排出酸碱废液再度污染环境。在这些方面，电渗析具有独特优点。随着电渗析技术的发展，它不仅已成熟地应用于海水脱盐以及海水和

苦咸水的淡化，而且还广泛用于纯水、超纯水的制备、工业废水的处理、电厂及其它锅炉用水的处理，以及化工过程的浓缩、提纯、分离和精制等，并且其范围还在不断扩大。

电镀废水中含有铬、镍、镉、铜、锌等重金属离子及氰化物等毒性较大的物质, 有些属于致癌物质, 对人类危害极大, 因此对此类废水必须认真进行回收处理, 做到消除或减少对环境的污染,达到保护环境、造福人类的目的。镍和铬都是致癌物质, 因此处理它们的废水时应特别注意。1981年铁道部北京二七工厂用电渗析法处理电镀含镍废水,废水电导率1650 LS/cm, 处理后降至400 LS/cm,可回用于漂洗工艺。国外也有人对电镀废液进行了处理,他们用镍电镀铝材料时从洗池中恢复了有价值的物质硫酸镍,这种电渗析法的电流效率很高。含镍废水来源广,水量大,毒性强,是一类重要的工业有毒废水。从文献资料上看，含镍废水的处理方法已有十几种之多, 但从实际应用来看, 这些方法要么投资大、要么运行处理效果不理想。因而寻找一种投资省、运行费用低、处理效果好、工艺简单的治理方法仍然是化学及环境工作者亟待研究的课题。徐传宁用电渗析技术处理含镍废水,有效地净化了漂洗废水,使镍离子得到回收,废水中的镍离子达到国家废水排放标准。

三、原理

在外加直流电场作用下，利用离子交换膜的透过性(即阳膜只允许阳离子透过，阴膜只允许阴离子透过)，使水中的阴、阳离子作定向迁移，从而达到水中的离子与水分离的一种物理化学过程。

在阴极与阳极之间，放置着若干交替排列的阳膜与阴膜，让水通过两膜及两膜与两极之间所形成的隔室，在两端电极接通直通电源后，水中阴、阳离子分别向阳极、阴极方向迁移，由于阳膜、阴膜的选择透过性，就形成了交替排列的离子浓度减少的淡室和离子浓度增加的浓室。与此同时，在两电极上也发生着氧化还原反应，即电极反应，其结果是使阴极室因溶液呈碱性而结垢，阳极室因溶液呈酸性而腐蚀。因此，在电渗析过程中，电能的消耗主要用来克服电流通过溶液、膜时所受到的阻力及电极反应。

以Ni(N0

3)

2

溶液为例，当Ni(N0

3

)

2

进入淡室后，NO

3

-通过阴膜之后分别进入1、

3、5、7、9室内，同时Ni2+则进入隔室1、3、5、7、9，因此，隔室l、3、5、7、9中浓度逐渐升高，形成浓缩室，隔室2、

4、6、8、10的浓度下降，形成淡化

图1

室。将浓缩室流出液汇集在一起为浓相出料，同时也将淡室流出液汇集在一起作为稀相出料，这样，此过程就达到了在淡化室中净化水质，在浓缩室中回收物质的双重目的。

四、工艺流程

电渗析法常结合离子交换法结合使用。电渗析+离子交换法处理含镍废水工艺见图2。废水经过斜板沉淀池去除较大颗粒悬浮物后，进入离子交换系统出去镍离子，离子交换柱饱和后进行再生，再生液中富集的镍离子，用电渗析法进一步浓缩，回收其中的镍离子，电渗析操作采用阳膜，阴膜交替排列的普通电渗析工艺。

图2、电渗析+离子交换法处理含镍废水工艺图

用电渗析方法处理含镍废水，在直流电场作用下，废水中的硫酸根离子向正极迁移，由于离子交换膜具有选择透过性，淡水室的硫酸根离子透过阴膜进入浓水室，但浓水室内的硫酸根离子不能透过阳膜而留在浓水室内；镍离子向负极迁移，并通过阳膜进入浓水室，浓水室内的镍离子不能透过阴膜而留在浓水室中。这样浓水室因硫酸根离子、镍离子不断进入而使这两种离子的浓度不断增高；淡水室由于这两种离子不断向外迁移，浓度降低。离子迁移的结果是把电渗析器的两个电极之间隔室变成了溶液浓度不同的浓室和淡室。浓水系统是一个溶液浓缩系统，而淡水系统是一个净化系统。用电渗析法回收镍时，以硫酸钠溶液作为电极液，硫酸钠可减轻铅电极的腐蚀，浓水回用于镀槽，淡水用于清洗镀件。

五、电渗析处理工业废水的前景

防治水污染给国民经济和人体健康带来的长期影响,已是人类面临的迫切任务。电渗析作为一种较成熟的膜分离技术,已广泛应用于废水处理。随着离子交换膜的不断改进,电渗析技术将不断完善。总之,作为水处理和一项化工单元技术,电渗析无疑将会获得进一步的发展,其前景是十分可观的。