CN104250046A - 一种含镍废水处理装置及其处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含镍废水处理装置，包括含镍废水存储输入装置、含镍废水PH调配槽、泵浦系统、电解装置和控制装置，还包括污水循环处理装置，本发明还公开了所述含镍废水处理装置所对应的处理方法，本发明把化学镍废液和含镍污水浓缩液加入到含镍废水PH调节槽中混合，将PH值调节至6-7；将PH值调配好后的废水通入电解槽中在65-75℃进行电解，回收得到单质镍，电解后废水的镍排放浓度在0.02g/L以下，回收率在97%以上；电解后废水再经反渗透树脂交换处理后，处理污水可直接排放或循环使用。本发明有效的提高了镍废水处理的经济效益。
Description
技术领域
本发明公开了一种含镍废水处理装置及其处理方法，涉及工业含镍废水处理技术领域。
背景技术
化学镍金又叫沉镍金，业界常称为无电镍金(Electroless Nickel Immersion Gold)又称为沉镍浸金，PCB化学镍金是指在裸铜面上化学镀镍，然后化学浸金的一种可焊性表面涂覆工艺.它既有良好的接触导通性，而且具有良好的装配焊接性能，同时它还可以同其它表面涂覆工艺配合使用.随着日新月异的电子业的民展，化学镍金工艺所显出的作用越来越重要。
现有技术中，化学镀镍溶液使用几个周期后，会因为材料老化等问题形成化学镀镍废液，这些废液中通常含有4~5g/L的Ni2+。现有科学已证实重金属镍具有致癌和致敏作用，能够导致皮肤癌、肺癌和鼻腔癌等。同时，各种可溶性镍化合物对于环境中的生物也有明显的毒害作用。《水中优先控制污染物黑名单》早已将重金属镍及化合物列为优先控制污染物。与此同时，镍又是一种较昂贵的金属资源。因此，无论从生态角度，还是从资源再利用的角度，回收化学镍镀液废液中的镍具有非常重要的现实意义。
随着环保越来越严格要求，针对电镀行业对含镍废水排放标准越来越严格的要求。工厂传统污水处理工艺无法满足环保要求，不能自行处理，有些工厂就选择外发有资质的环保部门承包，但是对工厂来说，外发承包不但没有一点经济效益还要支付委托承包费用，产生了额外的生产成本。
目前常用的处理含镍废水方法是化学沉淀法，即用石灰调节含镍废水pH值值，并加金属补集剂等中和、混凝、絮凝、沉淀。此外还有离子交换法、吸附法、电渗析法、蒸发浓缩法及反渗法等。如CN201310706434.9公开的一种电镀废水处理系统采用的是化学沉淀法， CN201110260753.2公开了采用阴离子交换树脂吸附镍离子的化学镀镍废水处理方法。化学镀镍的由于废水中的成分较为复杂，因为处理效果有限。
经过研究发现，电解法处理含镍废水时，PH升高，溶液中OH－浓度增加，H＋浓度下降，增加了H＋的析除过电位，抑制了氢在阴极析出而有利与镍在阴极沉积。根据试验现象，当PH大于7时，溶液开始变浑浊，原因时有氢氧化镍沉淀的生成影响电解效果，在实际生产中液可能造成二次污染，因此在实际生产过程中，选择PH＝7有利于对镍离子的电解析出。
目前也有采用电解法处理含镍废水的报道，如CN 201310178927.X公开的一种污水处理的方、CN 201310692013.5公开的一种铁铝曝气微电解污水处理工艺等，但是经过实验发现，现有的电解法普遍处理效果不理想，镍回收率低，并有可能产生二次污染。实验表明，对含镍污水浓缩液（PH约为1，Ni约为20g/l）进行直接电解，由于H＋浓度过高，阴极只是析出氢气，并未析出镍单质。根据能斯特方程：E=E标+(RT/nF）ln[m+]/[m]，电极电位大的优先析出，在浓缩镍废水的电解过程中，阴极主要有氢气和镍单质的析出。而镍的标准电极电位本来就较负（-0.25V），在电解过程中，因为浓差极化而使镍的析出电位变得更负，氢气（标准电极电位为0）优先大量析出，加上金属对氢的析出有较好的催化作用，而使得镍析出的阴极电流效率极低，故没有镍的析出，因此，从含镍污水浓缩液中电解回收金属镍，单靠增大阴极表面积，降低电流密度等方法是不可能获得良好效果，只有设法提高阴极表面附近Ni2+的浓度（膜电解法）和降低H+浓度（升高PH），才能有效地提高电解回收镍的电流效率，也才能使用电解的方法从含镍污水浓缩液中电解回收金属镍获得成功。并且对于浓缩镍废水，通过直接调节浓缩镍废水PH，其PH达到4便会产生沉淀，在PH为4时，其电解效果不佳，回收率仅为62.33%，同时易造成二次污染。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种含镍废水处理装置及其处理方法，将电解后的废水再经反渗透树脂交换处理后，处理污水可直接排放或循环使用。采用该工艺处理含镍废水（包括化学镍废液和含镍污水浓缩液），处理后废水的镍排放浓度在0.02g/L以下，镍回收率在97%以上。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种含镍废水处理装置，包括含镍废水存储输入装置、含镍废水PH调配槽、泵浦系统、电解装置和控制装置，其中：
所述含镍废水存储输入装置包括含镍污水浓缩液储存槽和化学镍废液储存槽，用以存放和输出含镍废水；
所述泵浦系统包括排放泵浦、添加泵浦、循环泵浦和调配添加搅拌泵浦，用以控制所述含镍废水处理装置内部液体流动；
所述电解装置包括副箱和电解槽，所述电解槽内安装电解板，用以电解析出单质镍；
所述控制装置通过与其相连接的整流机控制泵浦系统运行，控制装置中包括含镍废水PH值检测调节设备，用以调配、控制化学镍废液和含镍污水的PH值；
调配添加搅拌泵浦从含镍污水浓缩液储存槽和化学镍废液储存槽中分别抽取含镍污水浓缩液和化学镍废液，上述液体被泵入含镍废水PH调配槽处理后经过添加泵浦，输送至电解槽的进水口，经过电解，再由电解槽的出水口输送至副箱，副箱内的液体经过循环泵浦回流至电解槽，副箱的排水口经过排放泵浦排出废水。
作为本发明的进一步优选方案，所述化学镍废液储存槽的输入端还连接设置有第一活性炭过滤缸，将化学镍废液经过过滤处理后存储至化学镍废液储存槽。
作为本发明的进一步优选方案，所述镍污水浓缩液储存槽的输入端还包括有待浓缩含镍废水槽、第二活性炭过滤缸、离子交换树脂罐、反渗透循环水回用系统和自来水回用槽，其中：
排放泵浦排出的废水输送至所述待浓缩含镍废水槽，待浓缩含镍废水槽的输入端还和反渗透循环水回用系统的输出端相连接，所述自来水回用槽回收装置运行时使用的循环用水，再将化学镍、电镀镍水洗槽的循环用水输送至反渗透循环水回用系统；待浓缩含镍废水槽的输出端依次经过第二活性炭过滤缸、离子交换树脂罐将电解镍产生的含镍污水存储至含镍污水浓缩液储存槽。
本发明还公开了与所述含镍废水处理装置相配套使用的一种含镍废水处理方法，具体步骤如下：
步骤一、备料：将收集的化学镍废液用第一活性碳过滤缸过滤，然后存储于化学镍废液储存槽中；
步骤二、反渗透处理：使用反渗透循环水回用系统处理化学镍、电镀镍水洗槽产生的循环水，分别得到清水和浊水，所述清水注入自来水回用槽,所述浊水注入待浓缩含镍废水槽；
步骤三、过滤浓缩：将待浓缩含镍废水槽中的含镍废水用第二活性碳过滤缸过滤，再经过离子交换树脂罐过滤，得到可循环利用的回收水和含镍污水浓缩液，所述回收水注入自来水回用槽中循环利用，所述含镍污水浓缩液注入含镍污水浓缩液储存槽；
步骤四、PH调配：将化学镍废液和含镍污水浓缩液按比例注入含镍废水PH调节槽中，并调节其PH值；
步骤五、电解：将经过步骤四处理、PH值调配好废水注入电解槽中进行电解，回收电解析出的单质镍，调节电解时间，使得电解处理后废水的镍含量低于设定的阈值；
步骤六、电解后废水处理：将步骤五处理后排出的废水储存于待浓缩含镍废水槽中，重复进行步骤三的处理方法。
作为本方法的进一步优化，步骤四中，所述化学镍废液和含镍污水浓缩液的注入比例为2:1～3:1。
作为本方法的进一步优化，步骤四中，将含镍废水PH调节槽中的混合液体的PH值调节至6～7。
作为本方法的进一步优化，步骤五中，电解的温度设定在65-75℃。
作为本方法的进一步优化，步骤五中，电解时的电流密度为1～1.5ASD。
作为本方法的进一步优化，所述镍含量的设定阈值为0.05g/L。
作为本方法的进一步优化，步骤五中，电解过程的时间为6-8小时。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果： 采用本发明所公开的装置和方法，通过6-8h的电解，电解后废水的镍排放浓度在0.02g/L以下（目前膜电解法只能将镍浓度将至0.05g/L左右），回收率在97%以上；电解后废水再经反渗透树脂交换处理后，处理污水可直接排放或循环使用。不仅缓解了污水排放镍离子超标压力，还间接回收了高纯度金属镍，回收的金属镍经过市场运营可以更进一步产生经济价值。
附图说明
图1是本发明所公开的含镍废水处理装置的结构示意图；
图2是本发明的含镍废水处理方法流程示意图；
其中：1.含镍废水PH调配槽；2.排放泵浦；3.添加泵浦；4.循环泵浦；5.电解装置；6.控制装置；7.整流机；8.副箱；9.电解槽；10.电解板；11.含镍污水浓缩液储存槽；12.化学镍废液储存槽；13.调配添加搅拌泵浦；14.反渗透循环水回用系统；15.自来水回用槽；16.待浓缩含镍废水槽；17.第一活性炭过滤缸；18.第二活性炭过滤缸；19.离子交换树脂罐。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明所公开的含镍废水处理装置的结构示意图如图1所示，所述含镍废水处理装置，包括含镍废水存储输入装置、含镍废水PH调配槽、泵浦系统、电解装置和控制装置，其中：所述含镍废水存储输入装置包括含镍污水浓缩液储存槽和化学镍废液储存槽，用以存放和输出含镍废水；所述泵浦系统包括排放泵浦、添加泵浦、循环泵浦和调配添加搅拌泵浦，用以控制所述含镍废水处理装置内部液体流动；所述电解装置包括副箱和电解槽，所述电解槽内安装电解板，用以电解析出单质镍；所述控制装置通过与其相连接的整流机控制泵浦系统运行，控制装置中包括含镍废水PH值检测调节设备，用以调配、控制化学镍废液和含镍污水的PH值；调配添加搅拌泵浦从含镍污水浓缩液储存槽和化学镍废液储存槽中分别抽取含镍污水浓缩液和化学镍废液，上述液体被泵入含镍废水PH调配槽处理后经过添加泵浦，输送至电解槽的进水口，经过电解，再由电解槽的出水口输送至副箱，副箱内的液体经过循环泵浦回流至电解槽，副箱的排水口经过排放泵浦排出废水。
作为本发明的一个优选方案，在所述化学镍废液储存槽的输入端还可以增加设置一个活性炭过滤缸，将化学镍废液经过过滤处理后存储至化学镍废液储存槽。
作为本发明的一个优选方案，在所述镍污水浓缩液储存槽的输入端还增加设置有待浓缩含镍废水槽、第二活性炭过滤缸、离子交换树脂罐、反渗透循环水回用系统和自来水回用槽，其中：排放泵浦排出的废水输送至所述待浓缩含镍废水槽，待浓缩含镍废水槽的输入端还和反渗透循环水回用系统的输出端相连接，所述自来水回用槽回收装置运行时使用的循环用水，再将化学镍、电镀镍水洗槽的循环用水输送至反渗透循环水回用系统；待浓缩含镍废水槽的输出端依次经过第二活性炭过滤缸、离子交换树脂罐将电解镍产生的含镍污水存储至含镍污水浓缩液储存槽。
图2是本发明的含镍废水处理方法流程示意图，下面结合附图，具体列举几个实施例，进一步解释说明本发明的技术效果：
实施例1
把废水池收集的化学镍废液用第一活性碳过滤缸17过滤，然后存储于化学镍废液储存槽12中；使用反渗透循环水回用系统14处理化学镍、电镀镍水洗槽循环水，得到清水和浊水，清水进入自来水回用槽15, 浊水储存于待浓缩含镍废水槽16中；待浓缩含镍废水槽16中的含镍废水用第二活性碳过滤缸18过滤，然后用离子交换树脂罐19过滤，得到可循环利用的回收水和含镍污水浓缩液，回收水可排入自来水回用槽15中循环利用；含镍污水浓缩液储存于含镍污水浓缩液储存槽11中；把收集的化学镍废液和含镍污水浓缩液按体积比2:1加入到含镍废水PH调节槽1中混合，将PH值调节至6；然后泵入电解装置5中循环电解，电流密度＝1ASD，电解温度65℃，电解8h后排放，检测结果显示电解后废水镍含量低于0.02g/L，电解后废水使用反渗透循环水回用系统处理化学镍、电镀镍水洗槽循环水所得浊水一起进入离子交换树脂罐过滤，得到可循环利用的回收水和含镍污水浓缩液。
实施例2
把废水池收集的化学镍废液用第一活性碳过滤缸17过滤，然后存储于化学镍废液储存槽12中；使用反渗透循环水回用系统14处理化学镍、电镀镍水洗槽循环水，得到清水和浊水，清水进入自来水回用槽15, 浊水储存于待浓缩含镍废水槽16中；待浓缩含镍废水槽16中的含镍废水用第二活性碳过滤缸18过滤，然后用离子交换树脂罐19过滤，得到可循环利用的回收水和含镍污水浓缩液，回收水可排入自来水回用槽15中循环利用；含镍污水浓缩液储存于含镍污水浓缩液储存槽11中；把收集的化学镍废液和含镍污水浓缩液按体积比3:1加入到含镍废水PH调节槽1中混合，将PH值调节至6.5；然后泵入电解装置5中循环电解，电流密度＝1ASD，电解温度65℃，电解6h后排放，检测结果显示电解后废水镍含量低于0.02g/L，电解后废水使用反渗透循环水回用系统处理化学镍、电镀镍水洗槽循环水所得浊水一起进入离子交换树脂罐过滤，得到可循环利用的回收水和含镍污水浓缩液。
实施例3
把废水池收集的化学镍废液用第一活性碳过滤缸17过滤，然后存储于化学镍废液储存槽12中；把收集的化学镍废液加入到含镍废水PH调节槽1中，将PH值调节至7.0；然后泵入电解装置5中循环电解，电流密度＝1.5ASD，电解温度75℃，电解2h后排放，检测结果显示电解后废水镍含量低于0.05g/L，检测计算得出回收率为97.7％。电解后废水使用反渗透循环水回用系统处理化学镍、电镀镍水洗槽循环水所得浊水一起进入离子交换树脂罐过滤，得到可循环利用的回收水和含镍污水浓缩液。
结合上述实施例，本发明所公开的含镍废水处理装置及其处理方法，已经经过系统的试用，运行时间超过1个月，目前正常稳定运行，使用以来对约4T镍浓水及约10T的化镍废水进行电解回收，回收镍单质30kg左右；在正常情况下，通过6-8h的电解，混合废水的镍排放浓度在0.2g/l以下（目前膜电解法只能将镍浓度将至0.05g/L左右），回收率在97%以上；平均每天处理约300L再生浓水，600L化镍废水，能应对目前生产的镍废水排放量的电解。
采用电解法从含镍废水中可回收金属镍，每回收1kg金属镍，耗电约20kwh（含循环及加热耗电量），若电量为1元/kwh，需20元，再考虑调节PH所用之NaOH等费用，共计约30元，目前金属镍价格约在100元/kg。按目前上述镍废水排量计算（浓缩废水4T/月，化镍废水10T/月），含镍约130kg/月，按照目前的回收率计算，可获得约9100元/月的收益，由此可以证明，本发明所公开的处理装置，在回收镍废水中的镍单质降低环境污染的同时，还可以在获得良好的经济效益。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种含镍废水处理装置，其特征在于，包括含镍废水存储输入装置、含镍废水PH调配槽、泵浦系统、电解装置和控制装置，其中：
所述含镍废水存储输入装置包括含镍污水浓缩液储存槽和化学镍废液储存槽，用以存放和输出含镍废水；
所述泵浦系统包括排放泵浦、添加泵浦、循环泵浦和调配添加搅拌泵浦，用以控制所述含镍废水处理装置内部液体流动；
所述电解装置包括副箱和电解槽，所述电解槽内安装电解板，用以电解析出单质镍；
所述控制装置通过与其相连接的整流机控制泵浦系统运行，控制装置中包括含镍废水PH值检测调节设备，用以调配、控制化学镍废液和含镍污水的PH值；
调配添加搅拌泵浦从含镍污水浓缩液储存槽和化学镍废液储存槽中分别抽取含镍污水浓缩液和化学镍废液，上述液体被泵入含镍废水PH调配槽处理后经过添加泵浦，输送至电解槽的进水口，经过电解，再由电解槽的出水口输送至副箱，副箱内的液体经过循环泵浦回流至电解槽，副箱的排水口经过排放泵浦排出废水。
2.如权利要求1所述的一种含镍废水处理装置，其特征在于：所述化学镍废液储存槽的输入端还连接设置有第一活性炭过滤缸，将化学镍废液经过过滤处理后存储至化学镍废液储存槽。
3.如权利要求1或2所述的一种含镍废水处理装置，其特征在于，所述镍污水浓缩液储存槽的输入端还包括有待浓缩含镍废水槽、第二活性炭过滤缸、离子交换树脂罐、反渗透循环水回用系统和自来水回用槽，其中：
排放泵浦排出的废水输送至所述待浓缩含镍废水槽，待浓缩含镍废水槽的输入端还和反渗透循环水回用系统的输出端相连接，所述自来水回用槽回收装置运行时使用的循环用水，再将化学镍、电镀镍水洗槽的循环用水输送至反渗透循环水回用系统；待浓缩含镍废水槽的输出端依次经过第二活性炭过滤缸、离子交换树脂罐将电解镍产生的含镍污水存储至含镍污水浓缩液储存槽。
4.一种基于所述含镍废水处理装置的含镍废水处理方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一、备料：将收集的化学镍废液用第一活性碳过滤缸过滤，然后存储于化学镍废液储存槽中；
步骤二、反渗透处理：使用反渗透循环水回用系统处理化学镍、电镀镍水洗槽产生的循环水，分别得到清水和浊水，所述清水注入自来水回用槽,所述浊水注入待浓缩含镍废水槽；
步骤三、过滤浓缩：将待浓缩含镍废水槽中的含镍废水用第二活性碳过滤缸过滤，再经过离子交换树脂罐过滤，得到可循环利用的回收水和含镍污水浓缩液，所述回收水注入自来水回用槽中循环利用，所述含镍污水浓缩液注入含镍污水浓缩液储存槽；
步骤四、PH调配：将化学镍废液和含镍污水浓缩液按比例注入含镍废水PH调节槽中，并调节其PH值；
步骤五、电解：将经过步骤四处理、PH值调配好废水注入电解槽中进行电解，回收电解析出的单质镍，调节电解时间，使得电解处理后废水的镍含量低于设定的阈值；
步骤六、电解后废水处理：将步骤五处理后排出的废水储存于待浓缩含镍废水槽中，重复进行步骤三的处理方法。
5.如权利要求4所述的一种基于所述含镍废水处理装置的含镍废水处理方法，其特征在于：步骤四中，所述化学镍废液和含镍污水浓缩液的注入比例为2:1～3:1。
6.如权利要求4或5所述的一种基于所述含镍废水处理装置的含镍废水处理方法，其特征在于：步骤四中，将含镍废水PH调节槽中的混合液体的PH值调节至6～7。
7.如权利要求4所述的一种基于所述含镍废水处理装置的含镍废水处理方法，其特征在于：步骤五中，电解的温度设定在65-75℃。
8.如权利要求4或7所述的一种基于所述含镍废水处理装置的含镍废水处理方法，其特征在于：步骤五中，电解时的电流密度为1～1.5ASD。
9.如权利要求8所述的一种基于所述含镍废水处理装置的含镍废水处理方法，其特征在于：所述镍含量的设定阈值为0.05g/L。
10.如权利要求4所述的一种基于所述含镍废水处理装置的含镍废水处理方法，其特征在于：步骤五中，电解过程的时间为6-8小时。
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