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离子交换法处理含镍废水工艺分析
一、概述
镀镍作为一种常用的表面处理技术,被广泛的应用于电子、汽车、机械等多种行业。含Ni2+的废水对人体健康和生态环境有着严重危害。含镍废水的常见处理方法有化学沉淀法、真空蒸发回收、电渗析、反渗透及离子交换树脂吸附等。化学沉淀法成本低,但产生的固废需要二次处理;真空蒸发法能耗大;电渗析、反渗透法需要较大的设备投资和能耗,而且存在膜易受污染的问题。
离子交换技术因出水水质好,可回收有用物质,适用于处理浓度低而废水量大的镀镍废水等优点,曾得到广泛的应用。离子交换法应用于镀镍废水处理的主要功能有:
(1)去除重金属镍离子,以应对日趋严格的排放标准;
(2)回收废水中有价值的金属镍;
(3)提高水的循环利用率,节约日益匮乏的水资源;
(4)减少环境污染。 随着人们对镀镍废水资源化的兴趣越来越浓厚,离子交换技术作为电镀废水深度处理的有效方法再度引起重视。
二、原理
离子交换树脂是具有三维空间结构的不溶性高分子化合物,其功能基可与水中的离子起交换反应。镀镍废水中的Ni2+离子采用阳离子交换树脂吸附。所用树脂可以是强酸性阳树脂也可以是弱酸性阳树脂,本文以弱酸性阳树脂为例。采用弱酸性阳树脂交换时,通常将树脂转为Na型。另国产螯合树脂基本使用钠型处理，用氢型处理效果不是很好，而进口树脂如杜笙螯合树脂CH-90不管用氢型还是钠型，处理的效果和精度是一样的，只是氢型交换量相对会低一点。含Ni2+废水流经Na型弱酸性阳树脂层时,发生如下交换反应:
2R-COONa+Ni2+→(R-COO)2Ni+2Na+
水中的Ni2+ 被吸附在树脂上,而树脂上的Na+ 便进入水中。 当全部树脂层与Ni2+交换达到平衡时,用一定浓度的HCl或H2SO4再生。
(R-COO)2Ni+H2SO4→2R-COOH+NiSO4
此时树脂为H型,需用NaOH转为Na型,如下：
R-COOH+NaOH→RCOONa+H2O
如此树脂可重新投入运行,进入下一循环。废水经处理后可回清洗槽重复使用,洗脱得到的硫酸镍经净化后可回镀槽使用。
三、工艺方案论证
1.树脂的选择
目前能处理含镍废水的树脂很多,其性能和特点各不相同,所以选择合适的树脂是工艺中一个主要的问题。 能够用于处理含镍废水的树脂中以弱酸性阳离子交换树脂（也就是螯合树脂）较多，而强酸性阳树脂也能吸附镍离子,但是此款树脂容易受含镍废水中盐分，钙镁的影响。故工厂含镍废水多选用交换容量高、交换速度快、容易再生、机械强度高、膨胀度小的弱酸阳树脂（螯合树脂）。
2.树脂的预处理 （进口与国产）
(1)国产新树脂,先用热水反复浸洗,水温以60-70为宜,15分钟换水一次,洗至泡沫很少为止。
(2)用二倍树脂体积的硫酸铵浸洗30分钟。
(3)水洗至PH5(用去离子水)。
(4)用二倍树脂体积4％多的Na0H浸洗30分钟。
(5)水洗至pH9,待用。
(6) 进口树脂，如杜笙tulsion CH-90，出厂已经是活化处理好为钠型，使用前只需要用清水逆流冲洗30分钟即可。
离子交换处理镀镍废水,以前主要是固定床双柱串联工艺流程,近年来与移动床镀铬废水处理一样,发展到移动床镀镍废水处理。其功能越来越全,占地越来越小。为不使设备在饱和树脂排放再生以后影响废水的交换,装置上备有树脂储存斗一只,为使设备功能齐全,操作方便,装置包括水泵、流量计、过滤器、气泵、树脂再生系统以及电源控制部分。
3.废水处理工艺流程
(1).废水的交换：
工作时,水泵将含镍废水从废水池抽入过滤器,废水从过滤器出来,经流量计后逆流进交换柱,从交换柱顶部出来的水,就是己经去除了Ni2+离子的水了（顺流进水还是逆流进水可以根据具体的设计工艺要求选择）,其反应如下:
2R-COONa+Ni2+→(R-COO)2Ni+2Na+
漂洗废水中除含有Ni2+外,还有自来水中含有的CaZ+、MgZ+ 等其它阳离子,有如下反应:
2R-COONa+MgZ+=(RCOO)2Mg+2Na+ 2R-COONa+CaZ+=(RCOO)2Ca+2Na+
在正常情况下,阳离子在交换柱内的分布如图：
从有机玻璃交换柱可以洁晰地看到,树脂被压力水均匀地托起,被托起的树脂层与布水板之间距离约100毫米,随着吸附的进行,吸附了镍离子变成绿色的树脂交换带,明显地由下而上逐步推移。当交换带移至交换柱三分之二处时,交换柱底部树脂颜色已很深,达到了饱和。螯合树脂就需要作再生处理了。
(2).废水处理流程：
弱酸性阳树脂CH-90对水中各种阳离子在浓度相同的情况下,对阳离子的交换顺序为: Cu2+>Pb2+>Ni2+>Co2+>Cd2+>Fe3+>Mn2+>Mg2+>Ga2+>>Na+
2.树脂的再生
再生时,由于树脂收缩膨胀率较高,即树脂吃饱Ni2+后,体积缩小30-40%,当树脂再生转成Na+型后,又将恢复到原来的体积. 树脂再生时,先用再生树脂体积2倍的H2SO4或HCL溶液(3%-5%)顺流再生,并直接回收再生反应如下：
(R-COO)2Ni+2H+→2RCOOH+Ni2+
待树脂全部再生后,用水正反冲洗洗净,然后用2倍再生树脂体积4％-5%的NaOH溶液流过树脂,将树脂转成钠型(转成钠型后,Ni2+容易吸附交换,交换量更大)。转型后的树脂体积将增加30％以上,这时用软水(或纯水)充分淋洗树脂（约2倍树脂体积）.从而完成了废水处理、树脂再生的全过程。
运行方式：对于树脂运行与再生是顺流还是逆流。一般是顺流运行，逆流再生和清水正反洗，运行方式可根据实际工艺具体确认。
四、结束语
随着新型大孔型离子交换树脂和离子交换连续化工艺的不断涌现,在镀镍废水深度处理、高价金属镍盐的回收等方面,离子交换技术越来越展现出其它方法难以匹敌的优势。为了提高水的循环利用率和符合日趋严格的排放标准,预期的离子交换技术将与微机控制技术联用,使设备设计走向定型化、自动化,开创废水处理领域一片新天地。
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