CN101717135A - 一种电解处理含镍电镀废水并回收镍的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种电解处理含镍电镀废水并回收镍的方法。本发明具有工艺简单、无二次污染、去除率高、所沉积的金属镍可回收利用的特点。本发明电解处理含镍电镀废水是通过电解处理含镍电镀废水装置进行的，电解处理含镍电镀废水装置包括电解槽和电解液搅拌装置，阳极采用钛基铂电极，阴极采用镍电极或石墨电极，在电解槽内设有pH计。电解处理含镍电镀废水的方法是：电解处理前，含镍的电镀废水内作为电解液放入电解槽内，在电解液中加入碱溶液以调节电镀废水的pH值；在电解过程中在电解液中加入碱溶液，将电解液的pH值调节至6.0～9.0之间，通过计量电解液的电荷累积量，对阴极板析出的镍加以回收利用。

Description

一种电解处理含镍电镀废水并回收镍的方法
技术领域
本发明涉及含重金属离子电镀废水的处理领域，特别是一种电解处理含镍电镀废水并回收镍的方法。
背景技术
大多数重金属污染来自于工业废水的排放。废水中的重金属离子在环境中不易降解，能在水生生物体内和农作物组织内蓄积富集，通过饮用水和食物链的生物积累、生物浓缩、生物放大等作用对人体健康产生危害。治理含重金属的工业废水造成的污染不仅仅是去除重金属，还应当发展回收技术，使废物资源化。治理方法可分为三种：第一种为化学法，包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、化学还原法、电化学还原法、铁氧体沉淀法等；第二类为物理化学法，主要有吸附法、溶剂萃取法、离子交换法等；第三类是生物法，主要是借助微生物或植物的吸收、积累、富集等作用去除废水中重金属，具体的有生物絮凝法、生物吸附法、植物整治法等。
目前，含镍电镀废水回收处理技术有溶剂萃取法、化学沉淀法、离子交换法和吸附法。
1、溶剂萃取法
溶剂萃取法是利用重金属离子在有机相和在水中溶解度的不同，使重金属浓缩于有机相的分离方法。有机相也称萃取剂，常见的有磷酸三丁酯，三辛基氧化磷，二甲庚基乙酰胺，三辛胺，伯胺，油酸和亚油酸等。另外，在金属形态分析中有机萃取剂也被广泛应用，如丙酮、乙醇等。
溶剂萃取法处理重金属废水设备简单，操作简便，加入萃取剂量小，萃取剂可回收再利用，二次污染小，是一种很有发展潜力的处理方法。
2、化学沉淀法
化学沉淀法是根据溶度积的原理，投加氢氧化物、硫化物、碳酸化物等，使重金属离子与氢氧根离子、硫离子、碳酸根离子等结合形成难溶化合物。虽然工艺较为简单，操作也比较容易，但是此法易受沉淀剂和环境条件的影响，使出水浓度达不到排放标准。此外，反应产生的大量废渣如果没有得到很好的处理，容易产生二次污染，不符合绿色环保的原则。
3、离子交换法
离子交换法是重金属离子和离子交换树脂发生离子交换的过程，树脂性能对重金属去除有较大影响。常用的离子交换树脂有阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、螯合树脂和腐植酸树脂等。
离子交换法是选择性地去除重金属离子，工艺简单、操作简便，去除效果很好。与沉淀法和电解法相比，离子交换法在低浓度的废水处理方面具有一定的优势，但该法受树脂的吸附容量、废水中杂质的影响以及交换剂品种、产量和成本的限制，且对废水的预处理要求较高，离子交换树脂的再生及再生液的处理也是一个难以解决的问题。
4、吸附法
吸附法实质上是吸附剂活性表面对重金属离子的吸引，是利用多孔性固体物质的吸附作用，使废水中的重金属离子吸附在固体吸附剂表面而去除的一种方法。最常用的吸附剂是活性炭，但其价格昂贵，使用寿命短，需再生，操作费用高。另外，吸附法处理含重金属废水适用范围广，不会造成二次污染，但吸附剂往往对重金属离子的吸附选择性不高，不能得到很好的推广。
综上所述，现有的处理含镍离子电镀废水的技术存在着工艺复杂、不易控制、具二次污染、去除率低等不足之处。
发明内容
本发明的目的是针对现有的处理含镍离子电镀废水的技术所存在的工艺复杂、不易控制、二次污染、去除率低的不足之处，提供一种工艺简单、易控制、无二次污染、去除率高、所沉积的重金属镍可回收利用的电解处理含镍电镀废水并回收镍的方法。
本发明所采用的技术方案是通过如下方式完成的：一种电解处理含镍电镀废水并回收镍的方法，电解处理含镍电镀废水是通过电解处理含镍电镀废水装置进行的，电解处理含镍电镀废水装置包括电解槽和电解液搅拌装置，电解槽采用玻璃电解槽，阳极采用钛基铂电极，阴极采用镍电极或石墨电极，阳极与阴极按单极并联方式交错布置，在电解槽顶部设有排气口和进料口，在进料口上设有阀门，在电解槽内设有pH计，在电解槽底部设有出料口，在出料口上设有阀门；电解液搅拌装置由pH调节槽、搅拌器、输液管一、循环泵、输液管二、输液管三组成，循环泵分别与输液管一和输液管二的一端相接，输液管一一段设在电解槽内的阳极与阴极的下方，位于阳极下方的输液管一上开有出液孔，输液管二的另一端与pH调节槽的底部出液口相接，输液管三的一端与pH调节槽的进液口相接，输液管三的另一端与电解槽的高液位处的出液口相接，在输液管三上设有节流阀。
电解处理含镍电镀废水的方法是：电解处理前，含镍的电镀废水内作为电解液放入电解槽内，在电解液中加入碱溶液以调节电镀废水的pH值，将阳极与阴极之间的间距设置为5～21mm；电解时，通0.5～10V直流电，阴极和阳极分别进行析镍和析氧反应，其电化学反应原理如下：
阴极的反应为：Ni2++2e-＝Ni↓
阳极的反应为：4OH--4e-＝2H2O+O2↑
在电解过程中，随着阳极电解OH-放出氧气，作为电解液的含镍电镀废水中的pH值不断减小，为了防止阴极板析出的镍再次溶解，在电解液中加入碱溶液，将电解液的pH值调节至6.0～9.0之间，通过计量电解液的电荷累积量，对阴极板析出的镍加以回收利用。
在电解处理含镍电镀废水的方法中，在电解处理前，在作为电解液的含镍电镀废水中加入的碱溶液是NaOH溶液或Ca(OH)2溶液，将电解液的pH值范围调节至5.0～7.5。
在电解处理含镍电镀废水的方法中，在电解液中加入碱溶液的方法是采用在阳极底部注入的方式来进行的，碱溶液的加入量大于阳极电解所消耗的OH-量，并小于氢氧化镍溶度积中所含的OH-量。
在电解处理含镍电镀废水的方法中，在电解过程中，在电解液中所加入的碱溶液是NaOH溶液或Ca(OH)2溶液。
在电解处理含镍电镀废水的方法中，在电解过程中，通过计量电镀废水的电荷累积量确定回收阴极上析出镍的时间，当阴极板析出的镍达到一定厚度时，对阴极板析出的镍加以回收利用；其中，阴极板析出镍的平均厚度控制在小于极板间距的3/5，从而解决了电解过程中镍单质不断聚集在阴极表面导致极板短路问题，确定了镍的回收时间。
在电解处理含镍电镀废水的方法中，电解时间为0.5～4.5小时。
本发明与现有的含镍电镀废水的处理方法相比，具有以下特点：
1、在电解处理前，加入适量的碱溶液将废水的pH值范围调节至5.0～7.5，避免电镀废水的酸性过强，阻碍阴极板电解析出镍。
2、在电解过程中，采用向阳极板底部注入碱溶液的方式来调节废水的pH值，碱溶液的加入量大于阳极电解所消耗的OH-量，从而防止了由于阳极电解OH-导致废水pH值下降所造成的阴极板析出镍的再次溶解，降低阴极板电解析氢副反应：2H++2e-＝H2↑；同时碱溶液的加入量又应小于氢氧化镍溶度积中所含的OH-量，以防止生成细小的难以去除的氢氧化镍沉淀颗粒。
3、在电解过程中，计量废水的电荷累积量，当阴极板析出的镍达到一定厚度时，对阴极板析出的镍加以回收利用；其中，阴极板析出镍的平均厚度控制在小于极板间距的3/5，从而解决了电解过程中镍单质不断聚集在阴极表面导致极板短路问题，确定了镍的回收时间。
4、阴极采用镍电极或石墨电极，电解过程中阴极板上无镍之外的杂质析出，从而保证回收镍的高纯度。含镍电镀废水经该工艺处理后，镍的去除率高达98.70％～99.99％、出水中镍的含量小于0.5mg/L，且pH值介于6.0～9.0之间，达到国家一级排放标准。
5、设备及工艺流程简单，采用0.5～10V的直流电，处理成本低，有利于实现工业化生产。且镍离子以单质的形式在阴极板析出，方便收集、回收利用，避免了二次污染，完全符合“变废为宝、废物资源化”原则。属于环境友好型的处理含镍离子电镀废水的工艺流程，符合我国当前的战略发展要求，极具推广应用价值。
附图说明
图1为电解处理含镍电镀废水装置的结构示意图。
具体实施方式
下面对照附图，通过实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
参照附图1，一种电解处理含镍电镀废水并回收镍的方法，电解处理含镍电镀废水是通过电解处理含镍电镀废水装置进行的，电解处理含镍电镀废水装置包括电解槽1和电解液搅拌装置，电解槽1采用玻璃电解槽，阳极3采用钛基铂电极，阴极4采用镍电极，阳极3与阴极4按单极并联方式交错布置，在电解槽1顶部设有排气口5和进料口7，在进料口7上设有阀门，在电解槽1内设有pH计6，在电解槽1底部设有出料口8，在出料口8上设有阀门；电解液搅拌装置由pH调节槽9、搅拌器10、输液管一11、循环泵13、输液管二14、输液管三15组成，循环泵13分别与输液管一11和输液管二14的一端相接，输液管一11一段设在电解槽1内的阳极3与阴极4的下方，位于阳极3下方的输液管一11上开有出液孔12，输液管二14的另一端与pH调节槽9的底部出液口相接，输液管三15的一端与pH调节槽9的进液口相接，输液管三15的另一端与电解槽1的高液位处的出液口相接，在输液管三15上设有节流阀16。
电解处理含镍电镀废水的方法是：含镍浓度为35.0mg/L的电镀废水通过进料口7进入电解槽1内作为电解液2，在电解液2中加入适量的Ca(OH)2溶液将电镀废水的pH值调节至5.0，阳极3与阴极4之间的间距为5mm；电解时，通0.5V直流电，Ca(OH)2溶液加入电解液搅拌装置的pH调节槽9内，通过电解液搅拌装置的输液管一11上的出液孔12，在阳极3下方缓慢加入0.1mol/L Ca(OH)2溶液使电镀废水的pH值达到6.0，电解时间为3小时。在电解过程中，计量废水的电荷累积量，当阴极板析出镍的平均厚度达到3/5极板间距时，对阴极板析出的镍加以回收利用。在电解过程中，阳极3析出的氧气从排气口5排出。电解结束后将经处理的电镀废水从出料口8排出，测得经处理的电镀废水中镍离子的残留量为0.45mg/L，从而计算出镍离子的去除率为98.71％。
实施例2：
参照附图1，电解法净化含镍离子电镀废水的电解处理含镍电镀废水装置与实例1相同。
电解处理含镍电镀废水的方法是：含镍浓度为100.0mg/L的电镀废水通过进料口7进入电解槽1内作为电解液2，在电解液2中加入适量的Ca(OH)2溶液将电镀废水的pH值调节至6.5，阳极3与阴极4之间的间距为20mm；电解时，通10V直流电，Ca(OH)2溶液加入电解液搅拌装置的pH调节槽9内，通过电解液搅拌装置的输液管一11上的出液孔12，在阳极3下方缓慢加入0.1mol/L Ca(OH)2溶液使电镀废水的pH值达到6.9，电解时间为4小时。在电解过程中，计量废水的电荷累积量，当阴极板析出镍的平均厚度达到3/5极板间距时，对阴极板析出的镍加以回收利用。在电解过程中，阳极3析出的氧气从排气口5排出。电解结束后将经处理的电镀废水从出料口8排出，测得经处理的电镀废水中镍离子的残留量为0.01mg/L，从而计算出镍离子的去除率为99.99％。
实施例3：
参照附图1，电解法净化含镍离子电镀废水的电解处理含镍电镀废水装置与实例1基本相同，其中，阴极4采用石墨电极。电解处理含镍电镀废水的方法是：含镍浓度为100.0mg/L的电镀废水通过进料口7进入电解槽1内作为电解液2，在电解液2中加入适量的NaOH溶液将电镀废水的pH值调节至6.9，阳极3与阴极4之间的间距为15mm；电解时，通8V直流电，NaOH溶液加入电解液搅拌装置的pH调节槽9内，通过电解液搅拌装置的输液管一11上的出液孔12，在阳极3下方缓慢加入1mol/L NaOH溶液使电镀废水的pH值达到7.2，电解时间为4.5小时。在电解过程中，计量废水的电荷累积量，当阴极板析出镍的平均厚度达到1/2极板间距时，对阴极板析出的镍加以回收利用。在电解过程中，阳极3析出的氧气从排气口5排出。电解结束后将经处理的电镀废水从出料口8排出，测得经处理的电镀废水中镍离子的残留量为0.18mg/L，从而计算出镍离子的去除率为99.82％。
实施例4：
参照附图1，电解法净化含镍离子电镀废水的电解处理含镍电镀废水装置与实例1基本相同，其中，阴极4采用石墨电极。电解处理含镍电镀废水的方法是：含镍浓度为80.0mg/L的电镀废水通过进料口7进入电解槽1内作为电解液2，在电解液2中加入适量的NaOH溶液将电镀废水的pH值调节至7.2，阳极3与阴极4之间的间距为17mm；电解时，通5V直流电，NaOH溶液加入电解液搅拌装置的pH调节槽9内，通过电解液搅拌装置的输液管一11上的出液孔12，在阳极3下方缓慢加入1mol/L NaOH溶液使电镀废水的pH值达到7.5，电解时间为2小时。在电解过程中，计量废水的电荷累积量，当阴极板析出镍的平均厚度达到3/5极板间距时，对阴极板析出的镍加以回收利用。在电解过程中，阳极3析出的氧气从排气口5排出。电解结束后将经处理的电镀废水从出料口8排出，测得经处理的电镀废水中镍离子的残留量为0.47mg/L，从而计算出镍离子的去除率为99.41％。
实施例5：
参照附图1，电解法净化含镍离子电镀废水的电解处理含镍电镀废水装置与实例1相同。电解处理含镍电镀废水的方法是：含镍浓度为30.0mg/L的电镀废水通过进料口7进入电解槽1内作为电解液2，在电解液2中加入适量的NaOH溶液将电镀废水的pH值调节至7.5，阳极3与阴极4之间的间距为8mm；电解时，通5V直流电，NaOH溶液加入电解液搅拌装置的pH调节槽9内，通过电解液搅拌装置的输液管一11上的出液孔12，在阳极3下方缓慢加入1mol/L NaOH溶液使电镀废水的pH值达到9.0，电解时间为0.5小时。在电解过程中，计量废水的电荷累积量，当阴极板析出镍的平均厚度达到1/2极板间距时，对阴极板析出的镍加以回收利用。在电解过程中，阳极3析出的氧气从排气口5排出。电解结束后将经处理的电镀废水从出料口8排出，测得经处理的电镀废水中镍离子的残留量为0.39mg/L，从而计算出镍离子的去除率为98.70％。

Claims (9)

1.一种电解处理含镍电镀废水并回收镍的方法，其特征在于：电解处理含镍电镀废水是通过电解处理含镍电镀废水装置进行的，电解处理含镍电镀废水装置包括电解槽和电解液搅拌装置，阳极采用钛基铂电极，阴极采用镍电极或石墨电极，在电解槽内设有pH计；电解液搅拌装置由pH调节槽、搅拌器、输液管一、循环泵、输液管二、输液管三组成，循环泵分别与输液管一和输液管二的一端相接，输液管一一段设在电解槽内的阳极与阴极的下方，位于阳极下方的输液管一上开有出液孔，输液管二的另一端与pH调节槽的底部出液口相接，输液管三的一端与pH调节槽的进液口相接，输液管三的另一端与电解槽的高液面处的出液口相接。
2.根据权利要求1所述的一种电解处理含镍电镀废水并回收镍的方法，其特征在于：电解槽采用玻璃电解槽，阳极与阴极按单极并联方式交错布置，在电解槽顶部设有排气口和进料口，在进料口上设有阀门，在电解槽底部设有出料口，在出料口上设有阀门，在电解液搅拌装置的输液管三上设有节流阀。
3.根据权利要求1或2所述的一种电解处理含镍电镀废水并回收镍的方法，其特征在于：电解处理含镍电镀废水的方法是：电解处理前，含镍的电镀废水内作为电解液放入电解槽内，在电解液中加入碱溶液以调节电镀废水的pH值，将阳极与阴极之间的间距设置为5～21mm；电解时，通0.5～10V直流电，阴极和阳极分别进行析镍和析氧反应，其电化学反应原理如下：
阴极的反应为：Ni2++2e-＝Ni↓
阳极的反应为：4OH--4e-＝2H2O+O2↑
在电解过程中，随着阳极电解OH-放出氧气，作为电解液的含镍电镀废水中的pH值不断减小，为了防止阴极板析出的镍再次溶解，在电解液中加入碱溶液，将电解液的pH值调节至6.0～9.0之间，通过计量电解液的电荷累积量，对阴极板析出的镍加以回收利用。
4.根据权利要求3所述的一种电解处理含镍电镀废水并回收镍的方法，其特征在于：在对含镍电镀废水进行电解处理前，在作为电解液的含镍电镀废水中加入的碱溶液是NaOH溶液或Ca(OH)2溶液，将电解液的pH值范围调节至5.0～7.5。
5.根据权利要求3所述的一种电解处理含镍电镀废水并回收镍的方法，其特征在于：在电解过程中，在电解液中加入碱溶液的方法是采用在阳极底部注入的方式来进行的，碱溶液的加入量大于阳极电解所消耗的OH-量，并小于氢氧化镍溶度积中所含的OH-量。
6.根据权利要求5所述的一种电解处理含镍电镀废水并回收镍的方法，其特征在于：在电解液中所加入的碱溶液是NaOH溶液或Ca(OH)2溶液。
7.根据权利要求3所述的一种电解处理含镍电镀废水并回收镍的方法，其特征在于：在电解过程中，通过计量电镀废水的电荷累积量确定回收阴极上析出镍的时间，当阴极板析出的镍达到一定厚度时，对阴极板析出的镍加以回收利用；其中，阴极板析出镍的平均厚度控制在小于极板间距的3/5。
8.根据权利要求7所述的一种电解处理含镍电镀废水并回收镍的方法，其特征在于：电解处理含镍电镀废水的电解时间为0.5～4.5小时。
9.根据权利要求4所述的一种电解处理含镍电镀废水并回收镍的方法，其特征在于：在电解过程中，在电解液中加入碱溶液的方法是采用在阳极底部注入的方式来进行的，碱溶液的加入量大于阳极电解所消耗的OH-量，并小于氢氧化镍溶度积中所含的OH-量；在电解液中所加入的碱溶液是NaOH溶液或Ca(OH)2溶液；在电解过程中，通过计量电镀废水的电荷累积量确定回收阴极上析出镍的时间，当阴极板析出的镍达到一定厚度时，对阴极板析出的镍加以回收利用，其中，阴极板析出镍的平均厚度控制在小于极板间距的3/5；电解处理含镍电镀废水的电解时间为0.5～4.5小时。
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