隨著經濟的飛速發展，我國電鍍行業越來越發達，隨之產生的污染也越來越嚴重，每年產生的電鍍廢水約40億t。污染物種類多樣、組分復雜是電鍍廢水的最主要特點，大部分含有銅、鉻、鎳、鋅、鎘、金、銀等多種重金屬污染物，以及大量添加劑、光亮劑等有機化合物。人攝入鎳元素過多會導致中毒，頭發變白，也有可能患皮膚病。另外，鎳在自然環境中十分難降解，極易在生物體內形成積累，破壞生物的正常代謝功能。因此，如果不對含鎳廢水加以處理，勢必會對環境和人體健康造成極大的危害。目前，我國處理電鍍廢水常用的方法有化學沉淀法、膜分離法、氧化還原法、電化學法等。膜分離技術因為具有操作簡單、凈化效率高、耗能較少等優點而逐漸被應用于我國電鍍廢水的處理中。反滲透(RO)是目前使用最多的膜分離技術，但這種方法對原水的回收效率只有60%~70%，且在此過程中會產生反滲透濃水。這種濃水通常具有重金屬鹽濃度高的特征，可生化性很差，處理起來十分困難。江蘇某電子廠的電鍍廢水處理過程中便產生了大量含鎳濃水，亟待處理。
本工程針對上述反滲透產生的含鎳濃水的水質特點，結合當地的排放標準，從提高凈化效率和節省企業用水成本兩方面來考慮，在去除水中高濃度的鎳時選擇了先進行混凝沉淀預處理，再運用過濾吸附+超濾+離子交換的組合工藝，效果喜人。
1、工程概況
本工程處理的原水為純水系統及中水回用系統產生的濃水，要求處理至當地某污水處理廠的接管標準。純水系統的原水為自來水和中水，因產生的純水要作為生產線用水，故在處理工藝中采用了兩級反滲透處理。中水系統的原水為電鍍廢水預處理后回用的高鎳和低鎳廢水。純水系統和中水系統中反滲透產生的濃水經混合后便進入濃水處理系統中一起處理。濃水的水質、水量以及出水水質指標均見表1。
2、廢水處理工藝
2.1 工藝流程
待處理濃水的主要特點為總鎳、COD以及SS較高，污染物種類多，處理較為困難。目前我國常用混凝沉淀法對含鎳的電鍍濃水進行凈化，這種方法具有操作簡單、成本低的特點。但是單一的混凝沉淀法對電鍍廢水中的鎳和有機物的去除效率不是特別理想，越來越滿足不了處理需要。膜分離工藝中的超濾技術以及離子交換技術可以深度去除電鍍廢水中一些難處理的重金屬(如鎳)，但其對進水的要求較高。廢水中其他組分的物理化學性質不僅會影響超濾膜的去除效率，也影響膜的污染情況。因此采用了混凝沉淀+石英砂過濾+活性炭過濾的預處理。整個工藝流程見圖1。
2.2 工藝原理分析
2.2.1 混凝沉淀段
由于純水系統和中水系統所產生的反滲透濃水在水質和水量上都不是非常穩定，因此要先進入濃水收集池進行均質均量，再進入混凝池。通常pH為8~9時除磷效果最佳，而pH為10~11時除鎳效果最佳。在混凝反應池內，先通過投加適量的NaOH將pH控制在9~10的范圍內，之后通過投加適量的聚合氯化鋁(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)使水中的懸浮細小顆粒、膠體和重金屬離子增大為容易沉降的絮狀體。混凝后的出水進入斜板沉淀池中進行固液分離。經過混凝沉淀段后，水中的COD、鎳離子、SS、磷和氨氮均可以得到很大程度的去除。沉淀池出水進入中間水池，通過投加適量的硫酸調節pH至6~9后即可進行二次提升，送入后續處理設施中。斜板沉淀池中的污泥排入含鎳污泥池中，通過污泥壓濾機制成干泥后交由有資質的單位處理。
2.2.2 石英砂過濾+活性炭過濾+超濾
這一階段的主要目的是對水中的COD、氨氮、SS和總磷進行深度處理，同時對鎳作進一步的去除。石英砂過濾器和活性炭過濾器主要是用作濃水進入超濾設備前的預處理。
中間水池的出水先進入石英砂過濾器，這一過程主要是在壓力的作用下通過過濾器中的石英砂介質對濃水進行過濾。濾料的截留、粘附和吸附作用可以有效去除水中的懸浮顆粒、有機物、磷和鎳。石英砂過濾器具有過濾阻力較小，比表面積大，耐酸堿腐蝕性強，抗污染性優良等特點。經過濾料以及過濾器設計的優化，石英砂過濾器在運行時對原水濃度、預處理工藝、運作條件等都有很好的適應性。過濾時，濾料會自動形成上部較稀疏、下部密集的狀態。反洗時，過濾器內的濾料會充分分散開來，清洗效率高。整個過濾過程速度快，精度好，截污量大。
經過石英砂過濾后的濃水進入活性炭過濾器作進一步的凈化。由于活性炭的比表面積大，吸附能力強，因此濃水中的有機物、懸浮物等污染物都可以在此實現很大程度的截留，包括前幾級反應中遺漏下來的小分子有機物。
石英砂過濾器和活性炭過濾器都具有運行效率高，可24小時連續運作，不需要停機進行反沖洗，運行維護費用少，投資省，進水水質要求低，出水水質穩定，凈化效果好等特點，是極經濟的超濾和離子交換預處理工藝。這兩個過濾階段產生的反洗水將進入廢水處理環節中的低鎳水池作進一步處理。
經過石英砂和活性炭兩道過濾預處理工序后的濃水進入超濾系統。超濾是依靠超濾膜兩側的壓力差作為推動力，以錯流或者死端方式進行過濾的工藝，整個過程效率高，能耗小。濾膜可以使小分子物質通過，截留膠體、蛋白質、水溶性高聚物、細菌、芽孢等大分子和微粒，從而達到分離、分級、純化、濃縮的目的。前期投加的NaOH會與濃水中的鎳形成Ni(OH)2，它類似于生物大分子，較難進行沉降分離，超濾技術恰好可以解決該問題，進一步去除前幾道工藝未能去除的鎳。超濾過程還可以去除水中部分處于膠體態和懸浮態的COD。
2.2.3 離子交換樹脂
離子交換樹脂具有交換效率高、交換容量大、化學穩定性強、機械強度高等特點。其主要凈化原理是令廢水中的重金屬離子與樹脂中的離子進行交換，從而大幅降低廢水中的重金屬離子濃度。濃水在經過除鎳樹脂之后，凈化水中的鎳離子可以得到有效的去除。這個階段反洗除鎳樹脂時產生的廢水也將進入廢水處理環節中的低鎳水池作進一步處理。
3、主要構筑物及設備
3.1 濃水收集池
1座，設計尺寸為20.0m×3.5m×4.5m，有效容積315m3，鋼筋混凝土加防腐結構。安裝附件包括：KB50032出水泵，2臺(一用一備);電纜浮球型液位控制器(3點控制)，1套。
3.2 混凝反應池
1座，設計尺寸為2.0m×6.0m×2.5m，分3格(單格有效容積8m3)，碳鋼加防腐結構。安裝附件包括：JB-4kw不銹鋼反應攪拌機，3臺;pH-101型pH控制器，1臺;OD90加藥泵，3臺。
3.3 斜板沉淀池
2座，設計尺寸為3.0m×3.6m×4.5m，碳鋼加防腐結構。安裝附件包括：18m2斜板填料支架，規格φ50(含支架)。
3.4 中間水池
1座，設計尺寸為2.0m×6.0m×2.5m，有效容積24m3，碳鋼加防腐結構。安裝附件包括：JB-4kw不銹鋼反應攪拌機，1臺;pH-101型pH控制器，1臺;OD90加藥泵，1臺;G37-65出水泵(7.5kW，304不銹鋼)，2臺;電纜浮球型液位控制器(3點控制)，1套。
3.5 石英砂過濾器
2座(一用一備)，設計尺寸為φ1500mm×3150mm，壁厚6mm，含石英砂(粒徑5mm)，帶自動反洗系統，材質為鋼襯膠。
3.6 活性炭過濾器
2座(一用一備)，設計尺寸為φ1500mm×3150mm，壁厚6mm，含活性炭(粒徑5mm)，帶自動反洗系統，材質為鋼襯膠。
3.7 超濾系統
SJ-UF2640-S型柱式超濾膜組件，20支。安裝附件包括：膜架，1套;3000LPP清洗水箱(帶磁翻板液位控制，壁厚12mm)，2臺;CDL42-10清洗泵(304不銹鋼材質，4kW)，2臺;保安過濾器(304不銹鋼材質，含20支過濾精度為5μm的40″熔噴PP濾芯)，2套。
3.8 超濾出水系統
1座，設計容量5000L，PP材質，壁厚15mm，帶磁翻板液位計。安裝附件包括：CDL42-10超濾反洗泵(304不銹鋼材質，4kW)，2臺;CDL32-20-2出水泵(304不銹鋼材質，3kW)，2臺。
3.9 除鎳樹脂罐
2座，設計尺寸為φ1500mm×3150mm，壁厚6mm，帶自動反洗及再生系統，材質為鋼襯膠，附除鎳樹脂。
4、工程調試效果
該工程于2017年底竣工，經過幾個月的調試后整套濃水處理系統運行穩定，出水水質(見表2)達到了當地污水廠的接管標準。整套工程對重金屬鎳的去除率達到了99%以上。
5、經濟技術指標
5.1 工程造價
本工程總造價為181萬元，分為直接費用和間接費用兩部分：直接費用是建造設施和購買設備的費用，為147.6萬元;間接費用是安裝、運輸和調試過程產生的費用，其中安裝及運輸費用為30.4萬元，調試費用為3萬元。
5.2 運行費用
運行費用包括電費、藥劑費和人工管理費三部分：
(1)電費：總耗電量為719.04kW·h/d，電價按0.8元/(kW·h)計算的話，處理每噸水的電費為1.58元。
(2)藥劑費：本系統需加酸堿調節pH，投加PAC、PAM等藥劑進行物化反應，日常運行及調試所需藥劑、化驗儀器等由廠方購置。經核算，處理每噸水所需的藥劑費約為3.20元。
(3)人工管理費：操作工2人，人工費3000元/月，因此處理每噸水的人工費為0.55元。以上3項合計得出處理每噸水的運行費用為5.33元。
6、結語
采用混凝沉淀+過濾吸附+離子交換的組合工藝充分發揮了每種技術的優勢，使反滲透處理電鍍廢水后產生的含鎳濃水得到了徹底的凈化。整套工藝流程簡明，構筑物占地面積小，鎳的去除穩定且高效，對有機物、懸浮物和總磷的凈化效率也達到60%~70%，美中不足的是對氨氮的去除效果一般。整套工藝出水水質穩定，各項指標均達到了當地污水處理廠的接管標準。各處理設備自動化程度高，能耗少，處理效率高，運行后每噸水的處理成本為5.33元，經濟效益好。(來源：蘇州科技大學環境科學與工程學院，蘇州思源環保工程有限公司)
