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生態(tài)環(huán)保產(chǎn)業(yè)作為支撐生態(tài)文明建設(shè)和高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵力量，正面臨著轉(zhuǎn)型升級(jí)的迫切需求。環(huán)保新質(zhì)生產(chǎn)力，正成為推動(dòng)產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展的核心力量。本欄目將聚焦生態(tài)環(huán)保產(chǎn)業(yè)的新技術(shù)、新裝備、新材料、新模式，深入宣傳推廣科技創(chuàng)新成果，及時(shí)發(fā)布環(huán)境技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)項(xiàng)，全面介紹行業(yè)內(nèi)的實(shí)用技術(shù)裝備和示范工程，引導(dǎo)行業(yè)持續(xù)創(chuàng)新，加快數(shù)字、智慧、科技的融合賦能，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)全面綠色轉(zhuǎn)型貢獻(xiàn)力量。
生態(tài)環(huán)境保護(hù)實(shí)用裝備
2023-Z-6
申報(bào)單位
上海輕工業(yè)研究所有限公司
推薦單位
上海市環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)
一、技術(shù)簡(jiǎn)介
適用范圍
該設(shè)備主要適用于電子信息制造業(yè)、汽車(chē)制造業(yè)、鎳礦和含鎳共生礦開(kāi)采、鎳及其合金冶煉、鎳鹽和鎳催化劑生產(chǎn)、鎳電鍍表面處理和鎳合金、不銹鋼材料的電化學(xué)加工、浸蝕和漂洗作業(yè)等有含鎳廢水的產(chǎn)業(yè)。設(shè)備通常安裝在車(chē)間內(nèi)生產(chǎn)線(xiàn)附近，在正常的環(huán)境溫度、濕度條件下均可正常工作。通常要求進(jìn)水pH≥3，鎳離子濃度≤3000mg/L，鎳以硫酸鎳、氯化鎳、氨基磺酸鎳等形式存在的溶液。
技術(shù)原理
含鎳廢水采用離子交換技術(shù)是將廢水中的鎳離子與陽(yáng)離子交換樹(shù)脂上的鈉離子進(jìn)行交換而被除去，從而使鎳離子得到濃縮、廢水得到凈化。廢水中存在的其他陽(yáng)離子也同時(shí)被陽(yáng)離子交換樹(shù)脂除去。當(dāng)陽(yáng)離子交換樹(shù)脂交換吸附飽和后進(jìn)行再生，再生是利用再生劑中的陽(yáng)離子(如H+或Na+)在濃度占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的情況下，將陽(yáng)離子交換樹(shù)脂上的鎳洗脫下來(lái)，此時(shí)，其他陽(yáng)離子也同時(shí)被洗脫，使陽(yáng)離子交換樹(shù)脂恢復(fù)其交換能力，也使陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的活性基團(tuán)仍恢復(fù)為H型或Na型。其反應(yīng)如下。
(1)交換過(guò)程
2RCOONa+Ni2+?(RCOO)2Ni+2Na+
2RCOONa+Ca2+?(RCOO)2Ca+2Na+
2RCOONa+Mg2+?(RCOO)2Mg+2Na+
(2)再生過(guò)程
(RCOO)2Ni+H2SO4?2RCOOH+NiSO4
(RCOO)2Ca+H2SO4?2RCOOH+CaSO4
(RCOO)2Mg+H2SO4?2RCOOH+MgSO4
(3)轉(zhuǎn)型過(guò)程
RCOOH+NaOH?RCOONa+H2O
鎳回收設(shè)備進(jìn)水為鍍鎳回收槽或清洗槽的水，雜質(zhì)含量較少，離子交換樹(shù)脂再生和轉(zhuǎn)型后的淋洗均用純水、酸堿等藥劑配制均使用純水，所以基本不引入雜質(zhì)。離子交換樹(shù)脂在再生過(guò)程中，弱酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂由于對(duì)H+的交換勢(shì)最強(qiáng)，因此，只需用濃度較低和耗量較少的酸(如硫酸)就能使其再生完全。弱酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂交換的選擇順序是H+離子的交換勢(shì)最強(qiáng)，若不轉(zhuǎn)成Na型，會(huì)影響交換工作的正常進(jìn)行，所以一般轉(zhuǎn)為Na型吸附。
工藝路線(xiàn)
含鎳廢水現(xiàn)場(chǎng)回收設(shè)備，針對(duì)電鍍鎳生產(chǎn)線(xiàn)上的含鎳廢水，應(yīng)用離子交換技術(shù)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的富集、再生，富集后鎳濃縮液可以直接回到電鍍槽作為鍍液使用，排放的含鎳廢水進(jìn)入綜合廢水處理系統(tǒng)。
1. 鎳離子吸附：含鎳清洗廢水經(jīng)過(guò)過(guò)濾去除機(jī)械雜質(zhì)后進(jìn)入離子交換柱A，再串聯(lián)入離子交換柱B，廢液中的鎳離子被離子交換樹(shù)脂吸附，凈化的水排入廢水處理站進(jìn)行生產(chǎn)線(xiàn)上回用或后續(xù)處理達(dá)標(biāo)排放。
2. 樹(shù)脂再生：當(dāng)離子交換樹(shù)脂飽和失效后要進(jìn)行再生。用硫酸或鹽酸作為再生劑，再生洗脫液一部分為高濃度鎳洗脫液，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)膬艋s處理后回用于鍍液補(bǔ)充，另一部分為低濃度鎳洗脫液，含有大量金屬鎳離子以及硫酸再生劑，可以重復(fù)利用，有利于節(jié)約再生成本和減少污染物排放。
3. 樹(shù)脂轉(zhuǎn)型：用硫酸再生后，離子樹(shù)脂的交換基團(tuán)與H+結(jié)合，呈氫型，不利于鎳的交換吸附，需要用氫氧化鈉進(jìn)行轉(zhuǎn)型處理，NaOH中的OH-H+生成H2O，Na+取代H+吸附于樹(shù)脂之上，樹(shù)脂轉(zhuǎn)為鈉型，可以再次吸附回收鎳離子。
4. 樹(shù)脂清洗：硫酸再生完成后樹(shù)脂內(nèi)留有游離的酸，堿轉(zhuǎn)型完成后樹(shù)脂內(nèi)留有游離的堿，需要用純水進(jìn)行清洗，以保證樹(shù)脂的正常使用。
裝備性能參數(shù)及執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)
本系統(tǒng)主要由過(guò)濾設(shè)備、鎳回收離子交換器、離子交換樹(shù)脂、自動(dòng)控制系統(tǒng)等功能模塊組成。
應(yīng)用效果
設(shè)備研發(fā)成功后開(kāi)始進(jìn)行企業(yè)服務(wù)，已分別在8家企業(yè)用戶(hù)安裝運(yùn)行10套設(shè)備。幫助企業(yè)用戶(hù)取得了經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益雙豐收，同時(shí)金屬鎳資源的回用不但避免大量污泥的產(chǎn)生，大大減輕了企業(yè)的環(huán)保壓力，提升了清潔生產(chǎn)水平，而且回收的硫酸鎳直接回用大大減少了原料的購(gòu)入成本。以柏源汽車(chē)為例，進(jìn)水鎳離子濃度為1000mg/L左右的含鎳廢水經(jīng)過(guò)該設(shè)備處理后，出水鎳含量降低到2mg/L以下，去除率大于99%。經(jīng)設(shè)備處理后的含鎳廢水直接排放到綜合廢水中，經(jīng)中和沉淀過(guò)濾后排放。鎳濃縮液濃度在60g/L以上，可以直接回用到電鍍生產(chǎn)線(xiàn)上。
研發(fā)背景
鎳是寶貴的重金屬資源，我國(guó)50%以上依賴(lài)進(jìn)口，同時(shí)鎳也是一類(lèi)重金屬污染物。含鎳廢水主要來(lái)源于電子信息制造業(yè)、汽車(chē)制造業(yè)、鎳礦和含鎳共生礦開(kāi)采、鎳及其合金冶煉、鎳鹽和鎳催化劑生產(chǎn)、鎳電鍍表面處理和鎳合金、不銹鋼材料的電化學(xué)加工、浸蝕和漂洗作業(yè)等產(chǎn)業(yè)。目前一般采用化學(xué)沉淀法處理，產(chǎn)生的含鎳污泥作為危廢處置，不僅浪費(fèi)資源還存在二次污染風(fēng)險(xiǎn)。
2004年—2014年，我單位研發(fā)并推廣槽邊鍍鎳廢水資源化設(shè)備超過(guò)500套，用戶(hù)超過(guò)300家，該項(xiàng)目得到了企業(yè)的熱烈歡迎和社會(huì)的廣泛認(rèn)可，成為解決行業(yè)性節(jié)水減排、清潔生產(chǎn)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的成功案例，也獲得了各級(jí)政府的肯定和支持。但是隨著運(yùn)輸價(jià)格上漲，將從企業(yè)收集、吸附鎳飽和的離子交換樹(shù)脂桶運(yùn)送到資源化中心集中再生，物流成本難以承受，物流范圍受到局限，在新形勢(shì)下不可持續(xù)。須與時(shí)俱進(jìn)，研發(fā)更高效、更具經(jīng)濟(jì)性和市場(chǎng)前景的新技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)“在線(xiàn)吸附、現(xiàn)場(chǎng)再生、直接回用”。本項(xiàng)目將主要解決以下技術(shù)難題：
1)提高再生液濃度，減少再生液雜質(zhì)，直接回用；
2)用全自動(dòng)代替人工操作，降低勞務(wù)成本，減少失誤率。
綜上，開(kāi)始立項(xiàng)研究在企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)含鎳廢水高效回收利用，將廢水再生鎳和水直接回用于生產(chǎn)過(guò)程的技術(shù)和設(shè)備。
技術(shù)特點(diǎn)
國(guó)內(nèi)外有不少技術(shù)可用于含鎳廢水處理，如：物理吸附、化學(xué)沉淀法、反滲透、離子交換、電滲析、電解等。通過(guò)全面比較，反滲透和電滲析雖然在處理效率上存在優(yōu)勢(shì)，但設(shè)備成本和操作成本較高，鎳濃縮液濃度較低，難以直接返回電鍍槽使用；而離子交換技術(shù)處理鍍鎳廢水金屬回收率高、設(shè)備成本低、二次污染小。國(guó)內(nèi)外的實(shí)踐也證實(shí)了這一觀點(diǎn)。目前發(fā)達(dá)國(guó)家的化學(xué)鍍鎳工廠已廣泛應(yīng)用了離子交換再生設(shè)備。
本設(shè)備采用離子交換技術(shù)解決含鎳廢水的資源化難題，服務(wù)于企業(yè)進(jìn)行源頭處理，經(jīng)過(guò)企業(yè)的應(yīng)用和權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)證明本課題研究開(kāi)發(fā)的含鎳廢水資源化技術(shù)具有創(chuàng)新性和先進(jìn)性。
其創(chuàng)新性和先進(jìn)性主要體現(xiàn)在：
1)采用濃度疊加再生技術(shù)，大幅提高再生洗脫液的濃度；
2)采用在線(xiàn)濃度判別技術(shù)控制再生洗脫液濃度和酸堿度；
3)采用全飽和吸附流程和再生廢水全回流技術(shù)，鎳回收率近100%；
4)采用計(jì)算機(jī)和可編程控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)化運(yùn)行；
5)采用“互聯(lián)網(wǎng)+”相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，保障設(shè)備可靠運(yùn)行。
二、典型應(yīng)用案例
案例名稱(chēng)
南通柏源汽車(chē)零部件有限公司25m3/d含鎳廢水現(xiàn)場(chǎng)回收工程
案例簡(jiǎn)介
南通柏源汽車(chē)零部件有限公司電鍍生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生含鎳清洗廢液25m3/d，之前排入廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，達(dá)標(biāo)后排放，金屬鎳沒(méi)有回收利用。為了充分利用鎳資源，計(jì)劃對(duì)此部分的含鎳廢水進(jìn)行回收處理，上海輕工業(yè)研究所有限公司接受委托，進(jìn)行工程的設(shè)計(jì)、施工、安裝、調(diào)試。最后交付業(yè)主單位自行運(yùn)營(yíng)。
達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)或性能要求
原水參數(shù)：廢水鎳含量平均值1000mg/L
廢水量：25m3/d
pH值：5左右
設(shè)計(jì)要求：處理能力≥25m3/d
鎳回收率≥99%，金屬鎳回收量22.5kg/d，折算成硫酸鎳102kg
洗脫液鎳濃度≥60g/L
出水鎳濃度≤2mg/L
再生周期≥4d
設(shè)備采用自動(dòng)閥門(mén)，PLC控制，自動(dòng)操作。
業(yè)主單位
南通柏源汽車(chē)零部件有限公司
投運(yùn)時(shí)間
自2017年11月
工藝流程
本工藝采用離子交換技術(shù)處理電鍍鎳生產(chǎn)線(xiàn)上的鍍鎳清洗廢水，具體采用雙陽(yáng)柱固定床全飽和工藝，保證鎳離子被徹底吸附，主要包括4個(gè)工藝單元：鎳離子吸附、樹(shù)脂再生、樹(shù)脂轉(zhuǎn)型、樹(shù)脂清洗。
運(yùn)行情況
該設(shè)備自安裝以來(lái)一直平穩(wěn)運(yùn)行，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求的效果。
處理能力≥25m3/d
鎳回收率≥99%，
洗脫液鎳濃度≥60g/L
出水鎳濃度≤2mg/L
再生周期≥4d
含鎳廢水處理后排放情況
鎳離子濃度≤2mg/L，pH6-9
處理后的廢水排入綜合廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理達(dá)標(biāo)后排放
應(yīng)用該設(shè)備未產(chǎn)生飛灰、爐渣、廢氣等污染物，因?yàn)榻饘冁嚮厥蘸蠡赜玫缴a(chǎn)線(xiàn)上，大大減少了污泥產(chǎn)生量。每年約減少62.4t污泥進(jìn)入環(huán)境，避免一類(lèi)污染物金屬鎳進(jìn)入環(huán)境中。
技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)生的碳減排效果
每年回收金屬鎳7.02t，折算成硫酸鎳為31.8t，直接回用于生產(chǎn)線(xiàn)上，減少了硫酸鎳的采購(gòu)；
年回收硫酸鎳價(jià)值：31.8t×2.6萬(wàn)元/t=82.68萬(wàn)元；
年減少污泥量：200kg/d×312d=62.4t
減少污泥處置費(fèi)用：62.4t×2500元/t=15.6萬(wàn)元
排放廢水的金屬鎳含量降低到2mg/L以下，減輕園區(qū)廢水處理的負(fù)荷。
三、技術(shù)申報(bào)單位聯(lián)系信息
單位名稱(chēng)：上海輕工業(yè)研究所有限公司
單位地址：上海市閔行區(qū)莘朱路2100號(hào)
聯(lián)系人：付丹
原標(biāo)題：環(huán)保新質(zhì)生產(chǎn)力 | 含鎳廢水離子交換法處理設(shè)備
