李楊

（深圳市碩創(chuàng)環(huán)?？萍加邢薰?，深圳 518115）

隨著經(jīng)濟和社會的快速發(fā)展，電鍍行業(yè)在工業(yè)化過程中發(fā)揮了重要作用。據(jù)統(tǒng)計，我國電鍍行業(yè)每年年均消耗鎳資源13萬噸，在工藝加工過程中，會產(chǎn)生大量的含鎳廢水[1]，其主要來自鍍件預處理廢水、鍍槽廢液、鍍件漂洗水和車間清洗水等。化學鍍鎳廢水因其含有大量的絡合劑，處理難度相比電鍍鎳廢水更大。如果含鎳廢水不經(jīng)過處理，直接排放到環(huán)境中，會對動植物和人體造成嚴重危害[2]。目前，含鎳廢水處理方法主要有中和沉淀法[3]、硫化法[4]、吸附法[5]、離子交換法[6]、螯合沉淀法[7-8]。中和沉淀法主要是通過投加堿性藥劑與Ni2+形成氫氧化物沉淀，然后經(jīng)過固液分離，達到去除Ni2+的目的，該方法原料來源廣泛，操作簡單，處理成本低，但是具有污泥產(chǎn)生量大、處理效果不達標等缺點；硫化法主要是通過投加硫化鈉與Ni2+形成更加難溶的硫化物沉淀，將Ni2+從水中去除，它相對于中和沉淀法處理效果更好，形成的鎳沉淀物更加穩(wěn)定，但是其投加量大，硫化物沉淀細小，沉降緩慢，導致其綜合處理成本高；吸附法是利用具有大表面積和多微孔結構的吸附材料對廢水中的Ni2+進行吸附，從而使廢水中Ni2+濃度降低的方法，吸附法有成本低、材料來源廣泛、適用范圍廣等優(yōu)點，但是吸附劑易飽和，再生困難，不適合處理排放量大的廢水；離子交換法是以離子交換樹脂為主體，將廢水中的Ni2+置換到選擇性交換基團上，達到了分離和富集Ni2+的目的，該方法具有選擇性高、使用方便、資源回收方便等優(yōu)點，但是離子交換樹脂價格昂貴、再生液產(chǎn)生量大、處理效率低等缺點也限制了它的大規(guī)模應用；螯合沉淀法主要是利用重金屬捕捉劑中O、N、P、S等原子基團與Ni2+形成不溶于水的穩(wěn)定沉淀物，達到將其分離去除的目的，螯合沉淀法具有反應速度快、處理效率高、重金屬沉淀穩(wěn)定、無二次污染，并具有良好的選擇性等眾多優(yōu)點，使其成為化學鎳廢水處理領域的研究熱點。

1 實驗部分

1.1 藥劑與儀器

實驗藥劑：氫氧化鈉（AR）、硫酸（AR）、硫酸亞鐵（AR），均購于國藥集團化學試劑有限公司；二硫化碳（AR）、三乙烯四胺（AR），購于北京百靈威科技有限公司；重金屬捕捉劑DTC-3，自制。

實驗廢水：深圳某電鍍企業(yè)生產(chǎn)廢水。

實驗儀器：HJ-6AS六聯(lián)磁力攪拌器，常州金壇良友儀器有限公司；FA2004電子分析天平，上海津平科學儀器有限公司；SHZ-D循環(huán)水式多用真空泵，上海保玲儀器設備有限公司；SP-3520AA 原子吸收分光光度計，上海光譜儀器有限公司；DF-101S 恒溫磁力攪拌器，天津市予華儀器科技有限公司。

1.2 DTC-3的合成步驟

準確稱取14.62 g三乙烯四胺加入到裝有81 mL 去離子水的三頸燒瓶中，邊攪拌邊加入16 g 氫氧化鈉固體，攪拌至完全溶解后，打開循環(huán)冷卻水，緩慢滴加20 mL 二硫化碳于三頸燒瓶中，控制整個反應體系溫度在15℃～40℃范圍內(nèi)，滴加完全后，室溫繼續(xù)攪拌熟化2 h，最后得到紅棕色透明液體。

1.3 DTC-3除鎳實驗方法

準確移取100 mL 含鎳廢水加入燒杯中，用硫酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至適宜值，依次加入適量的DTC-3和硫酸亞鐵溶液，然后置于六聯(lián)磁力攪拌器上攪拌反應，反應一定時間后抽濾，濾液用原子吸收分光光度計分析Ni2+濃度。

2 結果與討論

2.1 DTC-3投加量對Ni2+去除效果的影響

在反應攪拌時間為20 min，pH值為9，F(xiàn)eSO4加藥量為80 mg/L的條件下，重金屬捕捉劑DTC-3投加量分別為25 mg/L、50 mg/L、75 mg/L、100 mg/L、125 mg/L、150 mg/L，考查DTC-3對Ni2+去除效果的影響，結果如圖1所示。

圖1 DTC-3投加量對Ni2+去除效果的影響

從圖1 可知，重金屬捕捉劑DTC-3 加藥量對Ni2+的去除效果有較明顯的影響：隨著DTC-3藥劑量的增加，殘留Ni2+濃度逐漸減小，同時其去除率逐漸增大。當DTC-3投加量為50 mg/L時，剩余Ni2+濃度為1.19 mg/L，去除率達到69.17%；當投加量增加到100 mg/L時，殘留Ni2+濃度為0.37 mg/L，去除率為90.41%，達到國家要求的排放標準；繼續(xù)增加藥劑量至150 mg/L，Ni2+去除率為93.01%，相比100 mg/L 投藥量，去除率增加了2.6%，增加效果不明顯。分析其原因可能是廢水中所含部分絡合劑與鎳形成的配合物穩(wěn)定性大于DTC-3配合鎳的穩(wěn)定性，DTC-3置換廢水配合鎳中Ni受到限制，導致其去除率無明顯變化?？紤]實際應用的經(jīng)濟性，選擇DTC-3最佳投加量為100 mg/L。

2.2 pH值對Ni2+去除效果的影響

在反應攪拌時間為20 min，DTC-3 加藥量為100 mg/L，F(xiàn)eSO4加藥量為80 mg/L的條件下，pH值分別為6、7、8、9、10、11，考查pH 對Ni2+去除效果的影響，結果如圖2所示。

圖2 pH值對Ni2+去除效果的影響

從圖2 可知，pH 對Ni2+的去除率有一定程度的影響：隨著pH 值的增大，Ni2+去除率先增大后減小，當pH 值為6 時，殘留Ni2+濃度為0.92 mg/L，去除率達到76.16%；當pH 值增加到9 時，這時Ni2+濃度為0.41 mg/L，去除率達到最大，即89.38%，達到國家排放標準；繼續(xù)增加溶液的pH 值至11，去除率反而減小，分析其原因可能是在強堿性的環(huán)境下，Ni2+易與-OH 基團配位形成穩(wěn)定的絡合物，出現(xiàn)再溶解現(xiàn)象，導致去除率減小。由上面實驗結果可知，最佳pH值為9。

2.3 FeSO4投加量對Ni2+去除效果的影響

在反應攪拌時間為20 min，pH 值為9，重金屬捕捉劑DTC-3加藥量為100 mg/L的條件下，F(xiàn)eSO4投加量分別為40 mg/L、60 mg/L、80 mg/L、100 mg/L、120 mg/L、140 mg/L，考查絮凝劑FeSO4投加量對Ni2+去除效果的影響，結果如圖3所示。

圖3 FeSO4投加量對Ni2+去除效果的影響

從圖3 可知，當FeSO4投加量小于100 mg/L 時，Ni2+去除率隨著其投加量的增加而明顯增加，因為FeSO4在溶液中發(fā)揮網(wǎng)捕卷掃和吸附架橋的作用，加快DTC-3 與Ni2+形成螯合物的沉淀速度；當FeSO4的投加量為80 mg/L 時，殘留Ni2+濃度為0.43 mg/L，達到國家要求的小于0.5 mg/L 的排放標準；當FeSO4的投加量為100～140 mg/L 時，Ni2+去除率基本保持不變。因此，絮凝劑FeSO4的最佳投加量為80 mg/L。

2.4 反應時間對Ni2+去除效果的影響

在反應pH 值為9，重金屬捕捉劑DTC-3 加藥量為100 mg/L，F(xiàn)eSO4投加量為80 mg/L 的條件下，反應時間分別為5 min、10 min、15 min、20 min、25 min、30 min，考查反應時間對Ni2+去除效果的影響，結果如圖4 所示。

圖4 反應時間對Ni2+去除效果的影響

從圖4可知，DTC-3與Ni2+的螯合反應速率快。在攪拌時間為5 min和15 min時，殘留Ni2+濃度分別為0.61 mg/L和0.43 mg/L，去除率也分別達到84.20%和88.86%，滿足電鍍行業(yè)廢水排放標準。隨著攪拌反應時間的延長，Ni2+的去除率變化不大。綜合考慮實際能耗低的原則，選擇DTC-3除化學鎳的最佳攪拌反應時間為15 min。

2.5 與市售重捕劑除鎳效果對比實驗

通過上面的實驗得到了DTC-3除鎳的最佳反應條件：在pH值為9，反應時間為15 min，絮凝劑FeSO4加藥量為80 mg/L的條件下，對比市售的重金屬捕捉劑CL-30，具體結果如圖5所示。從圖5可知，DTC-3在同等反應條件下，除鎳效果優(yōu)于CL-30，具有較好的市場應用前景。

圖5 與市售重捕劑除鎳效果對比實驗

3 結論

（1）利用三乙烯四胺制備的重金屬捕捉劑DTC-3處理Ni2+初始濃度為3.86 mg/L 的深圳某電鍍企業(yè)綜合廢水，廢水中Ni2+可與DTC-3發(fā)生螯合反應生成穩(wěn)定的沉淀物，在DTC-3 投加量為100 mg/L，F(xiàn)eSO4投加量為80 mg/L，反應pH 值為9，反應時間為15 min 的條件下，Ni2+去除率可達到88.86%，濃度為0.43 mg/L，處理后滿足電鍍污染物排放標準（GB 21900-2008）中表2要求。

（2）在最佳的反應條件下，DTC-3的除鎳效果優(yōu)于市售重金屬捕捉劑CL-30，處理后廢水中的Ni2+含量達到國家排放標準，具有較好的市場應用前景。