微電解工藝基于金屬材料（鐵、鋁等）的腐蝕電化學原理，將2種具有不同電極電位的金屬或金屬與非金屬（炭等）直接接觸，浸泡在傳導性的電解質溶液中，形成無數微小的腐蝕原電池（包括宏觀電池與微觀電池），從而達到處理廢水的目的。本文針對電鍍廢水中低濃度的鎳離子，采用微電解工藝研究了鐵炭比、紊流、pH、曝氣、水力停留時間等條件對鎳離子去除率的影響，并在連續流處理情況下對比了一次過流和二次過流時出水的鎳去除率，最終實現反應裝置中含鎳廢水達到GB21900–2008《電鍍污染物排放標準》的要求，為工業化應用提供指導。

2•實驗

2.1實驗裝置

分析影響因素的試驗選用1000mL的燒杯作為反應裝置。

動態試驗采用如圖1所示的下流式反應床，水從高位水箱通過流量計流入反應器（容積5L的塑料透明柱狀桶）。填料床為粒徑相同的鐵、炭顆粒均勻混合，能保證水流均勻穿過填料，減少由于壁流而造成的短流，且用網狀布防止床體填料滲出。反應器的進水管布置在微電解床中心，以盡量避免出現短流情況。

2.2水樣和試驗材料的準備

（1）樣水的配制：取適量分析純的硫酸鎳溶于標有刻度的20L水樣桶中。

（2）鐵屑的預處理：將深圳某車工加工廠加工完的廢鐵屑置于濃的氫氧化鈉溶液中浸泡24h，然后用清水沖洗至出水不再渾濁，風干后稱量。

（3）活性炭的預處理：顆粒半徑為1~3mm的活性炭在清水中浸泡24h后，去除表面漂浮的活性炭，用水清洗活性炭中的碎屑至沖洗水澄清，隨后用配制的鎳離子溶液沖洗活性炭表面，然后將活性炭浸泡在鎳離子溶液中24h后備用。

2.3檢測方法

鎳離子的測量采用丁二酮肟吸光光度法[3]，配制質量濃度為0、2.0、4.0、6.0、8.0和10.0mg/L的NiSO4標準溶液（以鎳離子計）并按照標準方法測量其吸光度，繪制標準曲線后擬合得到線性方程y=26.803x（其中y為溶液的吸光度，x為鎳離子的質量濃度），其相關系數R2=0.9984。

2.4試驗方法

2.4.1鐵炭比試驗

目前，大部分研究是從質量或體積方面對鐵炭比進行優化。本文中的鐵炭比是指廢鐵屑與活性炭的體積比。將經過預處理的廢鐵屑與活性炭分別按體積比2∶1、1∶1、1∶2和1∶3均勻混合后加入到1000mL的燒杯中，用待處理的模擬廢水清洗鐵炭床兩遍，在燒杯中加入250mL模擬廢水，根據需要在搖床上以100r/min震蕩5min，對處理后水樣中的鎳離子進行分析。實驗結束后，用清水注滿微電解柱，防止鐵屑氧化鈍化。受試驗條件限制，只能通過堆積密度對選取的鐵屑和活性炭顆粒表征。其中活性炭的粒徑在1~3mm之間，其堆積密度為0.847g/cm3。本著經濟實用的原則，對鐵屑比表面積的要求不能過高。本實驗直接選用機械加工中的廢鐵屑，其堆積密度約為0.286g/cm3。

2.4.2pH試驗

采用質量濃度為10mg/L的NiSO4溶液，用NaOH和HCl溶液調節不同pH，比較在搖床轉速100r/min、停留時間5min、鐵炭比為1∶1的條件下處理400mL模擬廢水時Ni2+的去除效果。

2.4.3紊流狀態試驗

試驗一：將10mg/LNiSO4溶液放在搖床上，在不同轉速下處理10min，分析去除率與轉速的關系。試驗二：在不攪拌的情況下，將10mg/LNiSO4溶液置于鐵炭比為1∶1的床體上反應不同時間，然后抽取床體表面3個不同位置的水樣進行測量。

2.4.4曝氣試驗

在鐵炭比1∶1、攪拌速率100r/min、停留時間4min的條件下處理250mL水樣，考察不同曝氣量下鎳的去除率。

2.4.5動態優化試驗

以上因素優化試驗均在靜態攪拌下進行。而在動態優化試驗中，當實驗設置為一次過流處理時，水樣從高位水箱進入微電解床，控制流速為36mL/min，水力停留時間控制為1h，在流體穩定流動0.5h后取樣分析。當實驗設置為兩次過流處理時，水力停留時間同為1h，改流速為72mL/min，含鎳廢水在反應裝置內通過一次后返回高位水箱，再次進入微電解床，在流體穩定流動0.5h后取樣分析，并與一次過流時的結果進行對比。

3•結果與討論

3.1影響鎳去除率的因素

3.1.1鐵炭比

如表1所示，鐵炭比對鎳去除率的影響較大。隨著炭的比例增加，鎳去除率先上升后下降，當鐵炭比為1∶1時鎳的去除率最高，達到80%以上。

3.1.2pH

通過測定出水的pH（見圖2）發現，原水若為酸性，反應后pH普遍升高，原水若為堿性，反應后pH普遍下降，最終pH都保持在5.5~7.0。這說明微電解反應會使進水的pH往中性變化，在實際應用中直接節省了調節pH所需的藥劑費用。

比較出水的Ni2+去除情況可知，隨著原水pH從2.5升至8.5，鎳去除率呈上升趨勢。進水pH在2.5~3.0范圍內Ni2+的去除率為負數，是因為溶液中的H+溶解了附著在鐵炭床表面的金屬鎳。當進水pH為6.5時，鎳離子的去除效率達到最佳。

3.1.3紊流狀態

金屬離子在鐵炭床體的擴散主要有紊流擴散和離子擴散兩種形式。由圖3可以看出，轉速由0r/min（靜態）增大到100r/min時，鎳去除率的變化幅度較大，這是由于鎳離子由液相向微電解床表面的擴散從以離子的自由擴散為主變成以紊流擴散為主。當轉速大于100r/min時，鎳去除率的變化幅度不大，這是因為此時整個水體已經處于很好的湍流傳質狀態，混合均勻，水體中（不包括原電池表面）不存在濃度梯度。

由圖3和表2可以看出，反應時間均為10min的情況下，轉速100r/min（紊流擴散為主）時的鎳去除率比轉速為零時（僅離子擴散）的鎳去除率高至少70個百分點。表2顯示，靜態反應時間為90~120min時，鎳去除率增長緩慢，最高只有65.94%，不如轉速100r/min下處理10min時的效果（此時鎳去除率為80.51%）。

3.1.4曝氣
從圖4可以看出，曝氣量對床體處理鎳離子廢水的影響不大，主要是因為溶解氧的提高阻礙了Ni2+轉化成單質Ni，但是空氣的沖入加強了流體的湍動程度，同時造成電極表面生成的Fe（OH）3脫落，增強了電子轉移。當曝氣量大于120L/min時，兩種作用趨于平衡，處理效率不再發生變化，但是從經濟角度分析，曝氣產生湍動會增加成本，而改用動態湍流來提高Ni2+的處理效果會更好。

3.2動態優化試驗

實驗發現，停留時間為5、15或30min時，鎳離子的處理效果都不理想，鎳去除率均低于90%，無法達到GB21900–2008《電鍍污染物排放標準》的要求。表3給出了，在停留時間同為1h的情況下，不同過流次數對鎳離子去除效果的影響。

從表3可以看出，一次過流后pH由4.98上升到6.04，二級處理后pH升高到6.35，說明氫離子參與了微電解反應。一次過流后，溶解氧由7.8mg/L降低到2.0mg/L，而兩次過流后只降低到2.58mg/L。溶解氧雖然不直接參與電極反應，但是會氧化溶液中的Fe2+，形成Fe（OH）3膠體，而Fe（OH）3會造成溶液濁度增大，且不易沉淀。處理后溶液的電導率有所降低，主要是因為Fe置換出溶液中Ni2+的過程電荷守恒，而溶解氧的存在形成了氫氧化鐵膠體并吸附一定量的電荷，使得電導率下降。一次過流處理后，出水的鎳離子質量濃度為4.37mg/L，尚未達到電鍍污染物排放標準；而經過兩次過流處理，鎳離子質量濃度達到了排放要求。具體參見http://www.jianfeilema.cn更多相關技術文檔。

4•結論

（1）在鐵炭的體積比為1∶1情況下，鎳離子的去除效果最佳，可以達到80%以上。

（2）原水pH對處理效果影響很大。經微電解處理后，出水的pH均趨于中性，進水pH為6.0~6.5時效果最好。

（3）紊流擴散條件下的鎳離子去除效果比僅離子擴散下更明顯。曝氣也同樣能起到類似增強水體紊流擴散的作用。

（4）停留時間為1h時，含鎳廢水在動態反應裝置中以72mL/min過流兩次后，出水鎳離子的質量濃度可以達到電鍍污染物排放標準，明顯優于36mL/min時過流一次后的處理效果。

（5）用機械加工廠廢置的鐵屑來實現電鍍廢水的微電解處理，具有處理設備簡單、處理費用低廉、去除率高等優點，具有較高的推廣應用價值。