环保新质生产力 | 含镍废水离子交换法处理设备

生态环保产业作为支撑生态文明建设和高质量发展的关键力量，正面临着转型升级的迫切需求。环保新质生产力，正成为推动产业向前发展的核心力量。本栏目将聚焦生态环保产业的新技术、新装备、新材料、新模式，深入宣传推广科技创新成果，及时发布环境技术进步奖项，全面介绍行业内的实用技术装备和示范工程，引导行业持续创新，加快数字、智慧、科技的融合赋能，为经济社会全面绿色转型贡献力量。

生态环境保护实用装备

2023-Z-6

申报单位

上海轻工业研究所有限公司

推荐单位

上海市环境保护产业协会

一、技术简介

适用范围

该设备主要适用于电子信息制造业、汽车制造业、镍矿和含镍共生矿开采、镍及其合金冶炼、镍盐和镍催化剂生产、镍电镀表面处理和镍合金、不锈钢材料的电化学加工、浸蚀和漂洗作业等有含镍废水的产业。设备通常安装在车间内生产线附近，在正常的环境温度、湿度条件下均可正常工作。通常要求进水pH≥3，镍离子浓度≤3000mg/L，镍以硫酸镍、氯化镍、氨基磺酸镍等形式存在的溶液。

技术原理

含镍废水采用离子交换技术是将废水中的镍离子与阳离子交换树脂上的钠离子进行交换而被除去，从而使镍离子得到浓缩、废水得到净化。废水中存在的其他阳离子也同时被阳离子交换树脂除去。当阳离子交换树脂交换吸附饱和后进行再生，再生是利用再生剂中的阳离子(如H+或Na+)在浓度占绝对优势的情况下，将阳离子交换树脂上的镍洗脱下来，此时，其他阳离子也同时被洗脱，使阳离子交换树脂恢复其交换能力，也使阳离子交换树脂的活性基团仍恢复为H型或Na型。其反应如下。

(1)交换过程

2RCOONa+Ni2+⇌(RCOO)2Ni+2Na+

2RCOONa+Ca2+⇌(RCOO)2Ca+2Na+

2RCOONa+Mg2+⇌(RCOO)2Mg+2Na+

(2)再生过程

(RCOO)2Ni+H2SO4⇌2RCOOH+NiSO4

(RCOO)2Ca+H2SO4⇌2RCOOH+CaSO4

(RCOO)2Mg+H2SO4⇌2RCOOH+MgSO4

(3)转型过程

RCOOH+NaOH⇌RCOONa+H2O

镍回收设备进水为镀镍回收槽或清洗槽的水，杂质含量较少，离子交换树脂再生和转型后的淋洗均用纯水、酸碱等药剂配制均使用纯水，所以基本不引入杂质。离子交换树脂在再生过程中，弱酸阳离子交换树脂由于对H+的交换势最强，因此，只需用浓度较低和耗量较少的酸(如硫酸)就能使其再生完全。弱酸阳离子交换树脂交换的选择顺序是H+离子的交换势最强，若不转成Na型，会影响交换工作的正常进行，所以一般转为Na型吸附。

工艺路线

含镍废水现场回收设备，针对电镀镍生产线上的含镍废水，应用离子交换技术，进行现场的富集、再生，富集后镍浓缩液可以直接回到电镀槽作为镀液使用，排放的含镍废水进入综合废水处理系统。

1. 镍离子吸附：含镍清洗废水经过过滤去除机械杂质后进入离子交换柱A，再串联入离子交换柱B，废液中的镍离子被离子交换树脂吸附，净化的水排入废水处理站进行生产线上回用或后续处理达标排放。

2. 树脂再生：当离子交换树脂饱和失效后要进行再生。用硫酸或盐酸作为再生剂，再生洗脱液一部分为高浓度镍洗脱液，经过适当的净化除杂处理后回用于镀液补充，另一部分为低浓度镍洗脱液，含有大量金属镍离子以及硫酸再生剂，可以重复利用，有利于节约再生成本和减少污染物排放。

3. 树脂转型：用硫酸再生后，离子树脂的交换基团与H+结合，呈氢型，不利于镍的交换吸附，需要用氢氧化钠进行转型处理，NaOH中的OH-H+生成H2O，Na+取代H+吸附于树脂之上，树脂转为钠型，可以再次吸附回收镍离子。

4. 树脂清洗：硫酸再生完成后树脂内留有游离的酸，碱转型完成后树脂内留有游离的碱，需要用纯水进行清洗，以保证树脂的正常使用。

装备性能参数及执行标准

本系统主要由过滤设备、镍回收离子交换器、离子交换树脂、自动控制系统等功能模块组成。

应用效果

设备研发成功后开始进行企业服务，已分别在8家企业用户安装运行10套设备。帮助企业用户取得了经济效益、环境效益双丰收，同时金属镍资源的回用不但避免大量污泥的产生，大大减轻了企业的环保压力，提升了清洁生产水平，而且回收的硫酸镍直接回用大大减少了原料的购入成本。以柏源汽车为例，进水镍离子浓度为1000mg/L左右的含镍废水经过该设备处理后，出水镍含量降低到2mg/L以下，去除率大于99%。经设备处理后的含镍废水直接排放到综合废水中，经中和沉淀过滤后排放。镍浓缩液浓度在60g/L以上，可以直接回用到电镀生产线上。

研发背景

镍是宝贵的重金属资源，我国50%以上依赖进口，同时镍也是一类重金属污染物。含镍废水主要来源于电子信息制造业、汽车制造业、镍矿和含镍共生矿开采、镍及其合金冶炼、镍盐和镍催化剂生产、镍电镀表面处理和镍合金、不锈钢材料的电化学加工、浸蚀和漂洗作业等产业。目前一般采用化学沉淀法处理，产生的含镍污泥作为危废处置，不仅浪费资源还存在二次污染风险。

2004年—2014年，我单位研发并推广槽边镀镍废水资源化设备超过500套，用户超过300家，该项目得到了企业的热烈欢迎和社会的广泛认可，成为解决行业性节水减排、清洁生产和循环经济的成功案例，也获得了各级政府的肯定和支持。但是随着运输价格上涨，将从企业收集、吸附镍饱和的离子交换树脂桶运送到资源化中心集中再生，物流成本难以承受，物流范围受到局限，在新形势下不可持续。须与时俱进，研发更高效、更具经济性和市场前景的新技术，以实现“在线吸附、现场再生、直接回用”。本项目将主要解决以下技术难题：

1)提高再生液浓度，减少再生液杂质，直接回用；

2)用全自动代替人工操作，降低劳务成本，减少失误率。

综上，开始立项研究在企业生产现场实现含镍废水高效回收利用，将废水再生镍和水直接回用于生产过程的技术和设备。

技术特点

国内外有不少技术可用于含镍废水处理，如：物理吸附、化学沉淀法、反渗透、离子交换、电渗析、电解等。通过全面比较，反渗透和电渗析虽然在处理效率上存在优势，但设备成本和操作成本较高，镍浓缩液浓度较低，难以直接返回电镀槽使用；而离子交换技术处理镀镍废水金属回收率高、设备成本低、二次污染小。国内外的实践也证实了这一观点。目前发达国家的化学镀镍工厂已广泛应用了离子交换再生设备。

本设备采用离子交换技术解决含镍废水的资源化难题，服务于企业进行源头处理，经过企业的应用和权威检测机构的检测证明本课题研究开发的含镍废水资源化技术具有创新性和先进性。

其创新性和先进性主要体现在：

1)采用浓度叠加再生技术，大幅提高再生洗脱液的浓度；

2)采用在线浓度判别技术控制再生洗脱液浓度和酸碱度；

3)采用全饱和吸附流程和再生废水全回流技术，镍回收率近100%；

4)采用计算机和可编程控制技术实现设备自动化运行；

5)采用“互联网+”相关技术实现无线远程监控，保障设备可靠运行。

二、典型应用案例

案例名称

南通柏源汽车零部件有限公司25m3/d含镍废水现场回收工程

案例简介

南通柏源汽车零部件有限公司电镀生产过程中产生含镍清洗废液25m3/d，之前排入废水处理系统进行处理，达标后排放，金属镍没有回收利用。为了充分利用镍资源，计划对此部分的含镍废水进行回收处理，上海轻工业研究所有限公司接受委托，进行工程的设计、施工、安装、调试。最后交付业主单位自行运营。

达到的标准或性能要求

原水参数：废水镍含量平均值1000mg/L

废水量：25m3/d

pH值：5左右

设计要求：处理能力≥25m3/d

镍回收率≥99%，金属镍回收量22.5kg/d，折算成硫酸镍102kg

洗脱液镍浓度≥60g/L

出水镍浓度≤2mg/L

再生周期≥4d

设备采用自动阀门，PLC控制，自动操作。

业主单位

南通柏源汽车零部件有限公司

投运时间

自2017年11月

工艺流程

本工艺采用离子交换技术处理电镀镍生产线上的镀镍清洗废水，具体采用双阳柱固定床全饱和工艺，保证镍离子被彻底吸附，主要包括4个工艺单元：镍离子吸附、树脂再生、树脂转型、树脂清洗。

运行情况

该设备自安装以来一直平稳运行，达到了设计要求的效果。

处理能力≥25m3/d

镍回收率≥99%，

洗脱液镍浓度≥60g/L

出水镍浓度≤2mg/L

再生周期≥4d

含镍废水处理后排放情况

镍离子浓度≤2mg/L，pH6-9

处理后的废水排入综合废水处理系统进行处理达标后排放

应用该设备未产生飞灰、炉渣、废气等污染物，因为金属镍回收后回用到生产线上，大大减少了污泥产生量。每年约减少62.4t污泥进入环境，避免一类污染物金属镍进入环境中。

技术应用产生的碳减排效果

每年回收金属镍7.02t，折算成硫酸镍为31.8t，直接回用于生产线上，减少了硫酸镍的采购；

年回收硫酸镍价值：31.8t×2.6万元/t=82.68万元；

年减少污泥量：200kg/d×312d=62.4t

减少污泥处置费用：62.4t×2500元/t=15.6万元

排放废水的金属镍含量降低到2mg/L以下，减轻园区废水处理的负荷。

三、技术申报单位联系信息

单位名称：上海轻工业研究所有限公司

单位地址：上海市闵行区莘朱路2100号

联系人：付丹

原标题：环保新质生产力 | 含镍废水离子交换法处理设备