我國按對污染物的排放濃度限制，將鎳列入第一類污染物，而一般的化學鍍鎳廢水中含Ni2+高達幾百到幾千mg/L，因此研究化學鍍鎳廢水的處理技術具有重要意義。目前常用的含鎳廢水的處理方法有化學沉淀法、離子交換法、吸附法、電滲析法、中和法、電解法等〔1〕。其中鐵氧體法是化學沉淀法中的一種。但目前國內(nèi)外有關利用鐵氧體法處理高濃度化學鍍鎳廢水的應用研究還未見報道。

　　針對青島某電子廠產(chǎn)生的高濃度化學鍍鎳廢水，筆者采用鐵氧體法對其進行了預處理研究，從正交實驗和單因素優(yōu)化實驗2 方面考察了n（Fe2+）∶n（Fe3+）、m（FeSO4·7H2O）∶m（Ni2+）、pH、反應溫度和攪拌時間對Ni2+去除率的影響，以期為鐵氧體法處理高濃度化學鍍鎳廢水提供一定的理論參考。

　　1 實驗部分

　　1.1 廢水的來源及基本性質(zhì)

　　實驗用廢水來自山東青島某電子廠化學鍍鎳廢水，其日排放量為700~800 L，廢水中的鎳主要以硫酸鎳的形式存在。廢水水質(zhì)如下：pH=4.7，Ni2+為4 212.5 mg/L，COD 為3.66×104 mg/L，色度為1 000倍，廢水顏色呈深綠色。

　　1.2 主要儀器與試劑

　　儀器：pHS-3C 型數(shù)字pH 計（上海康迪儀器有限公司）；ALC-1100.2 型Acculab 電子天平（賽多利斯科學儀器北京有限公司）；HH-2 型數(shù)顯恒溫水浴鍋（國華電器有限公司）；TAS-986 型火焰原子吸收分光光度計（南京昕航科學儀器有限公司）；JJ-1 定時電動攪拌器（江蘇金壇市中大儀器廠）。

　　試劑：NaOH （AR 級），F(xiàn)eCl3·6H2O （AR 級），F(xiàn)eSO4·7H2O （AR 級），HNO3（AR 級）。實驗用水均為蒸餾水。

　　1.3 工藝路線

　　實驗工藝流程如圖1 所示。

圖1 工藝流程

　　1.4 實驗方法

　　取100 mL 化學鍍鎳廢水于250 mL 燒杯中，投放一定量的FeSO4·7H2O 固體和FeCl3·6H2O 固體，攪拌，待其溶解后加入164 g/L 的NaOH 溶液調(diào)整廢水的pH，用pH 計測定pH，然后立即放入一定溫度的恒溫水浴鍋中。由于此時還未完全反應，需要同時使用機械攪拌設備對溶液進行攪拌，轉(zhuǎn)速控制在500 r/min。攪拌一定時間后，靜置。1 h 后采用過濾的方法進行固液分離。采用原子吸收分光光度法測定濾液中的鎳離子含量；對于固液分離的反應沉渣先用蒸餾水反復清洗，以除去沉渣中的硫酸根，然后在110 ℃下烘干，用磁鐵確定其磁性強弱。

　　1.5 分析方法

　　Ni2+采用原子吸收分光光度法測定；pH 由pH計控制；色度采用稀釋倍數(shù)法測定；溫度由恒溫水浴鍋控制；形成鐵氧體的磁性強弱由磁鐵確定〔2〕。

　　2 結(jié)果與討論

　　2.1 正交實驗結(jié)果

　　鐵氧體法去除Ni2+的主要影響因素有反應溫度、攪拌時間、pH、n （Fe2+）∶ n（Fe3+）和m（FeSO4·7H2O）∶m（Ni2+），因此確定采用L16（45）正交實驗，以Ni2+去除率為評價指標。實驗結(jié)果見表1。

　　通過極差分析得出，pH 是最主要的影響因素，其余4 個因素的影響相對較小，起微調(diào)作用。由于原廢水中Ni2+含量很高，反應條件稍微變化，即使去除率相差很小，出水Ni2+含量也可能相差幾十mg/L 左右。因此為了達到最佳處理效果，需要對pH 及其他各因素進行單因素優(yōu)化實驗，以確定最佳反應條件。

　　2.2 單因素優(yōu)化實驗結(jié)果

　　2.2.1 pH 的影響

　　pH 對重金屬的沉淀有著非常重要的影響，由于溶液中OH-參與了生成鐵氧體的反應，因此溶液的pH 直接影響到出水中的Ni2+濃度。以164 g/L NaOH溶液作為pH 調(diào)節(jié)劑，在m（FeSO4·7H2O）∶m（Ni2+）=19，反應溫度為30 ℃，n（Fe2+）∶n（Fe3+）=0.6，攪拌時間為15 min 的條件下，考察pH 對Ni2+去除率的影響，結(jié)果見圖2。

　　表1 正交實驗結(jié)果

 圖2 pH 對Ni2+去除率的影響

　　從圖2 可以看出，反應體系的pH 對Ni2+去除率有很大的影響。隨著pH 的增大，Ni2+去除率也隨之增大，但考慮到pH 過高，不但原料消耗增大而且會導致出水pH 過高，因此確定最佳初始pH 為10～11，這樣可確保出水pH 在8.5~9.5 之間。另外，在實驗中還發(fā)現(xiàn)，當pH≤9.5 時，生成的沉淀物多為褐黃色或棕黃色，沉淀量多，沒有磁性，且顆粒細小，固液分離困難；而隨著pH 增大，出現(xiàn)了黑色沉淀，固液分層明顯，沉淀為顆粒狀高磁性鐵氧體。這是由于Fe（OH）3生成的pH 為2.0 左右，F(xiàn)e （OH）2生成的pH 為5.5 左右〔3〕，在酸性化學鍍鎳廢水中加入Fe2+和Fe3+后，首先生成Fe（OH）3沉淀，隨著pH 的增大，逐漸生成Fe（OH）2沉淀，當pH 增大到6.5 時，才開始生成Ni（OH）2沉淀，同時，這些膠體會對Ni2+產(chǎn)生吸附作用，使之一起沉淀，但是此時的沉淀并不是鐵氧體。另外由于加入的Fe3+比Fe2+多，因此生成的沉淀呈棕黃色。而當pH≥9.5 時，這種膠體的吸附作用逐漸減小，Ni（OH）2的沉淀加強，并與Fe（OH）2和Fe（OH）3形成固溶體，隨著反應時間延長而轉(zhuǎn)變成尖晶石型黑色鐵氧體，沉淀變?yōu)楹谏?〕。

　　2.2.2 m（FeSO4·7H2O）∶m（Ni2+）的影響在反應過程中，Ni2+代替Fe2+進入鐵氧體八面體空位，生成NiFe2O4復合鐵氧體。實驗考察了在pH=10.5，n（Fe2+）∶n（Fe3+）=0.6，反應溫度為30 ℃，攪拌時間為15 min 的條件下，不同m（FeSO4·7H2O）∶m（Ni2+）對Ni2+去除率的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 m（FeSO4·7H2O）∶m（Ni2+）對Ni2+去除率的影響

　　從圖3 可以看出，隨著投料比的增大，廢水中Ni2+去除率逐漸升高。當投料比為19 時，Ni2+去除率達到99.66%，繼續(xù)增大投料比，去除率變化不大，綜合考慮，選取最佳投料比為21。實驗中還發(fā)現(xiàn)：隨著投料比的增大，形成的沉淀顏色逐漸由棕黃色變?yōu)楹谏?，顆粒越來越細，且有一定的磁性，說明其主要成分為鐵氧體。在處理過程中，實際亞鐵投加量比理論投加量大，分析其原因，可能是由于在反應過程中有部分Fe2+被氧化，另外生成的部分Fe（OH）2沉淀無法參與到鐵氧體的反應中，而是以沉淀的形式析出，因此需要投入足夠的Fe2+，通過生成大量的沉淀才能使Ni2+完全反應。因此對于不同的含鎳電鍍廢水，投料比也不同，需經(jīng)實驗確定。