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生態環保產業作為支撐生態文明建設和高質量發展的關鍵力量，正面臨著轉型升級的迫切需求。環保新質生產力，正成為推動產業向前發展的核心力量。本欄目將聚焦生態環保產業的新技術、新裝備、新材料、新模式，深入宣傳推廣科技創新成果，及時發布環境技術進步獎項，全面介紹行業內的實用技術裝備和示范工程，引導行業持續創新，加快數字、智慧、科技的融合賦能，為經濟社會全面綠色轉型貢獻力量。
生態環境保護實用裝備
2023-Z-6
申報單位
上海輕工業研究所有限公司
推薦單位
上海市環境保護產業協會
一、技術簡介
適用范圍
該設備主要適用于電子信息制造業、汽車制造業、鎳礦和含鎳共生礦開采、鎳及其合金冶煉、鎳鹽和鎳催化劑生產、鎳電鍍表面處理和鎳合金、不銹鋼材料的電化學加工、浸蝕和漂洗作業等有含鎳廢水的產業。設備通常安裝在車間內生產線附近，在正常的環境溫度、濕度條件下均可正常工作。通常要求進水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。
技術原理
含鎳廢水采用離子交換技術是將廢水中的鎳離子與陽離子交換樹脂上的鈉離子進行交換而被除去，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離子也同時被陽離子交換樹脂除去。當陽離子交換樹脂交換吸附飽和后進行再生，再生是利用再生劑中的陽離子(如H+或Na+)在濃度占絕對優勢的情況下，將陽離子交換樹脂上的鎳洗脫下來，此時，其他陽離子也同時被洗脫，使陽離子交換樹脂恢復其交換能力，也使陽離子交換樹脂的活性基團仍恢復為H型或Na型。其反應如下。
(1)交換過程
2RCOONa+Ni2+?(RCOO)2Ni+2Na+
2RCOONa+Ca2+?(RCOO)2Ca+2Na+
2RCOONa+Mg2+?(RCOO)2Mg+2Na+
(2)再生過程
(RCOO)2Ni+H2SO4?2RCOOH+NiSO4
(RCOO)2Ca+H2SO4?2RCOOH+CaSO4
(RCOO)2Mg+H2SO4?2RCOOH+MgSO4
(3)轉型過程
RCOOH+NaOH?RCOONa+H2O
鎳回收設備進水為鍍鎳回收槽或清洗槽的水，雜質含量較少，離子交換樹脂再生和轉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。離子交換樹脂在再生過程中，弱酸陽離子交換樹脂由于對H+的交換勢最強，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。弱酸陽離子交換樹脂交換的選擇順序是H+離子的交換勢最強，若不轉成Na型，會影響交換工作的正常進行，所以一般轉為Na型吸附。
工藝路線
含鎳廢水現場回收設備，針對電鍍鎳生產線上的含鎳廢水，應用離子交換技術，進行現場的富集、再生，富集后鎳濃縮液可以直接回到電鍍槽作為鍍液使用，排放的含鎳廢水進入綜合廢水處理系統。
1. 鎳離子吸附：含鎳清洗廢水經過過濾去除機械雜質后進入離子交換柱A，再串聯入離子交換柱B，廢液中的鎳離子被離子交換樹脂吸附，凈化的水排入廢水處理站進行生產線上回用或后續處理達標排放。
2. 樹脂再生：當離子交換樹脂飽和失效后要進行再生。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，經過適當的凈化除雜處理后回用于鍍液補充，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，可以重復利用，有利于節約再生成本和減少污染物排放。
3. 樹脂轉型：用硫酸再生后，離子樹脂的交換基團與H+結合，呈氫型，不利于鎳的交換吸附，需要用氫氧化鈉進行轉型處理，NaOH中的OH-H+生成H2O，Na+取代H+吸附于樹脂之上，樹脂轉為鈉型，可以再次吸附回收鎳離子。
4. 樹脂清洗：硫酸再生完成后樹脂內留有游離的酸，堿轉型完成后樹脂內留有游離的堿，需要用純水進行清洗，以保證樹脂的正常使用。
裝備性能參數及執行標準
本系統主要由過濾設備、鎳回收離子交換器、離子交換樹脂、自動控制系統等功能模塊組成。
應用效果
設備研發成功后開始進行企業服務，已分別在8家企業用戶安裝運行10套設備。幫助企業用戶取得了經濟效益、環境效益雙豐收，同時金屬鎳資源的回用不但避免大量污泥的產生，大大減輕了企業的環保壓力，提升了清潔生產水平，而且回收的硫酸鎳直接回用大大減少了原料的購入成本。以柏源汽車為例，進水鎳離子濃度為1000mg/L左右的含鎳廢水經過該設備處理后，出水鎳含量降低到2mg/L以下，去除率大于99%。經設備處理后的含鎳廢水直接排放到綜合廢水中，經中和沉淀過濾后排放。鎳濃縮液濃度在60g/L以上，可以直接回用到電鍍生產線上。
研發背景
鎳是寶貴的重金屬資源，我國50%以上依賴進口，同時鎳也是一類重金屬污染物。含鎳廢水主要來源于電子信息制造業、汽車制造業、鎳礦和含鎳共生礦開采、鎳及其合金冶煉、鎳鹽和鎳催化劑生產、鎳電鍍表面處理和鎳合金、不銹鋼材料的電化學加工、浸蝕和漂洗作業等產業。目前一般采用化學沉淀法處理，產生的含鎳污泥作為危廢處置，不僅浪費資源還存在二次污染風險。
2004年—2014年，我單位研發并推廣槽邊鍍鎳廢水資源化設備超過500套，用戶超過300家，該項目得到了企業的熱烈歡迎和社會的廣泛認可，成為解決行業性節水減排、清潔生產和循環經濟的成功案例，也獲得了各級政府的肯定和支持。但是隨著運輸價格上漲，將從企業收集、吸附鎳飽和的離子交換樹脂桶運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，在新形勢下不可持續。須與時俱進，研發更高效、更具經濟性和市場前景的新技術，以實現“在線吸附、現場再生、直接回用”。本項目將主要解決以下技術難題：
1)提高再生液濃度，減少再生液雜質，直接回用；
2)用全自動代替人工操作，降低勞務成本，減少失誤率。
綜上，開始立項研究在企業生產現場實現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過程的技術和設備。
技術特點
國內外有不少技術可用于含鎳廢水處理，如：物理吸附、化學沉淀法、反滲透、離子交換、電滲析、電解等。通過全面比較，反滲透和電滲析雖然在處理效率上存在優勢，但設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；而離子交換技術處理鍍鎳廢水金屬回收率高、設備成本低、二次污染小。國內外的實踐也證實了這一觀點。目前發達國家的化學鍍鎳工廠已廣泛應用了離子交換再生設備。
本設備采用離子交換技術解決含鎳廢水的資源化難題，服務于企業進行源頭處理，經過企業的應用和權威檢測機構的檢測證明本課題研究開發的含鎳廢水資源化技術具有創新性和先進性。
其創新性和先進性主要體現在：
1)采用濃度疊加再生技術，大幅提高再生洗脫液的濃度；
2)采用在線濃度判別技術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，鎳回收率近100%；
4)采用計算機和可編程控制技術實現設備自動化運行；
5)采用“互聯網+”相關技術實現無線遠程監控，保障設備可靠運行。
二、典型應用案例
案例名稱
南通柏源汽車零部件有限公司25m3/d含鎳廢水現場回收工程
案例簡介
南通柏源汽車零部件有限公司電鍍生產過程中產生含鎳清洗廢液25m3/d，之前排入廢水處理系統進行處理，達標后排放，金屬鎳沒有回收利用。為了充分利用鎳資源，計劃對此部分的含鎳廢水進行回收處理，上海輕工業研究所有限公司接受委托，進行工程的設計、施工、安裝、調試。最后交付業主單位自行運營。
達到的標準或性能要求
原水參數：廢水鎳含量平均值1000mg/L
廢水量：25m3/d
pH值：5左右
設計要求：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
設備采用自動閥門，PLC控制，自動操作。
業主單位
南通柏源汽車零部件有限公司
投運時間
自2017年11月
工藝流程
本工藝采用離子交換技術處理電鍍鎳生產線上的鍍鎳清洗廢水，具體采用雙陽柱固定床全飽和工藝，保證鎳離子被徹底吸附，主要包括4個工藝單元：鎳離子吸附、樹脂再生、樹脂轉型、樹脂清洗。
運行情況
該設備自安裝以來一直平穩運行，達到了設計要求的效果。
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進行處理達標后排放
應用該設備未產生飛灰、爐渣、廢氣等污染物，因為金屬鎳回收后回用到生產線上，大大減少了污泥產生量。每年約減少62.4t污泥進入環境，避免一類污染物金屬鎳進入環境中。
技術應用產生的碳減排效果
每年回收金屬鎳7.02t，折算成硫酸鎳為31.8t，直接回用于生產線上，減少了硫酸鎳的采購；
年回收硫酸鎳價值：31.8t×2.6萬元/t=82.68萬元；
年減少污泥量：200kg/d×312d=62.4t
減少污泥處置費用：62.4t×2500元/t=15.6萬元
排放廢水的金屬鎳含量降低到2mg/L以下，減輕園區廢水處理的負荷。
三、技術申報單位聯系信息
單位名稱：上海輕工業研究所有限公司
單位地址：上海市閔行區莘朱路2100號
聯系人：付丹
原標題：環保新質生產力 | 含鎳廢水離子交換法處理設備
