陽極氧化技術作為電鍍行業表面處理中常見且主要的技術，在電鍍行業中應用廣泛[1]。通常，金屬構件如鋁件等，為了具有更好的表面特性及光澤度，大部分都需經過陽極氧化處理工序，在其表面覆蓋一層致密且具有一定光澤度的金屬氧化物薄膜，如鎳膜等。在陽極氧化過程中，通常將待鍍的金屬如鎳等作為陽極，而將被鍍的金屬構件如鋁件等作為陰極，利用電化學法使處于陽極的待鍍金屬失去電子成為鎳離子后，在電場作用下覆蓋到被鍍的金屬構件上，從而完成對被鍍金屬構件的電鍍過程。
通常情況下，在陽極氧化工序之前需要對金屬構件利用酸堿進行除油，在陽極氧化之后，則需要對鍍件金屬構件進行表面封孔處理[2]。目前，大多數的電鍍企業多采用醋酸鎳作為封孔劑。在此過程中，企業會產生大量的除油廢水、酸堿廢水及含鎳廢水等。這些廢水中含有國家嚴格控制的一類污染物鎳，因此必須要經過妥善處理后才能排放[3, 4]。
南通某科技有限公司在生產過程會產生一定量的陽極廢水，廢水中主要含酸堿、磷酸鹽、油脂及封孔工段微量鎳金屬離子等污染成分。受企業委托，對該企業的廢水處理進行了設計及調試工作。
1 項目概況
該企業廢水可以分為含鎳廢水與酸堿含油廢水兩種。其中含鎳廢水主要來自封孔鎳廢水，排放量為30 m3/d，主要污染物為Ni2+，其質量濃度為3~25 mg/L，pH為6~8;酸堿含油廢水主要來自前處理陽極廢水，排放量為390 m3/d，主要污染物為酸堿、COD、TP、SS、表面活性劑及油脂等，該廢水的COD為200~400 mg/L，pH為2~5，SS為150~220 mg/L，TP為50~350 mg/L，石油類質量濃度在80~150 mg/L。含油廢水中的油脂主要為企業使用的機械油、切削油等。
該企業廢水經過處理后，要求廢水排放指標穩定達到國家《污水綜合排放標準》(GB 8978—1996)二級排放標準，即pH為6~9，COD≤100 mg/L，SS≤70 mg/L，石油類≤5 mg/L，色度≤50 mg/L，總鎳達到《電鍍污染物排放標準》(GB 21900—2008)表2標準，即總鎳≤0.5 mg/L，實現約70%的出水回用，余下30%的出水接入市政污水管網到集中污水處理廠進行深度處理。
2 工藝流程
根據實際廢水特征和處理要求，工程設計工藝分兩步走，步，首先對封孔含鎳廢水及酸堿含油廢水進行預處理，具體流程如圖1所示。
圖1 含鎳及酸堿含油廢水預處理流程
對封孔含鎳廢水的處理主要是利用混凝化學法去除廢水中大部分的二價鎳離子，出水進入后續綜合廢水調節池。對酸堿含油廢水，由于該廢水中的油脂多與表面活性劑等混雜在一起，其相對密度小于1，在靜態下可浮于水面上，因此，首先通過隔油池將廢水中大部分的油脂類物質除去后，再進行后續的深度處理。
兩種廢水經預處理后，均進入后續的綜合廢水調節池進行深度處理，具體工藝流程如圖2所示。
圖2 綜合廢水處理流程
預處理后的廢水在調節池經水質水量調節后，通過混凝及絮凝去除其中的大部分有機物，再經過過濾器和UF過濾系統后，出水分為兩部分，其中約70%的廢水經精密過濾器、兩級反滲透系統處理后可實現中水回用。其余約30%的廢水經過混凝、絮凝、氣浮和砂濾后，達標排放。
3 主要構筑物
3.1 含鎳廢水處理
(1)均質池1。尺寸6. 4 m×3.0 m×2.7 m，有效容積46 m3，采用鋼混+內壁玻璃鋼防腐。數量1座。設耐酸堿自吸泵2臺(KB-40013L，廣東國寶)，羅茨風機1臺(TF-50，昆山大風)。
(2)混凝池1。以儀器監控由定量加藥機投加NaOH，控制pH 9~10，池體內產生氫氧化鎳沉淀，投加混凝劑后，生成初級絮凝體。尺寸1.2 m×1.2 m×2.0 m，有效容積2.2 m3，采用鋼混+內壁玻璃鋼防腐。數量1座。設LCD數顯pH控制器1個(PC-350，昆山SUNTEX)，機械隔膜定量式加藥機2臺(BX-50，日本NIKKISO)，液下不銹鋼攪拌機1臺(杭州東霸)。
(3)絮凝池1。投加助凝劑PAM，助凝劑起吸附架橋作用，將初級絮凝體逐步聚集成易于沉淀的大型絮體。尺寸1.2 m×1.2 m×2.0 m，有效容積2.2 m3，采用鋼混+內壁玻璃鋼防腐。數量1座。設機械隔膜定量式加藥機1臺(BX-50，日本NIKKISO)，液下不銹鋼攪拌機1臺(杭州東霸)。
(4)鎳系沉淀池。提供靜置環境進行泥水分離。上清液進入后續綜合廢水調節池，下沉污泥排至污泥濃縮池。尺寸2.5 m×2.5 m×4.7 m，有效容積25 m3，采用鋼混+內壁玻璃鋼防腐。數量1座。
3.2 酸堿含油廢水處理
(1)均質池2。尺寸6 .4 mm×4 .0 m×2.7 m，有效容積60 m3，采用鋼混+內壁玻璃鋼防腐。數量1座。設耐酸堿自吸泵2臺(KB-40012L，廣東國寶)。
(2)三聯隔油池。利用油類物質的密度一般都小于水且不親水性的原理，依靠油水密度差將油從水中分離。池體上部設置集油管，收集浮油并將其導出池外。隔油池出水進入后續綜合廢水調節池。尺寸4.0 m×2.0 m×2.5 mm，其有效容積16 m3，采用鋼混+內壁玻璃鋼防腐。數量1座。
3.3 陽極氧化綜合廢水處理
(1)綜合廢水調節池。尺寸24.0 m×6.4 m×2.7 m，有效容積370 m3，采用鋼混+內壁玻璃鋼防腐。數量1座。設耐酸堿自吸泵2臺(KB-50052H，廣東國寶)，液下不銹鋼攪拌機1臺(杭州東霸)。
(2)混凝池2。尺寸3.0 m×3.0 m×4.0 m，有效容積為32 m3，采用鋼混+內壁玻璃鋼防腐。數量1座。設LCD數顯pH控制器1個(PC-350，昆山SUNTEX)，機械隔膜定量式加藥機2臺(AHA-41，日本NIKKISO)，液下不銹鋼攪拌機1臺(杭州東霸)。
(3)絮凝池2。尺寸3.0 m×3.0 m×4.0 m，有效容積32 m3，采用鋼混+內壁玻璃鋼防腐。數量1座。機械隔膜定量式加藥機1臺(AHA-41，日本NIKKISO)，液下不銹鋼攪拌機1臺(杭州東霸)。
(4)初沉池。尺寸2.5 m×2.5 m×4.7 mm，有效容積25 m3，采用鋼混+內壁玻璃鋼防腐。數量1座。設直徑50 mm的PP材質斜管1套(無錫永誠)。
(5)暫存池1。用以暫存廢水，供后段使用。尺寸3.4 m×3.0 m×2.7 m，有效容積24 m3，采用鋼混+內壁玻璃鋼防腐。數量1座。設耐酸堿自吸泵2臺(KB-50052H，廣東國寶)。
(6)袋式過濾器。截留廢水中殘存的懸浮物，可去除20 μm以上的懸浮物，以保護后續超濾膜。尺寸D 300 mm×750 mm，SUS304外殼，直立式結構。數量2套。
(7)UF過濾系統。超濾濾芯采用PP材質的平均過濾孔徑為0.1 μm的中空纖維膜，去除細菌率接近100%，可去除水中5~50 nm的乳化油、膠體等雜質。采用精密保安濾器作為超濾膜系統的保護裝置。反沖洗水采用加酸堿及NaClO的混合液，反沖洗后的水進入鎳系均質池1重新處理。數量3組，每組內膽采用可更換式低壓超濾膜22支(昆山T-Filter)。設計進水量15 m3/h。
3.4 達標排放廢水設施
(1)混凝池3。以儀器監控由定量加藥機投加 NaOH，控制pH為10~11，同時投加混凝劑PAC。尺寸3.0 m×3.0 m×4.0 mm，有效容積32 m3，采用鋼混+內壁玻璃鋼防腐。數量1座。設LCD數顯pH控制器1個(PC-350，昆山SUNTEX)，機械隔膜定量式加藥機2臺(AHA-41，日本NIKKISO)，液下不銹鋼攪拌機1臺(杭州東霸)。
(2)絮凝池3。投加助凝劑PAM。尺寸3.0 m×3.0 m×4.0 m，有效容積32 m3，采用鋼混+內壁玻璃鋼防腐。數量1座。設機械隔膜定量式加藥機1臺(AHA-41，日本NIKKISO)，液下不銹鋼攪拌機1臺(杭州東霸)。
(3)氣浮池。尺寸6.8 m×3.4 m×2.0 m，有效容積35 m3，采用鋼混+內壁玻璃鋼防腐。數量1座。設氣壓罐1個(D 1.0 m×2.5 m)，水面設刮渣機1臺，空壓機1臺(VA-80，1.5 kW，上海復盛)、溶氣泵1臺(1.5 kW)，刮渣機1臺(橡膠帶，東霸減速機，0.8 kW)。
(4)砂濾塔。過濾去除氣浮出水夾帶的懸浮雜質，確保出水達排放標準。尺寸為D 2.6 m×1.8 m。采用鋼混+內壁玻璃鋼防腐。數量1座。
(5)計量渠。尺寸2.75 m×0.30 ×0.40 m。數量1座，磚砌，內表面貼瓷磚。設超聲波數字累積式流量計1臺(太倉景程)。
3.5 中水回用處理設施
(1)精密過濾器。截留廢水中殘存的懸浮物，降低水中殘存的雜質，以保護RO膜免于堵塞。精密過濾器進出口設壓強指示表，當壓差增大到設定值時更換濾芯。尺寸D 0.40 m×1.33 m，數量1套，SUS 304材質，過濾精度100 μm。
(2)一級RO系統。設置8040-5A高壓管殼6支(昆山宏冠)，8040廢水專用膜30支(昆山宏冠)，3組流量計，水質計2組，自動控制盤1組。設計進水量20 m3/h。設輕型立式多級離心加壓泵1臺(CDL32-100，杭州南方)。濃縮液進入綜合廢水調節池重新處理。
(3)二級RO系統。進一步濃縮一級RO系統濃縮液，清液進入中水回用水池，濃縮液進入綜合廢水調節池重新處理。設置8040-6A高壓管殼2支(昆山宏冠)，8040廢水專用膜12支(昆山宏冠)，3組流量計，水質計2組，自動控制盤1組。設計進水量20 m3/h。設輕型立式多級離心加壓泵1臺(CDL16-12，杭州南方)。
(4)中水回用水池。中水回用水池進水的電導率要求不大于30 μS/cm，用于后續清洗及初級純水用水。尺寸22.3 m×6.4 m×2.7 m，有效容積420 m3，采用鋼混+內壁玻璃鋼防腐。數量1座。設輕型臥式多級離心泵2臺(CHL20-30，杭州南方)。
3.6 污泥處理設施
所有沉淀池的污泥集中排放至污泥濃縮池，再經污泥脫水機壓制成泥餅后，委托有資質單位無害化處理。污泥濃縮池尺寸為9.0 m×6.4 m×4.7 m，有效容積253 m3，采用鋼混+內壁玻璃鋼防腐。數量1座。設氣動雙隔膜式污泥泵3臺(德國VERDER)，單級風冷式空壓機1臺(比較大風壓7 MPa，上海復盛)，半自動廂式污泥脫水機2臺(PP板框，XMY30/800-UB，杭州永昌)，雙帶濾式污泥脫水機1組(濾布寬1 m，2.87 kW，上海元昌)。
4 系統調試及運行結果分析
4.1 含鎳廢水調試
由于在陽極電鍍過程中產生的封孔含鎳廢水的pH呈酸性，因此，首先采用強堿NaOH將其調至堿性，并加入聚合氯化鋁PAC，通過機械攪拌使廢水中的鎳離子形成氫氧化鎳的絮狀物，而后在絮凝池內加入高分子絮凝劑PAM，緩慢攪拌后會有較大的絮狀物礬花形成，隨后通過后續的鎳系沉淀池將大部分鎳以氫氧化物的形式除去。
在該過程中，要特別注意重金屬離子沉淀的起始濃度和起始pH。對Ni2+而言，其沉淀起始質量濃度為3 mg/L，初始沉淀的pH約在7.8，當pH達到9.3時開始出現大量沉淀。Ni2+濃度過低時，pH需要適當調高。如采用氫氧化鈉調節pH，通常可根據廢液中Ni2+的濃度，將廢水的pH調至8.5~9.5，使Ni2+質量濃度降低到1.0 mg/L以下。如把pH調至9.5~11.0時，Ni2+去除得更徹底[3]。為了降低人工操作的煩瑣及誤差，通常將含鎳廢水的pH調至9~10即可，此時，可去除廢水中大部分的Ni2+，出水中Ni2+質量濃度在2.0 mg/L以下。再經后續的物化及兩級RO系統處理后，系統出水中的Ni2+質量濃度可穩定達到0.5 mg/L以下。
另外，如果廢水中存在有大量的硫酸鹽、氟化物或磷酸鹽需要同時沉淀時，使用石灰乳液作為沉淀劑更為宜。從鎳系沉淀池排出的污泥，必須要單獨處理，不能與其他的污泥混合處理。通常采用污泥脫水機將含鎳污泥脫水后，單獨委外處理。
4.2 酸堿及含油廢水調試
該廢水中除了酸堿以外，更多的是一些表面活性劑及各類油脂，導致該廢水的COD較高。該廢水中的油脂類物質主要是金屬構件在切削、碾磨、清洗等過程中添加的各類機械油、除銹劑、切削油、表面活性劑、石蠟等。這類油脂主要以乳化液狀態存在。在進行后續處理之前，首先利用油比水輕的原理，在隔油池中將含油廢水中的油脂類物質從水中分離出來。
在均質池內加入少量的稀硫酸(質量分數控制在5%左右)，可實現酸化破乳，然后廢水進入后續重力斜板式三聯隔油池，可去除直徑在10~100 μm的浮油，除油率在60%~80%。
4.3 綜合廢水處理調試
對預處理后的綜合污水，首先采用化學混凝沉淀法進行處理。以儀器監控由定量加藥機投加NaOH和Ca(OH)2，控制pH 10~11，同時投加混凝劑PAC，會有初級絮凝體氫氧化物和磷酸鈣鹽產生。然后在絮凝池內定量投加助凝劑PAM，緩慢攪拌后可進一步增大絮凝物的體積。產生的沉淀物排至污泥濃縮池進行壓濾。綜合污水經過袋式過濾及UF過濾后，70%廢水采用兩級反滲透系統進行處理，其余30%廢水則采用混凝沉淀法進行化學深度處理。在調試過程中，對兩級RO膜系統進行了一周的連續檢測，運行狀況如表1所示。
結果表明，系統經過半年的運行，出水電導率始終維持在25 μS/cm以下，反滲透膜對廢水中殘余重金屬鎳離子具有較好的截留效果，達80%以上。
5 系統處理效果及討論
5.1 運行效果
該工程經過一段時間的調試后，系統運行情況良好，處理效果可靠，出水水質達到了國家《污水綜合排放標準》(GB 8978—1996)二級排放標準，其中總鎳達到《電鍍污染物排放標準》(GB 21900— 2008)表2標準，實現了約70%的出水回用目標。
5.2 投資與運行費用
工程總投資約360萬元，運行費用主要包括：電費、藥費、耗材費、人工費等，運行成本約7.9元/m3。具體參見http://www.dowater.com更多相關技術文檔。
6 結論
(1)陽極氧化廢水含有一類污染物重金屬鎳及油脂，其廢水成分較為復雜，治理方法難以統一。本工程先采用對含鎳廢水預處理，再與預處理后的酸堿含油廢水混合后進行深度處理，使得含鎳廢水達到很好的處理效果，工藝具有較高的可行性。
(2)在去除陽極氧化廢水中重金屬鎳的過程中，要加強對廢水預處理時pH的準確控制，使鎳在進入后續的RO等系統之前能實現較高的去除率，如此才能穩定確保回用水及排放出水中鎳的質量濃度在0.5 mg/L以下。
(3)該套廢水處理、中水回收設計方案，可以使廢水回用率達70%以上，廢水排放指標穩定達到國家《污水綜合排放標準》(GB 8978—1996)二級排放標準，并使鎳達到《電鍍污染物排放標準》(GB21900—2008)表2標準，很好地保護了周邊的生態環境，提高了廢水的利用率，響應了國家節能減排的政策。
