黄光磊

【摘 要】本文主要介绍利用物联网技术，采用离子交换原理，通过各种检测装置、离子交换树脂、废水和镍回收设备及信息传感存储设备，把离子交换树脂的信息与互联网相连接，进行信息交换和通信。实现智能化识别、监测、跟踪、管理，解决电镀企业含镍废水稳定达标排放问题和镀镍工艺废水及金属镍的循环回用。

【关键词】物联网；镀镍废水；回用

0.前言

镍，既是宝贵的资源，又是一类污染物且不能降解。广东省目前执行《电镀污染物排放标准》（GB21900-2008）中的表3水污染物特别排放限值，镍的排放浓度限值仅为0.1mg/L。新标准的实施，将成为制约众多电镀企业发展的瓶颈之一。此外，电镀企业产生的大量水和镍资源未加回收重新利用而白白损失，既浪费了资源，又污染了环境。

电镀含镍废水是主要的镍污染来源之一，然而从国内外发展现状看，电镀技术是现代化工业不可或缺的组成部分，电镀工艺不可能被淘汰。如何有效地控制电镀含镍废水污染，同时实现水和金属的循环利用，是摆在电镀企业面前的重大课题。

1.含镍废水处理现状

珠三角地区镀镍废水处理的主流技术是化学沉淀法，属于典型的末端治理技术。它以废水达标排放为最终目的，不考虑水和金属镍的回收利用，为了使镍离子达标不计成本。其技术弊端为：

（1）无法实现将含镍废水处理到0.1mg/L而达标排放。

（2）无法实现含镍废水的回用。

（3）无法实现镍的资源化。

2.基于物联网的镀镍废水达标处理及回用系统的搭建结构

基于物联网的镀镍废水达标处理及回用是依托物联网技术，采用离子交换原理，通过各种检测装置、离子交换树脂、循环水收集和镍回收设备及信息传感存储设备，把离子交换树脂的信息、循环水的信息与互联网相连接，进行信息交换和通信，实现智能化识别、监测、跟踪、管理，既可解决电镀企业含镍废水稳定达标排放问题，也可实现镀镍工艺水和金属镍的循环回用。

（1）搭建感知层即现场端：在含镍废水产生现场安装离子交换器树脂、水量计、PH传感器、电导率传感器、循环水收集装置、各类电磁阀及管线。对离子交换树脂实时工况信息、循环水实时工况信息进行采集、监控、分析。

（2）铺设网络层即传输端：感知层各传感器采集的离子交换器树脂实时工况信息、循环水实时工况信息、水量信息通过工业总线，以太网，GPRS无线通信技术上传至客户端上位机。上位机的数据通过互联网上传到中心信数据处理系统。成熟的通行技术保障数据传输的真实和可靠。

（3）建立应用层：应用层即中心信息处理中心，运用计算机技术、网络技术和通讯技术，对离子交换器树脂饱和信息实时状况、循环水水质实时状况、水量信息进行关系运算及判断，准确的判断出树脂的饱和点、循环水水质，发出预警报警，并实现联网对接，提示现场端完成相应的操作。

3.离子交换树脂处理镀镍废水原理

含Ni2+废水流经Na型弱酸阳树脂层时，将发生如下交换反应：

2R-COONa+Ni2+→（R-COO）2Ni+2Na+

这样，水中的Ni2+被吸附在树脂上，树脂会有明显的颜色变化，而树脂上的Na+便进入水中。当全部树脂层与Ni2+交换达到平衡时，用一定浓度H2S04再生，反应如下：

（R-COO）2Ni+H2S04→2R-COOH+NiS04

再生后，此时的树脂为H型，需用NaOH转为Na型，反应为：

R-COOH+NaOH →RCOONa+H2O

如此树脂可重新投入运行，进入循环使用，直至树脂的使用寿命。废水经处理后可回车间清洗槽重复使用，洗脱得到的硫酸镍经净化后可实现资源回用。

4.感知层控制关键点

4.1树脂饱和点的判断

经试验结果表明：PH值与树脂饱和度存在相互关系，使用企业可总结出符合本企业的PH变化规律，设定一个PH值的运行区间，即PH上限和PH下限，在此区间完成树脂从开始吸附镍离子到树脂完全吸附饱和的全过程。即PH传感器实测PH值等于PH上限值时，饱和度为0；当实测的PH值等于PH下限值时，饱和度为100%，此时树脂需要再生。正常使用过程中实测的PH值介于PH上限和PH下限之间。为避免出现树脂吸附不彻底，造成镍离子的泄露，通常设定一个饱和预警点，即镍离子泄露点，当检测到PH到达预警点时启动报警提示，并启动。饱和预警点的精确判断非常关键，如不能精确判断就会造成镍离子的吸附不彻底或树脂的浪费。如下将结合工艺流程图说明基于物联网技术的树脂饱和点判断及预警。

镀镍废水经流量计、电子阀1进入1#柱，废水中的镍离子被吸附于阳离子交换树脂，处理过的水达标，经阀2排除，可通过管路进入循环水收集装置并进行回用。在阀2管路上安装检测仪（PH传感器），检测PH值，并将检测信号通过通过有线或无线的方式传送至客户端（上位机），客户端（上位机）所采集信息通过以太网上传至信息处理中心，信息处理中心进行智能决策、判断1#柱树脂的饱和情况。当1#柱出现饱和时，信息处理中心发出报警信息，提示树脂需更换信息，并关闭阀1，启动阀3、阀3，进入与1#柱同样的镍离子吸附过程。如此循环进行，准备的判断树脂的饱和，保证了含镍废水的稳定达标。

4.2循环水水质的判断

通过离子交换树脂交换出来的Na+和没有发生反应的阴离子进入了循环水中，如果持续的积累，循环水中的含盐量将不断升高，最终将影响循环水的质量和生产用水的需要。通过实验结果发现，循环水中的含盐量与电导率程一定的关系，因此，适当的补充新鲜水是必须的，通过电导率测试可以方便地了解循环水中含盐量的积累情况，准确判断循环水补充新鲜水的时间及补充量，保证循环水的水质，达到最佳的动态平衡。

通过电导率监测来判断经树脂吸附镍离子后的循环水水质，废水循环管路中设置电导率传感器，测试循环水的电导率，使用企业可以总结出适合与本企业用使用要求的生产用水的电导率上限值，当电导率传感器监测到的电导率超过预定值时，表示水中含盐量已经积累到影响生产用水效果的水平，必须补充清洁水，此时通过中心信息处理中心发出指令，补水自动阀门开启，清洁水补充进来，循环水的含盐量随之降低。通过试验确定的电导率保持在某个值以下不会影响生产产品的质量，从而实现废水的回用。

5.结论

利用物联网及计算机信息技术，结合离子交换原理而搭建的镀镍废水处理及回用系统，通过中心信息处理中心准确的判断树脂饱和点和循环水的含盐量，将有效的保证镀镍废水的稳定达（下转第127页）（上接第17页）标排放，实现循环水的高效回用和镍的资源化。

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