含铬废水项目设计方案.doc

含铬废水项目设计方案深圳市宇众环保科技有限公司二O一三年3月25日一、 概述铬是环境污染及影响人类健康的有害元素之一。六价铬为食入性毒物，饮水中超标400倍时，会发生口角糜烂、腹泻、消化紊乱等症状，引起呼吸急促，咳嗽及气喘，短暂的心脏休克，肾脏、肝脏、神经系统和造血器官的毒性反应等，更可能造成遗传性基因缺陷，并对环境有持久危险性。水质参数及出水要求：1.废水来源分类收集的含铬废水2.废水流量（mr/day）2.5T/天3.运行周期（hours/day)24小时/天4.PH3-55.Cr6+（ppm）200ppm6.Cl-（ppm）微量7.SO42-微量8.出水要求Cr6+ 0.5ppm二、离子交换原理说明及设计方案1、设计方案：本方案采用离子交换法对废水中六价铬纯化和回收。废水首先通过活性炭柱，废水中存在杂质被活性炭柱吸附。此活性炭柱的流出液，然后依次通过串联的Tulsion A-21S强碱阴离子树脂柱进行交换反应（该树脂常用于回收氰化金、氰化银、硫代硫酸银和六价铬）。废水经A-21S树脂处理后，可以直接排放，六价铬浓度小于0.5ppm，树脂再生后的洗脱液，经除钠离子后可返回渡槽做补充液。由于六价铬有毒，所以本方案设计成约10天再生一次，以减少人员接触六价铬的次数，车间内需要保持良好的通风环境。含六价铬废水净化回收流程示意图见图1。图1 六价铬废水双阴柱串联净化流程示意图将饱和的阴离子交换树脂用氢氧化钠进行再生，洗脱液中含有大量的杂质钠离子，为了铬的回收利用必须除去钠离子，采用了T-42 SM阳离子交换树脂除钠离子的纯化回收工艺，六价铬纯化回收流程示意图见图2。图2 六价铬纯化回收流程示意图当废水pH值偏高时，六价铬主要以铬酸根 (CrO42-) 形态存在，而在酸性条件下则以重铬酸根 (Cr2O72-) 形态存在。用阴离子树脂去除六价铬时，同样交换一个二价阴离子Cr2O72-比CrO42-多一个铬离子，所以在酸性废水中比在碱性废水中的去除效率高。当含铬废液pH3-4时，与阴离子交换树脂的交换效果最好。在酸性条件下的交换反应式：Cr2O72- + 2RNCl（RN）2CrO7 + Cl-在碱性条件下的交换反应式：Cr2O72- + 2OH-2CrO42- + H2O；CrO42- + 2RNOH（RN）2CrO4 + 2OH-2、废水除铬流程的分析：在用阴树脂吸附Cr6+前，先用活性炭对废水进行除杂，使水质更好。废水首先通过活性炭柱，废水中存在杂质被活性炭柱吸附。此活性炭柱的流出液，然后通过一碱式(OH型)强阴离子树脂柱进行交换反应。含六价铬废水中除CrO42，Cr2O72外，就阴离子而言还包含有SO42、C1等等，它们都能与阴离子交换树脂进行离子交换，所以，当离子交换达到Cr6穿透点时，树脂的可交换位置必然被SO42、C1等离子占去一部分，影响树脂对Cr6的交换容量。当树脂再生时，这些离子必然随同Cr6一起被洗脱，混入再生液中，混入再生液中的SO42、C1影响了再生液纯度，妨碍铬酸的直接回收利用。并且在用阴树脂处理废水时，玻璃交换柱中的树脂没有完全达到树脂的交换容量，树脂利用不充分。显然，欲得到纯的铬酸，首先要获得纯的再生液。而欲获得纯的再生液，必须使含Cr6的酸根离子有能力排代树脂上的SO42、C1等，从而使其占据树脂全部交换基团达到全饱和，使树脂全部利用，这样才能使阴离子树脂再生回收液达到一定的纯度，满足电镀生产工艺要求。苯乙烯型阴离子交换树脂对阴离子的一般选择性关系来看：Cr2O72SO42 CrO42 C1HCO3利用tulsion A-21S树脂对Cr2O72的高选择特性，因此设计一种双阴离子柱串联全饱和工艺流程（见图1）。废水先经过活性炭柱，除去废水中部分重金属离子及其他阳离子和杂质，使出水水质纯化，减轻废水对下一级阴离子树脂的氧化作用。活性炭柱出水串联通过第一根阴离子交换柱除去Cr6。当Cr6泄漏达05mgL时，再串联通过第二根阴离子柱，直至第一根阴离子柱达到Cr6的全饱和，并从除铬系统中断开进行再生。此时，第二根阴离子柱变成第一根阴离子柱继续运行。当此柱Cr6泄漏量达到0.5mgL时，再反串已再生好的原第一根阴离子柱继续工作。如此阴离子交换柱往复串联，实现Cr2O72的全饱和。在上述离子交换过程中按着离子排代关系使Cr2O72自行提纯。R2 SO4Cr2O72R2Cr2O7SO422RCICr2O72RR2Cr2O72C1经过多次交换，SO42、C1等阴离子逐渐被排代掉，树脂最终被Cr2O72离子饱和，既提高了阴离子交换树脂对Cr6的交换容量，又利用Cr2O72对树脂的高强亲和能力，回收较纯的铬酸。3、六价铬洗脱液的纯化回收：阴树脂再生选用顺流再生工艺。5%左右用氢氧化钠溶液对饱和的A-21S阴离子交换树脂再生，再用蒸馏水冲洗，冲洗终点pH为8-10。再生后的洗脱液中含有大量的钠离子，为了铬的回收利用必须除去钠离子，采用了T-42SM阳离子交换树脂除钠的纯化回收工艺（见图2）。由T-42SM阳离子树脂的H与Na进行交换，得到纯化的铬酸溶液，反应式为：Na2CrO4+2RH2RNa+H2CrO44、树脂再生串联运行前柱吸附饱和后需要再生后才能再次使用，由树脂对阴离子吸附选择性可知，再生液采用NaOH溶液。再生方式采取逆流再生，再生液下进上出。再生过程中发生的主要交换反应：R2Cr2O7 + 2NaOH -R2CrO4 + Na2CrO4 + H2OR2 CrO4 + 2NaOH- 2ROH + Na2CrO4再生方式考虑到回收洗脱液时残留管道中的损失，再生液采用120L/L，2%NaOH溶液。再生时，洗脱液中铬浓度逐渐减少，pH值逐渐升高，为了提高回收铬酸的浓度和节约资源，可采用两步再生法。第一次再生树脂时，洗脱液分两部分收集，前一半洗脱液收集于回收液桶，后一半洗脱液收集于贫液桶，作为下一次再生树脂第一步的再生液，第二步采用NaOH 溶液再生。树脂转型NaOH 溶液再生后树脂呈R-OH，初期运行时，有大量的OH- 进入废水中使得废水pH4，导致六价铬存在形态发生改变，由Cr2O72-转变成。根据树脂的选择性， 废水中含有的大量CrO42-的竞争不过Cl-，导致初期运行CrO42-泄漏。上述过程中树脂上主要发生的交换反应：2ROH + Cr2O72- - R2Cr2O7 + 2OH-ROH + Cl- - RCl + OH-2OH- + Cr2O72- - 2CrO42- + H2O从上述过程的分析中，可知对树脂用盐酸进行转型后可以保证不产生OH-，从而维持低的PH值环境，也就保证了六价铬以Cr2O72-形态存在，并且转型后树脂呈R- Cl-型，根据树脂选择性，树脂对废水中Cr2O72-的吸附性大于Cl-，从而有利于六价铬的吸附。采用盐酸转型，配置1%盐酸溶液，对树脂进行正洗， Q = 150L/h，t= 30min。Cl-型的树脂，能保证PH值不升高、出水Cr(Cr6+)0.5，交换容量无明显变化。 4、设计参数：容器设计Vessel Design流量Flow2.5m3/Day树脂量Resin Volume100 L + 100L树脂床高度Resin Bed Heigh1.2 m 树脂柱高度Vessel Heigh2 m树脂柱直径Vessel Dia30 cm工作能力Op.Capacity1.3 meq/ml再生周期Regenerate cycle10days左右操作温度Temperature5 - 70 最佳pH范围/ Suitable pH range : 3 to 4再生剂RegenerationNaOH 再生剂浓度Regenerant concentration4 - 5 %再生剂数量Regeneration quantity120 - 160 gpl 100% NaOH 再生时间/Regenerant contact time30 - 60 分钟慢洗Slow rinse2 BV 60分钟内冲洗Rinse2 BV 工作速度逆洗膨胀空间 Backwash expansion space 50 to 70%逆洗流速 Backwash expansion flow 原水 8-10 BV/hr逆洗时间Backwash time30分钟左右转换步骤 Conversion step 用 HCL转成CL离子型再生剂数量 Regenerant quantity NaOH120 - 160 gpl 100% HCL再生剂浓度 Regenerant concentration2 - 3 %接触时间 Contact time大约45 到 60 分钟慢洗 Slow rinse2 BV 40分钟内冲洗 Rinse2 BV 工作速度再生水的水质酸和碱稀释用去离子软水5、安装示意图三、主要设备主要设备序号名 称树脂柱尺寸数量备注1离子交换树脂罐（自动再生系统）30cm直径*200cm高3有机玻璃全透明树脂罐序号名 称数量单价金额2A-21S螯合树脂200L300元/L60000元3T-42 SM阳树脂75L70元/l5250元4离子交换树脂罐3套3500元*310500元5自吸式耐酸碱水泵1台3000元/台3000元6 清水出口取样缸1套900元900元7小计79650元8安装费用小计*10%