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bysj01-056@电镀废水处理毕业设计,毕业设计
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南华大学城市建设学院毕业设计 第 1 页 共 69 页 引言 电镀是世界三大污染行业之一，随着我国乡镇电镀企业的迅速发展，我国的电镀污染问题日趋严重。 小型电镀厂往往是区属的乡镇企业 , 这些电镀厂废水水量都较少 , 一般日排放量只有几十吨 ,其污染因子也较少 ， 多数为含铬、锌酸性废水，但其危害很大 ， 治理势在必行。这些企业多数位于市郊 , 其技术和经济力量薄弱 . 对于废水的治理要求是工艺简单 ， 便于掌握和正常运行 ， 而且投资和运行费用当然也要较低。本设计就是根据上述特点，选择有效的处理方法和流程，处理后的水完全达到国家的排放标准。 nts小型电镀厂废水处理工程 第 2 页 共 69 页 第 1 章 电镀废水概论 1.1 电镀污染现状 电镀行业是通用性强、使用面广、跨行业、跨部门的重要加工工业和工艺性生产技术。电镀可以改变金属或非金属制品的表面属性，如抗腐蚀性、外观装饰性、导电性、耐磨性、可焊性等，广泛应用于机械制造工业、轻工业、电子电气工业等，某些特殊功能镀层，还能满足国防尖端技术产品的需要。 由于电镀行业使用了大量强酸、强碱、重金属溶液，甚至包括镉、氰化物、铬酐等有毒有害化学品，在工艺过程中排放了污染环境和危害人类健康的废水、废气和废渣，已成为一个重污染行业。 就我国电镀废水而言 , 据不完全统计 ,全国电镀厂点约 1 万家 ,职工约有 40 万人 , 每年排出的电镀废水约 40 亿 m3 。 1999 年 ,全 国工业和城市生活废水排放总量为 401 亿 m3 ,其中工业废水排放量 197 亿 m3 。由此可见 ,电镀废水的排放量约占废水总排放量的 10% ,占工业废水排放量的 20%。电镀废水不仅量大 ,而且对环境造成的污染也严重 ,因为电镀废水中不仅含有氰化物等剧毒成分 ,而且含有 Cr、 Zn、 Cu、 Ni 等自然界不能降解的重金属离子。 除了少部分国有大型企业、三资企业及新建的正规专业电镀厂拥有国际先进水平的工艺设施，大多数中小型企业仍然使用简陋而 陈旧的设备，操作方式以手工操作为主。我国电镀行业存在的主要问题是： （ 1）厂点多、规模小，专业化程度低。特别是乡镇电镀企业的迅速发展，使电镀厂（点）向市郊和农村扩散，给污染控制与环境管理带来了很多的困难，电镀污染问题日趋严重。 （ 2）装备水平低。表现在一方面缺少机械装备，以手工操作为主；另一方面是技术装备水平不高，自动化程度低、可靠性差，产品质量不稳定。 （ 3）管理水平较低，经济效益较差。 （ 4）电镀污染治理水平低，有效治理率低。虽然企业都建立了污水处理设施， 但仍有少部分企业的设施未能正常运转。生产废 气一般都有排风装置，但大部分企业未对废气进行净化处理。固体废物和危险废物的管理尚未走入正规轨道。电镀生产过程中排放大量的有毒有害物质，对环境造成的污染及危害越来越为人们所认识。 （ 5）经营粗放，原材料利用率低。经对运行较正常的汽车、摩托车行业电镀线调查表明，镀硬铬的铬酐利用率为 38%，而装饰性铬的铬酐利用率仅为 10%（国外平均为nts南华大学城市建设学院毕业设计 第 3 页 共 69 页 24%）。由此可见，一大部分甚至绝大部分宝贵的原材料流失并变成了污染物。在清洁生产审计中调查的 10 条电镀加工线中，平均用水量为 0.82t/m2，是国外的 10 倍。 近年来，国 内许多电镀企业从实际出发，积极开发和推广低浓度、低污染的电镀工艺、逆流清洗工艺，发展电镀槽（废）液的净化与回收技术，消除和减少污染。不少企业还根据国家和地方的规定要求，结合企业自身条件和发展规划，制定电镀污染物的排放指标、镀件漂洗用水定额、漂洗水水质标准等规定和相应的技术措施，并纳入企业的生产计划管理，建立污染治理档案，定期检查与考核，以控制电镀 “三废 ”对环境的污染。 1.2 电镀废水的危害性 电镀废水就其总量来说，比造纸、印染、化工、农药等的水量小，污染面窄。但由于电镀厂点分布广，废水中所含高毒物质的 种类多，其危害性是很大的。未经处理达标的电镀废水排入河道、池塘，渗入地下，不但会危害环境，而且会污染饮用水和工业用水。 1.2.1 含铬废水的危害 由于镀锌在整个电镀业中约占一半，而镀锌的钝化绝大部分采用铬酸盐，因而钝化产生的含铬废水量很大，镀铬也是电镀中的一个主要镀种，其废水量也不少。在铜件酸洗、镀铜层的退除、铝件钝化、铝件电化学抛光、铝件氧化后的钝化等作业中也广泛使用铬酸盐。因此，含铬废水是电镀中的主要废水来源之一。 金属铬几乎是无毒的。二价铬的化合物，一般认为是无毒的。其余的铬化合物，当浓度过高时 ，都不同程度地具有毒性。 六价铬对人体的危害，因进入途径不同，中毒表现也不同。 （ 1）对人体皮肤的损害 六价铬化合物对皮肤有刺激和过敏作用。在接触铬酸盐、铬酸雾的部位，如手、腕、前臂、颈部等处可能出现皮炎。六价铬经过切口和擦伤处进入皮肤，会因腐蚀作用而引起铬溃疡（又称铬疮）。 （ 2）对呼吸系统的损害 六价铬对呼吸系统的损害，主要是鼻中隔膜穿孔、咽喉炎和肺炎。 （ 3）对内脏的损害 六价铬经消化道侵入，会造成味觉和嗅觉减退，以至消失。剂量小时也会腐蚀内脏；引起肠胃功能降低，出现胃痛，甚至肠胃道溃疡，对肝脏 还可能造成不良影响。 nts小型电镀厂废水处理工程 第 4 页 共 69 页 三价铬是生物所必需的微量元素。通过动物试验发现三价铬有激活胰岛素的作用，还可以增加对葡萄糖的利用。 国外有人认为三价铬与铝一样，基本上不显示毒性。三价铬不易被消化道吸收，在皮肤表层与蛋白质结合，三价铬在动物体内的肝、肾、脾和血中不易积累，而在肺内存留量较多，因而对肺有一定损害。与六价铬相比，三价铬的毒性仅为六价铬的百分之一。 也有报道，三价铬对鱼的毒性比六价铬还大，例如对鲑鱼的起始致死浓度，三价铬（硫酸铬）为 1.2 mg/l，六价铬（重铬酸钾）为 5.2 mg/l。然而对 家兔和狗的实验，发现六价铬的毒性较大。 在对含铬废水的处理中，由于三价铬的氢氧化物溶度积较小，易于沉淀除去，因此多数处理方法中，均将六价铬还原为三价铬再除去。 1.2.2 含锌废水的危害 锌是人体必需的微量元素之一，正常人每天从食物中摄取锌 1015 mg。肝是锌的储存地，锌与肝内蛋白结合成锌硫蛋白，供给肌体生理反应时所必需的锌。人体缺锌会出现不少不良症状，误食可溶性锌盐对消化道黏膜有腐蚀作用。过量的锌会引起急性肠胃炎症状，如恶心、呕吐、腹痛、腹泻，偶尔腹部绞痛，同时伴有头晕、周身乏力。误食氯化锌会引起腹 膜炎，导致休克而死亡。 1.3 我国治理电镀废水的发展历程 电镀废水中含有铬 锌、铜、镉，铅、镍等重金属离子以及酸、碱 氰化物等具有很大毒性的杂物 。 有的还属于致癌和致畸变的剧毒物质因此必须认真地加以处理以免对人们造成危害。 20世纪 50年代末是我国电镀废水治理的起步阶段 60年代至 70年代中期才开始引起重视但仍处于单纯的控制排放阶段。 70年代中期至 80年代初，大多数电镀废水都已有了比较有效的处理，离子交换、薄膜蒸发浓缩等工艺在全国范围内推广使用，反渗透、电渗析等工艺已进入工业化使用阶段，废水中贵重物 质的回收和水的回收利用技术也有了很大进展。 80年代至 90年代开始研究从根本上控制污染的技术，综合防治研究取得了可喜的成果。上世纪 90年代至今电镀废水治理由工艺改革、回收利用和闭路循环进一步向综合防治方向发展多元化组合处理同自动控制相结合的资源回用技术成为电镀废水治理的发展主流。 nts南华大学城市建设学院毕业设计 第 5 页 共 69 页 第 2 章 设计 背景 2.1 项目概况和意义 小型电镀厂往往是区属的乡镇企业 , 这些电镀厂废水水量都较少 , 一般日排放量只有几十吨 ,其污染因子也较少 , 多数为含铬、锌酸性废水，但其危害很大 , 治理势在必行。这些企业多数位于 市郊 , 其技术和经济力量薄弱 . 对于废水的治理要求是工艺简单 , 便于掌握和正常运行 , 而且投资和运行费用当然也要较低。本设计就是根据上述特点，选择有效的处理方法和流程，处理后的水完全达到国家的排放标准。 2.2 设计条件 1 设计水量 每天处理水量 50 m3，设计的废水水质情况如下表。 表 1.1 电镀废水水质情况 项目 pH 总 Cr(mg/L) Cr6+(mg/L) Zn (mg/L) SS(mg/L) 含量 4.0 20 10 30 50 2 设计水质 经处理后废水中浓度 Cr6+ 0.5 mg/ L， Zn2+3 时，Fe3+即生成大量沉淀，生成的氢氧化铁有凝聚作用，有利于其他沉淀物的沉降。 硫酸亚铁处理含铬废水的运行条件见表 3.2。反应时间为，连续处理时不小于 30 nts小型电镀厂废水处理工程 第 8 页 共 69 页 min；间歇处理时为 2 4 h。 表 3.2 硫酸亚铁处理含铬废水的运行条件 序号 Cr6+/mg/l 加药前调 pH值 投药量（质量比）Cr6+ FeSO47H2O 反应后 调节 pH 值 通气时间min 备注 1 25 4 1 40 1 50 7 8 搅拌混匀即可 所需压缩空气量为0.2m3/min.m3(废水 )，压力80 120kPa。 2 25 50 1 35 1 40 10 20 3 50 100 1 25 1 35 15 30 4 100 1 16 1 30 15 30 硫酸亚铁石灰法处理含铬废水的特点是：除铬效果好，当使用酸洗废液的硫酸亚铁时，成本较低，处理工艺成熟，但产生的污泥量大，占地面积大，出水色度偏高。 4、钡盐法 钡盐法处理含铬废 水是利用固相碳酸钡与废水中的铬酸接触反应，形成溶度积比碳酸钡小的铬酸钡，以此除去废水中的六价铬。经碳酸钡处理后的废水中含有一定量的残余钡离子，可用石膏（ CaSO42H2O）进行除钡，生成溶度积更小的硫酸钡。 技术条件和运行参数： （ 1）采用钡盐及其投加量：一般采用碳酸钡，也可采用氯化钡。碳酸钡不易溶于水，可一次性向反应池中投加较多的碳酸钡，其后陆续补加直至不能使用时全部更新。其理论投量比为 Cr6+ BaCO3 为 1 3.8（质量比），实际采用为 1 （ 10 15）。氯化钡易溶于水，反应速度比碳酸钡快，为液 相反应，其理论投量比为 Cr6+ BaCl2 为 1 4.7（质量比），实际采用为 1 （ 7 9）。 （ 2）搅拌和反应：空气或机械搅拌，反应时间采用碳酸钡时为 10 20min，采用氯化钡时为 10 min 左右。 （ 3）废水的 pH 值；用碳酸钡为试剂时，反应时废水的 pH 值一般控制在 4 5。用氯化钡时，反应时废水的 pH 值一般控制在 6.5 7。 钡盐法处理含铬废水的特点为：方法简单，出水水质好，但货源、沉淀分离以及污泥二次污染问题较大，污泥清除周期较长。同时，由于钡盐有毒，因此，如采用这种方法时，对调节池、反应沉淀池等 地下构筑物应做好防渗漏、防腐蚀等措施，并加强管理，nts南华大学城市建设学院毕业设计 第 9 页 共 69 页 防止由钡引起的污染。 3.1.2 含锌废水的处理 1、碱性锌酸盐镀锌废水的处理 锌为两性金属，在碱性条件下，根据 pH 值的不同存在 ZnO22 和 Zn(OH)2，当 pH值调整到 8 10 时，主要以 Zn(OH)2 形式存在。对含锌废水的处理主要是通过对废水 pH的控制，使废水中的 Zn2 与 OH 反应生成氢氧化锌沉淀，以沉淀、气浮、过滤等固液分离方式，或投加适量的混凝剂，结合凝聚、共沉等原理，达到去除污染净化废水之目的。 一般挂镀锌清洗废水的含锌浓度为 10 30 mg/l， pH 值 =10 12。镀锌前，酸洗废水中往往由于挂具清洗不干净等原因也会带入锌，其浓度一般为 5 20mg/l，含铁量为5 8 mg/l， pH 值 =2 3。所以处理含锌废水应包括以上两部分清洗废水。这两种废水的混合处理，不但可处理锌，而且还利用了酸洗废水，中和了含锌废水中的碱，同时其中铁所形成的氢氧化铁，还起到凝聚作用，是十分有利的。 技术条件和参数 （ 1） 废水进水浓度 一般废水含锌浓度不大于 50 mg/l。 （ 2） 反应时的 pH 值 废水进水的 pH 值为 9 12，反应后最佳 pH 值为 3.5 9.0，可利用酸洗槽的废盐酸来调整 pH 值。 （ 3）凝聚剂投加量和混合反应时间 凝聚剂可采用碱式氯化铝，投加量为 10 15 mg/l（以 Al 计）。混合反应时间宜采用 5 10 min。 （ 4） 补充水量 在运行过程中，循环水中的含盐量会不断增加，含锌、氯离子会不断积累，为了改善循环水水质，每天应排放累计处理水量的 10% 15%的循环水，补入纯水。 2、铵盐镀锌废水的处理 （ 1）石灰法处理铵盐镀锌废水 当废水 pH 10 时，氨三乙酸与锌离子配位的稳定性比钙离子大，而 pH 12 时则相反，氨三乙酸与钙离子 络合的稳定性比锌离子大，因此，利用这个机理来提高废水 pH值，增大钙离子浓度，有利于配位剂与钙离子配位，使锌离子释放出来，然后形成氢氧化锌沉淀。据试验最佳 pH 值为 10.95 11.2，钙盐用 CaO，投加量为 Ca2+/Zn2+（ 34） 1，废水起始含锌浓度在 150 mg/l 以下时，处理后 Zn2+浓度小于 5 mg/l。 nts小型电镀厂废水处理工程 第 10 页 共 69 页 处理时可用石灰（按计算量）和氢氧化钠调整 pH 值到 11 12，搅拌 10 20 min，然后经沉淀、过滤。在运行中应注意 pH 值不能超过 13，否则由于羟基配合物的溶解度增加，使氢氧化锌 重新溶解，使出水锌含量升高。工程实践证明，加石灰调整废水 pH 12 时，锌仍以氢氧化锌的形态存在。 （ 2）铵盐镀锌混合废水处理 将铵盐镀锌废水与含铜、镍、铬和预处理的酸性废水等混合后，在酸性条件下，用化学沉淀法能去除锌和其他金属离子，处理后水达到排放标准。其基本原理可能是由于氯化铵是中等配位强度的配位剂，能与锌、铜、镍等金属离子配位，但在酸性的混合废水中配位能力较弱，加碱时形成金属氢氧化物的速度又高于形成配合物的速度。 主要技术参数： a 废水含锌浓度 控制在小于 100 mg/l，这样处理后的废水含锌 浓度可小于 5 mg/l，而且其他金属离子也能符合排放标准。 b 废水的 pH 值 处理前混合废水必须为酸性，反应时 pH 值调整到 9。 c 投试剂量 如混合废水内含六价铬，则必须投加硫酸亚铁做还原剂，用时也可起到凝聚的作用，投加量根据六价铬浓度及废水中存在的亚铁离子确定，助凝剂采用阴离子型或非离子型的聚丙烯酰胺，投加量为 5 10 mg/l。 3.2 离子交换处理法 在电镀废水处理过程中，离子交换是将废水中的离子与离子交换树脂上的离子进行交换而被除去，从而使废水得到净化。离子交换树脂交换吸附饱和后进行再生。再 生是利用再生剂中的离子在浓度占绝对优势的情况下，将离子交换树脂上的离子洗脱下来，使离子交换树脂恢复其交换能力。 电镀含铬废水由于电镀工艺的不同，废水中的六价铬浓度不同，其他金属离子和各种阴离子等的成分和含量也有所不同。废水中的六价铬，在接近中性条件下主要以 CrO42 存在，而在酸性条件下主要以 Cr2O72 存在。由于废水中六价铬是以阴离子状态存在，因此，可用 OH 型阴离子交换树脂除去， OH 型树脂交换吸附饱和失效后，可用氢氧化钠溶液再生，恢复其交换能力。废水中的其他金属离子，如 Ni2+、 Ca2+、 Cu2 、 Cr3 等（ Mn+）可用 H 型阳离子交换树脂除去， H 型树脂交换吸附失效后，可用盐酸（或盐酸）再生，恢复其交换能力。 镀锌废水处理中，可选用强酸阳离子（ R SO3Na）或弱酸阴离子 (R COONa)，硫nts南华大学城市建设学院毕业设计 第 11 页 共 69 页 酸铜镀铜废水可选用弱酸阴离子 (R COONa)。 用 Na 型强酸阳离子交换树脂处理电镀废水时，废水中的阳离子与树脂上的 Na 离子进行交换，树脂饱和后用硫酸钠再生，当采用 Na 型弱酸阳离子交换树脂时，再生用硫酸，并用氢氧化钠转型。 离子交换法从本质上讲是一种浓缩方法。离子交换前废水的离子浓度 (单位为 mg / L)一般为几十至几百，而吸附饱和后树脂再生洗脱液的离子浓度被浓缩到几万，再生液的体积一般占处理水体积的 10%15%。因此采用离子交换法处理重金属废水时，必须事先考虑再生液的处理问题。 离子交换法的优点是，选择性高，可以去除用其它方法难于分离的金属离子，可以从含多种金属离子的废水中选择性的回收贵重金属 ;既可去除废水中的金属阳离子，也可以去除阴离子，可以使废水净化到较高的纯度。这种方法的缺点是，离子交换树脂价格较高，树脂再生时需要酸、碱或食盐等，运行费用较高，再生液需要进一步处理。因此，离子交换法在较大 规模的废水处理工程中较少采用。 3.3 电解法 电解法处理电镀废水也属于化学处理法的范畴，它主要是使废水中的有害物质通过电解过程在阴，阳两级上分别发生氧化和还原反应，转化成无害物质；或利用电极氧化和还原产物与废水中的有害物质发生化学反应，生成不溶于水的沉淀物，然后分离去除，电镀含铬废水的电解处理就是属于这种类型；或通过电解反应回收金属，如从电镀含银，铜等废水中回收金属就是一例。国内在 20 世纪 60 年代初就开始试验研究，用电解法处理电镀含铬废水。 20 世纪 70 年代起在全国兴起，并在实践中不断得到改进，从原来的坐 式迂回式改进为不易短路的挂式翻腾式，后有改进为节能的双极性小极距电解法。现在又出现了节约铁板阳极的不溶性铁屑的内电解法。目前已由定型，系列处理设备供应。优点：电解法流程简单，生产占地少，另外操作也很简便与电镀工艺类似，易于被操作工人掌握，而且回收的金属纯度也高，特别是和用于对贵金属的回收。缺点：电解法耗电多，污泥也多，对于污泥的处理与化学法一样难以处置。 3.4 生物法 由于传统治理方法有成本高、操作复杂、对于大流量低浓度的有害污染难处理等缺nts小型电镀厂废水处理工程 第 12 页 共 69 页 点，经过多年的探索和研究，生物治理技术日益受到人们的重视。 生物法能 够较好地处理电镀综合废水，使废水中的六价铬、铜、镍、锌、镉、铅等有害离子得到有效处理，同时形成沉淀，达到国家排放标准，处理方法简单适用，污泥量少。 随着耐重金属毒性微生物的研究进展，采用生物技术处理电镀重金属废水呈现蓬勃发展势头，根据生物去除重金属离子的机理不同可分为生物絮凝法、生物吸附法、生物化学法以及植物修复法。 3.4.1 生物絮凝法 生物絮凝法是利用微生物或微生物产生的代谢物进行絮凝沉淀的一种除污方法。微生物絮凝剂是一类由微生物产生并分泌到细胞外，具有絮凝活性的代谢物。一般由多糖、蛋白质 、 DNA、纤维素、糖蛋白、聚氨基酸等高分子物质构成，分子中含有多种官能团，能使水中胶体悬浮物相互凝聚沉淀。至目前为止，对重金属有絮凝作用的约有十几个品种，生物絮凝剂中的氨基和羟基可与 Cu2+、 Hg2+、 Ag+、 Au2+等重金属离子形成稳定的鳌合物而沉淀下来。应用微生物絮凝法处理废水安全方便无毒、不产生二次污染、絮凝效果好，且生长快、易于实现工业化等特点。此外，微生物可以通过遗传工程、驯化或构造出具有特殊功能的菌株。因而微生物絮凝法具有广阔的应用前景。 3.4.2 生物吸附法 生物吸附法是利用生 物体本身的化学结构及成分特性来吸附溶于水中的金属离子，再通过固液两相分离去除水溶液中的金属离子的方法。利用胞外聚合物分离金属离子，有些细菌在生长过程中释放的蛋白质，能使溶液中可溶性的重金属离子转化为沉淀物而去除。生物吸附剂具有来源广、价格低、吸附能力强、易于分离回收重金属等特点，已经被广泛应用。 3.4.3 生物化学法 生物化学法指通过微生物处理含重金属废水，将可溶性离子转化为不溶性化合物而去除。硫酸盐生物还原法是一种典型生物化学法。该法是在厌氧条件下硫酸盐还原菌通过异化的硫酸盐还原作用，将硫酸盐 还原成 H2S，废水中的重金属离子可以和所产生的H2S反应生成溶解度很低的金属硫化物沉淀而被去除，同时 H2SO4的还原作用可将 SO42-转化为 S2-而使废水的 pH值升高。因许多重金属离子氢氧化物的离子积很小而沉淀。有关研究表明，生物化学法处理含 Cr 6+浓度范围为 3040 mg/L的废水去除率可达99.67%99.97%。有人还利用家畜粪便厌氧消化污泥进行矿山酸性废水重金属离子的处nts南华大学城市建设学院毕业设计 第 13 页 共 69 页 理，结果表明该方法能有效去除废水中的重金属。赵晓红等人用脱硫肠杆菌 (SRV)去除电镀废水中的铜离子，在铜质量浓度为 246.8 mg/L的溶液，当 pH为 4.0时，去除率达99.12%。 3.4.4 植物修复法 植物修复法是指利用高等植物通过吸收、沉淀、富集等作用降低已有污染的土壤或地表水的重金属含量，以达到治理污染、修复环境的目的。植物修复法是利用生态工程治理环境的一种有效方法，它是生物技术处理企业废水的一种延伸。利用植物处理重金属，主要有三部分组成：（ 1）利用金属积累植物或超积累植物从废水中吸取、沉淀或富集有毒金属；（ 2）利用金属积累植物或超积累植物降低有毒金属活性，从而可减少重金属被淋滤到地下或通过空气载体扩散：（ 3）利用金属积累植物或超积累植物将土壤中或水中的重金属萃取出来，富集并输送到植物根部可收割部分和植物地上枝条部分。通过收获或移去已积累和富集了重金属植物的枝条，降低土壤或水体中的重金属浓度。在植物修复技术中能利用的植物有藻类、草本植物、木本植物等。 藻类净化重金属废水的能力，主要表现在对重金属具有很强的吸附力，利用藻类去除重金属离子的研究已有大量报道。褐藻对 Au的吸收量达 400 mg/g，在一定条件下绿藻对 Cu、 Pb、 La、 Cd、 Hg等重金属离子的去除率达 80%90%，马尾藻、鼠尾藻对重金属的吸附虽然不及绿 海藻，但仍具有较好的去除能力。 草本植物净化重金属废水的应用已有很多报道。凤眼莲是国际上公认和常用的一种治理污染的水生漂浮植物，它具有生长迅速，既能耐低温、又能耐高温的特点，能迅速、大量地富集废水中 Cd、 Pb、 Hg、 Ni、 Ag、 Co、 Cr等多种重金属。有关研究发现凤眼莲对钴和锌的吸收率分别高达 97%和 80%。此外，还有很多草本植物具有净化作用，如喜莲子草、水龙、刺苦草、浮萍、印度芥菜等。 木本植物具有处理量大、净化效果好、受气候影响小、不易造成二次污染等等优点，受到人们广泛关注。同时对土壤中 Cd、 Hg等有较强的吸附积累作用，由胡焕斌等试验结果表明：芦苇和池杉对重金属 Pb和 Cd都有较强富集能力。 3.5 膜分离技术 膜分离是指通过特定的膜的渗透作用，借助于外界能量或化学位差的推动，对两组分或多组分的气体或液体进行分离、分级、提纯和富集。膜分离法处理电镀废水一般选nts小型电镀厂废水处理工程 第 14 页 共 69 页 用反渗透、超滤及二者的结合技术，其关键是根据分离条件选择合适的膜。对于酸性较强的废液应选择在酸性环境中，具有较好稳定性的芳香族聚酰胺中空纤维膜。（ B 9、B 10、 B 15）和芳香聚酰肼（ DP 1）膜，对镀镉废水及含氰等碱性较强的废液 应选用耐碱性较好的分离膜。对于具有较高氧化性的 Cr(VI)的去除则要求膜具有较好的抗氧化能力，一般 Cr(VI)的去除，选用聚苯并咪唑酮（ PBJL）膜和聚砜酰胺（ PSA）膜。 膜分离作为新的分离净化和浓缩技术，过程中大多数无相变化，常温下操作，有高效、节能、工艺简便、投资少、污染小等优点，尤其对于处理热敏物质领域如食品、药品、和生物工程产品，显示出极大优越性。与传统分离操作（如蒸发、萃取或离子交换等）相比较，不仅可以避免组分受热变性或混入杂质，通常还有低能耗和效率高的特点，因而具有显著的经济效益，故发展相当迅 速，应用也越来越广泛。在国际膜会议上曾将“在 21 世纪的多数工业中膜过程所扮演的战略角色 ”列为专题，进行深入讨论，并认为它是 20 世纪末到 21 世纪中期最有发展前途的高技术之一。随着膜组件国产化程度的提高，制约膜技术发展的投资额及维修费用过高的问题将得到缓解，在加上水回用需求的增加，在未来的电镀废水处理工程实践中，膜分离技术将越来越受到人们的重视。但是作为一项新技术，它的先进性和经济性究竟怎样尚需深入探索。目前，膜分离技术面临的问题主要是国产膜性能不佳、进口膜价格昂贵、膜易被污染。 3.6 离子浮选法 离子浮选 有两种形式，一种是加入与欲浮选出的离子电性相反的表面活性剂到溶液中，起泡后，表面活性剂与该离子发生反应，形成不溶于水的化合物附属在气泡上，浮在水面形成固体浮渣，然后将固体浮渣和气泡一起捕获进行分离。另一种是添加能和废水欲处理的离子形成配合物或螯合物的表面活性剂，使溶液起泡形成泡沫，被处理的元素富集于泡沫再进行分离。该方法的特点是可以从很稀的废水中有选择的回收各种无机金属离子和有机离子。 3.7 黄原酸法 黄原酸法分为不溶性淀粉黄原酸酯法（ ISX）和纤维素黄原酸法，前者是钠、镁型ISX 与废水中的重金属离子 接触时，键合在硫上的钠、镁离子将与废水中重金属离子进行交换。重金属离子取代钠、镁而生成重金属不溶性黄原酸酯沉淀下来，钠、镁则游离nts南华大学城市建设学院毕业设计 第 15 页 共 69 页 在水中。有些重金属离子 如 Cu2、 Cr(VI)等 的去除是先通过氧化还原反应，然后再进行离子间的交换才完成的。而纤维素黄原酸法是通过纤维素葡萄糖基经化学改性引入 C S官能团制成的纤维素黄原酸盐完成的，不同金属元素与纤维素黄原酸盐亲和力不同，并遵循 CuPbCdNiZnMnMgCaNa，纤维素黄原酸盐中的镁和钠均可被重金属离子取代。能进行以上反应的离子 有： Zn2+、 Ag+、 Au+、 Ni2+、 Mn2+、 Cr3+、 Fe2+、Cd2+、 Pb2+。 3.8 腐殖酸法 泥炭、褐煤等除去沥青后，用碱液煮沸，溶液被染成黑褐色，酸化时，析出红褐色絮状的沉淀，这种物质称为腐殖质。 腐殖质法处理重金属废水的机理可能是风化煤中含有的腐殖质具有易与金属离子配位的活性官能团，如羧基和羟基等。这些官能团中的 OH A 有孤对电子，羟基上的氢易被具有空电子轨 道的金属离子所取代。因此。腐殖质可作为一种有机配位体与重金属离子进行配合或螯合。腐殖质与重金属离子的吸附交换主要取决于腐殖质 分子中的羧基和酚羟基的含量。因而腐殖质具有弱酸型阳离子交换和配位能力等性质。 3.9 活性炭吸附法 活性炭是由木材、煤、果壳等含炭物质，在高温和缺氧的条件下活化制成的。在活性炭的晶格间，形成了各种形状、大小不同的微孔结构与巨大的比表面积，因而具有很强的吸附性能，可有效的吸附废水中的有机污染物和金属离子。活性炭处理电镀废水，目前主要用于含铬、含氰废水。用活性炭处理含铬废水，根据处理水的条件和要求，一般认为是利用它的吸附作用和还原作用。除此之外，还有沸石吸附、麦饭石吸附法。 活性炭法处理电镀废水的优 点： a. 活性炭耐酸、耐碱，在高温下不易破碎，有稳定的化学性能； b. 节省用水，清洗零件的废水用活性炭处理后不排放，可重复做清洗水； c. 投资省，设备简单，占地面积小，可直接在镀槽旁边工作，操作维护方便； d. 处理费用低，活性炭来源广，并可再生反复使用； e. 不直接产生污泥，不易产生 二 次污染。 尽管有以上优点但还是有不足之处，如废水中污染物容度较高时，活性炭再生比较nts小型电镀厂废水处理工程 第 16 页 共 69 页 频繁；长期反复使用活性炭处理喊含铬废水后，处理后水用来做清洗水时，三价铬含量会增加，影响吨化膜，以及在洗脱液的利用等方面尚需进一步探索。 nts南华大学城市建设学院毕业设计 第 17 页 共 69 页 第 4 章 处理工艺的确定 4.1 工艺流程选择 在处理电镀废水的诸多工艺中，化学法应用最为普遍，在国外约占 90以上，中国各种电镀废水处理工艺的应用比例依次为化学法、离子交换法、电解法；化学法约占40，而且化学法呈上升趋势并逐渐向发达国家靠近，离子交换和电解法则呈下降，下降或上升的原因主要在于处理工艺的实用程度。采用化学法的废水处理工程投资约占电镀工程总投资的 5左右，而离子交换、电解法、反渗透法等废水处理工程投资约占电镀工程总投资的 30 40。所以根据上一 章 阐述的各个处理方法的优缺点及本设计的实际情况选择 采用化学法进行连续处理，同时采用亚硫酸盐还原法将六价铬还原为三价铬。设计处理流程如下图所示： 图 4.1 废水处理工艺流程 斜板沉淀池 中间水池 砂滤器 清水池 浓缩池 板框压滤 调节池 反应池 滤液 上清液 含铬废水 H2SO4 NaHSO3 NaOH PFS、 PAM H2 SO4 NaOH污泥 排放 nts小型电镀厂废水处理工程 第 18 页 共 69 页 4.2 工艺流程说明 4.2.1 废水系统 废水处理系统采用连续处理工艺。废水经过两次提升，一次提升从调节池到中间水池，二次提升从中间水池到清水池。调节池中废水由耐腐蚀泵泵入反应池，在反应池中以重力流方式流经还原槽、中和槽、斜板沉淀池和中间水池，完成六价铬的还原，三价铬与锌离子的絮凝和沉淀分离反应。中间水池的水由耐腐蚀 泵泵入石英砂过滤器过滤，出水流入清水池，清水池中 pH 值不达标，可以加酸或加碱进行调节；如果污染物超标，返回调节池重新处理。反应过程的控制通过氧化还原电位（ ORP）测定仪、在线 pH 计和液位计实现。 4.2.2 污泥系统 斜板沉淀池中沉积的污泥经污泥浓缩池浓缩，再经板框压滤机脱水后打包待用。浓缩和压滤出水返回调节池重新处理。 4.2.3 药剂投配系统 确定各种溶药、投药槽体有效容积、工艺尺寸及相关工艺设备。 4.3 工艺条件控制 还原六价铬必须在酸性条件下进行，当 pH 值为 2.0 或更低时，反应可在 5 min 左右进行完毕；当 pH 值为 2.5 3.0 时，反应时间在 20 30 min；当 pH 值大于 3.0 时，反应速度非常缓慢。实际生产中，一般控制在 2.5 3.0 之间，反应时间控制在 20 30 min。亚硫酸钠与六价铬的理论投药比为 3 1（质量比），由于废水中杂质的影响和反应动力学方面的原因，实际投药量应高于理论投药量，投药比控制在（ 4 5） 1，投药比过低会使还原反应不充分，出水中六价铬含量不能达标，投药比过高时浪费药剂，增加处理成本，并且容易生成可溶性离子 Cr2（ OH） 2SO32-，难以生成氢氧化铬沉 淀。氢氧化铬沉淀的最佳 pH 值为 7 8，而氢氧化锌沉淀的最佳 pH 值为 8 9，故选择絮凝反应的 pH 值为 8，反应时间为 15 20 min。 nts南华大学城市建设学院毕业设计 第 19 页 共 69 页 第 5 章 单 体构筑物的设计 计算 5.1 调节池 1 一般说明 电镀废水水质质量有一定的波动，设置调节池使水质和水量保持相对的稳定，有利于后续处理单元的有效运行，调节池材料采用钢筋混凝土，内外作防腐处理，调节池设事故溢流 管 。 2 参数选取 池形 方形 停留时间 HRT=4h 3 工艺尺寸 有效容积 V QHRT=504/24=8.33 m3 有效水深 H 2000 mm 横截面积 S=V/H=8.33/2.0=4.17 m3 池长 L=2500 mm 池宽 B=S/L=4.17/2.5=1.67 m 取 B=2000 mm 调节池总尺寸 长度 宽度 高度 =2500 mm 2000 mm 2000 mm 4 工艺装备 1 次提升泵 2 台（ 1 用 1 备），由于废水呈酸性，应选用耐腐蚀泵，具体选型见水力计算部分。 5.2 反应池 1 一般说明 反应池内进行还原反 应和絮凝反应，在流程上分前后两格，前一格进行六价铬的还原反应，后一格进行氢氧化物的沉淀生成反应，前后两格用底部开口的隔板隔开，反应过程进行机械搅拌，如图 5.1 所示 。 nts小型电镀厂废水处理工程 第 20 页 共 69 页 A 侧视图 B 俯视图 图 5.1 反应池示意图 反应池中根据化学反应的不同需要加入各种药剂，以实现 pH 值调节，六价铬的还原以及氢氧化铬和氢氧化锌的生成过程。为了促进反应物的充分接触反应，反应池应 设置混合设备，由于生成的氢氧化铬絮体不易沉降，在进入沉淀池之前应在反应池中投加絮凝剂帮助絮体长大以利于后续沉淀单元的处理效果。 2 主要设计参数 （ 1）还原反应 pH 值 pH=2.5。 停留时间 HRT 20 min 投药比 5 1 ORP 值 反应过程控制通过氧化还原电位测定仪， ORP 值为 300 mV。 进水 出水 nts南华大学城市建设学院毕业设计 第 21 页 共 69 页 搅拌功率 20 W/m3 池容，强度为中等强度， G 值为 200/s。 （ 2）絮凝反应 pH 值 本废水处理车间主要处理铬和锌，沉淀时 Cr(OH)3 的最佳沉淀 pH 值为 7 8，Zn(OH)2 的最佳沉淀 pH 值为 8 9，所以选择絮凝池 pH 值为 8。 停留时间 HRT 20 min G 值 50/s 3 工艺尺寸 反应池的有效容积 V=Qt=50(20+20)/(2460)=1.39 m3 式中 Q设计流量， m3/h； t 反应时间， h。 水深 H 1.0 m 超高 0.5 m 长 L 2.0 m 宽 B 1.0 m 净尺寸 LBH 2000 mm1000 mm1500 mm 4 工艺设备 （ 1）还原反应搅拌装置 按每 m3 池容输入功率 20W 计算，需要输入的功率 N 为 N=20V/2=201.39/2=14 W=0.014 kW 搅拌机机械总效率 1 采用 0.75，搅拌机传动效率 2 为 0.8，则搅拌机所需的电动机功率N为 N N/（ 12） 0.014/（ 0.750.8） 0.023 kW 桨叶构造采用单层平板形，两叶，长 宽 0.5 m0.2 m，桨叶底端距池底 0.25 m。 （ 2）絮凝反应搅拌装置 按每 m3 池容 输入功率 10 W 计算，需要输入的功率 N 为 N=10V/2=101.39/2=14 W=0.007 kW 搅拌机机械总效率 1 采用 0.75，搅拌机传动效率 2 为 0.8，则搅拌机所需的电动机功率 N为 N N/（ 12） 0.007/（ 0.750.8） 0.012 kW nts小型电镀厂废水处理工程 第 22 页 共 69 页 桨叶构造采用平板形， 8 叶，桨叶上下边缘分别距水面和池底 0.25 m。 5.3 斜板沉淀池 1 一般说明 电镀废水处理中固液分离一般采用沉淀池或气浮池。斜板沉淀池具有沉淀效率高，停留时间短，占地少等 优点，在电镀废水中得到广泛的应用。一般为了构造简单，多采用异向流斜板沉淀池，即水流倾斜向上流，污泥则倾斜向下流。沉淀池中污泥至少每天排一次，以免污泥板结堵塞排泥管。设计的斜板沉淀池如图 5.2 所示： 图 5.2 斜板沉淀池示意图 2 参数选取 个数 n 1 水力表面负荷 q 3 m3/(m2h) 斜板长 L 1.0 m 斜板倾角 60 斜板净距 d 40 mm 斜板厚 b 5 mm 3 工艺尺寸 池表面积 A A Q/(0.91nq) 50/（ 0.911324） 0.76 m2 进水 出水 nts南华大学城市建设学院毕业设计 第 23 页 共 69 页 式中 Q最大设计流量， m3/h； n池数； q表面负荷，一般用 3 5 m3/（ m2h ）； 0.91斜板面积利用系数。 池长 a a= A 76.0 0.87 m 取 a 0.8 m 核算 q Q/（ 0.91nA） 50/（ 0.9110.8224） 3.6 m3/(m2h) 满足条件 3 5 m3/(m2h) 斜板个数 m m =a/(b+d)-1 0.8/(0.005+0.04)-1 17 个 斜板区高度 h3 h3=Lsin 1sin60 0.87 m 取斜板上端清水区高度 h2=0.5 m 取水面超高 h1=0.3 m 取斜板下端与排泥斗之间缓冲层高度 h4=1.0 m 泥斗斗底为正方形，泥斗底 边长为 a1=0.3 m，泥斗倾角为 60，泥斗高 h5 为 h5 12()2aatg60= (0.8 0.3)2tg60 0.43 m 污泥斗总容积 V V=231h 5(a12+a12+a1a 2) 2310.43（ 0.82+0.32+0.80.3） 0.19 m3 沉淀池总高度 H H=h1+h2+h3+h4+h5 0.3+0.5+0.87+1.0+0.43 3.10 m 4 细部结构 (1)进水管 进水管采用 DN50（外径 壁厚 63 mm4.0 mm）硬聚氯乙烯管直接与反应池相连，则进水管中流速 V V 4D 2 4 3 6 0 0Qn 2nts小型电镀厂废水处理工程 第 24 页 共 69 页 24 5 01 0 . 0 5 5 2 4 3 6 0 0 0.23 m/s 在 0.2 0.3 m/s 之间，满足絮凝后期流速要求。 (2)集水槽 采用两侧淹没孔口集水槽集水，如图 5.3： 图 5.3 集水槽 集水槽个数 1 个 槽中流量 q 50/（ 243600） 0.000579 m3/s 0.579 L/s 考虑池子超载系数为 20，则槽中流量 q0 1.2q 1.20.579 0.70 L/s 槽宽 B 0.9q0.4 0.90.00070.4 0.049 m 为便于加工取槽宽 B 50 mm 起点槽中水深 H1 0.75B 0.05100 50 mm 终点槽中水深 H2 1.25B 1.2550 62.5 mm 槽中水深统一按 H2 70 mm 计。 如图 5.4 所 示： nts南华大学城市建设学院毕业设计 第 25 页 共 69 页 图 5.4 集水槽断面 集水方式为淹没式自由跌落，淹没水深为 0.05m,跌落高度为 0.05m,槽超高取0.1m ,则集水槽总高度 H H H2+0.05+0.05+0.1 0.27 m 孔眼计算 由 q0 gh2 ， 式中 q0集水槽流量， m3/s； 流量系数，取 0.62； h孔口淹没水深，此处为 0.05 m； 孔眼总面积， m2。 得 q0/（ gh2 ） 30 . 7 1 00 . 6 2 2 9 . 8 1 0 . 0 5 0.00114 m2 孔径采用 d =10mm,则单孔面积 0 为 0 d2/4 0.07850.012 0.0000785 m2 则孔眼个数 n /0 0.00114/0.0000785 14.5 取 n 16 集水槽每边孔眼个数 n n/2 16/2 8 个 相邻孔眼中心距离 s L/（ n+1） 0.8/（ 8+1） 0.089 m 出水孔 沉 淀 池 水 位 槽中水位 nts小型电镀厂废水处理工程 第 26 页 共 69 页 为加工方便，相邻两孔眼间距取 0.1 m，靠近两端各留 出 0.05 m. (3)落水斗 落水斗尺寸为 LBH 300 mm300 mm400 mm，排水管采用 DN25（外径 壁厚 32 mm2.5 mm）硬聚氯乙烯管 . (4)排泥管 选用 DN150（外径 壁厚 160 mm5.0 mm）硬聚氯乙烯管。 5.4 中间水池 1 一般说明 其作用为沉淀池出水储池，同时用作过滤器水泵集水池。有效容积取 1h 废水流量。 2 工艺尺寸 有效容积 V 150/24 1.04 m3 净尺寸 LBH 1500 mm1000 mm1000 mm 5.5 过滤器 1 一般说明 去除沉淀单元未能有效去除的微小絮体，进一步降低处理废水重金属离子浓度，保证达标排放或回用要求。一般可采用 PE 微孔管过滤、重力式过滤或压力式过滤。 PE 微孔过滤精度高，经过滤出水浊度可低于 0.5 mg/L，但微孔管容易堵塞，需经常反冲洗和定期酸洗，每 3 年应更换一次。重力式过滤和压力式过滤操作简单方便，但过滤精度不及 PE 管，出水浊度在 1 1.5 mg/L。压力式过滤在中小规模工业废水处理中使用较多。选用砂滤器，石英砂单层滤料。 2 设计参数 滤层厚度 h 1.0 m 承托层 厚 h 450 mm,分 4 层 正常滤速 v 8 m/h 强制滤速 v 16 m/h 工作周期 T 24 h 反洗膨胀率 40 nts南华大学城市建设学院毕业设计 第 27 页 共 69 页 反冲强度 15 L/(m2s) 反冲时间 5 min 反冲洗水 处理后水 3 工艺尺寸 截面积 S S Qnv 5
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