离子交换法处理电镀含铬废水的工艺设计

某表面处理车间离子交换法处理电镀含铬废水工艺设计[摘要]本设计以电镀含铬废水为对象，设计处理能力为120m3/d，主要去除废水中的Cr(VI)。本设计的核心工艺选择离子交换法来处理电镀含铬废水。出水水质达到《污水综合排放标准》(GB21900-2008)

规定的一级标准。该工艺能够有效地去除电镀废水中的Cr(VI)，同时实现铬酸的回收。[关键词]离子交换树脂；电镀含铬废水；再生SurfacetreatmentworkshopionexchangemethodtotreatchromiumcontainingwastewaterprocessdesignSunWenyue(Grade10,Class1,MajorEnvironmentalengineering,CollegeofChemicalandEnvironmentalScience,ShaanxiUniversityofTechnology,Hanzhong723001,Shaanxi)Tutor:TangBoAbstract:Thedesignisanobjectwithelectroplatingwastewatercontainingchromium,designprocessingcapacityof120m3/d,mainlytoremoveCr(VI)inthewastewater.Thecoreofthedesignprocessselectionexchangemethodtodealwiththeelectroplatingwastewatercontainingchromium.Effluentwaterqualitymeettheintegratedwastewaterdischargestandard(GB21900-2008)theprescribedstandardsforlevel1.TheprocesscaneffectivelyremoveCr(VI)inelectroplatingwastewater,atthesametimerealizethechromicacidrecycling.Keywords:ionexchangeresin;wastewatercontainingCr(VI);regeneration目录247961概述 ⑸站区总平面布置力求在便于施工、安装和维修的前提下，使各处理构筑物尽量集中，节约用地。2.2设计基础资料2.2.1设计规模与设计水质废水水量120.0m3/d(平均值)；废水水质见表2.1。表2.1废水水质项目六价铬（c）Cr3+Cu2+Zn2+SSpH值浓度60～200（150）3～20（10）3～20（10）8～30（20）10～40（30）4～6（5）注：表中除pH值外单位均为mg/L；括号中数值为平均值。2.2.2处理要求①处理后废水达到《污水综合排放标准》（

GB21900-2008）规定的一级标准，见表2.2。表2.2处理后水质项目六价铬（c）总铬总铜总锌SSpH值浓度0.21.00.51.5506～9注：表中除pH值外单位均为mg/L。②处理后废水回用率达80%以上。③废水中的铬以铬酐（CrO3）的形式回收，重新用于生产。3电镀含铬废水的处理方案和工艺流程3.1废水来源电镀含铬废水主要来源于粗化、镀铬、钝化、化学镀铬、阳极化处理等。3.2电镀含铬废水主要成分六价铬、铜、锌、铁、等金属离子与SO2-4、Cl-等阴离子。3.3工艺比较分析3.3.1亚硫酸盐还原处理技术⑴亚硫酸盐还原法处理电镀含铬废水宜采用图3.1所示的基本工艺流程：H2SO4调节池反应池沉淀池污泥脱水亚硫酸盐调节池反应池沉淀池污泥脱水含铬废水回用或排放污泥污泥脱出水氢氧化铬污泥图3.1亚硫酸盐还原处理电镀含铬废水的基本工艺流程⑵亚硫酸盐还原法处理电镀含铬废水，应满足以下技术条件和要求：a）可采用间歇式与连续式处理。采用间歇处理时，调节池容积按平均每小时废水流量的4～8h计算；采用连续式处理时，可适当减少调节池容量，并设置自动检测和投药装置；b)亚硫酸盐宜选用亚硫酸氢钠、亚硫酸钠、焦亚硫酸钠等；c）进水pH值宜控制在2.5～3.0，ORP宜控制在230～270mV；反应时间宜控制在20～30min；d）亚硫酸盐的投加量应通过试验确定，亦可按表3.1给出的参考值选择表3.1亚硫酸盐与六价铬的投量比（质量比）亚硫酸种类理论值投量比实际使用量六价铬：亚硫酸氢钠1：31：4～5六价铬：亚硫酸钠1：3.61：4～5六价铬：焦亚硫酸钠1：2.741：3.5～4e）废水经还原反应后，宜加碱调废水pH值7～8，使三价铬沉淀，反应时间应大于20min，反应后的沉淀时间应为1.0～1.5h；f）沉淀剂宜为氢氧化钠、氢氧化钙、碳酸钙等。通常根据价铬、沉淀速率、污泥生成量、脱水效果和污泥是否回收进行选择。⑶亚硫酸盐还原的反应池应满足处理一次的周期时间。反应池内宜采用机械搅拌，不宜采用空气搅拌。反应池和沉淀池宜设于地面，同时加盖，并设通风装置。3.3.2硫酸亚铁—石灰处理技术⑴电镀含铬废水采用硫酸亚铁—石灰处理时，基本工艺流程见上图3.1。其中还原剂采用硫酸亚铁中和剂采用石灰。⑵采用硫酸亚铁—石灰处理含铬废水时，应满足以下技术条件和要求:a)运行条件应符合表3.2的基本要求：表3.2硫酸亚铁处理含铬废水的运行条件六价铬质量浓度/(mg/L)加药前调pH值投药量（质量比）六价铬：硫酸亚铁反应后调pH值搅拌时间/min﹤252～31：（40～50）7.5～8.5搅拌均匀即可25～501：（35～40）5～1050～1001：（30～35）10～20﹥1001：3020b)连续处理时，反应时间应大于30min；间歇处理时，反应时间宜为2～4h。c)反应时宜采用空气搅拌或机械搅拌。d石灰的投加量宜控制为：m(Cr6+）：m[Ca(OH)2]=1：(8～15)。3.3.3微电解处理技术⑴采用微电解处理含铬废水时，宜采用图3.2所示的基本工艺流程：絮凝剂调节池内电解处理混凝沉淀污泥脱水调节池内电解处理混凝沉淀污泥脱水清水池压缩空气污泥污泥出水图3.2微电解处理含铬废水基本工艺流程⑵采用微电解处理含铬废水时，应满足以下技术条件和要求：a)处理废水量大于或等于5m3/h时，可采用连续式处理；小于5m3/h时，宜采用间歇式处理；b)进水pH值宜控制在2～4，微电解装置的出水应加碱调pH值为8～9。⑶铁屑在填装设备前，应进行除杂、除油和除锈处理。在运行过程中，为防止铁屑结块应定时对其进行气水联合反冲，反冲洗水应进入污泥沉淀池。⑷在设备检修或停运期间，微电解装置内的铁屑填料层必须保持用水浸没，防止空气氧化和板结。3.3.4离子交换技术⑴离子交换处理电镀含铬废水宜采用图3.3所示的基本工艺流程。⑵离子交换处理电镀含铬废水的设计、运行除符合GBJ136中的条件外，还应满足以下技术条件和要求：脱钠柱脱钠柱浓缩除酸阴柱除铬阴柱酸性阳柱过滤柱铬酸回用含铬废水出水直接回用图3.3离子交换处理电镀含铬废水宜基本工艺流程a)进水六价铬离子质量浓度不宜大于200mg/L；b)进入阴柱废水的pH值应控制在5以下；c)阴柱的再生剂宜选用工业用氢氧化钠，再生液用除盐水配置；阴柱的清洗水宜用除盐水。清洗终点pH值应控制在8～10；d)阳柱的再生剂宜选用工业用盐酸；阳柱的清洗水可用自来水。清洗终点pH值为2～3。⑶离子交换树脂再生时的淋洗水，含六价铬离子部分应返回调节池；含酸、碱和重金属离子部分应经处理达标后回用或排放。以上各种处理工艺的优缺点比较见下表3.3表3.3常用电镀废水处理技术的比较处理技术出水水质占地耗酸碱污泥量二次污染金属回收投资运行成本化学法差大耗大有差小最小微电解差小耗大有差高高离子交换好小耗小有好高偏小由此可见，离子交换法较之亚硫酸盐还原处理法、硫酸亚铁—石灰处理法、微电解处理法等技术有如下优点：⑴亚硫酸盐还原处理法、硫酸亚铁—石灰处理法、微电解处理法等存在大量污泥废渣，且不能有效地回收铬酸。离子交换法则可同时达到铬酸回收，废水处理不存在污泥；⑵含铬废水经离子交换法处理后，出水水质好，基本能实现闭路循环系统，一般能循环使用；⑶由于离子交换法基本做到化害为利，综合利用，因而处理费用低；⑷占地面积少，操作管理方便、安全等。3.3.5处理工艺的确定根据设计要求，废水中的Cr(VI)以CrO3的形式回收，并且处理后的水回用率达到80%以上，可知离子交换工艺是最优的选择。所以本设计选用离子交换法处理电镀含铬废水。3.4基本原理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。两者有如下关系：⇌⇌由于废水中六价铬以阴离子状态存在，因此，可用OH型阴离子交换树脂除去，其反应为：⇌⇌由反应可见，用相同量的树脂处理六价铬时，按Cr2O72-交换的容量为按CrO42-交换容量的两倍。另一方面需要注意的是废水中的阴离子除了CrO42-、Cr2O72-外，还存在SO42-、Cl-等其他阴离子，某些钝化清洗水中还存在NO3-等阴离子，这些阴离子也同样能与阴离子交换树脂起交换作用。因此，当阴离子交换树脂达到六价铬点时，在阴离子交换树脂的可交换位置上，除了CrO42-、Cr2O72-外，同时还被SO42-、Cl-、NO3-等其他阴离子占去了一部分。这样一方面影响阴离子交换树脂对CrO42-、Cr2O72-的交换容量；另一方面当阴离子交换树脂进行再生时，其他被交换吸附的阴离子也同时被洗脱下来，混入洗脱液中影响了回收液的弄纯度，对回收铬酸的再利用不利。因此，最好的办法是能在交换过程中，用六价铬阴离子来代替其他阴离子在树脂所占据的脚环基。根据实验，如果废水中的六价铬以Cr2O72-的状态存在时，对苯乙烯型阴离子交换树脂有很强的亲和力，交换吸附容量大。苯乙烯型阴离子交换树脂对电镀含铬废水中主要阴离子来说，其交换过程中交换顺序如下：Cr2O72-﹥SO42-﹥NO3-﹥CrO42-﹥Cl-﹥OH-大孔型弱碱阴离子交换树脂，在交换过程中各种阴离子的交换顺序如下：OH-﹥Cr2O72-﹥SO42-﹥NO3-﹥CrO42-﹥Cl-因此，将废水中的CrO42-转化为Cr2O72-，不但可提高树脂对六价铬的交换容量，更主要的是Cr2O72-除了它能稳定地被交换在阴离子交换树脂上，而且在全饱和的交换过程中，还能将已交换在阴离子交换树脂上的其他阴离子排除掉，树脂最终被Cr2O72-离子饱和，可在再生洗脱过程中得到纯度较高的铬酸。这样既利用了Cr2O72-在交换过程中的选择性，并在交换过程中能起到使回收铬酸并提纯的作用。所以如何保证进入阴柱的废水中六价铬基本上都以Cr2O72-形式存在是技术上必须解决的问题。这就要求进入阴柱的废水呈酸性，但酸性太强，又会使出水pH值过低，难以回收利用。实际使用中，对强碱阴离子树脂，进水pH值应控制在2～3.5之间；对弱碱阴离子树脂，进水pH值应控制在2～4之间。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，其反应为：⇌⇌废水中的其他金属离子，如Ni2+、Ca2+、Cu2+、Cr3+等可用H型阳离子交换树脂除去，其反应为：⇌⇌⇌⇌H型树脂交换吸附失效后，可用盐酸（或硫酸）再生，恢复其交换能力，其反应为：⇌⇌⇌⇌从上面可看出，含铬废水经过阴、阳离子交换树脂处理后，在理论上便可全部除掉水中各种有害离子，处理后可实现水的循环和铬酸的回收利用。但要达到完全封闭循环，并使运行经济合理，尚需合理选择工艺流程和树脂品种，并进行严格操作。为达到再生洗脱液中铬酸的回收利用，可将再生洗脱液中铬酸钠脱钠使其转化成铬酸，一般通过H型强酸阳离子交换树脂去除钠，其反应为：⇌H型强酸阳离子交换树脂失效后，用盐酸（或硫酸）再生，恢复其交换能力，其反应为：⇌3.5处理流程3.5.1处理流程的选择根据实验和生产实践的结果，要实现铬酸的回槽利用和水的循环利用，在确定处理流程时，关键要使废水中的六价铬以Cr2O72-的形态存在。因此废水在进入阴柱前，如前所述，必须调整pH值为3～3.5；其次，阴离子交换树脂必须以Cr2O72-基本达到动态平衡为交换终点，使树脂对Cr2O72-达到全饱和；第三，增设除酸阴柱来调整回用水的pH值。根据以上三个原则，处理流程一般采用酸性条件下的三阴柱串联、全饱和与除盐水循环的处理流程。其中除铬阴柱分为固定床和移动床两种处理方式。⑴酸性条件下三阴柱串联、全饱和与除盐水循环处理的固定状流程。图3.4为电镀含铬废水采用离子交换法的基本流程。图3.4离子交换法处理电镀含铬废水的基本流程（固定床）废水经调节池，又经过过滤柱，去除悬浮物后进入酸性阳柱以达到两个目的：一是去除废水中的重金属离子与其他阳离子，纯化出水水质；二是在阳离子交换树脂交换过程中，置换出氢离子，调整废水的pH值达到3-3.5，使废水中的六价铬离子转化成Cr2O72-，为提高阴离子交换树脂的交换容量和回收铬酸的纯度创造条件。阳柱出水接入1号除铬阴柱去除Cr2O72-，当处理后出水中六价铬离子泄露达0.5mg/L时，再串联2号除铬阴柱，直至1号除铬阴柱基本达到Cr2O72-的全饱和时从系统中断开，进行再生。此时，2号除铬阴柱单柱运行；当2号除铬阴柱出水中，六价铬离子泄露达到0.5mg/L时，已与再生后的1号除铬阴柱串联，这样1号和2号除铬阴柱交替使用，以充分利用树脂对Cr2O72-的交换容量。当除铬阴柱出水呈现酸性（pH﹤4.5）时，就将出水与除酸阴柱串联，去除水中的其他酸根离子，达到水的循环利用。⑵酸性条件下饱和阴离子交换树脂移出体外再生的除铬阴柱移动床流程图3.5为除铬阴柱移动床流程图3.5离子交换法处理含铬废水除铬阴柱移动床流程该流程与上图流程基本类同，只是除铬阴柱采用了体外再生的移动床，它将交换吸附Cr2O72-饱和的阴离子交换树脂分批移出柱外，进入除铬再生柱内进行再生，再生后的阴离子教会胺树脂移到贮存斗后返回除铬阴柱。这样简化了系统，减少了阴离子交换树脂的用量，提高了树脂的利用率。除了以上两种处理流程外，还有一些处理流程在生产上使用，但由于存在一些问题，因此在使用中受到一定条件的限制。如酸性条件下双阴柱（除铬阴柱）串联全饱和处理流程，由于不设置除酸阴柱，在处理电镀含铬废水时，酸性水要占总出水量的50%～75%，处理钝化废水时要占60%～90%，大部分水不能回用。因此，处理钝化含铬废水，不能照搬处理电镀含铬废水的离子交换流程与设备，要针对其特点，采取相应的措施，包括以下几项：①增加阳柱数量，让阳柱交替工作和再生。②对阳树脂采用深度再生工艺，与时对污染后的树脂进行处理。③对阴树脂采用移动床或半移动床式体外再生，以缩短再生周期。④结合化学处理法进行处理，如：a.对废水先调pH值至6～7，沉淀部分阳离子后再行处理；b.不用阳柱，废水经过阴柱吸附六价铬后再用化学法处理重金属离子。处理流程中排出的过滤柱、酸性阳柱和脱钠阳柱的反洗水、再生废液、淋洗水以与循环系统中的更换水等，应排入电镀混合废水处理系统处理达标后排放。电镀含铬废水处理系统应设计为分质系统，不能将其他镀种废水和地面冲洗水等混合进入系统。同时为提高阴树脂对Cr2O2-7的交换容量和回收铬酸的纯度，一般循环系统的补充水采用除盐水，由于水的长期循环使用，会有部分杂质和杂质离子的积累，因此，要定期更换新水以改善循环水的水质。根据以上条件，本设计采用固定床离子交换工艺。固定床是将树脂装填在交换柱内，处于固定态，被处理的废水连续在动态下流过交换柱，其工艺过程中的交换、反洗、再生、淋洗均在柱中进行的称为固定床离子交换。固定床设备简单、操作方便，适用于各种规模的生产，是常用的一种方式。离子交换通常是在交换柱中进行，其典型的固定床离子交换工艺过程如图3.6，大致分为以下四个工序。进水再生液进水出水出水进水洗脱液出水（交换）（反洗）（再生）（淋洗）图3.6离子交换工艺过程①交换废水自上而下顺流通过树脂层，处理后水从柱底部排出。②反洗当树脂交换容量达到控制终点时，在再生前自下而上逆向进水反洗，除去树脂层中的气泡和杂质，同时疏松树脂，以利再生。③再生通过再生剂顺向（或逆向）进液，进行树脂的再生处理，使树脂恢复交换能力。④淋洗通入清水顺向（或逆向）进水，将树脂层内残余再生液洗净。交换工序即如此反复进行。4相关构筑物计算4.1废水的预处理废水中含有较多的悬浮物，会使交换柱内树脂层堵塞而影响流速，或含有油类、有机物质等杂质会污染树脂，影响树脂的交换容量。树脂一旦被污染，净化十分困难，因此，废水在进入交换柱前需进行必要的预处理。4.1.1调节池⑴一般说明电镀废水水质水量有一定的波动，设置调节池主要作用是均化废水浓度和调节水量，同时也能起到初沉作用，去除一部分机械杂质和悬浮物。调节池一般采用地下式、钢筋混凝土结构，内外壁做防腐处理和防渗漏。防腐措施一般涂刷环氧树脂、过氯乙烯漆或贴玻璃钢。调节池设事故溢流管。⑵工艺设计池形方形设计水量停留时间有效容积有效水深横截面积池长池宽超高调节池总尺寸4.1.2过滤柱⑴一般说明在镀铬废水中除了含有CrO42-、SO42-、Cl-、Cr3+、Cu2+、Fe3+等阴、阳离子外，还含有一些非溶解态悬浮杂质SS，而这些杂质，是树脂污染阻塞的主要原因，会造成树脂交换容量、交换速度以与流量等显著降低。对于悬浮物含量超过10～15mg/L的电镀含铬废水，在进入离子交换柱前，必须过滤处理，尽可能除去这些悬浮杂质。电镀含铬废水处理中多采用压力式过滤，由于含铬废水pH值一般在4～6之间，偏酸性，在此条件下石英砂、无烟煤、白球等滤料化学性质稳定，具有较强的耐腐蚀性，常被选用。去除原水中的SS，减轻树脂堵塞污染，为离子交换柱正常工作提供保障。过滤柱一般为塑料柱或钢柱内衬防腐材料，本设计滤料选用石英砂。⑵工艺设计滤层厚度空塔流速过滤周期反冲强度反洗膨胀率45%反冲时间10min反冲洗水处理后除酸纯水滤柱横截面积滤柱直径取D=800mm,则实际空塔流速本设计符合要求（5～10m/h）。所需要滤料体积天然花岗石碎石垫层厚450mm。有效高度本设计取2000mm。4.2离子交换除铬系统离子交换除铬系统，主要包括酸性阳柱、除铬阴柱、除酸阴柱、脱钠阳柱、水泵、水箱等。选择适宜的离子交换树脂种类和型号是离子交换法成败的关键问题。各种树脂的主要性能指标见下表4.1。表4.1各种树脂的主要性能指标名称001×7001×8D301D202D201外观金黄至棕褐色球状颗粒金黄色至棕褐色球状颗粒乳白色球状颗粒乳白色至淡黄色不透明球状颗粒浅黄色不透明球状颗粒出厂型式NaNaHClCl适用pH值范围0～140～140～90～140～14含水量（%）4553605552湿视密度（g/ml）0.800.770.700.720.73全交换容量（mmol/g）4.54.24.83.44.0注：含水率按GB5757—86测定；湿视密度按GB/T8331—1987测定；全交换容量按酸、碱滴定法测定。由上表可以看出，比较可得阳离子交换树脂001×7的全交换容量最高，阴离子交换树脂D301的全交换容量最高。同时结合离子交换树脂的抗氧化性能(吸附铬实验中D201树脂极易被六价铬氧化变色)，同时阴离子交换树脂D301适用pH值为0～9为弱碱性阴离子交换树脂，其再生比强碱性的其他两种阴离子交换树脂更容易，所以综合考虑以上性能阳离子交换树脂选择为001×7，阴离子交换树脂选择D301。4.2.1除铬阴柱⑴一般说明除铬阴柱是离子交换除铬系统中的一个主要装置，其他装置一般均以它为依据进行考虑，故在设计计算时，对各项技术条件和参数要数统筹考虑合理选用。除铬阴柱用于去除六价铬，阴柱数量2个，采用全饱和工艺运行。柱中装填D301型阴树脂，湿视密度ρ=0.7g/mL，工作交换容量E=70gCr(VI)/L(R)⑵工艺设计工作周期T=24h;一个工作周期内除铬量式中—除铬量，Kg；—处理废水量，m3/h;—交换柱进水中六价铬浓度，g/m3;c—出水六价铬浓度，g/m3;—树脂饱和工作周期，h；树脂体积式中—树脂体积，L；—除铬量，Kg；—树脂对六价铬的饱和工作交换容量，70gCr(VI)/L(R)；树脂质量式中—树脂质量，Kg；—树脂体积，L；—湿视密度，g/mL；空塔流速交换柱直径式中—交换柱直径，m；—处理废水量，m3/h;—空塔流速，m/h；取D=550mm，则实际空塔流速满足要求（20~30m/h）。树脂层高度(mm)交换柱总高本设计取2200mm。再生剂：浓度10%工业NaOH溶液。再生剂用量：2倍树脂体积，即(m3)再生流速：(再生效率为95%以上)。4.2.2除酸阴柱⑴一般说明设置在除铬阴柱之后，用于降低除铬阴柱出水酸度和回用水中Cl-、SO42-含量。⑵工艺设计选用D301型阴树脂。其他参数同除铬阴柱，即空塔流速树脂体积交换柱直径树脂层高度交换柱总高再生剂：浓度10%工业NaOH溶液。再生剂用量：2倍树脂体积，即(m3)再生流速：4.2.3酸性阳柱⑴一般说明设置在除铬阴柱之前，去除废水中金属阳离子，并降低pH值在3～3.5范围内，以使Cr(VI)以Cr2O72-形态存在，有利于除铬阴柱对铬的交换。⑵工艺设计阳柱数量：2个，串并联设计交替运行。树脂：001×7型，工作交换容量1200eq/m3。单柱树脂体积：处理镀铬废水时，采用阳树脂体积：阴树脂体积=1:1，即。柱高：，本设计取，阳柱其他尺寸同除铬阴柱。废水中Cu2+、Zn2+、Cr3+阳离子当量数工作周期：，满足一般要求（24～28h）。再生剂：浓度5%工业盐酸。再生剂用量：2倍树脂体积，即(m3)再生流速：4.2.4脱钠柱⑴一般说明去除除铬阴柱再生洗脱液中的Na+，使得回收的以铬酸Cr(VI)的形式用于生产。⑵工艺设计树脂：001×7型，工作交换容量1200eq/m3，湿视密度ρ=0.8g/mL。树脂体积：2倍除铬阴柱树脂体积，此时除铬阴柱1周期内再生洗脱液基本可1次脱钠完成，即树脂体积(m3)。树脂质量式中—树脂体积，m3；—湿视密度，g/ml；树脂层高度交换柱有效高度空塔流速：处理流量再生剂：浓度5%工业盐酸。再生剂用量：2倍树脂体积，即(m3)再生流速：4.3附属构筑物计算4.3.1贮酸槽功能：贮存工业盐酸，供配置时使用。尺寸：。4.3.2配酸槽功能：直接供再生阳柱用。有效容积：按阳柱和脱钠柱1次再生所需再生剂用量设计，即尺寸：。4.3.3碱液贮槽（配碱槽）功能：把工业碱配成一定浓度的碱液，供配置阴柱再生碱液用。有效容积：按除铬阴柱和除酸阴柱1次再生剂用量设计，即尺寸：。4.3.4碱复用槽功能：贮存除铬阴柱再生洗脱时最后1倍树脂体积的洗脱液，以便在下个再生周期开始时使用。有效容积：1倍除铬阴柱树脂体积，即V=0.265m3。尺寸：。4.3.5高位配槽、碱槽、和复用碱槽功能：将酸、碱、复用碱液贮于高位槽，借助重力作用流入交换柱再生。有效容积：0.5倍对应低位槽容积。尺寸：高位酸槽：高位碱槽：高位复用碱槽：4.3.6H2CrO4贮槽和Na2CrO4贮槽功能：贮存脱钠柱流出液和再生洗脱液时最初1倍树脂体积的洗脱液（主要含Na2CrO4）。有效容积：。尺寸：。4.3.7纯水低位贮槽功能：贮存部分处理后除酸纯水，用于砂滤罐反冲洗。有效容积：取砂滤罐反冲洗1次需水量的1.5倍，即尺寸：。4.3.8纯水高位配槽功能：收集贮存处理后除酸纯水，用于电镀生产、交换柱反洗、再生后淋洗、配置再生剂等。有效容积：取1个工作周期（24小时）内自耗水量体积（约占处理水量的10%），即5水力计算5.1废水输送管道与调节池提升泵废水输送用硬聚氯乙烯管，最不利管段全长L=50m（最长段）。查表可得时，管径，流速，。则沿程水头损失。管线中主要配件与其局部阻力系数见表5.1表5.1管线中主要配件与其局部阻力系数配件名称数量/个局部阻力系数ξ配件名称数量/个局部阻力系数ξ三通1212×1.5逆止阀17.590弯头1111×0.6流量计19阀门88×2.5泵11.0则局部水头损失过滤柱与吸附柱（最不利条件为5个柱子同时串联运行）单柱水头损失h3估计为3m，最不利点水位（纯水高位槽最高水位）与调节池最低水位高差h4=5.0m，自由水头hf取2m，则水泵扬程为水泵的选择：选用25WGF型耐腐蚀泵，流量Q为4.8～12.0m3/h，扬程H为21.2～32.7m。电动机功率为3KW.在水泵压出段接回水管接入调节池。5.2石英砂过滤柱反冲洗5.2.1参数选取承托层厚度H0.45m；滤料层厚度L1.0m；反冲强度q15L/(㎡．s)；反冲时间t10min；滤料密度γ22.62t/m3；水的密度γ11.0t/m3；滤料层膨胀前的孔隙率m043%。5.2.2水力计算⑴纯水低位贮槽至压滤罐间管道水头损失h1，滤罐反冲水流量查水力计算表得，管径，流量时，流速，1000=125.管长L=10m,则沿程水头损失冲洗管道中主要配件与其局部阻力系数见表5.2表5.2冲洗管道中主要配件与其局部阻力系数配件名称数量/个局部阻力系数ξ配件名称数量/个局部阻力系数ξ水箱出口10.5流量计19900弯头22×0.6三通33×1.5阀门33×2.5泵11.0配水系统水头损失估计：。自由水头：纯水高位槽底距反冲排水管口应为本设计取3.5m。表5.3管线中主要配件与其局部阻力系数配件名称数量/个局部阻力系数ξ配件名称数量/个局部阻力系数ξ三通33×1.6流量计19900弯头33×0.6阀门44×2.55.3淋洗淋洗管道同反洗。5.4酸液提升管道与泵酸液提升输送采用硬聚氯乙烯管，总管长L=10m。管线中主要配件与其局部阻力系数见表5.3表5.3管线中主要配件与其局部阻力系数配件名称数量/个局部阻力系数ξ配件名称数量/个局部阻力系数ξ逆止阀17.5流量计19900弯头22×0.6三通11.5阀门22×2.5泵11.0查表可得，当流量时，管径。沿程阻力损失局部阻力损失液面高差；自由水头；泵总扬程泵的选择：选用SB1.5-1.0型耐腐蚀塑料泵，流量Q=2.8m3/h，扬程H=9m，电动机功率0.18kW。5.5碱液提升管道与泵同酸液提升管道与泵计算5.6Na2CrO4液提升管道与泵采用硬聚氯乙烯管，总管长L=10m。管线中主要配件与其局部阻力系数见表1.9表5.4管线中主要配件与其局部阻力系数配件名称数量/个局部阻力系数ξ配件名称数量/个局部阻力系数ξ逆止阀17.5流量计19900弯头22×0.6泵11.0阀门22×2.5脱钠柱流速确定为，直径D=0.55m,因此流量为查表可得，当流量时，管径。沿程水头损失局部阻力损失；液面高差；自由水头；泵总扬程泵的选择：选用SB1.5-1.0型耐腐蚀塑料泵，流量Q=1.0m3/h，扬程H=7.2m，电动机功率0.12kW。6经济预算电镀含铬废水六价铬浓度为150mg/L，树脂每工作周期吸附容量为70g/L，日产生废水120m3计算。本工艺设计中耗费部分主要为树脂材料消耗、再生材料消耗、离子交换设备等。⑴树脂材料消耗D301阴离子树脂消耗量为：179.2×3=537.6千克每千克D301树脂价格约为30元，则：D301阴离子树脂消耗=537.6×30=16128元001×7阳离子树脂消耗量约为204.8×2+409.6=819.2千克每千克001×7树脂价格约为8元，则：001×7阳离子树脂消耗=819.2×8=6553.6元因此，树脂材料消耗=16128+6553.6=22681.6元⑵再生材料消耗本工艺采用10%NaOH、5%HCl溶液对阴、阳离子交换树脂进行再生，工业级NaOH报价约为2500元/t，工业级31%HCl报价约为500元/t，对001×7阳离子树脂来说，要达到较理想再生程度需用工业盐酸50～100Kg/m3树脂(HCl按100%浓度计)，本设计选取75KgHCl/m3树脂；对D301阴离子树脂来说，需用工业NaOH30～60Kg/m3树脂(NaOH按100%浓度计)，本设计选取45KgNaOH/m3树脂，则：NaOH消耗量=0.512×3×45×2500/1000=172.8元HCl消耗量=0.512×3×75×500/1000/0.31=185.8元因此，再生材料消耗为172.8+185.8=358.6元。⑶离子交换设备日处理量为120m3的有机玻璃离子交换设备约为800元/套，则：设备费=7×800=5600元(4)因此，耗费总计(不计人工与设备维修费用)：耗费总计=22681.6+358.6+5600=28640.2元7交换柱等设备的材质选择和防腐措施⑴交换柱的材质选择和防腐措施由于铬酸是强氧化剂，因此应慎重选用交换柱的材质。目前一般小型交换柱都采用有机玻璃柱，其优点是耐腐蚀、加工方便、柱体透明、操作方便，但价格贵。因此更为普遍的是采用硬聚氯乙烯板（管）焊制，它具有材料来源广、易加工、成本低等优点，但机械强度低、受撞击性差，其使用压力一般不大于200KPa。中型或大型交换柱一般采用钢板衬胶或衬软塑料等柱体，机械强度高，耐腐蚀好，但价格贵，损坏后维修困难。也有用钢板焊接后内刷防腐漆，也有采用玻璃钢柱，但加工时要注意质量，否则影响使用寿命。国内个别厂有采用不锈钢作为材质，但价格太贵，不宜推广。⑵其他设备的材质选择和防腐措施酸（碱）槽、铬酸槽、贮水槽等一般均采用硬聚氯乙烯板焊制，大型贮槽用钢板焊制后内刷防腐涂料或内衬软塑料。8操作管理注意事项8.1操作管理注意事项①加强管理是保证离子交换设备正常运行和提高经济效益的重要环节之一。因此，必须制定操作规程和维修制度有关条例，并应严格执行。设计中若为单独设置处理站时，应添置必要的检测仪器等分析手段为管理工作创造条件。②含铬废水系统应分质设计，对其他镀种废水，洗刷地坪等废水不应混入。在运行中也要防止其他“跑、冒、滴、漏”的废水混入。③在处理系统的操作过程中应注意下列事项：a.要防止油类、有机物、悬浮物等进入离子交换柱，以免污染树脂或堵塞树脂层。b.要严格控制酸性阳柱的出水pH值在3～3.5范围，电阻率小于2×104Ω·cm。同时要注意含铬废水的进水pH值大于4。c.控制除铬阴柱饱和时的进水中Cr(VI)浓度应达到基本相等。d.可根据除铬阴柱出水的pH值情况，间断性串联防酸阴柱。要严格控制除酸阴柱出水pH值等于5，Cr(VI)≤0.5mg/dm3，但一般不宜超过20mg/dm3。e.应注意脱钠阳柱再生液输送阀门的严密性，防止盐酸泄露而影响回收液质量。对脱钠阳柱再生后进行淋洗时，应正、反向淋洗，洗到出水无氯离子为终点。f.应与时将交换柱内氧化、破碎或失效的部分树脂冲走，补充新树脂。一般每年阳离子交换树脂补充量为15%～20%（高限用于脱钠阳柱），阴离子交换树脂补充量为5%～10%（高限用于凝胶型阴离子）。g.在设计、施工中要避免再生和回收系统出现死角部位，应有能使管路中残存液尽快排除或洗净的措施。8.2树脂管理的注意事项⑴新树脂的预处理新使用的树脂由于产品出厂时残留有较多的有机溶剂、低分子聚合物与一些无机杂质，大孔型树脂还残留有未除尽的有机致孔剂等，如在使用前不出去，则将在使用中以各种方式造成树脂的污染。另外，树脂在贮存、运输过程中，如包装管理不善造成严重脱水现象时，若不限先预处理而直接投入运行，容易造成树脂破碎。一般预处理方法为：①阳离子交换树脂的预处理[28]a.用1.8mol/dm3NaCl溶液浸泡一昼夜，使树脂充分缓和膨胀，然后用自来水洗净。b.用0.55～1.1mol/dm3HCl以2～4倍树脂体积的用量洗去树脂上溶解于酸的杂质，然后用除盐水清洗至pH5～6。c.用0.55～1.1mol/dm3NaOH以2倍树脂体积的用量洗去树脂上溶解于碱的杂质，然后用除盐水清洗至pH7～8。d.用0.55～1.1mol/dm3HCl以2倍树脂体积的用量，空间流速为1～2dm3/[dm3(R)·h)]，使树脂转化成H型，然后用除盐水洗至pH5～6待用。②阴离子交换树脂的预处理a～c.同阳离子交换树脂的a～c。d.用0.55～1.0mol/dm3NaOH以2倍树脂体积的用量，以空间流速为流速为1～2dm3/[dm3(R)·h)]，使树脂转化成OH型，然后用除盐水洗至pH7～8待用。⑵污染树脂的活化用离子交换法处理电镀含铬废水时，当使用若干周期后会有交换容量下降或树脂层出现绿色等现象，其主要是由于再生不完全时，一部分未被洗脱下来的金属离子积累过多造成的；另一方面是由于铬酸对树脂的氧化作用，使树脂层中积聚了过多的三价铬，影响交换的正常进行。不论阳树脂还是阴树脂都会产生这样的情况。因此，当出现树脂的交换容量有显著下降趋势时，应与时对树脂进行活化处理。树脂的活化处理一般可采用下列方法：①阳离子交换树脂的活化处理可在交换柱内进行，用2倍树脂体积的3.0mol/dm3左右的盐酸，以1.2～4m/h流速通过树脂层，再用1～2倍树脂体积用量，浓度为2.0～2.5mol/dm3的硫酸浸泡3h以上。也可用3.0mol/dm3左右的盐酸浸泡一昼夜后，再用2倍树脂体积的3.0mol/dm3左右的盐酸淋洗，然后用水将树脂洗净待用。②阴离子交换树脂的活化处理，一般在交换柱外进行，但若交换柱材质强度够和密闭性能好并能与时排气时，也可在交换柱内进行活化处理。活化处理用1～2倍树脂体积的2.0～2.5mol/dm3的硫酸和亚硫酸氢钠配制成活化液，亚硫酸氢钠含量为：凝胶型强碱阴离子交换树脂45g/dm3；大孔型弱碱阴离子交换树脂为28g/dm3。活化处理时，将阴树脂在活化液中浸泡一昼夜即可。在操作中为减少SO2气体的逸出，应将亚硫酸氢钠先配制成溶液后，慢慢加入硫酸溶液，并应在有通风设施的条件下进行配制。浸泡后的树脂用水洗净，然后按正常再生程序进行。⑶树脂的维护保养在运行过程中，为防止树脂受含铬废水的氧化，每当设备停止运行时，应将交换柱内含铬废水排回调节池，代之以自来水或净化后的水浸泡树脂。树脂交换达到饱和后要与时再生，树脂再生后以与脱钠阳柱回收稀铬酸后，不宜长期在原液中浸泡停放，应与时淋洗干净。在运行过程中要防止空气进入，若树脂层中夹带气泡后会影响正常交换的进行。停止运行时，交换柱内不准脱水。维护保养好树脂能延长树脂的使用寿命，并能保证工作参数的稳定可靠。总结与体会

本设计采用的是离子交换工艺，并针对该工艺中的各个构筑物进行了计算和设备的选型，其主要构筑物有调节池、过滤柱、阴阳离子交换柱、酸碱槽等。从开始对某些构筑物和设备的半知半解到最后对本工艺的熟悉掌握，这让我了解到了很多东西，对以后的工作都有很大的帮助。

记得开始设计时，我总觉得无从入手，在翻阅了大量的资料后，开始进行初步的构画，随着时间的流逝，我也日益成熟起来，已经初步具备了一名设计人员应有的素质全面地思考，整体地布局，不仅考虑技术角度的可行性，更顾与经济的合理性。同时，我也对许多工艺进一步的熟悉了许多工艺流程，掌握了相关的污水处理知识。通过此次毕业设计，我不仅把知识融会贯通，而且丰富了大脑，同时在查找资料的过程中也了解了许多课外知识，开拓了视野，认识了将来的发展方向，使自己在专业知识方面和动手能力方面有了质的