環(huán)境管理_電鍍廠廢水處理畢業(yè)設計

摘摘 要要 電鍍是世界三大污染行業(yè)之一，隨著我國鄉(xiāng)鎮(zhèn)電鍍企業(yè)的迅速發(fā)展，我國的電鍍 污染問題日趨嚴重。本文首先闡述了我國電鍍廢水的污染現狀以及對人類產生的危害， 在對化學處理、離子交換、電解法、生物處理等電鍍廢水處理方法的分析和比較后， 結合鄉(xiāng)鎮(zhèn)電鍍企業(yè)要求工藝簡單、成本低等特點，決定采用 NaHSO3化學還原沉淀法 處理該企業(yè)的含鉻、鋅廢水。本工藝是在 pH=2.5 時用 NaHSO3溶液將 Cr6+還原為 Cr3+，在用 NaOH 溶液調節(jié) pH=8 后生成 Cr(OH)3和 Zn(OH)2沉淀，在添加絮凝劑 PAM 后生成的絮體在斜板沉淀池中沉淀，出水經過濾器過濾后可回用于過濾器反沖洗 水及各種溶液的配制，或者達標排放，而污泥則統一交于專業(yè)的環(huán)保公司處理。在設 計中采用了較為先進的 ORP 測定儀、在線 pH 計和液位計實現反應過程的自動控制。 通過設計計算確定了各構筑物的尺寸以及設備的選型，并對設計和操作管理中的要求 進行了說明，最后對電鍍廢水治理的前景進行了展望。 關鍵詞：電鍍廢水；Cr；Zn ABSTRACT With the speedy development of the electroplating enterprise in towns in our country, electroplating industry，as one of the biggest pollutions in the world,causes the pollution more and more severely。 In this paper, describes the present situation of the electroplating effluent water pollution and the great harm it makes to the human kind has been described. After the analyses and the comparison of different ways for treatment of electroplating effluent such as chemical treatment process、ion exchange process、electrolytic method and biological process, I decide to adopt the NaHSO3 reduction-precipitation to treat the waste water containing Cr and Zn for the corporations, considering the features of the town electroplating corporationsdemands of simple techniques, low costs, etc.This technology is to deoxidize Cr6+into Cr3+ by NaHSO3 solution at the pH=2.5,then adjust the pH to 8 with NaOH solution to make Cr(OH)3 and Zn(OH)2 sediment.The flocculating constituent,formed after adding the flocculating agent PAM, can be deposited in the sloping plank settling tank. The water left after filtrating through a sank filter can be recycled as the backwash of sank filter and be used in confecting various solutions or be discharged an emission standard.And, the sludge can be solved by the professional environmental protecting companies.It adopts some relatively advanced equipment such as measuring element of ORP、pH meter and content gauge realize the automata of the reaction process.Through elaborate designation and calculation,the size of each construct and the type election of the equipment have been ascertained.Besides,with explanations about the designation and the demands in the operating management,it finally comes to the prospect of solving the problem of the waste water from plating. Keyword: electroplating effluent;chromium ;zinc 目 錄 第一章第一章 電鍍行業(yè)環(huán)境保護現狀電鍍行業(yè)環(huán)境保護現狀.- 1 - 1.1 中國電鍍行業(yè)概況- 1 - 1.2 電鍍污染現狀- 1 - 1.3 電鍍廢水的危害性- 3 - 1.4 電鍍廢水處理方法- 5 - 第二章第二章 設計背景設計背景- 9 - 2.1 項目概況和意義- 9 - 2.2 設計條件- 9 - 2.3 設計原則- 9 - 第三章第三章 處理工藝的確定處理工藝的確定- 10 - 3.1 工藝流程選擇- 10 - 3.2 工藝流程說明- 11 - 3.3 工藝條件控制- 12 - 第四章第四章 單體構筑物的設計計算單體構筑物的設計計算- 13 - 4.1 調節(jié)池- 13 - 4.2 反應池- 14 - 4.3 斜板沉淀池- 16 - 4.4 中間水池- 21 - 4.5 過濾器- 22 - 4.6 清水池- 24 - 4.7 藥劑投配系統- 24 - 4.8 污泥處理系統- 25 - 第五章第五章 管網布置與水力計算管網布置與水力計算- 28 - 5.1 平面布置- 28 - 5.2 高程布置原則- 28 - 5.3 水力計算- 28 - 第六章第六章 設計管理要求設計管理要求- 32 - 6.1 設備與材料要求- 32 - i 6.2 電氣控制系統設計要求- 32 - 6.3 處理藥劑及藥品消耗- 33 - 6.4 操作管理注意事項- 33 - 6.5 勞動定員- 34 - 第七章第七章 工程概算工程概算- 36 - 7.1 設備工程- 36 - 7.2 土建工程- 36 - 7.3 運行費用與處理成本測算- 37 - 7.4 電鍍廢水治理發(fā)展前景- 38 - 參考文獻參考文獻- 40 - 致致 謝謝- 41 - - 0 - 第一章第一章 電鍍行業(yè)環(huán)境保護現狀電鍍行業(yè)環(huán)境保護現狀 1.1 中國電鍍行業(yè)概況中國電鍍行業(yè)概況 電鍍（Electroplating）就是利用電解原理在某些金屬表面上鍍上一薄層其它金屬或 合金的過程，是利用電解作用使金屬或其它材料制件的表面附著一層金屬膜的工藝從 而起到防止腐蝕，提高耐磨性、導電性、反光性及增進美觀等作用。同時電鍍也是世 界三大污染行業(yè)之一，隨著我國鄉(xiāng)鎮(zhèn)電鍍企業(yè)的迅速發(fā)展，我國的電鍍污染問題日趨 嚴重。小型電鍍廠往往是區(qū)屬的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，這些電鍍廠廢水水量都較少，一般日排放 量只有幾十噸，其污染因子也較少，多數為含鉻、鋅酸性廢水，但其危害很大，治理 勢在必行。這些企業(yè)多數位于市郊，其技術和經濟力量薄弱。對于廢水的治理要求是 工藝簡單，便于掌握和正常運行，而且投資和運行費用當然也要較低。本設計就是根 據上述特點，選擇有效的處理方法和流程，處理后的水完全達到國家的排放標準。 電鍍可以賦予容易銹蝕的黑色金屬以耐腐蝕外衣，節(jié)約大量金屬材料；可以使賤 金屬具有貴金屬表面特性。機械制造業(yè)、電子、石油化工、汽車、武器、航空航天系 統和日用品行業(yè)的生產都需要電鍍技術，已經形成了多鍍種、跨行業(yè)、分布于國民經 濟各個部門的不可缺少的重要組成部分，是工業(yè)產業(yè)鏈中的一個不可缺少的環(huán)節(jié)。 據六年前的統計，我國約有電鍍廠點 15000 個，職工總人數約 50 萬人，其中工程 技術人員比例為 67，具有一定規(guī)模的生產線約 5000 條，年產量約 3.54.0 億平 方米，年產值 120130 億元左右。電鍍企業(yè) 30分布在機械制造業(yè)，20分布在輕工 業(yè)、20分布在電子工業(yè)，其他分布在航天、航空及儀器儀表等行業(yè)。 從地域分布情況來看，電鍍企業(yè)主要集中在全國各大中工業(yè)城市及其周圍農村地 區(qū)。經濟越發(fā)達，制造業(yè)越興旺的地區(qū)，電鍍企業(yè)越多。從鍍種所占比例來看，鍍鋅 占 45-50，鍍銅、鍍鎳、鍍鉻占 30，轉化膜占 15，電子產品鍍鉛、錫、金約占 5。全國電鍍工業(yè)生產每年消耗銅、鋅、鎳等金屬在 7 萬噸以上，年消耗氰化鈉 2 萬 噸以上，消耗鉻酸酐 3.5 萬噸以上，消耗酸、堿等化工原料 40 萬噸以上。綜上所述， 電鍍行業(yè)受到工業(yè)生產大量需求的推動，已形成了一個龐大的產業(yè)，這個產業(yè)包括屬 于大生產的專業(yè)電鍍廠或公司，而更多的是附屬于大生產的電鍍車間和工段。目前， 電鍍已成為不可缺少的生產工藝和表面工程科學的一個重要分支。電鍍行業(yè)在國民經 濟中占有重要的經濟地位。 1.2 電鍍污染現狀電鍍污染現狀 鍍件進入工藝溶液進行表面處理或電鍍，這些溶液附著在鍍件表面隨鍍件帶入清 洗水中；工藝溶液還有可能灑落到地面；或被電極反應產生的氣體形成“氣霧”帶出， - 1 - 進入排風系統；或在鍍液過濾時遺留在濾芯上；或由于鍍槽、管道破損泄漏鍍液；鍍 液失效廢棄；這些清洗水、灑落液和氣霧中的酸、堿、氰化物、重金屬物質都會對環(huán) 境造成污染。 由于電鍍行業(yè)使用了大量強酸、強堿、重金屬溶液，甚至包括鎘、氰化物、鉻酐 等有毒有害化學品，在工藝過程中排放了污染環(huán)境和危害人類健康的廢水、廢氣和廢 渣，已成為一個重污染行業(yè)。我國電鍍行業(yè)每年排放大量的污染物，包括 4 億噸含重 金屬的廢水、5 萬噸固體廢物、3000 億立方米酸性廢氣。僅以北京市為例，每年排放 450 萬噸含重金屬的廢水，近千噸固體廢物和危險廢物 5 億 m3以上的酸性氣體。電鍍 廢水不僅量大，而且對環(huán)境造成的污染也嚴重，因為電鍍廢水中不僅含有氰化物等劇 毒成分，而且含有 Cr、Zn、Cu、Ni 等自然界不能降解的重金屬離子。 二十世紀七十年代我國開始對工業(yè)污染進行治理，電鍍行業(yè)的污染治理是其中的 一部分。到八十年代初，政府要求所有電鍍廠對電鍍廢水、廢氣、廢渣進行無害化處 理，關閉了一些沒有安裝末端處理設備的土法電鍍廠點。二十世紀八十年代以后，我 國政府和地方政府陸續(xù)出臺了有關環(huán)境保護的法律法規(guī)和標準：如中華人民共和國 環(huán)境保護法、中華人民共和國水污染防治法、中華人民共和國固體廢物污染 環(huán)境防治法和大氣排放標準、污水排放標準等，使得污染治理工作有法可依，有據 可查。各地政府也加強了對電鍍企業(yè)的污染監(jiān)控工作。 目前為止，國有大型企業(yè)、三資企業(yè)及新建的正規(guī)專業(yè)電鍍廠擁有比較先進的末 端處理設施，一般電鍍廠也安裝了簡單的處理設備，基本有效控制了電鍍行業(yè)對環(huán)境 的嚴重污染。但大多數中小型企業(yè)仍然使用簡陋而陳舊的設備，操作方式以手工操作 為主。于此同時，由于環(huán)保部門對電鍍企業(yè)的環(huán)保監(jiān)管，對排放超標企業(yè)的經濟處罰， 許多電鍍廠點有“上山下鄉(xiāng)”的趨勢，成為電鍍“黑點”，肆無忌憚的直排污染物，成為電 鍍行業(yè)污染治理的一個漏洞。 我國電鍍行業(yè)存在的主要問題是： （1）廠點多、規(guī)模小，專業(yè)化程度低。特別是鄉(xiāng)鎮(zhèn)電鍍企業(yè)的迅速發(fā)展，使電鍍 廠（點）向市郊和農村擴散，給污染控制與環(huán)境管理帶來了很多的困難，電鍍污染問 題日趨嚴重。 （2）裝備水平低。表現在一方面缺少機械裝備，以手工操作為主；另一方面是技 術裝備水平不高，自動化程度低、可靠性差，產品質量不穩(wěn)定。 （3）管理水平較低，經濟效益較差。 （4）電鍍污染治理水平低，有效治理率低。雖然企業(yè)都建立了污水處理設施，但 仍有少部分企業(yè)的設施未能正常運轉。生產廢氣一般都有排風裝置，但大部分企業(yè)未 對廢氣進行凈化處理。固體廢物和危險廢物的管理尚未走入正規(guī)軌道。電鍍生產過程 中排放大量的有毒有害物質，對環(huán)境造成的污染及危害越來越為人們所認識。 （5）經營粗放，原材料利用率低。經對運行較正常的汽車、摩托車行業(yè)電鍍線調 - 2 - 查表明，鍍硬鉻的鉻酐利用率為 38，而裝飾性鉻的鉻酐利用率僅為 10（國外平均 為 24）。由此可見，一大部分甚至絕大部分寶貴的原材料流失并變成了污染物。在 清潔生產審計中調查的 10 條電鍍加工線中，平均用水量為 0.82t/m2，是國外的 10 倍。 （6）中小企業(yè)應對國際環(huán)境保護壓力的水平偏低 例如：中小企業(yè)應對歐盟 RoHS 指令的能力差。 近年來，國內許多電鍍企業(yè)從實際出發(fā)，積極開發(fā)和推廣低濃度、低污染的電鍍 工藝、逆流清洗工藝，發(fā)展電鍍槽（廢）液的凈化與回收技術，消除和減少污染。不 少企業(yè)還根據國家和地方的規(guī)定要求，結合企業(yè)自身條件和發(fā)展規(guī)劃，制定電鍍污染 物的排放指標、鍍件漂洗用水定額、漂洗水水質標準等規(guī)定和相應的技術措施，并納 入企業(yè)的生產計劃管理，建立污染治理檔案，定期檢查與考核，以控制電鍍“三廢”對 環(huán)境的污染。 1.3 電鍍廢水的危害性電鍍廢水的危害性 電鍍廢水就其總量來說，比造紙、印染、化工、農藥等的水量小，污染面窄。但 由于電鍍廠點分布廣，廢水中所含高毒物質的種類多，其危害性是很大的。未經處理 達標的電鍍廢水排入河道、池塘，滲入地下，不但會危害環(huán)境，而且會污染飲用水和 工業(yè)用水1。 1.3.1 酸堿廢水的危害酸堿廢水的危害 （1）排入江河湖塘中的酸、堿廢水會危害水中微生物的生活，而許多微生物對水 質起著重要的凈化作用。 （2）排入農田中的酸、堿廢水，會破壞土壤的團粒結構，影響土壤的肥力及透氣、 蓄水性，影響農作物的生長。酸、堿廢水還可能使施于農田的化肥失效或影響其溶解 性能。 （3）魚類、牲畜等食用了酸、堿廢水，對其肉質、乳汁將產生不良的影響，人若 食用這些肉、乳將影響健康。 （4）若生活用水中混入了酸、堿廢水，特別是長期飲用者，其不良后果難以設想。 （5）滲入地下的酸、堿廢水，若被抽出用作工業(yè)用水，就會危害工業(yè)生產。特別 是酸、堿廢水還會加快設備的腐蝕。 實際上，電鍍所產生的酸、堿廢水中往往還含有其他有毒物質，其危害性還要更 大些。 1.3.2 含氰廢水的危害含氰廢水的危害 氰化物的毒性主要取決于氰化物生成氰離子的數量，簡單的氰化物（氰化氫、氰 - 3 - 化納、氰化鉀等）屬于高毒類，可以通過呼吸道、消化道和皮膚進入體內。氰離子能 夠對機體內的很多種酶有抑制作用，造成中樞神經系統缺氧，產生中樞性呼吸衰竭而 死亡。 在非致死劑量范圍內，氰化物在體內能逐漸被解毒。不過，這種體內解毒能力 是很有限的，如攝入的氰化物超過了解毒的負荷，達到中毒的濃度，便會引起中毒甚 至死亡。含氰化物的廢水進入河流會引起魚類、家畜乃至人群急性中毒。 1.3.3 重金屬離子重金屬離子 Cd2+、Pb2+、Cr6+、Ni2+、Cu2+的危害的危害 （1）和鎘化合物 鎘對人體的主要危害是傷害腎。鎘在腎臟中積蓄是引起高血壓的重要原因，一般 認為鎘所致的腎損傷是不可逆的，目前尚無治療方法。鎘可以引起肺、前列腺和睪丸 的腫瘤。鎘還可以取代骨骼中的鈣，從而引起極痛苦的骨痛病，鎘引起骨質疏松、軟 骨癥和骨折不僅發(fā)生于日本“骨痛病”地區(qū)，在長期接觸鎘的職業(yè)人群中也有發(fā)生。 急性或長期吸入鎘化合物可引起肺部炎癥、支氣管炎、肺氣腫、肺纖維化乃至肺癌。 （2）鉛及鉛化合物 被人體吸收的鉛主要通過與蛋白質中的巰基結合，抑制多種酶的活性而發(fā)揮其毒 性，引起代謝紊亂是鉛中毒機制中重要和較早的變化之一。鉛主要通過抑制抗氧化酶 活力，產生過多的自由基造成組織損傷。鉛中毒可影響人體免疫功能，對中樞和外周 神經系統皆有影響。 （3）六價鉻離子的危害 a、對人體皮膚的損害 六價鉻化合物對皮膚有刺激和過敏作用。在接觸鉻酸鹽、 鉻酸霧的部位，如手、腕、前臂、頸部等處可能出現皮炎。六價鉻經過切口和擦傷處 進入皮膚，會因腐蝕作用而引起鉻潰瘍（又稱鉻瘡）。 b、對呼吸系統的損害 六價鉻對呼吸系統的損害，主要是鼻中隔膜穿孔、咽喉炎 和肺炎。 c、對內臟的損害 六價鉻經消化道侵入，會造成味覺和嗅覺減退，以至消失。劑 量小時也會腐蝕內臟；引起腸胃功能降低，出現胃痛，甚至腸胃道潰瘍，對肝臟還可 能造成不良影響。 三價鉻對人體的肺有一定的傷害。試驗證明三價鉻的毒性是六價鉻的 1。 （4）鎳離子的危害 鎳進入人體后主要存在于脊髓、腦、五臟和肺中，以肺為主，造成器官的慢性病 變。皮膚長期接觸鎳鹽容易導致皮炎，誤服大量鎳鹽會產生胃腸道刺激現象，發(fā)生嘔 吐、腹瀉，嚴重時會引起酶系統中毒，甚至危及生命。 （5）銅離子的危害 皮膚接觸銅化合物可發(fā)生皮炎和濕疹，拋光工人吸入氧化銅粉末，可發(fā)生急性中 毒，長期接觸大量銅塵的人常見呼吸系統癥狀。 - 4 - （6）氟離子的危害 氟化物對人體的危害，主要是骨骼受損害，臨床表現為上下肢長骨疼痛，嚴重者 發(fā)生骨質疏松、骨質增殖或變形，并發(fā)生原發(fā)性骨折，其次，氟化物能損害皮膚，使 皮膚發(fā)癢、疼痛，引發(fā)濕疹及各種皮炎。 1.4 電鍍廢水處理方法電鍍廢水處理方法 1.4.1 化學處理法化學處理法 電鍍廢水的化學處理法是添加化學試劑后，通過化學反應改變廢水中污染物的物 理和化學性質，使其能從廢水中取出并達到國家排放標準的處理方法。在電鍍廢水處 理中常用的化學處理法有氧化（還原）處理法，中和處理法，凝聚沉淀法等，以及把 幾種方法組合在一起使用的方法?；瘜W法處理電鍍廢水在國內外均已得到廣泛的應用， 并有較長的使用歷史。國內對化學處理法有較為成熟的設計和運行經驗。它具有操作 方便，試劑來源廣，適用范圍廣，能承受大水量和高濃度負荷沖擊，效果穩(wěn)定可靠等 優(yōu)點。缺點是對處理后產生大量污泥的綜合利用還存在一定的問題，因此化學處理法 的發(fā)展受到了一定的限制，此外，如何提高處理后水的重復利用率和向閉路循環(huán)方向 的發(fā)展，有待進一步開發(fā)和研究。 1.4.2 含鉻廢水的處理含鉻廢水的處理 （1）亞硫酸鹽還原法 亞硫酸鹽還原處理法也是國內常用的處理含鉻廢水的方法之一，它主要優(yōu)點是處 理后能達到排放標準，并能回收利用氫氧化鉻，設備和操作也較簡單，沉渣量少且易 于回收，因而應用較廣；但亞硫酸鹽貨源缺乏，國內有些地區(qū)不易取得，當鉻污泥找 不到綜合利用出路而存放不妥時，會引起二次污染。 用亞硫酸鹽處理電鍍廢水，主要是在酸性條件下，使廢水中的六價鉻還原成三價 鉻，然后調整 pH 值，使其形成氫氧化鉻沉淀而除去，廢水得到凈化。常用的亞硫酸鹽 有亞硫酸氫鈉、亞硫酸鈉、焦亞硫酸鈉。 技術條件與參數： a、廢水的酸化 亞硫酸鹽還原六價鉻必須在酸性條件下進行。當 pH 值2.0 時，反 應可在 5min 左右進行完畢；當 pH 值在 2.53.0 時，反應時間在 30min 左右；當 pH 值 3.0 時，反應速度很慢。在實際生產中，一般控制廢水 pH 值在 2.53.0，反應時間控 制在 20-30min 為宜。 b、亞硫酸鹽投加量 表 1.1 為亞硫酸鹽與六價鉻的理論投藥比與實際投加量的情況。 c、廢水經酸化、還原反應后，加堿調整廢水的 pH 值，使氫氧化鉻沉淀，一般控 - 5 - 制 pH 值為 78，其反應時間為 20min。 - 6 - 表表 1.1 亞硫酸鹽與六價鉻的投量比亞硫酸鹽與六價鉻的投量比 投量比（質量比） 序 號亞硫酸鹽種類 理論值實際使用量 1Cr（）NaHSO3 13145 2Cr（）Na2SO313.6145 3Cr（）Na2S2O512.7413.54 d、沉淀劑的選擇 常用氫氧化鈣、碳酸鈉、氫氧化鈉等均可使三價鉻成為氫氧化 鉻沉淀。采用石灰，價格便宜，但反應慢，且生成泥渣多，泥渣難以回收。采用碳酸 鈉，投料容易，但反應時會產生二氧化碳。氫氧化鈉成本高，但用量少，泥渣純度高， 容易回收。因此一般采用氫氧化鈉作沉淀劑，濃度取 20。 （2）鐵氧體法 鐵氧體沉淀法是在硫酸亞鐵處理法的基礎上發(fā)展起來的一種新型處理方法。它就 是使廢水中的各種金屬離子形成鐵氧體晶粒一起沉淀析出，從而使廢水得到凈化。鐵 氧體處理法主要的優(yōu)點是硫酸亞鐵貨源廣，價格低，處理設備簡單，處理后水能達到 排放標準，污泥不會引起二次污染；缺點是試劑投量大，相應產生的污泥量也大，污 泥制作鐵氧體時的技術條件難控制，需加熱耗能較多，處理成本也較高。 鐵氧體法處理含鉻廢水是向廢水中投加硫酸亞鐵，使廢水中的六價鉻還原成三價 鉻，然后投堿調整廢水 pH 值，使廢水中的三價鉻以及其他重金屬離子發(fā)生共沉淀現象。 在共沉淀時，溶解于水中的重金屬離子進入鐵氧體晶體中，生成復合的鐵氧體。 采用鐵氧體法一般側重于處理六價鉻、鎳、銅、鋅等重金屬離子廢水。 （3）硫酸亞鐵石灰法 硫酸亞鐵是一種強酸弱堿鹽，水解后呈酸性。硫酸亞鐵與六價鉻發(fā)生氧化還原反 應，生成三價鉻，當用石灰提高 pH 值至 7.58.5 時，即生成氫氧化鉻沉淀。當 pH 值 3 時，Fe3+即生成大量沉淀，生成的氫氧化鐵有凝聚作用，有利于其他沉淀物的沉降。 硫酸亞鐵處理含鉻廢水的運行條件見表 1.2。反應時間為，連續(xù)處理時不小于 30 min；間歇處理時為 24 h。 硫酸亞鐵石灰法處理含鉻廢水的特點是：除鉻效果好，當使用酸洗廢液的硫酸 亞鐵時，成本較低，處理工藝成熟，但產生的污泥量大，占地面積大，出水色度偏高。 （4）鋇鹽法 鋇鹽法處理含鉻廢水是利用固相碳酸鋇與廢水中的鉻酸接觸反應，形成溶度積比 碳酸鋇小的鉻酸鋇，以此除去廢水中的六價鉻。經碳酸鋇處理后的廢水中含有一定量 的殘余鋇離子，可用石膏（CaSO42H2O）進行除鋇，生成溶度積更小的硫酸鋇。 - 7 - 表表 1.2 硫酸亞鐵處理含鉻廢水的運行條件硫酸亞鐵處理含鉻廢水的運行條件 序號Cr6+/mg/l 加藥前 調 pH 值 投藥量（質量比） Cr6+:FeSO47H2O 反應后 調節(jié) pH 值 通氣時間 min 備 注 125 140150 攪拌混勻 即可 22550 135140 1020 3501001251351530 4100 4 116130 78 1530 所需壓縮空 氣量為 0.2m3/min.m3 （廢水）， 壓力 80120kPa 技術條件和運行參數： a、采用鋇鹽及其投加量：一般采用碳酸鋇，也可采用氯化鋇。碳酸鋇不易溶于水， 可一次性向反應池中投加較多的碳酸鋇，其后陸續(xù)補加直至不能使用時全部更新。其 理論投量比為 Cr6+:BaCO3為 1:3.8（質量比），實際采用為 1:（1015）。氯化鋇易溶 于水，反應速度比碳酸鋇快，為液相反應，其理論投量比為 Cr6+:BaCl2為 1:4.7（質量 比），實際采用為 1:（79）。 b、攪拌和反應：空氣或機械攪拌，反應時間采用碳酸鋇時為 1020min，采用氯 化鋇時為 10min 左右。 c、廢水的 pH 值；用碳酸鋇為試劑時，反應時廢水的 pH 值一般控制在 45。用氯 化鋇時，反應時廢水的 pH 值一般控制在 6.57。 鋇鹽法處理含鉻廢水的特點為：方法簡單，出水水質好，但貨源、沉淀分離以及 污泥二次污染問題較大，污泥清除周期較長。同時，由于鋇鹽有毒，因此，如采用這 種方法時，對調節(jié)池、反應沉淀池等地下構筑物應做好防滲漏、防腐蝕等措施，并加 強管理，防止由鋇引起的污染。 1.4.3 含鋅廢水的處理含鋅廢水的處理 （1）堿性鋅酸鹽鍍鋅廢水的處理 鋅為兩性金屬，在堿性條件下，根據 pH 值的不同存在 ZnO22和 Zn（OH）2，當 pH 值調整到 810 時，主要以 Zn（OH）2形式存在。對含鋅廢水的處理主要是通過對 廢水 pH 的控制，使廢水中的 Zn2與 OH反應生成氫氧化鋅沉淀，以沉淀、氣浮、過 濾等固液分離方式，或投加適量的混凝劑，結合凝聚、共沉等原理，達到去除污染凈 化廢水之目的。 一般掛鍍鋅清洗廢水的含鋅濃度為 1030mg/l，pH 值為 1012。鍍鋅前，酸洗廢 水中往往由于掛具清洗不干凈等原因也會帶入鋅，其濃度一般為 520mg/l，含鐵量為 58mg/l，pH 值為 23。所以處理含鋅廢水應包括以上兩部分清洗廢水。這兩種廢水的 混合處理，不但可處理鋅，而且還利用了酸洗廢水，中和了含鋅廢水中的堿，同時其 中鐵所形成的氫氧化鐵，還起到凝聚作用，是十分有利的。 - 8 - 技術條件和參數 ： a、廢水進水濃度一般廢水含鋅濃度不大于 50mg/l。 b、反應時的 pH 值廢水進水的 pH 值為 912，反應后最佳 pH 值為 3.59.0，可利 用酸洗槽的廢鹽酸來調整 pH 值。 c、凝聚劑投加量和混合反應時間，凝聚劑可采用堿式氯化鋁，投加量為 1015mg/l。混合反應時間宜采用 510min。 d、運行過程中，循環(huán)水中的含鹽量會不斷增加，含鋅、氯離子會不斷積累，為了 改善循環(huán)水水質，每天應排放累計處理水量的 1015的循環(huán)水，補入純水。 （2）銨鹽鍍鋅廢水的處理 a、石灰法處理銨鹽鍍鋅廢水 當廢水 pH=10 時，氨三乙酸與鋅離子配位的穩(wěn)定性比鈣離子大，而 pH=12 時則相 反，氨三乙酸與鈣離子絡合的穩(wěn)定性比鋅離子大，因此，利用這個機理來提高廢水 pH 值，增大鈣離子濃度，有利于配位劑與鈣離子配位，使鋅離子釋放出來，然后形成氫 氧化鋅沉淀。據試驗最佳 pH 值為 10.9511.2，鈣鹽用 CaO，投加量為 Ca2+:Zn2+=（34）:1，廢水起始含鋅濃度在 150mg/l 以下時，處理后 Zn2+濃度小于 5mg/l。 處理時可用石灰和氫氧化鈉調整 pH 值到 1112，攪拌 1020min，然后經沉淀、 過濾。在運行中應注意 pH 值不能超過 13，否則由于羥基配合物的溶解度增加，使氫 氧化鋅重新溶解，使出水鋅含量升高。工程實踐證明，加石灰調整廢水 pH=12 時，鋅 仍以氫氧化鋅的形態(tài)存在。 b、銨鹽鍍鋅混合廢水處理 將銨鹽鍍鋅廢水與含銅、鎳、鉻和預處理的酸性廢水等混合后，在酸性條件下， 用化學沉淀法能去除鋅和其他金屬離子，處理后水達到排放標準。 主要技術參數： 廢水含鋅濃度 控制在小于 100mg/l，這樣處理后的廢水含鋅濃度可小于 5mg/l，而且其他金屬離子也能符合排放標準。 廢水的 pH 值 處理前混合廢水必須為酸性，反應時 pH 值調整到 9。 投試劑量 如混合廢水內含六價鉻，則必須投加硫酸亞鐵做還原劑，用時也可 起到凝聚的作用，投加量根據六價鉻濃度確定，助凝劑采用陰離子型或非離子型的聚 丙烯酰胺，投加量為 510mg/l。 1.4.3 其他方法其他方法 電鍍廠廢水處理除了以上方法外還有電解法、生物法、膜分離技術、離子交換法2、 黃原酸法、腐殖酸法、活性炭吸附法等等。這些方法都能很好處理廢水，但各有優(yōu)劣。 選用方法時，應根據實際情況進行選擇。 - 9 - 第二章第二章 設計設計背景背景 2.1 項目概況和意義項目概況和意義 某小型電鍍廠是一鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，一般這種電鍍廠廢水水量都較少，日排放量只有幾 十噸，其污染因子也較少，多數為含鉻、鋅酸性廢水，但其危害很大，治理勢在必行。 此類企業(yè)對于廢水的治理要求是工藝簡單，便于掌握和正常運行，而且投資和運行費 用當然也要較低。本設計就是根據上述特點，選擇有效的處理方法和流程，處理后的 水完全達到電鍍污染物排放標準（GB21900-2008）中的污染物控制排放要求。 2.2 設計條件設計條件 2.2.1 設計水量設計水量 每天處理水量 70m3，設計的廢水水質情況如下表。 表表 2.1 電鍍廢水水質情況電鍍廢水水質情況 項目pH 總 Cr（mg/L） Cr6+（mg/L ） Zn（mg/L ） SS（mg/L ） 含量3.525153090 2.2.2 設計水質設計水質 經處理后廢水中濃度 SS70mg/L、總鉻1.5mg/L、Cr6+0.5mg/ L、Zn2+ 2mg/L，出水 pH：6-9。 2.23 水文地質資料水文地質資料 工程地質良好，適于工程建設，廠區(qū)地形平坦。 2.24 氣象資料氣象資料 （1）風向及風速：常風向為北風，最大風速 7m/s； （2）氣溫：月平均最高氣溫 38.3，最低氣溫-1.7。 2.3 設計原則設計原則 嚴格遵循國家相關法規(guī)、規(guī)范和標準，確保各項處理水質指標達到相應的國家排 放標準。廢水處理裝置布置緊湊、流暢，盡量減少占地面積，堅持實用和美觀相結合 的總布原則；選擇工藝簡單，采用目前國內成熟、實用的處理工藝；盡量通過優(yōu)化設 - 10 - 計降低工程投資及運轉費用，努力實現技術先進與企業(yè)財力相適應。 第三章第三章 處理工藝的確定處理工藝的確定 3.1 工藝流程選擇工藝流程選擇 在處理電鍍廢水的諸多工藝中，化學法應用最為普遍，在國外約占 90以上，中 國各種電鍍廢水處理工藝的應用比例依次為化學法、離子交換法、電解法；化學法約 占 40，而且化學法呈上升趨勢并逐漸向發(fā)達國家靠近，離子交換和電解法則呈下降， 下降或上升的原因主要在于處理工藝的實用程度。采用化學法的廢水處理工程投資約 占電鍍工程總投資的 5左右，而離子交換、電解法、反滲透法等廢水處理工程投資約 占電鍍工程總投資的 3040。所以根據上一章闡述的處理方法的優(yōu)缺點及本設計的 實際情況選擇采用化學法進行連續(xù)處理4。 工藝原理 含鉻廢水中 Cr6+主要以 Cr2072-和 CrO42-兩種形態(tài)存在，兩種離子問存在以下平衡： 2CrO42-+2H+Cr2072-+H2O A （3.1） 在酸性條件下（pH3 ）Cr6+主要以 Cr2072-形態(tài)存在，實際操作中可用硫酸調節(jié)廢 水的酸性使 pH3。此時投加還原劑亞硫酸氫鈉，將廢水中的六價鉻還原成三價鉻，其 還原反應為： 2H2Cr2O7+6NaHSO3+ 3H2SO42Cr2（SO4）3+3NaSO4+8H2O （3.2） 鋅為兩性金屬，在廢水中的存在形態(tài)由 pH 決定。在堿性條件下，一般認為 pH 大 于 10 時，鋅主要以 ZnO2存在。當 pH 調整到 810 時，主要以 Zn（OH）2化學沉淀形 態(tài)存在，其反應為： Zn2+2OH-Zn（OH）2 （3.3） Zn（OH）2+2OH-ZnO22-+2H2O （3.4） Zn（OH）2+H2SO4ZnSO4+2H2O （3.5） Cr3+在該條件下也同樣能生成氫氧化物沉淀，而將重金屬離子從水中分離出去。反 應式為： Cr2（SO4）3+6NaOH2Cr（OH）3+3Na2SO4 （3.6） - 11 - 設計處理流程如下圖所示： 圖圖 3.1 廢水處理工藝流程廢水處理工藝流程 3.2 工藝流程說明工藝流程說明 3.2.1 廢水系統廢水系統 廢水處理系統采用連續(xù)處理工藝。廢水經過兩次提升，一次提升從調節(jié)池到中間 水池，二次提升從中間水池到清水池。調節(jié)池中廢水由耐腐蝕泵泵入反應池，在反應 池中以重力流方式流經還原槽、中和槽、斜板沉淀池和中間水池，完成六價鉻的還原， 三價鉻與鋅離子的絮凝和沉淀分離反應。中間水池的水由耐腐蝕泵泵入石英過過濾器 過濾，出水流入清水池，清水池中 pH 值不達標，可以加酸或加堿進行調節(jié)；反應過程 的控制通過氧化還原電位（ORP）測定儀、在線 pH 計和液位計實現。 3.2.2 污泥系統污泥系統 斜板沉淀池中沉積的污泥經污泥濃縮池濃縮，再經板框壓濾機脫水后打包待用。 濃縮和壓濾出水返回調節(jié)池重新處理。 3.2.3 藥劑投配系統藥劑投配系統 確定各種溶藥、投藥槽體有效容積、工藝尺寸及相關工藝設備。 - 12 - 3.3 工藝條件控制工藝條件控制 還原六價鉻必須在酸性條件下進行，當 pH 值為 2.0 或更低時，反應可在 5min 左 右進行完畢；當 pH 值為 2.53.0 時，反應時間在 2030min；當 pH 值大于 3.0 時，反 應速度非常緩慢。實際生產中，一般控制在 2.53.0 之間，反應時間控制在 2030min。亞硫酸鈉與六價鉻的理論投藥比為 3:1（質量比），由于廢水中雜質的影響 和反應動力學方面的原因，實際投藥量應高于理論投藥量，投藥比控制在（45）:1， 投藥比過低會使還原反應不充分，出水中六價鉻含量不能達標，投藥比過高時浪費藥 劑，增加處理成本，并且容易生成可溶性離子Cr2（OH）2SO32-，難以生成氫氧化鉻 沉淀。氫氧化鉻沉淀的最佳 pH 值為 78，而氫氧化鋅沉淀的最佳 pH 值為 89，故選 擇絮凝反應的 pH 值為 8，反應時間為 1520min。 - 13 - 第四章第四章 單體構筑物的設計計算單體構筑物的設計計算 4.1 調節(jié)池調節(jié)池 4.1.1 一般說明一般說明 電鍍廢水水質質量有一定的波動，設置調節(jié)池使水質和水量保持相對的穩(wěn)定，有 利于后續(xù)處理單元的有效運行，調節(jié)池材料采用鋼筋混凝土，內外作防腐處理，調節(jié) 池設事故溢流管3。 4.1.2 參數選取參數選取 池形 方形 停留時間 HRT=4h 4.1.3 工藝尺寸工藝尺寸 有效容積 VQHRT=704/24=11.67m3 有效水深 H2000mm 橫截面積 S=V/H=11.67/2.0=5.83m2 池長 L=3000mm 池寬 B=S/L=5.83/3.0=1.94m 取 B=2500mm 調節(jié)池總尺寸 長度寬度高度=3000mm2500mm2000mm 4.1.4 進、出水口及液位進、出水口及液位 調節(jié)池整體設置在地下，頂部平行于地面。池內污水用泵提升至反應池。電鍍廠 運行產生的廢水通過工業(yè)廢水管道流入調節(jié)池。 4 24 3600 Q D v （4.1） D管徑（mm）； Q設計最大水量（m3）； V進水管管內流速（m/s），一般采用 0.71.0m/s。 設計中 v 取 0.7m/s 44 70 38 24 360024 36000.7 Q Dmm v 設計中取進水管管徑 DN100mms，進水口要求在最高液位以上，高度為 - 14 - 1800mm。 調節(jié)池出水管取 DN25mm 標準硬氯乙烯管，規(guī)格外徑 壁厚32mm2.5mm， 工作壓力為 10kg/cm2。出水管口位于池底，用泵提升至反應池。泵的揚程計算見水力 計算部分。 調節(jié)池最高液位 Hmax=mm S V 1556 5 . 20 . 3 67.11 進 水 出 水 圖圖 4.1 調節(jié)池示意圖調節(jié)池示意圖 4.1.5 工藝裝備工藝裝備 1 次提升泵 2 臺（1 用 1 備），由于廢水呈酸性，應選用耐腐蝕泵，具體選型見水 力計算部分。 4.2 反應池反應池 4.2.1 一般說明一般說明 反應池內進行還原反應和絮凝反應，在流程上分前后兩格，前一格進行六價鉻的 還原反應，后一格進行氫氧化物的沉淀生成反應，前后兩格用底部開口的隔板隔開， 反應過程進行機械攪拌，如圖 4.2 所示。在混合區(qū)進水口同時投加稀硫酸與還原劑焦亞 硫酸鈉，絮凝段分為混合區(qū)與反應區(qū)，尺寸同還原段設計，在混合區(qū)進水口處投加 NaOH 溶液及 PAM 溶液。兩段混合區(qū)均裝有攪拌機，在攪拌機的作用下，使廢水與藥 劑充分混合反應。在還原段混合區(qū)與化學絮凝段混合區(qū)安裝 pH 計探頭，通過控制稀硫 酸與氫氧化鈉溶液的投加量，使得還原段 pH 在 2.53.0 之間，化學絮凝段 pH 在 8.0。 化學混凝強化工藝對 SS 去除率可達 90，保證 SS 達標。 4.2.2 主要設計參數主要設計參數 （1）還原反應 pH 值 pH=2.5。 停留時間 HRT20 min - 15 - 投藥比 5：1 ORP 值 反應過程控制通過氧化還原電位測定儀，ORP 值為 300mV。 攪拌功率 20W/m3池容，強度為中等強度，G 值為 200/s。 進 水 出 水 a）、側視圖）、側視圖 b）、俯視圖）、俯視圖 圖圖 4.2 反應池示意圖反應池示意圖 （2）絮凝反應 pH 值 本廢水處理車間主要處理鉻和鋅，沉淀時 Cr（OH）3的最佳沉淀 pH 值為 78，Zn（OH）2的最佳沉淀 pH 值為 89，所以選擇絮凝池 pH 值為 8。 停留時間 HRT20min G 值 50/s 4.2.3 工藝尺寸工藝尺寸 - 16 - （1）反應池的有效容積 V=Qt=70（20+20）/（2460）=1.94m3 式中 Q設計流量（m3/h）； t 反應時間（h）。 水深 H1.0 m 超高 0.5 m 長 L2.0 m 寬 B1.0 m 凈尺寸 LBH2000mm1000mm1500mm 液位、進水口、出水口及過水孔道 反應池最高液位 Hmax= 1.94 9701000 2 V mmmm S 過水口孔道 由于處理量不大，不考慮流速。 取凈尺寸 LBH100mm1000mm1300mm 污水由耐腐蝕泵提升至反應池，進水口應位于最高液位以上，取離池底 1300mm 處。 出水口應位于最高液位以下，取離池底 800mm 處，管徑取 DN50，標準硬氯乙烯 管，規(guī)格外徑 壁厚63mm4mm，工作壓力為 10kg/cm2。 4.2.4 工藝設備工藝設備 （1）還原反應攪拌裝置 按每 m3池容輸入功率 20W 計算，需要輸入的功率 N 為 N=20V/2=201.94/2=20W=0.0194kW 攪拌機機械總效率 1采用 0.75，攪拌機傳動效率 2為 0.8，則攪拌機所需的電動 機功率 N為 NN/（12）0.02/（0.750.8）0.034kW 槳葉構造采用單層平板形，兩葉，長寬0.5m0.2m，槳葉底端距池底 0.25m。 （2）絮凝反應攪拌裝置 按每 m3池容輸入功率 10 W 計算，需要輸入的功率 N 為 N=10V/2=101.94/2=10W=0.01kW 攪拌機機械總效率 1采用 0.75，攪拌機傳動效率 2為 0.8，則攪拌機所需的電動 機功率 N為 NN/（12）0.01/（0.750.8）0.017kW 槳葉構造采用平板形，4 葉，每葉長寬0.4m0.08m，槳葉下邊緣距池底 - 17 - 0.25m。 4.3 斜板沉淀池斜板沉淀池 4.3.1 一般說明一般說明 沉淀池的作用是對污水中密度大的固體懸浮物進行沉淀分離。當污水進入初次沉 淀池后流速迅速減少至 0.02m/s 以下，從而極大地減少了水流夾帶懸浮物的能力，使懸 浮物在重力作用下沉淀下來成為污泥，而相對密度小于 1 的細小漂浮物則浮至水面形 成浮渣而除去5。 按照沉淀池的形狀和水流特點，常將沉淀池分為平流式、豎流式、輻流式及斜板 四種。 四種初次沉淀池的優(yōu)缺點和使用條件的比較見表 4.3。 表表 4.3 四種初次沉淀池的優(yōu)缺點和適用條件比較四種初次沉淀池的優(yōu)缺點和適用條件比較 池 型 優(yōu)點缺 點適用條件 平 流 式 沉淀效果好 對沖擊負荷和 溫度變化的適 應能力較強 施工方便 多個池子易于 組合為一體， 可 節(jié)省占地面積 池子配水不易均勻 采用多斗排泥時，每個斗需單獨設排泥管 各自排泥，操作量大；采用鏈帶式刮泥機 刮泥時，鏈帶的支承件和驅動件都浸于水 中 適用于地下水位高及地 質較差的地區(qū) 適用于大、中、小型污 水處理廠 豎 流 式 無機械刮泥設 備，排泥方便， 管理簡單 占地面積較小 池子深度大，施工困難 對沖擊負荷和溫度變化的適應能力較差 造價較高 池徑不宜過大，否則布水不勻 適用于處理水量不大的小 型污水處理廠（單池容積 小于 1000m3） 輻 流 式 多為機械排泥， 運行較好。管 理 較方便 機械（刮）排 泥 設備已為定型 結構受力條件 好 占地面積大 機械排泥設備復雜，對施工質量要求高 適用于地下水位較高及 工程地質條件較差地區(qū) 適用于大、中型污水處 理 廠 斜 板 沉淀效率高、 停留時間短 斜板設（管）設備在一定條件下，有滋長 藻類等問題，維護管理不便 適用于城市污水的初沉池 - 18 - 占地面積較小排泥有一定困難 因為本設計的處理水量不大，故選用斜板沉淀池作為初沉池。 斜板沉淀池是根據“淺層沉淀”理論，在沉淀池中加設斜板火蜂窩斜管，以提高 沉淀效率的一種新型沉淀池。它具有沉淀效率高，停留時間短，占地少等優(yōu)點。電鍍 廢水處理中固液分離一般采用沉淀池或氣浮池，斜板沉淀池在電鍍廢水中得到廣泛的 應用。 按水流與沉泥的相對運動方向，斜管沉淀池可分為異向流、同向流和側向流三種 形式。在電鍍廠廢水處理中一般為了構造簡單，多采用異向流斜板沉淀池，即水流傾 斜向上流，污泥則傾斜向下流。沉淀池中污泥采用連續(xù)排泥，以免污泥板結堵塞排泥 管。設計的斜板沉淀池如圖 4.4 所示： 進水 出水 圖圖 4.4 斜板沉淀池示意圖斜板沉淀池示意圖 4.3.2 參數選取參數選取 個數 n 1 水力表面負荷 q 3 m3/（m2h） 斜板長 L 1.0 m 斜板傾角 60 斜板凈距 d 80 mm 斜板厚 b 5 mm 4.3.3 工藝尺寸工藝尺寸 池表面積 A AQ/（0.91nq）70/（0.911324）1.07m2 式中 Q最大設計流量，m3/h； - 19 - n池數； q表面負荷，一般用 35m3/（m2h）； 0.91斜板面積利用系數。 池長 a a=1.04m 取 a1.0mA07. 1 核算 qQ/（0.91nA）70/（0.9111.024）3.2m3/（m2h） 滿足條件 35m3/（m2h） 斜板個數 m m =a/（b+d）-11/（0.005+0.04）-122 個 斜板區(qū)高度 h3 h3=Lsin1