环境管理_电镀厂废水处理毕业设计

摘摘 要要 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。本文首先阐述了我国电镀废水的污染现状以及对人类产生的危害， 在对化学处理、离子交换、电解法、生物处理等电镀废水处理方法的分析和比较后， 结合乡镇电镀企业要求工艺简单、成本低等特点，决定采用 NaHSO3化学还原沉淀法 处理该企业的含铬、锌废水。本工艺是在 pH=2.5 时用 NaHSO3溶液将 Cr6+还原为 Cr3+，在用 NaOH 溶液调节 pH=8 后生成 Cr(OH)3和 Zn(OH)2沉淀，在添加絮凝剂 PAM 后生成的絮体在斜板沉淀池中沉淀，出水经过滤器过滤后可回用于过滤器反冲洗 水及各种溶液的配制，或者达标排放，而污泥则统一交于专业的环保公司处理。在设 计中采用了较为先进的 ORP 测定仪、在线 pH 计和液位计实现反应过程的自动控制。 通过设计计算确定了各构筑物的尺寸以及设备的选型，并对设计和操作管理中的要求 进行了说明，最后对电镀废水治理的前景进行了展望。 关键词：电镀废水；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 录 第一章第一章 电镀行业环境保护现状电镀行业环境保护现状.- 1 - 1.1 中国电镀行业概况- 1 - 1.2 电镀污染现状- 1 - 1.3 电镀废水的危害性- 3 - 1.4 电镀废水处理方法- 5 - 第二章第二章 设计背景设计背景- 9 - 2.1 项目概况和意义- 9 - 2.2 设计条件- 9 - 2.3 设计原则- 9 - 第三章第三章 处理工艺的确定处理工艺的确定- 10 - 3.1 工艺流程选择- 10 - 3.2 工艺流程说明- 11 - 3.3 工艺条件控制- 12 - 第四章第四章 单体构筑物的设计计算单体构筑物的设计计算- 13 - 4.1 调节池- 13 - 4.2 反应池- 14 - 4.3 斜板沉淀池- 16 - 4.4 中间水池- 21 - 4.5 过滤器- 22 - 4.6 清水池- 24 - 4.7 药剂投配系统- 24 - 4.8 污泥处理系统- 25 - 第五章第五章 管网布置与水力计算管网布置与水力计算- 28 - 5.1 平面布置- 28 - 5.2 高程布置原则- 28 - 5.3 水力计算- 28 - 第六章第六章 设计管理要求设计管理要求- 32 - 6.1 设备与材料要求- 32 - i 6.2 电气控制系统设计要求- 32 - 6.3 处理药剂及药品消耗- 33 - 6.4 操作管理注意事项- 33 - 6.5 劳动定员- 34 - 第七章第七章 工程概算工程概算- 36 - 7.1 设备工程- 36 - 7.2 土建工程- 36 - 7.3 运行费用与处理成本测算- 37 - 7.4 电镀废水治理发展前景- 38 - 参考文献参考文献- 40 - 致致 谢谢- 41 - - 0 - 第一章第一章 电镀行业环境保护现状电镀行业环境保护现状 1.1 中国电镀行业概况中国电镀行业概况 电镀（Electroplating）就是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或 合金的过程，是利用电解作用使金属或其它材料制件的表面附着一层金属膜的工艺从 而起到防止腐蚀，提高耐磨性、导电性、反光性及增进美观等作用。同时电镀也是世 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。 电镀可以赋予容易锈蚀的黑色金属以耐腐蚀外衣，节约大量金属材料；可以使贱 金属具有贵金属表面特性。机械制造业、电子、石油化工、汽车、武器、航空航天系 统和日用品行业的生产都需要电镀技术，已经形成了多镀种、跨行业、分布于国民经 济各个部门的不可缺少的重要组成部分，是工业产业链中的一个不可缺少的环节。 据六年前的统计，我国约有电镀厂点 15000 个，职工总人数约 50 万人，其中工程 技术人员比例为 67，具有一定规模的生产线约 5000 条，年产量约 3.54.0 亿平 方米，年产值 120130 亿元左右。电镀企业 30分布在机械制造业，20分布在轻工 业、20分布在电子工业，其他分布在航天、航空及仪器仪表等行业。 从地域分布情况来看，电镀企业主要集中在全国各大中工业城市及其周围农村地 区。经济越发达，制造业越兴旺的地区，电镀企业越多。从镀种所占比例来看，镀锌 占 45-50，镀铜、镀镍、镀铬占 30，转化膜占 15，电子产品镀铅、锡、金约占 5。全国电镀工业生产每年消耗铜、锌、镍等金属在 7 万吨以上，年消耗氰化钠 2 万 吨以上，消耗铬酸酐 3.5 万吨以上，消耗酸、碱等化工原料 40 万吨以上。综上所述， 电镀行业受到工业生产大量需求的推动，已形成了一个庞大的产业，这个产业包括属 于大生产的专业电镀厂或公司，而更多的是附属于大生产的电镀车间和工段。目前， 电镀已成为不可缺少的生产工艺和表面工程科学的一个重要分支。电镀行业在国民经 济中占有重要的经济地位。 1.2 电镀污染现状电镀污染现状 镀件进入工艺溶液进行表面处理或电镀，这些溶液附着在镀件表面随镀件带入清 洗水中；工艺溶液还有可能洒落到地面；或被电极反应产生的气体形成“气雾”带出， - 1 - 进入排风系统；或在镀液过滤时遗留在滤芯上；或由于镀槽、管道破损泄漏镀液；镀 液失效废弃；这些清洗水、洒落液和气雾中的酸、碱、氰化物、重金属物质都会对环 境造成污染。 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。我国电镀行业每年排放大量的污染物，包括 4 亿吨含重 金属的废水、5 万吨固体废物、3000 亿立方米酸性废气。仅以北京市为例，每年排放 450 万吨含重金属的废水，近千吨固体废物和危险废物 5 亿 m3以上的酸性气体。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。 二十世纪七十年代我国开始对工业污染进行治理，电镀行业的污染治理是其中的 一部分。到八十年代初，政府要求所有电镀厂对电镀废水、废气、废渣进行无害化处 理，关闭了一些没有安装末端处理设备的土法电镀厂点。二十世纪八十年代以后，我 国政府和地方政府陆续出台了有关环境保护的法律法规和标准：如中华人民共和国 环境保护法、中华人民共和国水污染防治法、中华人民共和国固体废物污染 环境防治法和大气排放标准、污水排放标准等，使得污染治理工作有法可依，有据 可查。各地政府也加强了对电镀企业的污染监控工作。 目前为止，国有大型企业、三资企业及新建的正规专业电镀厂拥有比较先进的末 端处理设施，一般电镀厂也安装了简单的处理设备，基本有效控制了电镀行业对环境 的严重污染。但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。于此同时，由于环保部门对电镀企业的环保监管，对排放超标企业的经济处罚， 许多电镀厂点有“上山下乡”的趋势，成为电镀“黑点”，肆无忌惮的直排污染物，成为电 镀行业污染治理的一个漏洞。 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 - 2 - 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 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。 （6）中小企业应对国际环境保护压力的水平偏低 例如：中小企业应对欧盟 RoHS 指令的能力差。 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。 1.3 电镀废水的危害性电镀废水的危害性 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。 1.3.1 酸碱废水的危害酸碱废水的危害 （1）排入江河湖塘中的酸、碱废水会危害水中微生物的生活，而许多微生物对水 质起着重要的净化作用。 （2）排入农田中的酸、碱废水，会破坏土壤的团粒结构，影响土壤的肥力及透气、 蓄水性，影响农作物的生长。酸、碱废水还可能使施于农田的化肥失效或影响其溶解 性能。 （3）鱼类、牲畜等食用了酸、碱废水，对其肉质、乳汁将产生不良的影响，人若 食用这些肉、乳将影响健康。 （4）若生活用水中混入了酸、碱废水，特别是长期饮用者，其不良后果难以设想。 （5）渗入地下的酸、碱废水，若被抽出用作工业用水，就会危害工业生产。特别 是酸、碱废水还会加快设备的腐蚀。 实际上，电镀所产生的酸、碱废水中往往还含有其他有毒物质，其危害性还要更 大些。 1.3.2 含氰废水的危害含氰废水的危害 氰化物的毒性主要取决于氰化物生成氰离子的数量，简单的氰化物（氰化氢、氰 - 3 - 化纳、氰化钾等）属于高毒类，可以通过呼吸道、消化道和皮肤进入体内。氰离子能 够对机体内的很多种酶有抑制作用，造成中枢神经系统缺氧，产生中枢性呼吸衰竭而 死亡。 在非致死剂量范围内，氰化物在体内能逐渐被解毒。不过，这种体内解毒能力 是很有限的，如摄入的氰化物超过了解毒的负荷，达到中毒的浓度，便会引起中毒甚 至死亡。含氰化物的废水进入河流会引起鱼类、家畜乃至人群急性中毒。 1.3.3 重金属离子重金属离子 Cd2+、Pb2+、Cr6+、Ni2+、Cu2+的危害的危害 （1）和镉化合物 镉对人体的主要危害是伤害肾。镉在肾脏中积蓄是引起高血压的重要原因，一般 认为镉所致的肾损伤是不可逆的，目前尚无治疗方法。镉可以引起肺、前列腺和睾丸 的肿瘤。镉还可以取代骨骼中的钙，从而引起极痛苦的骨痛病，镉引起骨质疏松、软 骨症和骨折不仅发生于日本“骨痛病”地区，在长期接触镉的职业人群中也有发生。 急性或长期吸入镉化合物可引起肺部炎症、支气管炎、肺气肿、肺纤维化乃至肺癌。 （2）铅及铅化合物 被人体吸收的铅主要通过与蛋白质中的巯基结合，抑制多种酶的活性而发挥其毒 性，引起代谢紊乱是铅中毒机制中重要和较早的变化之一。铅主要通过抑制抗氧化酶 活力，产生过多的自由基造成组织损伤。铅中毒可影响人体免疫功能，对中枢和外周 神经系统皆有影响。 （3）六价鉻离子的危害 a、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）。 b、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。 c、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。 三价铬对人体的肺有一定的伤害。试验证明三价铬的毒性是六价铬的 1。 （4）镍离子的危害 镍进入人体后主要存在于脊髓、脑、五脏和肺中，以肺为主，造成器官的慢性病 变。皮肤长期接触镍盐容易导致皮炎，误服大量镍盐会产生胃肠道刺激现象，发生呕 吐、腹泻，严重时会引起酶系统中毒，甚至危及生命。 （5）铜离子的危害 皮肤接触铜化合物可发生皮炎和湿疹，抛光工人吸入氧化铜粉末，可发生急性中 毒，长期接触大量铜尘的人常见呼吸系统症状。 - 4 - （6）氟离子的危害 氟化物对人体的危害，主要是骨骼受损害，临床表现为上下肢长骨疼痛，严重者 发生骨质疏松、骨质增殖或变形，并发生原发性骨折，其次，氟化物能损害皮肤，使 皮肤发痒、疼痛，引发湿疹及各种皮炎。 1.4 电镀废水处理方法电镀废水处理方法 1.4.1 化学处理法化学处理法 电镀废水的化学处理法是添加化学试剂后，通过化学反应改变废水中污染物的物 理和化学性质，使其能从废水中取出并达到国家排放标准的处理方法。在电镀废水处 理中常用的化学处理法有氧化（还原）处理法，中和处理法，凝聚沉淀法等，以及把 几种方法组合在一起使用的方法。化学法处理电镀废水在国内外均已得到广泛的应用， 并有较长的使用历史。国内对化学处理法有较为成熟的设计和运行经验。它具有操作 方便，试剂来源广，适用范围广，能承受大水量和高浓度负荷冲击，效果稳定可靠等 优点。缺点是对处理后产生大量污泥的综合利用还存在一定的问题，因此化学处理法 的发展受到了一定的限制，此外，如何提高处理后水的重复利用率和向闭路循环方向 的发展，有待进一步开发和研究。 1.4.2 含铬废水的处理含铬废水的处理 （1）亚硫酸盐还原法 亚硫酸盐还原处理法也是国内常用的处理含铬废水的方法之一，它主要优点是处 理后能达到排放标准，并能回收利用氢氧化铬，设备和操作也较简单，沉渣量少且易 于回收，因而应用较广；但亚硫酸盐货源缺乏，国内有些地区不易取得，当铬污泥找 不到综合利用出路而存放不妥时，会引起二次污染。 用亚硫酸盐处理电镀废水，主要是在酸性条件下，使废水中的六价铬还原成三价 铬，然后调整 pH 值，使其形成氢氧化铬沉淀而除去，废水得到净化。常用的亚硫酸盐 有亚硫酸氢钠、亚硫酸钠、焦亚硫酸钠。 技术条件与参数： a、废水的酸化 亚硫酸盐还原六价铬必须在酸性条件下进行。当 pH 值2.0 时，反 应可在 5min 左右进行完毕；当 pH 值在 2.53.0 时，反应时间在 30min 左右；当 pH 值 3.0 时，反应速度很慢。在实际生产中，一般控制废水 pH 值在 2.53.0，反应时间控 制在 20-30min 为宜。 b、亚硫酸盐投加量 表 1.1 为亚硫酸盐与六价铬的理论投药比与实际投加量的情况。 c、废水经酸化、还原反应后，加碱调整废水的 pH 值，使氢氧化铬沉淀，一般控 - 5 - 制 pH 值为 78，其反应时间为 20min。 - 6 - 表表 1.1 亚硫酸盐与六价铬的投量比亚硫酸盐与六价铬的投量比 投量比（质量比） 序 号亚硫酸盐种类 理论值实际使用量 1Cr（）NaHSO3 13145 2Cr（）Na2SO313.6145 3Cr（）Na2S2O512.7413.54 d、沉淀剂的选择 常用氢氧化钙、碳酸钠、氢氧化钠等均可使三价铬成为氢氧化 铬沉淀。采用石灰，价格便宜，但反应慢，且生成泥渣多，泥渣难以回收。采用碳酸 钠，投料容易，但反应时会产生二氧化碳。氢氧化钠成本高，但用量少，泥渣纯度高， 容易回收。因此一般采用氢氧化钠作沉淀剂，浓度取 20。 （2）铁氧体法 铁氧体沉淀法是在硫酸亚铁处理法的基础上发展起来的一种新型处理方法。它就 是使废水中的各种金属离子形成铁氧体晶粒一起沉淀析出，从而使废水得到净化。铁 氧体处理法主要的优点是硫酸亚铁货源广，价格低，处理设备简单，处理后水能达到 排放标准，污泥不会引起二次污染；缺点是试剂投量大，相应产生的污泥量也大，污 泥制作铁氧体时的技术条件难控制，需加热耗能较多，处理成本也较高。 铁氧体法处理含铬废水是向废水中投加硫酸亚铁，使废水中的六价铬还原成三价 铬，然后投碱调整废水 pH 值，使废水中的三价铬以及其他重金属离子发生共沉淀现象。 在共沉淀时，溶解于水中的重金属离子进入铁氧体晶体中，生成复合的铁氧体。 采用铁氧体法一般侧重于处理六价铬、镍、铜、锌等重金属离子废水。 （3）硫酸亚铁石灰法 硫酸亚铁是一种强酸弱碱盐，水解后呈酸性。硫酸亚铁与六价铬发生氧化还原反 应，生成三价铬，当用石灰提高 pH 值至 7.58.5 时，即生成氢氧化铬沉淀。当 pH 值 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 1.2。反应时间为，连续处理时不小于 30 min；间歇处理时为 24 h。 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。 - 7 - 表表 1.2 硫酸亚铁处理含铬废水的运行条件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 125 140150 搅拌混匀 即可 22550 135140 1020 3501001251351530 4100 4 116130 78 1530 所需压缩空 气量为 0.2m3/min.m3 （废水）， 压力 80120kPa 技术条件和运行参数： a、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:（1015）。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:（79）。 b、搅拌和反应：空气或机械搅拌，反应时间采用碳酸钡时为 1020min，采用氯 化钡时为 10min 左右。 c、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 45。用氯 化钡时，反应时废水的 pH 值一般控制在 6.57。 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，防止由钡引起的污染。 1.4.3 含锌废水的处理含锌废水的处理 （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 810 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 1030mg/l，pH 值为 1012。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 520mg/l，含铁量为 58mg/l，pH 值为 23。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。 - 8 - 技术条件和参数 ： a、废水进水浓度一般废水含锌浓度不大于 50mg/l。 b、反应时的 pH 值废水进水的 pH 值为 912，反应后最佳 pH 值为 3.59.0，可利 用酸洗槽的废盐酸来调整 pH 值。 c、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 1015mg/l。混合反应时间宜采用 510min。 d、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 1015的循环水，补入纯水。 （2）铵盐镀锌废水的处理 a、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 10.9511.2，钙盐用 CaO，投加量为 Ca2+:Zn2+=（34）:1，废水起始含锌浓度在 150mg/l 以下时，处理后 Zn2+浓度小于 5mg/l。 处理时可用石灰和氢氧化钠调整 pH 值到 1112，搅拌 1020min，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。 b、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。 主要技术参数： 废水含锌浓度 控制在小于 100mg/l，这样处理后的废水含锌浓度可小于 5mg/l，而且其他金属离子也能符合排放标准。 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。 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 510mg/l。 1.4.3 其他方法其他方法 电镀厂废水处理除了以上方法外还有电解法、生物法、膜分离技术、离子交换法2、 黄原酸法、腐殖酸法、活性炭吸附法等等。这些方法都能很好处理废水，但各有优劣。 选用方法时，应根据实际情况进行选择。 - 9 - 第二章第二章 设计设计背景背景 2.1 项目概况和意义项目概况和意义 某小型电镀厂是一乡镇企业，一般这种电镀厂废水水量都较少，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。 此类企业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 水完全达到电镀污染物排放标准（GB21900-2008）中的污染物控制排放要求。 2.2 设计条件设计条件 2.2.1 设计水量设计水量 每天处理水量 70m3，设计的废水水质情况如下表。 表表 2.1 电镀废水水质情况电镀废水水质情况 项目pH 总 Cr（mg/L） Cr6+（mg/L ） Zn（mg/L ） SS（mg/L ） 含量3.525153090 2.2.2 设计水质设计水质 经处理后废水中浓度 SS70mg/L、总铬1.5mg/L、Cr6+0.5mg/ L、Zn2+ 2mg/L，出水 pH：6-9。 2.23 水文地质资料水文地质资料 工程地质良好，适于工程建设，厂区地形平坦。 2.24 气象资料气象资料 （1）风向及风速：常风向为北风，最大风速 7m/s； （2）气温：月平均最高气温 38.3，最低气温-1.7。 2.3 设计原则设计原则 严格遵循国家相关法规、规范和标准，确保各项处理水质指标达到相应的国家排 放标准。废水处理装置布置紧凑、流畅，尽量减少占地面积，坚持实用和美观相结合 的总布原则；选择工艺简单，采用目前国内成熟、实用的处理工艺；尽量通过优化设 - 10 - 计降低工程投资及运转费用，努力实现技术先进与企业财力相适应。 第三章第三章 处理工艺的确定处理工艺的确定 3.1 工艺流程选择工艺流程选择 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 3040。所以根据上一章阐述的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4。 工艺原理 含铬废水中 Cr6+主要以 Cr2072-和 CrO42-两种形态存在，两种离子问存在以下平衡： 2CrO42-+2H+Cr2072-+H2O A （3.1） 在酸性条件下（pH3 ）Cr6+主要以 Cr2072-形态存在，实际操作中可用硫酸调节废 水的酸性使 pH3。此时投加还原剂亚硫酸氢钠，将废水中的六价铬还原成三价铬，其 还原反应为： 2H2Cr2O7+6NaHSO3+ 3H2SO42Cr2（SO4）3+3NaSO4+8H2O （3.2） 锌为两性金属，在废水中的存在形态由 pH 决定。在碱性条件下，一般认为 pH 大 于 10 时，锌主要以 ZnO2存在。当 pH 调整到 810 时，主要以 Zn（OH）2化学沉淀形 态存在，其反应为： Zn2+2OH-Zn（OH）2 （3.3） Zn（OH）2+2OH-ZnO22-+2H2O （3.4） Zn（OH）2+H2SO4ZnSO4+2H2O （3.5） Cr3+在该条件下也同样能生成氢氧化物沉淀，而将重金属离子从水中分离出去。反 应式为： Cr2（SO4）3+6NaOH2Cr（OH）3+3Na2SO4 （3.6） - 11 - 设计处理流程如下图所示： 图图 3.1 废水处理工艺流程废水处理工艺流程 3.2 工艺流程说明工艺流程说明 3.2.1 废水系统废水系统 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过过滤器 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；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。 3.2.2 污泥系统污泥系统 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。 3.2.3 药剂投配系统药剂投配系统 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。 - 12 - 3.3 工艺条件控制工艺条件控制 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 5min 左 右进行完毕；当 pH 值为 2.53.0 时，反应时间在 2030min；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 2.53.0 之间，反应时间控制在 2030min。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（45）: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 78，而氢氧化锌沉淀的最佳 pH 值为 89，故选 择絮凝反应的 pH 值为 8，反应时间为 1520min。 - 13 - 第四章第四章 单体构筑物的设计计算单体构筑物的设计计算 4.1 调节池调节池 4.1.1 一般说明一般说明 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3。 4.1.2 参数选取参数选取 池形 方形 停留时间 HRT=4h 4.1.3 工艺尺寸工艺尺寸 有效容积 VQHRT=704/24=11.67m3 有效水深 H2000mm 横截面积 S=V/H=11.67/2.0=5.83m2 池长 L=3000mm 池宽 B=S/L=5.83/3.0=1.94m 取 B=2500mm 调节池总尺寸 长度宽度高度=3000mm2500mm2000mm 4.1.4 进、出水口及液位进、出水口及液位 调节池整体设置在地下，顶部平行于地面。池内污水用泵提升至反应池。电镀厂 运行产生的废水通过工业废水管道流入调节池。 4 24 3600 Q D v （4.1） D管径（mm）； Q设计最大水量（m3）； V进水管管内流速（m/s），一般采用 0.71.0m/s。 设计中 v 取 0.7m/s 44 70 38 24 360024 36000.7 Q Dmm v 设计中取进水管管径 DN100mms，进水口要求在最高液位以上，高度为 - 14 - 1800mm。 调节池出水管取 DN25mm 标准硬氯乙烯管，规格外径 壁厚32mm2.5mm， 工作压力为 10kg/cm2。出水管口位于池底，用泵提升至反应池。泵的扬程计算见水力 计算部分。 调节池最高液位 Hmax=mm S V 1556 5 . 20 . 3 67.11 进 水 出 水 图图 4.1 调节池示意图调节池示意图 4.1.5 工艺装备工艺装备 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。 4.2 反应池反应池 4.2.1 一般说明一般说明 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 4.2 所示。在混合区进水口同时投加稀硫酸与还原剂焦亚 硫酸钠，絮凝段分为混合区与反应区，尺寸同还原段设计，在混合区进水口处投加 NaOH 溶液及 PAM 溶液。两段混合区均装有搅拌机，在搅拌机的作用下，使废水与药 剂充分混合反应。在还原段混合区与化学絮凝段混合区安装 pH 计探头，通过控制稀硫 酸与氢氧化钠溶液的投加量，使得还原段 pH 在 2.53.0 之间，化学絮凝段 pH 在 8.0。 化学混凝强化工艺对 SS 去除率可达 90，保证 SS 达标。 4.2.2 主要设计参数主要设计参数 （1）还原反应 pH 值 pH=2.5。 停留时间 HRT20 min - 15 - 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 300mV。 搅拌功率 20W/m3池容，强度为中等强度，G 值为 200/s。 进 水 出 水 a）、侧视图）、侧视图 b）、俯视图）、俯视图 图图 4.2 反应池示意图反应池示意图 （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 78，Zn（OH）2的最佳沉淀 pH 值为 89，所以选择絮凝池 pH 值为 8。 停留时间 HRT20min G 值 50/s 4.2.3 工艺尺寸工艺尺寸 - 16 - （1）反应池的有效容积 V=Qt=70（20+20）/（2460）=1.94m3 式中 Q设计流量（m3/h）； t 反应时间（h）。 水深 H1.0 m 超高 0.5 m 长 L2.0 m 宽 B1.0 m 净尺寸 LBH2000mm1000mm1500mm 液位、进水口、出水口及过水孔道 反应池最高液位 Hmax= 1.94 9701000 2 V mmmm S 过水口孔道 由于处理量不大，不考虑流速。 取净尺寸 LBH100mm1000mm1300mm 污水由耐腐蚀泵提升至反应池，进水口应位于最高液位以上，取离池底 1300mm 处。 出水口应位于最高液位以下，取离池底 800mm 处，管径取 DN50，标准硬氯乙烯 管，规格外径 壁厚63mm4mm，工作压力为 10kg/cm2。 4.2.4 工艺设备工艺设备 （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=201.94/2=20W=0.0194kW 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 NN/（12）0.02/（0.750.8）0.034kW 桨叶构造采用单层平板形，两叶，长宽0.5m0.2m，桨叶底端距池底 0.25m。 （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=101.94/2=10W=0.01kW 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 NN/（12）0.01/（0.750.8）0.017kW 桨叶构造采用平板形，4 叶，每叶长宽0.4m0.08m，桨叶下边缘距池底 - 17 - 0.25m。 4.3 斜板沉淀池斜板沉淀池 4.3.1 一般说明一般说明 沉淀池的作用是对污水中密度大的固体悬浮物进行沉淀分离。当污水进入初次沉 淀池后流速迅速减少至 0.02m/s 以下，从而极大地减少了水流夹带悬浮物的能力，使悬 浮物在重力作用下沉淀下来成为污泥，而相对密度小于 1 的细小漂浮物则浮至水面形 成浮渣而除去5。 按照沉淀池的形状和水流特点，常将沉淀池分为平流式、竖流式、辐流式及斜板 四种。 四种初次沉淀池的优缺点和使用条件的比较见表 4.3。 表表 4.3 四种初次沉淀池的优缺点和适用条件比较四种初次沉淀池的优缺点和适用条件比较 池 型 优点缺 点适用条件 平 流 式 沉淀效果好 对冲击负荷和 温度变化的适 应能力较强 施工方便 多个池子易于 组合为一体， 可 节省占地面积 池子配水不易均匀 采用多斗排泥时，每个斗需单独设排泥管 各自排泥，操作量大；采用链带式刮泥机 刮泥时，链带的支承件和驱动件都浸于水 中 适用于地下水位高及地 质较差的地区 适用于大、中、小型污 水处理厂 竖 流 式 无机械刮泥设 备，排泥方便， 管理简单 占地面积较小 池子深度大，施工困难 对冲击负荷和温度变化的适应能力较差 造价较高 池径不宜过大，否则布水不匀 适用于处理水量不大的小 型污水处理厂（单池容积 小于 1000m3） 辐 流 式 多为机械排泥， 运行较好。管 理 较方便 机械（刮）排 泥 设备已为定型 结构受力条件 好 占地面积大 机械排泥设备复杂，对施工质量要求高 适用于地下水位较高及 工程地质条件较差地区 适用于大、中型污水处 理 厂 斜 板 沉淀效率高、 停留时间短 斜板设（管）设备在一定条件下，有滋长 藻类等问题，维护管理不便 适用于城市污水的初沉池 - 18 - 占地面积较小排泥有一定困难 因为本设计的处理水量不大，故选用斜板沉淀池作为初沉池。 斜板沉淀池是根据“浅层沉淀”理论，在沉淀池中加设斜板火蜂窝斜管，以提高 沉淀效率的一种新型沉淀池。它具有沉淀效率高，停留时间短，占地少等优点。电镀 废水处理中固液分离一般采用沉淀池或气浮池，斜板沉淀池在电镀废水中得到广泛的 应用。 按水流与沉泥的相对运动方向，斜管沉淀池可分为异向流、同向流和侧向流三种 形式。在电镀厂废水处理中一般为了构造简单，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。沉淀池中污泥采用连续排泥，以免污泥板结堵塞排泥 管。设计的斜板沉淀池如图 4.4 所示： 进水 出水 图图 4.4 斜板沉淀池示意图斜板沉淀池示意图 4.3.2 参数选取参数选取 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 80 mm 斜板厚 b 5 mm 4.3.3 工艺尺寸工艺尺寸 池表面积 A AQ/（0.91nq）70/（0.911324）1.07m2 式中 Q最大设计流量，m3/h； - 19 - n池数； q表面负荷，一般用 35m3/（m2h）； 0.91斜板面积利用系数。 池长 a a=1.04m 取 a1.0mA07. 1 核算 qQ/（0.91nA）70/（0.9111.024）3.2m3/（m2h） 满足条件 35m3/（m2h） 斜板个数 m m =a/（b+d）-11/（0.005+0.04）-122 个 斜板区高度 h3 h3=Lsin1