精品资料（2021-2022年收藏的）离子交换法处理电镀含铬废水的工艺设计

1、第 1 页 共 29 页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Surface treatment workshop ion exchange method to treat chromium containing wastewater process design

2、Sun Wenyue(Grade10, Class1, Major Environmental engineering ,College of Chemical and Environmental Science, Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723001, Shaanxi)Tutor: Tang BoAbstract: The design is an object with electroplating wastewater containing chromium, design processing capacity of 120

3、m3/d, mainly to remove Cr (VI) in the waste water. The core of the design process select ion exchange method to deal with the electroplating wastewater containing chromium. Effluent water quality meet the integrated wastewater discharge standard (GB21900-2008) the prescribed standards for level 1. T

4、he process can effectively remove Cr (VI) in electroplating waste water, at the same time realize the chromic acid recycling. Key words: ion exchange resin; waste water containing Cr(VI);regeneration 第 2 页 共 29 页目录1 概述 .51.1 电镀铬工业的发展.51.2 六价铬电镀废水的危害.51.3 国内外电镀含铬废水的治理状况.51.3.1 国内电镀含铬废水的治理状况.51.3.2 国外

5、电镀含铬废水的治理状况.51.4 常用电镀含铬废水处理技术.61.4.1 物理方法.61.4.2 化学方法.71.4.3 物理化学方法.81.4.4 生物处理方法.92 设计资料 .102.1 设计任务及依据.102.1.1 设计任务.102.1.2 设计依据.102.1.3 设计原则.102.2 设计基础资料.102.2.1 设计规模及设计水质.102.2.2 处理要求.103 电镀含铬废水的处理方案和工艺流程 .113.1 废水来源.11第 3 页 共 29 页3.2 电镀含铬废水主要成分.113.3 工艺比较分析.113.3.1 亚硫酸盐还原处理技术.113.3.2 硫酸亚铁石灰处理技术

6、.113.3.3 微电解处理技术.123.3.4 离子交换技术.123.4 基本原理.133.5 处理流程.143.5.1 处理流程的选择.144 相关构筑物计算 .174.1 废水的预处理.174.1.1 调节池.174.1.2 过滤柱.184.2 离子交换除铬系统.184.2.1 除铬阴柱.194.2.2 除酸阴柱.204.2.3 酸性阳柱.204.2.4 脱钠柱.214.3 附属构筑物计算.214.3.1 贮酸槽.214.3.2 配酸槽.214.3.3 碱液贮槽（配碱槽）.22第 4 页 共 29 页4.3.4 碱复用槽.224.3.5 高位配槽、碱槽、和复用碱槽.224.3.6 H2C

7、rO4贮槽和 Na2CrO4贮槽.224.3.7 纯水低位贮槽.224.3.8 纯水高位配槽.225 水力计算 .225.1 废水输送管道与调节池提升泵.225.2 石英砂过滤柱反冲洗.235.2.1 参数选取.235.2.2 水力计算.235.3 淋洗.245.4 酸液提升管道与泵.245.5 碱液提升管道与泵.245.6 Na2CrO4液提升管道与泵.246 经济预算 .257 交换柱等设备的材质选择和防腐措施 .258 操作管理注意事项 .268.1 操作管理注意事项.268.2 树脂管理的注意事项.26总结与体会 .27参考文献 .28致谢 .29第 5 页 共 29 页1 概述1.1

8、电镀铬工业的发展电镀铬工业的发展 六价铬电镀是电镀行业中应用最广泛的三大镀种之一，量大面广，在电镀工业中占有极其重要的地位。六价铬镀层外观优美、硬度高（硬度为800-1000HV，几乎是所有镀层中最硬的镀层） 、耐蚀、耐磨性好，具有高稳定性和高反光性。六价铬镀层不仅用于装饰性镀层，而且大量用于功能性镀层以及工件的修复等，微裂纹铬层还可以作为润滑镀层。功能电镀硬铬的工件包括液压汽缸和柱塞、曲轴、印刷板、滚筒、内燃机活塞、塑料模具和玻璃纤维工件、切削工具等，也可以用于修复磨损的工件，例如滚筒、模具、汽缸和曲轴的修复。随着技术的发展和环境保护的重视，在传统镀铬的基础上，相继发展了微裂纹和微孔铬、乳白

9、铬、松孔镀铬、镀黑铬、低浓度镀铬、稀土镀铬、高效率镀硬铬及镀二价铭等新工艺，使镀铬层的应用范围进一步扩大。不同六价铬电镀工艺所用的原料成分不同，那么在废水处理工艺的选择过程中应根据原料成分的差异采取相应的处理工艺，以满足回收利用条件或达标的要求1。1.2六价铬电镀废水的危害六价铬电镀废水的危害六价铬电镀在推进了电镀工业发展的同时，也造成了极其严重的环境污染。据2006年不完全统计，我国电镀行业当年排出的电镀含铬废水约有40亿立方米2。六价铬是严重的腐蚀介质和环境的重污染物质，它的毒性大约是三价铬毒性的100倍。如果水中六价铬的含量超过0.05mg/L，就会对人体产生毒性作用。六价铬还对皮肤有严

10、重的刺激性，能造成皮肤溃疡。长期摄入会引起肺癌、肾、胃衰竭并引起表皮组织的损伤。另外，六价铬对农作物的影响也极为严重，56mg/L的Cr(VI)就能使农作物枯死，同时可使土壤气孔堵塞，破坏土壤团粒结构。电镀过程产生的含铬废水会污染江河水质，对生态环境造成严重的污染。世界卫生组织、美国、英国等均有规定饮用水中Cr(VI)的含量不能超过0.05mg/L，美国环境保护局(EPA)将六价铬列为7种高度危险的毒性物质之一，六价铬还被列为危险的空气污染物质(HAP)。美国资源保护和回收协议(RCRA)中，规定铬含量超过5mg/L的废物就是一种危害废物(D007)，失效的铬酸电镀液必须作为危险废物进行处理。

11、自2010年7月1日起，我国工业废水中六价铬最高容许排放浓度全部执行0.2mg/L的排放限值。在我国，铬电镀废水是六价铬污染的主要来源，严重污染我国的水、土壤和大气环境。因此，研究含铬废水的处理具冇非常重要的意义。1.3国内外电镀含铬废水的治理状况国内外电镀含铬废水的治理状况1.3.1国内电镀含铬废水的治理状况国内电镀含铬废水的治理状况我国对电镀含铬废水的治理始于60年代中期，大多采用化学沉淀法，如FeS还原法、FeS04还原法、石灰沉淀法等；70年代化学法有了新进展，出现了离子交换法、电解还原法，同时废水处理也由线外处理转向线内处理，减少了污泥量，占地面积和投资都有所减少，部分漂洗水还实现了

12、回用；80年代电解法和离子交换法也有了新的发展，并研制出电镀过程中的逆流漂洗工艺，减少了漂洗水的耗量，金属回用率高，实现了闭路循环系统，但此法仅适用于单镀种作业而且投资较大，调控较难；90年代年以来微生物技术得到了广泛的重视，但是由于电镀废水中重金属离子成分复杂，而且容易毒害微生物，从而使菌株驯化培养十分困难，因此该法目前尚处于实验室研究阶段。节约能源、降低消耗、提高治理效率、减少污染物排放一贯是环境保护技术追求的目标。前面提到的一些治理方法都偏重于对电镀生产废水的最后处理，能源和资源消耗较多。因此，人们研究了减少电镀生产用水量的方法，从工艺着手节约能源和降低材料消耗。电镀用水主要是清洗用水，

13、将先进的清洗技术推广应用到电镀清洗上，能够节约大量用水，也可相应地降低治理费用，有利于集中精力来提高治理效率。在此基础上，利用计算机进行仿真计算，控制末级清洗槽浓度，并融合各种蒸发浓缩技术（大气蒸发、薄膜蒸发、余热蒸发、喷淋蒸发等）和离子交换技术等，将浓缩了的清洗水微排放和无排放，实现了电镀行业清洁生产的一项创新。1.3.2国外电镀含铬废水的治理状况国外电镀含铬废水的治理状况 由于资源的匮乏和环境污染的加剧，国外的一些工业化国家早在四五十年代就着手于电镀含铬废水的治理研究，形成了一系列独具特色的处理工艺。第 6 页 共 29 页日本电镀含铬废水的治理日本和其他工业发达国家相同，一方面致力于改进

14、清洗方法和工艺，以减少漂洗水耗量；利用循环设备，离子交换法、薄膜蒸发器、反渗透等技术以达到资源回收利用。另一方面，着手建立一系列电镀中心，将许多中小型电镀厂集中起来，废水集中处理。电镀工业中心最大的特点是废水首先由各电镀小厂内进行预处理，然后分成不同水系由下水道排入公用的处理中心进行综合处理，最后排水都经离子交换处理，水循环利用率高达90，所产生的污泥经分离浓缩脱水后，回用或送给其它相关的工厂利用，废水经处理达到排放标准。由于电镀中心的废水采用集中处理，使污水处理量显著减少，水的消耗量较同规模一般电镀厂减少约十倍，且水处理设备利用率高，工作效率高。日本目前用于废水处理的费用占电镀制品总销售额的

15、56，今后还将继续增长。英国电镀含铬废水处理英国各电镀厂采用离子交换法的目的是提高水的循环利用率，有效地去除各种金属离子以应付今后日趋严格的废水排放标准。各离子交换柱的洗脱液仍采用常规化学法作中和沉淀处理。其中固液分离手段几乎全部采用斜管沉淀及快速砂滤。且处理设备自动化程度高，对重金属酸碱废水处理采用pH自控系统，对Cr6+还原，氰化物氧化分解普遍采用pH及ORP(氧化还原电位)自控系统；离子交换设备的交换终点以及再生过程也采用自动控制系统，不但减轻了劳动强度，而且大大缩短了交换柱的再生周期，提高了设备和树脂的利用率。欧美等国的电镀含铬废水处理欧美工业发达国家特别是西德、瑞士等国更多地采用离子

16、交换树脂提高水的循环利用率。加拿大厄考脱(ECO.TEC)公司的Recoflo离子交换短床系统处理回收铬、镍、铜等化工原料时，只要加上混合废水pH自控系统便可满足环境要求。总之，国外电镀含铬废水的治理与国内相比具有以下特点：(1)电镀生产厂点集中，废水集中处理而且综合处理效率高。(2)处理设备自动化程度高，普遍都用到离子交换技术以及采用pH及0PR自控系统。 (3)电镀污泥或浓废液有专门的处理中心，渠道畅通，废水处理站无电镀污泥处理的后顾之忧。1.4常用电镀含铬废水处理技术常用电镀含铬废水处理技术目前国外最实用的电镀废水处理技术为化学沉淀法、电解法、蒸发浓缩法、离子交换法四种。我国也将此四种技

17、术作为治理电镀废水的主要手段。电镀含铬废水的治理方法很多，按其作用原理，可分为物理方法、化学方法、物理化学方法、生物方法四类。1.4.1物理方法物理方法物理方法是利用物理作用分离废水中污染物质，在处理过程中不改变物质的化学性质,如电镀废水中的除油、蒸发浓缩回用水等。但是在处理电镀废水的工艺中，物理方法只是作为处理方法中的一个环节，很少单独使用。现介绍几种常用方法如下：膜分离法膜分离法以选择性透过膜为分离介质，当膜两侧存在某种推动力（如压力差、浓度差、电位差等）时，原料侧组分选择性透过膜，以达到分禽、除去有害组分的目的。目前，工业上应用的较为成熟的工艺有反渗透和液膜。其它方法如EDI反应器、膜生

18、物反应器、微滤等仍处于基础理论研究阶段，尚未进行工业应用。电渗析法是在直流电场作用下，以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，从而使废水得到净化。反渗透法是在一定的外加压力下，通过溶剂的扩散，从而实现分离。反渗透和电渗析法处理效果好，可实现废水的循环使用，浓缩液可回收用于镀槽。但处理费用高，不适用于处理大量的废水。液膜包括无载体液膜、有载体液膜、含浸型液膜等。液膜分散于电镀废水时，流动载体在膜外相界面有选择地络合重金属离子，然后在液膜内扩散，在膜内界面上解络，重金属离子进入膜内相得到富集，流动载体返回膜外相界面，如此过程不断进行，废水得到净化。膜分离法的优点是能量转化率高、装置简单、操作

19、容易、易控制、分离效率高、原料价廉易得等优点。但该法投资大，运第 7 页 共 29 页行费用高，薄膜的寿命短。该方法主要用于回收附加值高的物质，如金等。粘土吸附法近些年来，不少人开始研究用膨润土、累托石以及其它们改性后的产物来处理工业废水。膨润土是以蒙脱石为主要成分的黏土矿物，因与其他物质相比，它具有较大的比表面积、良好的吸附能力且价格低廉而越来越受到人们的关注。累托石是特殊品体结构的铝硅酸盐矿物，由类云母单元层和类蒙脱石单元层在特殊自然条件下有规则地交替堆积，累托石结构中蒙脱石层间的水化阴离子，可以被大量其它无机、有机阴离子交换。张小庆3得出了改性累托石对含铬废水的最佳吸附条件（吸附剂用量、

20、吸附平衡时间的确定、pH值等） 。在此吸附条件下，改性累托石对含铬废水的吸附效果达到99%以上。并且对铬的吸附机理、吸附热力学以及吸附动力学参数的确定等均进行了研究。活性炭法活性炭吸附法是处理电镀含铬废水的一种有效的方法4。国内从70年代开始，有不少单位对其进行了研究，并有部分投入生产使用。活性炭对六价铬的作用可视为吸附作用，也可视为还原作用。这两种作用随废水pH值的变化而转移。在pH值为46.5时，六价铬以HCr0-4及Cr02-4离子形态被活性炭吸附；在强酸性条件下六价铬被活性炭还原为三价铬，三价铬几乎不被活性炭吸附。吴克明等5运用反应柱填充活性炭法处理含铬废水，通过静态和动态的试验研究得

21、到了比较理想的结果，其Cr(VI)去除率达到98%，且出水水质符合国家工业废水的排放标准。此法具有占地面积小、设备简单、效果稳定、操作容易、处理后废水可循环使用、活性炭消耗少、可再生使用等优点。但活性炭的再生较麻烦，再生方法、工艺流程等需进一步改进。其他材料吸附 近年来国内外学者已经研究了一些天然的吸附剂，如褐煤、椰子壳、玉米芯子、棕榈纤维以及塘沟污泥中的腐植酸等。刘翠霞以龙口褐煤作吸附剂净化含铬废水，处理后的废水可直接排放或循环使用，而吸附饱和的褐煤可以用稀酸脱附再生，脱附出的物质为毒性小的Cr(III)，然后再可以用加碱的方法使其沉淀后回收有用的Cr(OH)3，而褐煤仍不失去能源价值。玉米

22、芯子也是一种较好的吸附材料，能有效地去除废水中的Cr(VI)，在吸附过程中，把Cr(Vl)还原成Cr(III)，并吸附大量的Cr(VI)和Cr(III)。棕榈纤维和椰子壳经过加热干化后，粉碎至尺寸约0.30mm左右，酸碱溶液活化，有较强的吸附能力6。间歇式逆流漂洗逆流漂洗法在上世纪70年代被提出并开始应用，它是指电镀工件从镀槽中取出经漂洗时，工件运行的方向与渡槽和漂洗槽递次补充水的方向相反。马晓鸥7等人研究的十二级间歇式逆流漂洗法消耗的水量仅为普通逆流漂洗方式的十分之一，浓缩的含铬液可全部回用，无废水排放。1.4.2化学方法化学方法 化学方法就是向废水中投加一些化学药剂，通过化学反应改变废水中

23、污染物的化学性质，使其变成无害物质或易于与水分离的物质，再进一步从废水中除去的处理方法。当前，化学方法在电镀含铬废水处理中的应用最为广泛。据报道，我国大约有41%的电镀厂釆用化学方法处理电镀含铬废水8-9；在日本，化学方法占全国治理总数85%左右10。此方法具有操作简单可靠、能承受大水量和高浓度负荷、投资少、效果稳定等优点，适合各种类型的电镀铬企业的废水治理。但是，此方法存在着严重的二次污染问题，有待进一步解决。目前，电镀含铬废水的化学处理方法主要包括以下几种：光催化法 光催化法是近年来在处理水中污染物方面迅速发展起来的新方法，特别是利用半导体作为催化剂处理水中有机污染物方面已经有许多报道。周

24、晓谦10-11等人以半导体氧化物(ZnO/TiO2)为催化剂，利用太阳光光源对电镀含铬废水加以处理，经90min的太阳光照(1182.5W/m2)，使六价铬还原成三价铬，再以氢氧化铬形式除去三价铬，铬的去除率较高。化学还原法化学还原法是含铬废水处理方面应用最广泛的方法。该方法通常是用还原剂把毒性很大的六价第 8 页 共 29 页铬还原成毒性较低的三价铬，然后利用中和沉淀法除去废水中的三价铬离子。常用的还原剂是硫酸亚铁、二氧化硫、亚硫酸盐等。其中亚硫酸盐法应用最广。我国大连、沈阳、上海的一些电镀厂已应用十余年，效果较好。现在电镀厂也经常采用的是硫酸亚铁-石灰法处理含铬废水。但是也有报道，利用发电

25、厂的废弃物粉煤灰代替石灰粉，可以达到以废治废的目的12。这类方法具有处理量大、投资资少、反应快以及反应产物为毒性较小的三价铬污泥，处理后水能达到排放标准，并且能回收利用氢氧化铬，设备和操作也较简单，综合利用较方便等特点，故在国内外应用较广。该法的缺点是产生大量的铬污泥，如果找不到综合利用的出路而存放不妥，容易引起二次污染。化学沉淀法化学沉淀法是指向废水中投加某些化学试剂，使之与废水中的污染物发生化学反应，形成难溶的沉淀物，然后进行固液分离，从而除去废水中的污染物。化学沉淀法按照使用沉淀剂的不同可分为氢氧化物沉淀法、铬酸盐沉淀法和铁氧体沉淀法等。氢氧化物沉淀法铬的氢氧化物的溶度积很小，因此可釆用

26、氢氧化物沉淀法去除。常用的沉淀剂有石灰、碳酸钠、苛性钠等。由于此法采用的沉淀剂来源甚广、价格较低，因而在生产实践中应用广泛。虽然金属的硫化物溶度积比氢氧化物溶度积小，但是其处理费用较高，而且硫化物沉淀法产生的沉淀颗粒细小，不易沉淀，所以在生产实践中很少应用。铬酸盐沉淀法这种方法处理的对象只限于六价铬，投加的沉淀剂有氯化钡、硫酸钡和碳酸钡等，因而习惯上也称为钡盐法13。钡盐法是利用置换反应原理，用钡盐中的钡离子与废水中的铬酸作用，形成铬酸钡沉淀下来，再利用石膏过滤，将残留的钡离子去除，然后采用聚氯乙烯微孔塑料管，去除硫酸钡沉淀。钡盐法优点是处理后的水可用于电镀车间水洗工序、效果好、工艺简单。通过

27、石膏除钡后，废水还可以回用，并且可以回收铬酸，复生BaCO3。缺点是过滤用的微孔塑料材料加工比较复杂且容易阻塞、清洗不便、处理工艺流程较为复杂、药剂来源比较困难，且易引进二次污染物钡离子，污泥中含有Cr(VI)，必须综合利用。铁氧体沉淀法铁氧体沉淀法是在硫酸亚铁法的基础上衍生出的一种方法14。铁氧体沉淀法处理含铬废水一般分为三个过程，即还原反应、共沉淀和生成铁氧体。首先向酸性的含铬废水投加废铁粉或硫酸亚铁，Cr(VI)被还原成Cr(III)，再加热、加碱、通入空气搅拌，Cr(III)便沉淀并成为铁氧体的组成部分，转化成类似于尖品石结构的铁氧体品体而沉淀。铁氧体是指具有铁离子、氧离子及其它金属离

28、子所组成的氧化物。它是一种陶瓷性半导体，具有铁磁性。处理1m3浓度为50mg/L100mg/L含铬废水，可生成0.3kg0.6kg的铁氧体。该方法的处理效果较好、投资少、设备简单、且污泥可以综合利用，但是也存在不能单独回收有用金属，处理成本较高，需耗亚铁、碱与热能，同时出水中硫酸铁的含量高等缺点。1.4.3物理化学方法物理化学方法物理化学方法是通过物理和化学的综合作用使废水得到净化的处理技术。主要有以下几种方法：离子交换法该技术的研究开始于20世纪30年代，应用于20世纪70年代，最早是美国于1972年提出“电镀废水零排放计划” 。70年代中后期，美国、日本等的电镀逐步向零排放的“闭路循环工序

29、化”发展，即逆流漂洗-离子交换-蒸发浓缩的应用，离子交换法的主要功能有：去除各种有害重金属离子，以应对今后日趋严格的排放标准；脱盐，如化学法处理后，再经树脂交换脱盐作末道把关；回收废水中的有价值的金属，如金、银、铜、镍、铬等；提高水的循环利用率，节约日益匮乏的水资源；在多道逆流漂洗后，用于废水净化形成闭路循环。利用阴离子交换树脂，可以有效地除去废水中的铬酸根或重铬酸根状态的Cr(VI)，利用阳离子交换树脂则可以除去废水中Cr(III)及其他金属离子，而阴离子树脂可以回收Cr(VI)。此法可用于镀铬槽的洗涤水闭路循环系统。此法优点是处理后出水水质好，水和铬酸可以回收利用；但缺点是一次性投资大，操

30、作管理复杂，树脂的第 9 页 共 29 页污染的问题还有待解决15-18。随着离了交换工艺的连续化和新型大孔离子交换树脂的不断涌现，在电镀废水深度处理、高价金属盐类的回收等方面，离子交换法越来越展现出其它方法难以匹敌的优势。为了提高水的循环利用率，符合日趋严格的排放标准，预期离子交换的应用还会更大程度的推广，装置流程的设计也将走向定型化、自动化和微机控制化。国内外关于应用树脂处理六价铬废水也有不少报道。张澄信、刘军梅19等人对D301树脂残余交换容量的影响因素做了研究。实验结果显示：树脂粒度减小、水温升高、流速降低都会使酸度穿透时的残余交换容量值明显减小。舒增年、熊春华等人研究了D318型树脂

31、对Cr(VI)的吸附和再生性能，实验结果显示该树脂在pH=3.16的HAC-NaAC介质中吸附容量可高达265.4mg/g，且釆用NaOH-NaCl再生，效率可达94.9%。唐树和等人采用2017型强碱阴离子树脂处理模拟的Cr(VI)废水，探讨了废水pH、交换时间、浓度对去除效果的影响以及树脂再生所需的适宜温度和再生剂浓度。Fethiye Gode20等人用强碱阴离子树脂Lewatit M610和弱碱阴离子树脂Lewatit MP62分别对Cr(Vl)的吸附做了对比研究，并对初始浓度、搅拌时间、pH、树脂量等参数做了比较试验，得出吸附等温线和动力学方程。电解法电解法主要是使废水中的有害物质通过

32、电解过程在阳、阴两极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，然后达到分离除去的目的21。从20世纪60年代，国内学者已经开始用电解法处理电镀含铬废水，并取得了很好的效果。目前，由于电解法的耗电量高，污泥也很多，已经很少使用。但是电解法流程简单、操作方便，回收的金属纯度高，在某些场合采用电解法处理浓废液，还是有很高的经济效益。另外，也有利用电解法的原理，采用电浮选法除去废水中的金属离子22。1.4.4生物处理方法生物处理方法用生物法治理含铬废水，是依靠人工培养一种功能菌，这种功能菌具有静电吸附作用、酶的催化转化作用、

33、絮凝作用、络合作用、包藏共沉淀作用和对pH值的缓冲作用。在废水处理中，通过功能菌的作用，使废水中的六价铬还原为三价铬，然后三价铬离子被菌体吸附和络合，经固液分离，废水达标排放或回用，重金属离子沉淀成污泥。功能菌在一定温度下靠养分不断繁殖生长，从而长期产生废水处理所需的菌源。在微生物处理电镀含铬废水方面，Romanenko等23曾用脱色杆菌厌氧处理含铬废水，三天内每克干生物量可将2.1g铬酸钾还原成三价铬；孙国玉等用假单孢菌81001号加活性污泥处理电镀含铬废水有一定的效果，但这些报道仅限于单一菌株。吴乾菁等24利用复合功能菌净化回收电镀废水和污泥中的铬等金属，取得了较好的效果。汪频等人25用硫

34、酸盐还原菌进行了去除铬的试验，对铬的去除率达99.8%。生物法处理电镀废水综合处理能力较强、操作简单、设备安全可靠、排放水用于培菌及其他使用,同时污泥量少、污泥中金属回收利用、能实现清洁生产、无污水和废渣排放、投资少、能耗低、运行费用少、技术含量高等。综合以上优点，生物法处理含铬废水的工艺适用于大、中、小型电镀厂的废水处理。该技术具有重大的实用价值，易于推广。但从实用角度看，也存在以下几点不足：功能菌反应效率有待提高、功能菌繁殖速度较慢、处理水难以回收等。另外还有一种惰性生物吸附法，它是指利用非生物性微生物的化学结构及成分特性来吸附溶于水中的铬离子，再通过两相分离来去除废水中铬的方法。Prak

35、ashan等在研究霉菌Rhizopusarrhizus吸附性能过程中比较了机械搅拌反应器和流化床反应器的除铬效果，发现流化床反应器均优于机械搅拌反应器。Tobin等将霉菌Mucormeihi吸附Cr(III)的性能同尚子交换树脂进行了比较，得出霉菌Mucormeihi的吸附性能与强酸交换树脂几乎相同，高于弱酸性交换树脂。他们认为就吸附机理而言，霉菌Mucormeihi与弱酸性交换树脂作用机理相同，霉菌中的胺基使吸附Cr(III)能力增强。由此可见，用惰性微生物生物吸附去除铬不但充分利用了廉价原料，而且具有较好的除铬效果。但是，此方法需要对惰性微生物进行预处理，预处理是提高含铬废水处理效果的关键

36、因素之一，这使得生物吸附剂难以按照人们的指令及用户的需求形成系列产品。同时，吸附了铬的生物体如何处理等问题，也第 10 页 共 29 页限制了该方法的使用。综上所述，在现在己应用或研究的十几种含铬废水的处理方法中，以化学法应用最为广泛。化学处理镀铬废水操作简便、有效，只要化学药剂选择恰当，就可以根据化学反应方程式准确地计算出投加量，应用也比较成熟。但化学沉淀法存在的，严重问题是产生的沉渣量大，会造成严重的二次污染，铬资源无法回收利用等。而离子交换法就弥补了化学法的二次污染问题，且该法具有适应pH值范围宽（pH312） 、能回收贵重金属、处理后水质好、出水可多次循环使用等优点，而且当前应用离子交

37、换法回收铬等金属的研究及应用已经逐渐成熟26-27。2 设计资料2.1 设计任务及依据设计任务及依据2.1.1 设计任务设计任务 本设计的编制范围是某表面处理车间离子交换法处理电镀含铬废水工艺设计，内容包括工艺流程选择、构筑物工艺设计计算、水力计算、平面及高程布置、附属构筑物设计等。2.1.2 设计依据设计依据中华人民共和国环境保护法和水污染防治法电镀废水治理工程技术规范HJ20022010污水处理构筑物设计与计算水工业工程设备给水排水设计手册毕业设计任务书2.1.3设计原则设计原则 贯彻执行国家关于环境保护的政策，符合国家的有关法律、法规、规范及标准。根据设计进出水质要求，所选污水处理工艺力

38、求技术先进成熟、处理效果好、运行稳妥可靠、高效节能、经济合理，确保污水处理效果，减少工程投资及日常运行费用。 妥善处理处置污水处理过程中产生的污泥，避免造成二次污染。 为确保工程的可靠性及有效性，提高自动化水平，降低运行费用，减少日常维护检修工作量，改善工人操作条件，本工程中所选用的设备为优良名牌设备。 为保证污水处理系统正常运转，供电系统需有较高的可靠性，且污水站运行设备有足够的备用率。 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 设计基础资料设计基础资料2.2.1 设计规模及设计水质设计规模及设计水质废水水量 120.0m3/d(平均值)；废

39、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60200（150）320（10）320（10）830（20）1040（30）46（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 处理要求处理要求 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0.21.00.51.55069 注：表中除 pH 值外单位均为 mg/L。第 11 页 共 29 页 处理后废水回用率达 80%以上。 废水中的铬以铬酐（CrO3

40、）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电镀含铬废水主要成分 六价铬、铜、锌、铁、等金属离子及 SO2-4、Cl-等阴离子。3.3 工艺比较分析工艺比较分析3.3.1 亚硫酸盐还原处理技术亚硫酸盐还原处理技术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 亚硫酸盐 NaOH 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亚硫酸盐还原法处理电镀含铬废水，应满足

41、以下技术条件和要求： a）可采用间歇式及连续式处理。采用间歇处理时，调节池容积按平均每小时废水流量的 48h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 2.53.0，ORP 宜控制在 230270mV；反应时间宜控制在2030min；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 1：31：45 六价铬：亚硫酸钠1：3.61：45六价铬：焦亚硫酸钠 1：2.74

42、1：3.54 e）废水经还原反应后，宜加碱调废水 pH 值 78，使三价铬沉淀，反应时间应大于 20min，反应后的沉淀时间应为 1.01.5h； 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。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 硫酸亚铁硫酸亚铁石灰处理技术石灰处理技术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。采用硫酸亚铁石灰处理含铬废水时，应满足以下技术条

43、件和要求:调节池反应池沉淀池污泥脱水第 12 页 共 29 页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 251：（4050）搅拌均匀即可25501：（3540）510501001：（3035）1020 10023 1：307.58.520 b)连续处理时，反应时间应大于 30min；间歇处理时，反应时间宜为 24h。 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+）：mCa(OH)2=1：(815)。3.3.3 微

44、电解处理技术微电解处理技术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： 絮凝剂含铬废水 回用或排放 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 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 24，微电解装置的出水应加碱调 pH 值为 89。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。在设备检修或停运期间，微电解装置内的铁屑填料层必

45、须保持用水浸没，防止空气氧化和板结。3.3.4 离子交换技术离子交换技术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。离子交换处理电镀含铬废水的设计、运行除符合 GBJ 136 中的条件外，还应满足以下技术条件和要求： 铬酸回用含铬废水 出水直接 回用脱钠柱浓缩除酸阴柱除铬阴柱酸性阳柱过滤柱调节池内电解处理混凝沉淀污泥脱水清水池第 13 页 共 29 页图 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

46、用除盐水。清洗终点 pH 值应控制在 810； 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 23。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：亚硫酸盐还原处理法、硫酸亚铁石灰处理法、微电解处理

47、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；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；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；占地面积少，操作管理方便、安全等。3.3.5 处理工艺的确定处理工艺的确定 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

48、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：HCrO2224OHOCr2272 OHOCr2272OHCrO2242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：242CrOROH OHCrOR242 2722OCrROH OHOCrR2722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

49、 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，第 14 页 共 29 页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

50、-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

51、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 23.5 之间；对弱碱阴离子树脂，进水 pH值应控制在 24 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：NaOHCrOR242422CrONaROH NaOHOCrR4722OHCrONaROH242

52、22 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：22NiRH HNiR2222CaRH HCaR2222CuRH HCuR2233CrRH HCrR33H 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：HNiR2222NiRHHCaR2222CaRHHCuR2222CuRHHCrR3333CrRH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

53、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：4224CrONaRH OHOCrHRNa27224第 15 页 共 29 页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：HClRNa NaClRH 3.5 处理流程处理流程3.5.1 处理流程的选择处理流程的选择 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 33.5；其次，阴离子交换树

54、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、全饱和及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。 酸性条件下三阴柱串联、全饱和及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及其他阳离子，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

55、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（pH4.5）时

56、，就将出水与除酸阴柱串联，去除水中的其他酸根离子，第 16 页 共 29 页达到水的循环利用。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

57、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及设备，要针对其特点，采取相应的措施，包括以下几项： 增加阳柱数量，让阳柱交替工作和再生。 对阳树脂采用深度再生工艺，及时对污染后的树脂进行处理。 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。结合化学处理法进行处理，如：a.对废水先调 pH 值至 67，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

58、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、淋洗水以及循环系统中第 17 页 共 29 页的更换水等，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

59、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。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。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。淋洗 通入清水顺向（或逆向）进水，将

60、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 调节池调节池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第 18 页 共 29 页氧树脂、过氯乙烯漆或贴玻璃钢。调节池设事故溢流