【电镀废水的工艺选择及主要构筑物的计算（论文8800字）】

电镀废水的工艺选择及主要构筑物的计算目录TOC\o"1-2"\h\u29726引言 266481电镀废水特性 2137701.1电镀废水的来源 215091.2电镀废水组成成分 319961.3电镀废水分类 3216621.4电镀废水危害 5151092电镀废水传统与新型的处理方法 550972.1传统处理方法 5196832.2新型处理方法 8243743设计原则与依据 961173.1设计原则 9267723.2设计依据 9269484电镀废水的工艺选择及流程 1097754.1工艺选择 10115004.2工艺流程图 10125275电镀废水的主要构筑物计算 11107885.1集水井 1112715.2平流式沉淀池 11242185.3调节槽 1569195.4转化槽 16129775.5铁氧体沉淀槽 16189646结论 16摘要：电镀行业是当今全球三大污染工业之一，其产生的废水具有极大的毒性和危害性。目前国内电镀行业以小型电镀企业居多，生产技术落后，污染物处理技术水平低，对人体健康及周围环境产生严重的危害。积极研究电镀废水的性质，探索实用、经济、有效的电镀废水处理技术，大限度的减少污染物的排放，对目前国内电镀行业污染治理十分必要。为了促使电镀行业健康发展，大限度的减少污染物的排放，节约国家资源，实现可持续发展，急需提出经济、适用、有效的技术方案解决电镀行业污染问题。本实验采用气浮铁氧体法深度处理，该法可以有效的去除废水存在的多种重金属离子，确保废水的达标排放。关键词：电镀废水；铁氧体法；重金属；达标排放引言电镀行业是当今世界最主要的重金属污染源，电镀行业产生的电镀废水所包含的重金属离子会严重的污染境，破坏生态平衡，威害人们的身体健康，随着公众环保意识的逐渐加强，国家对电镀废水排放设定了严厉的标准，而且近年来环保部门执行法规的力度也在逐年加强，因而电镀废水的处理必须采取严格的方法，保证废水的达标排放。目前，电镀废水处理方法多种多样，有化学沉淀法、生物法、离子交换法、电渗析、萃取等各种处理方法既有其优势也有其不足之处。为了促使电镀行业健康发展，大限度的减少污染物的排放，节约国家资源，实现可持续发展，急需提出经济、适用、有效的技术方案解决电镀行业污染问题。本实验采用气浮铁氧体法深度处理，该法可以有效的去除废水存在的多种重金属离子，确保废水的达标排放。1电镀废水特性1.1电镀废水的来源电镀工艺共包括电镀前表面预处理、电镀过程以及电镀后的镀层装饰等三阶段（如图1所示）。每个过程都会产生大量的生产废水，尤其是除油、浸蚀除锈以及对镀件表面进行加工处理。如果对镀件产品的要求较高，仍需继续通过钝化、出光等对电镀表面的镀层进行精细加工，该过程也会产生一定量的废水。在电镀生产过程中，重金属废水主要来源于以下几部分：（1）镀件清洗废水：在电镀生产过程中，通常多次使用酸、碱以及水等对镀件进行清洗，去除镀件表面的锈、油污及其他污染物等，使得镀件与镀层之间能够充分接触，该类废水占车间废水排放量的五分之四以上；（2）在生产过程中电镀车间排放的剩余镀液、被污染的废弃镀液以及清洗各镀槽时产生的清洗废水等，该类废水虽排放量小，但产生的污染物浓度高；（3）操作车间各工艺环节中设备或人为所造成的槽液“跑、冒、滴、漏”等；（4）其他杂用水，如冲洗机械设备、车间地面等产生的废水以及电镀设备的冷凝水冷却水等[1]。由于各电镀件的产品各异，其制作工艺、操作方式、镀种以及产生的废弃液等种类繁多。重金属废水中污染物的成分较为复杂，其水质成分不易控制，除了常见的重金属离子（镍、镉、锌、铜等），还有成分较为复杂的酸碱、氰化物以及电镀过程中使用的添加剂、光亮剂等有机化合物（硫脲、EDTA、十二醇硫酸醋钠、聚乙二醇、糖精钠、十六烷基三甲基甜菜碱、十二烷基苯磺酸钠、琥珀酸二辛酷磺酸钠系等）[6]。图1常见电镀工艺流程1.2电镀废水组成成分电镀废水主要由镀件清洗水、废电镀液、设备冷却水和其它废水（包括冲刷车间地面、极板的冲洗水、通风设备冷凝水和镀槽渗漏导致的槽液和排水）等组成。废水水质复杂、成分不易控制，其中含有不同浓度的铁、铜、锌、铬、锡、铅、镉、铁和镍离子以及高浓度的酸、硫酸盐、氯离子等，这些离子严重威胁着人体健康。另外，电镀废水中也含有很多宝贵的工业原料，可以对其进行回收处理。1.3电镀废水分类由于电镀行业工艺繁多、生产方式各异，其产生的废水在水质、水量上也各不相同。按照水质成分可将重金属废水分为以下六类废水：（1）混排废水：该废水中除了含有有机物、Cr6+及其他重金属离子外，还含有有毒的氰化物，废水水质复杂。该废水主要来源：各车间混排废水、“跑、冒、滴、漏”废水、地面冲刷以及设备清洗等废水[7]。（2）高浓度COD废水：该废水主要来源于电镀工件的预处理过程以及清洗废水，该过程COD的主要来源如表1所示[7]。在电镀生产过程中，首先通过抛光、压花及滚花等进行表面装饰，再依次通过除蜡、除油以及酸洗活化等步骤进行镀件表面的清洁。在除蜡、除油工艺中，会产生含有大量非离子型表面活性剂（如聚乙二醇、聚氧乙烯醚型等）、阴离子型表面活性剂（如聚丙烯酰胺等）及其他部分助剂（如缓蚀剂、掩蔽剂等）等高分子有机污染物的废水[8]。此外，工件表面的蜡及油污被乳化后会进入工作母液，从而使得母液中的油污增多，该废弃母液就会被排放到污水处理系统中。这部分废弃母液的COD高达20000~50000mg/L，对整个处理系统的COD具有很高的冲击性。通常情况下，电镀前预处理工艺中产生的清洗废水约占总废水排放量的五分之一，该废水负荷较为稳定，COD在100~200mg/L之间。电镀过程中使用的光亮剂及稳定剂是电镀废水中有机污染物的主要贡献者。在清洗过程中，部分未被分解的光亮剂进入该清洗废水，该过程中清洗水中的CODcr在40~60mg/L之间，此过程中的特征污染物是光亮剂、稳定剂及矿物油等大分子有机物，其水质特性较为稳定。在电镀结束后会将工件浸泡在表面活性剂（如十二烷基硫酸钠等）中进行脱水处理，为了提高工件的防腐性能也会进行相应的化学抗腐处理。该过程产生的废水量大约为总废水排放量的5%左右，该废水的COD浓度变化较大，其母液的COD浓度大约为2000~3000mg/L，其清洗废水的COD浓度大约为50~150mg/L。表1重金属废水中有机物来源的比例来源COD（mg/L）占废水总量的比重（%）水质特性电镀预处理100~500020~25不稳定电镀中40~6060~70稳定电镀后处理2000~30005~10不稳定（3）重金属废水：该废水中主要包含Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb及Hg等重金属离子及其化合物，其中第一污染物（如Ni、Cr、Cu、Zn等重金属离子及其化合物），须单独收集并达到国家排放标准后才能进入综合废水[7]。一旦含有此类重金属的废水未能达标而排放到生态环境中，经过生物组织内的富集作用，会影响到人类健康，严重时甚至会导致人类中毒危及生命。（4）含氰废水：含氰废水为第一类污染物，该废水主要来自镀金、银、铜以及其他要求较高的镀锌、镍等工序生产线上的清洗水，具有水量小、毒性强的特点。为防止氰化物与其他重金属混合物反应生成络合物，须单独收集经破氰处理后再去除重金属[7]。（5）酸碱废水：该废水也须单独收集中和处理后才能排入综合废水。电镀前镀件的酸洗（常用硫酸、盐酸、硝酸）或碱洗废水（常用氢氧化钠、碳氢化钠等）是该废水的主要来源。（6）综合废水：即上述五类经预处理后混合的电镀废水。该废水的水质特点为：污水的B/C比低，可生化性差（COD的主要成分为表面活性剂、光亮剂等大分子有机物），有毒有害物质多（含有少量的重金属离子，Cl-含量高），污染物浓度高[7]。1.4电镀废水危害电镀废水来源分为电镀前处理废水、电镀漂洗废水、电镀后处理废水，也可以根据水质分为重金属废水、有机废水、含氰废水。其中，电镀前处理废水主要是有机物污染;电镀漂洗废水主要是重金属污染;电镀后处理废水成分十分复杂，浓度也较高。电镀废水含有种类繁多的重金属离子，比如铜、铬、镐等十多种金属离子，其次是各种酸和碱类物质，以及氰化物。这些污染物大都对生物体存在“三致”威胁，比如铅和镍会致使中毒；铜、铬、福可导致肺癌。氰化物中毒可抑制细胞呼吸，引起死亡。2电镀废水传统与新型的处理方法2.1传统处理方法2.1.1物理法物理法是一种不改变物质化学性质而达到分离电镀废水中的悬浮污染物质的方法，其中有代表性的包括蒸发浓缩法和反渗透法。前者顾名思义，即通过蒸发使重金属浓缩。后者是利用反渗透的原理，在含废水的部分施加较高的压力，使作为溶剂的水分子透过半透膜从而使水与重金属及其他溶质分离。两者均是物理操作，工艺成熟简单；无需添加化学试剂，无二次污染，并能够回收利用重金属和水，一般适用于含铬、铜及镍废水。但这两种方法因能耗大，成本高等问题不适用处理重金属含量低的废水。因此，一般将物理法作为辅助处理手段和其他方法共同处理电镀废水。冯霞[7]等采用微滤—反渗透工艺深度处理电镀废水，结果表明：电镀废水中的脱盐率、Cu2＋去除率、Ni2＋去除率分别达到95.6%、98.8%、98.6%，浊度几乎完全去除、出水水质满足GB21900-2008《电镀污染物排放标准》中水污染特别排放限值要求。2.1.2化学法（1）化学沉淀法通过投加化学试剂与废水中污染物结合形成沉淀，然后通过沉降、过滤、分离、去除的一种方法。其中主要包括硫化物沉淀法、氢氧化物沉淀法、铬酸盐沉淀法和铁氧体沉淀法。化学沉淀法作为一种传统工艺，应用较为成熟，费用相对低廉，所以在电镀废水处理中占据较大比重。但其具有化学品消耗过多，废渣产生量大、重金属不能直接回用、易造成二次污染等问题。杜皓明[8]等采用Na2S2O5对电镀废水中的铬离子进行还原，生成危害性小的三价铬离子，通过对酸碱度的调节形成沉淀，从而达到对铬的去除。（2）氧化还原法氧化还原法是一种利用氧化剂或还原剂与溶解性的污染物发生氧化还原反应，从而将污染物转化为无害物质的方法。其中主要包括化学氧化法和化学还原法。氧化还原法具来源广、效率高、操作简单、投资少、应用广泛等优点。茹振修[9]等采用氧化还原法处理含氰含铬混合电镀废水，结果表明：两种废水混合处理后各项指标均优于国家标准，工艺流程及设备比单独处理时简单。（3）铁氧体法铁氧体法的原理是：在适宜的温度条件与PH条件下，加入的硫酸铁盐与电镀废水中的金属离子形成铁氧体复合氧化物，通过固液分离从而达到去除重金属离子。铁氧体法具有工艺简单、固液容易分离、无二次污染等优点。但是这种方法处理成本高、处理过程条件难以控制，产生大量的污泥。彭丽花等[10]利用铁氧体法来处理混合电镀废水，该种方法能够高效地处理含有多种重金属离子的电镀废液，并且处理价格低廉。2.1.3物化法（1）离子交换法利用交换剂中交换基团对废水中的不同离子进行选择性交换分离，最终达到去除污染物的一种方法。目前，该种方法主要适用于含铬、含镍、含金等电镀废水的处理。离子交换法在处理效率、资源回收方面有着其它方法难以匹敌的优势，但具有一次性投资大、操作管理较复杂、占地面积较大、且易造成“二次污染”等问题。另外，由于树脂柱易饱和，因此离子交换法在重金属浓度高的废水中受到限制。董新[11]等采用离子交换法处理电镀含铬废水，结果表明：处理后出水中Cr（VI）浓度小于0.2mg/L，达到国家排放标准，另外，对得到的铬酸溶液进行浓缩后可重新应用于镀槽，消除了Cr（VI）对环境的污染。（2）电解法电解法是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沉淀的一种方法。该种方法效率高，易于回收，且回收产物一般具有再利用价值，有一定经济效益，同时因为此方法耗能较大、费用高，故不适于处理低浓度的电镀废水。不少研究者通过电渗析法从电镀废水中选择性的回收锌和镍[12，13]。GuanW等[14]采用RuO2/Ti阳极和不锈钢阴极联合电氧化-电积（EO-ED）体系处理镍氨络合物废水，同时实现了镍氨络合物的络合和镍金属的回收，其中镍回收率85-95％，氨氮去除率65-70％。（3）膜分离法由于膜存在渗透作用，在外部能量的推动下，可以实现废液中某些成分的选择性透过，从而达到分离、提纯和富集。其中包括反渗透（RO）、微滤、超滤和纳滤，这些方法不仅可以解决重金属污染的问题，而且还可以回用电镀工业中的有用金属[15，16]。膜分离法是一种很有发展前景的技术、占地面积小、无二次污染，但是膜的造价高、易受污染。董佳等[17]利用膜分离法处理电镀废水，结果发现在一定的条件（压力、pH和回流比）下对废水中的铬离子、铜离子和镍离子的去除率均达到98%以上，同时经济效益和环境效益极佳。（4）吸附法吸附剂拥有特殊的结构，利用这些独特结构吸附去除重金属的方法就叫做吸附法。活性炭、壳聚糖树脂、腐殖酸都是常见的吸附剂。不同吸附剂的吸附机理不同，其最主要的是物理、化学和生物吸附。吸附法具有去除效率高、稳定性好、不产生或很少产生二次污染、吸附剂可重复使用等优点。于泊蕖[18]用Mg（OH）2吸附废水中Ni2+离子，研究表明，当pH在4.8~8.6之间、搅拌时间在4min、投加量为1.5g/L时，90%以上的Ni2+离子都能通过此方法吸附去除，并且使用过的Mg（OH）2能够再次回用。Ta-heriR等[19]通过MCM-48介孔二氧化硅对电镀废水吸附进行了研究，结果表明：使用制备的吸附剂能去除99％的Ag。WangSY等[20]采用桉叶渣制备磁性生物炭来处理与金属共存的含Cr电镀废水，其中Cr（VI）、总Cr、Cu（II）和Ni（II）在磁性生物炭上被有效的吸附，去除率分别为97.11％，97.63％，100％和100％。并且，使用后的磁性生物炭仍具有原始的磁性分离性能。2.1.4生物法生物法是一种通过微生物或植物本身的吸附功能以及新陈代谢进行富集以达到去除污染物的方法。与其他物理和化学方法相比，生物法具有低耗、经济、环保的优点，并且能够进一步回收重金属，但是生物法多处于实验模拟阶段，其实用化和工业化还需深入研究。LiuC等[21]使用咖啡渣废物的生物吸附有效地减少和吸附电镀废水中的铬。在作用的过程中，Cr（VI）被完全消除，仅有少量Cr（III）中残留在溶液中。HackbarthFV等[22]发现大型藻（P.algalicula-ta）在酸性pH条件下，可以作为将Cr（VI）还原成Cr（III）的天然电子供体，并作为锌，铁和三价铬螯合的天然阳离子交换剂。2.1.5组合处理技术电镀废水种类繁多，各种不同的生产工艺也使得废水的各种特征不尽相同，致使单一的废水处理技术很难广泛使用。同时，单一的处理方法很难达到所要求的指标，无法实现处理效果和经济效益的统一。多元组合技术正是用来解决这个难题，多种技术取长补短，相互促进，最终达到较好的处理效果和经济效益。物化-生物-膜法组合工艺是电镀废水治理的主流，其中物化法对电镀废水的重金属离子有很好的去除作用，生物法能有效去除有机物，膜法进一步截留其中的污染物。结合三者对于不同污染物的去除优势，从而有效降低电镀废水的处理成本，提高再生率[23]。另外，其他组合方法也应用广泛，张彬彬等[24]采用微电解-A/O工艺处理电镀废水，出水中氨氯、总氮和COD的质量浓度均满足排放标准，去除效果显著、稳定。CuiJ等[25]采用臭氧氧化-曝气生物滤池（BAF）工艺处理含氰电镀废水，结果表明：CN-、COD、Cu2+和Ni2+的去除率分别为99.7％、81.7％、97.8％和95.3％，并且出水浓度分别达到了电镀废水的排放标准。另外，葡萄糖的添加可以提高生物滤池的污染物去除效率[26]。GhoshP等[27]提出了电化学法和石灰沉淀的组合方法作为处理含有高COD和锌的人造丝工业废水的有效方法。2.2新型处理方法2.2.1光催化技术光催化处理技术的原理是通过光催化剂在光照下发生跃迁，产生电子−空穴对，其中电子能够将电镀废水重金属直接还原，而空穴可以将水氧化成羟基自由基，从而将难降解的有机物氧化为H2O、CO2。其中光催化剂主要包括TiO2、ZnO、WO3、SrTiO3、SnO2和Fe2O3。光催化技术具有适用范围广、处理高效、产物降解彻底、无二次污染等特点。孙斌等[28]的研究是紫外光条件下，选取TiO2为催化剂对络合铜废水进行光催化反应，结果表明：在适应的条件下，络合铜废水的Cu（II）与COD的去除率分别为96.56%和57.67%。2.2.2重金属捕集剂在常温环境下，废水中的绝大部分重金属离子与重金属捕集剂都能产生强烈的螯合作用，生成的产物为高分子螯合盐沉淀，通过固液分离就可以达到去除废水中重金属离子的目的。这种方式具有来源广泛、无二次污染、反应效率较高和选择性良好等优点，尤其适合于低重金属含量的废水。潘思文等[29]研究了三种市面出售的补集剂对实际电镀废水中的Cu2+、Zn2+、Ni2+的处理效果，结果发现三聚硫氰酸三钠（TMT）适用于处理单一的含铜废水；二甲基二硫代氨基甲酸钠（Me2DTC）适用性较优，在pH=9.7时对3种重金属离子的去除效果最佳，各种离子均能够达到标准排放；二乙基二硫代氨基甲酸钠（Et2DTC）对废水中的Ni2+处理效果不理想。3设计原则与依据3.1设计原则（1）采用技术先进可靠，占地省、出水水质稳定，效果好的处理工艺。（2）因地制宜、合理布置、统一规划、污水处理室占地在甲方指定的范围内。（3）选择品质优良、价格公正、售后服务周到的先进设备、仪器。（4）认真贯彻国家关于环境保护工作的方针和政策，尽可能使整个设计方案符合国家的有关法律、法规、标准、规范，又符合企业的实际情况。3.2设计依据（2）项目建设应遵循和执行的有关法律法规《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国水污染防治实施细则》《建设项目环境保护管理法》《污染物排放许可证管理办法》《污染处理设施环境保护监督管理办法》《城市污水处理及污染防治技术政策》（3）采用的主要规范、标准《室外排水设计规范》（GB50014-2006）《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069-2002）《电镀污染物排放标准》（GB21900-2008）《污水综合排放标准》（DB12/356-2008）《城市污水再生利用工业用水水质》（GB/T19923-2005）4电镀废水的工艺选择及流程4.1工艺选择4.2工艺流程图铁氧体法处理含铬废水一般包括投药反应、加热曝气、离心沉降和污泥干燥4个阶段,工艺流程如图2所示[32]:图2铁氧法处理电镀含铬废水一般工艺流程根据废水日流量、废水中铬离子浓度及其浓度波动范围的大小,其处理流程又可分为间歇式和连续式处理2种。间歇式处理流程适用于处理废水量在10m3/d以下、废水浓度波动范围很大和铬离子浓度大于35.3mg/L的废液,连续式流程反之。此外,连续式流程还适合于处理铬离子和其它重金属离子浓度波动范围较大的混合废水,但必须设置必要的自动检测和投药装置,以保证废水的处理质量。其处理流程图[34]见图3、图4。其中,图4是经典的采用溶气气浮法作为固液分离设施的连续式处理流程图。图3铁氧体法处理电镀含铬废水间歇式工艺流程1-溶气水泵;2-溶气水流量计算;3-空压机;4-溶气罐;5-压力表;6-气浮槽;7-释放器;8-废水;9-NaOH配液箱;10-FeSO4配液箱;11-投药箱;12-废水池;13-清水槽;14-铁氧体转化槽;15-脱水机图4铁氧体法处理电镀含铬废水连续式工艺流程5电镀废水的主要构筑物计算5.1集水井（1）、有效水深：h=1.5m；（2）、有效面积：s=5.5m*3.4m=18.7m2（3）、有效容积:V=s*h=18.7m2*1.5m=28m3（4）、曝气量:GS=72m3/m2.d*s=72m3/m2.d*18.7m2=1346.4m3/d（取经验值：72m3/m2.d）（5）、内设2台一级提升泵，型号：CP53.7-100，流量：75m3/h，扬程：10m，功率：3.7Kw，1备1用。5.2平流式沉淀池已知条件：水厂的设计水量Q=50000m3/d；水厂自用水按5%考虑，平均流速4.5㎜/s；沉淀时间1.5h，其余数据可根据情况自行而定。设计参数及计算过程：（1）设计流量：Q=50000×（1+5％）=52500m3/d=2187.5m3/h（2）池体尺寸：①池子总面积A，设表面负荷q=2.03m/（㎡*h）A=②沉淀部分有效水深2h，沉淀时间取t=1.5hh2=qt=2×1.5=3.0m③沉淀部分有效容积V'V'=A2h=1093.8×3.0=3281.4m3④池长L1，水平流速取4.5㎜/s（<5㎜/s）L1=6.3vt=4.5×1.5×3.6=24.3m⑤池子总宽度B=⑥池子个数n，设每个池子宽4.5mn=⑦校核长宽比和长深比长宽比：Lb长深比：Lℎ（3）污泥部分（采用静水压力排泥）①污泥部分所需容积注：T—两次清泥时间间隔（1d）P每个池子污泥部分所需容积为：V②污泥斗容积：污泥斗上口采用4500㎜×4500㎜污泥斗下口宽采用500㎜×500㎜污泥斗斜壁面与水面夹角为60°上口面积f1=4.5×4.5=20.25㎡，下口面积f2=0.5×0.5=0.25㎡排泥管直径：污泥斗高度：污泥斗容积：③泥斗以上梯形部分容积（设池底坡度为0.01）:梯形部分高度：污泥斗以上梯形部分容积：④污泥都和梯形部分污泥容积（4）池子总高度缓冲层高ℎ3=0.3m（5）进水穿孔墙：墙长4.5m,墙高3.5m，超高0.5m①孔洞处流速V0=0.02m/s（0.2～0.3）单池穿孔墙空洞总面积Ω②孔洞的个数N，采用圆形孔径为0.125m,则孔面积为（14N=③孔眼实际流速④孔眼布置a.孔眼布置4排，每排孔眼数为6424（个），水平方向孔眼净距取375㎜（即1.5块砖长），则每排6个孔眼时其所占宽度为