固体废物处理与处置课程设计-日处理10t电镀污泥综合利用项工艺设计

-11-日处理10t电镀污泥综合利用项工艺设计设计任务1.1课程设计基础资料某金属回收利用公司计划处理电镀污泥、电镀废液、废酸及废碱，以回收其中有价金属Cu和Ni。本项目主要处理电镀污泥，其中处理的物料中电镀污泥、电镀废液、废酸及废碱分别占比为15%、5%、55%和25%，得到综合利用产品碳酸镍和碳酸铜。所处理废物种类与成分如下表：废物种类主要成分形状特性占比，%电镀污泥含Cu、Ni泥固T15电镀废液含Cu、Ni废液液T5废酸含6-12%H2SO4液T55废碱含5-15%NaOH固T25合计

100本项目按照处理的电镀污泥量确定规模，其他物料与电镀污泥按比例一同处理和利用，项目处理规模：10吨/日电镀污泥，对其中几个关键的处理工序进行设计。1.2设计内容(1)、所处理电镀污泥及其他物料的成分与特性分析(2)、电镀污泥处理工艺的比选及总体设计(3)、电镀污泥中有价金属提取和分离的原理和计算(4)、有价金属回收系统的工艺确定、设备选型等1.3设计要求根据规划和所给的其他原始资料，设计相应处理系统，具体内容包括：（1）、确定处理系统的工艺流程，选择处理构筑物并通过计算确定其尺寸；（2）、处理厂的工艺平面布置图，内容包括：标出处理厂的范围、全部处理构筑物及辅助建筑物、主要管线的布置、主干道及处理构筑物发展的可能性；（3）、处理工艺流程高程布置，表示各处理构筑物的高程关系和布局；（4）、按施工图标准画出主要处理设施的构筑物（一个即可）的平面、立面和剖面图；（5）、编写设计说明书。2.所处理电镀污泥及其他物料的成分与特性分析所处理废物种类与成分如下表：废物种类主要成分形状特性占比，%电镀污泥含Cu、Ni泥固T15电镀废液含Cu、Ni废液液T5废酸含6-12%H2SO4液T55废碱含5-15%NaOH固T25合计1002.1电镀污泥的特点及其危害性多数的电镀废水处理方法都要产生污泥，而化学沉淀法是产生污泥的主要来源。有些方法，如离子交换法和活性炭法虽不直接产生污泥，但在方法的某些辅助环节，如再生液的处理也要产生污泥。由于化学法在国内外都被作为一种主要的处理方法，所以电镀污泥的形势是很严峻的。按照对电镀废水处理方式的不同，可将电镀污泥分为混合污泥和单质污泥两大类。前者是将不同种类的电镀废水混合在一起进行处理而形成的污泥；后者是将不同种类的电镀废水分别处理而形成的污泥，如含铬污泥、含铜污泥、含镍污泥、含锌污泥等。但是，实际上大多数电镀小企业的废水经过处理后得到的多是混合污泥。因此，目前针对电镀污泥的处理和资源化利用也是以混合污泥为主要对象。电镀废水处理过程中产生的污泥含有有害重金属，它具有易积累、不稳定、易流失等特点，如不加以妥善处理，任意堆放，其直接后果是污泥中的cu、Ni、zn、cr等这些重金属在雨水淋溶作用下．将沿着污泥一土壤一农作物一人体的路径迁移，并可能引起地表水、土壤、地下水的次生污染，甚至危及生物链，造成严重的环境破坏。针对电镀污泥的特点及其危害性．从环境污染防治和资源循环利用的角度考虑，主要采用以下两种处理方式，一是经过处理后，使污泥不会引起二次污染而丢弃并贮存，即无害化处置；二是使对污泥中的重金属资源进行综合回收，即资源化利用。2.2电镀废水的特点及其危害性电镀、钝化、退镀等电镀作业中常用的槽液经长期使用后或积累了许多其他的金属离子，或由于某些添加剂的破坏，或某些有效成分比例失调等原因而影响镀层或钝化层的质量。因此许多工厂为控制这些槽液中的杂质在工艺许可的范围内，将槽液废弃一部分，补充新溶液，也有的工厂将这些失效的槽液全部弃去。这些废弃的各种浓度液一般重金属离子浓度都很高，积累的杂质也很多，不仅污染物的种类不同，而且主要污染物的浓度、其他金属杂质离子的浓度以及溶液介质也都往往有较大的差异。这些差异决定了这些废水的处理技术上的多样性和工艺上的特殊性。当前电镀废水一般采用物化法处理。处理方法较多，有效的也不少，但可以做到整体达标的并不多。但做的好的也是有的，如，陕西福天宝公司的DTCR—重金属离子捕集剂，它通过DTCR与废水中重金属离子形成一种大分子的螯合物，然后经过絮凝，可以很好的去除电镀废水中的重金属离子，并达到国家标准。电镀和金属加工业废水中锌的主要来源是电镀或酸洗的拖带液。污染物经金属漂洗过程又转移到漂洗水中。酸洗工序包括将金属（锌或铜）先浸在强酸中以去除表面的氧化物，随后再浸入含强铬酸的光亮剂中进行增光处理。该废水中含有大量的盐酸和锌、铜等重金属离子及有机光亮剂等，毒性较大，有些还含致癌、致畸、致突变的剧毒物质，对人类危害极大。因此，对电镀废水必须认真进行回收处理，做到消除或减少其对环境的污染。电镀废水处理设备由调节池、加药箱、还原池、中和反应池、pH调节池、絮凝池、斜管沉淀池、厢式压滤机、清水池、气浮反应，活性炭过滤器等组成。2.3电镀废碱的特点及其危害性废碱是指是指列入国家危险废物名录，或者根据国家规定的危险废物鉴别方法和鉴别标准认定的具有危险特性的固体废物。在国家危险废物名录中编号HW35，是从工业生产、配制、使用过程中产生的废碱液、固态碱及碱渣(PH>=12.5的液态碱)。HW35废碱的主要来源有：工业化学品制造、化学分析及测试、金属及其它制品的碱蚀、出光、除锈(油)及清洗、废水处理、纺织印染前处理、造纸废液废氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化锂、碳酸(氢)钠、碳酸(氢)钾、硼砂、(次)氯酸钠、(次)氯酸钾、(次)氯酸钙、磷酸钠。本次设计中废碱含有5%-10%NaOH，占所有废物总量的25%。2.4电镀废酸的特点及其危害性废酸就是浓度降到不能在起磺化反应的硫酸。硫酸在化工、钢铁等行业广泛应用。在许多生产过程中，硫酸的利用率很低，大量的硫酸随同含酸废水排放出去。这些废水如不经过处理而排放到环境中，不仅会使水体或土壤酸化，对生态环境造成危害，而且浪费大量资源。近年来许多国家已经制定了严格的排放标准，与此同时，先进的治理技术也在世界各地迅速发展起来。

废硫酸和硫酸废水除具有酸性外，还含有大量的杂质。根据废酸、废水组成和治理目标的差异，目前国内外采用的治理方法大致可分为3大类：回收再用、综合利用和中和处理，废硫酸中硫酸浓度较高，可经处理后回收再用。处理主要是去除废硫酸中的杂质，同时对硫酸增浓。处理方法有浓缩法、氧化法、萃取法和结晶法等。处理系统的工艺流程及说明回收电镀污泥中铜和镍的工艺流程见下图。电镀污泥用稀硫酸酸浸，酸浸液经沉淀得粗品铜，滤液再经净化除杂、沉淀工艺制取硫酸镍，最后再将粗品铜和硫酸镍制作成为碳酸铜和碳酸镍。步骤一：分离铜。用碳酸钠溶液将浸出液调至)pH=5.0-5.5洗涤Cu(OH)2CO3和Cu（OH）2沉淀，可直接作为生产工业硫酸铜的原料。洗涤后的母液（主要含有镍和铁）进入铁和镍分离工序。步骤二：铁、镍共沉与去铁。用碳酸钠溶液将浸出液调至pH=8.0-9.0沉淀物为碳酸镍、碱式碳酸铜、氢氧化铁、氢氧化亚铁。加硫酸和过氧化氢将沉淀物全溶后用碱液调节pH=5.0，过滤出沉淀物，此沉淀物为氢氧化铁。步骤三：净化、分离镍产品。取以上的滤出母液用硫酸调节pH=2.0，通入硫化氢，将混合液中的铜转变成硫化铜分离出来，此时的母液为硫酸镍母液，通过浓缩结晶的方法可生产七水硫酸镍。3.1酸浸稀硫酸在常温下浸出,液固比=2∶1,浸出终点pH值为1.5,浸出时间45min。3.2置换常温,加入干净铁屑,加入量为溶液中铜量的1.5倍,搅拌时间30min,取出未反应完的铁屑后过滤得到海绵铜粉。3.3净化净化过程分步进行:第一步,加热至95℃,加入适量的Na2S;第二步,加入氯酸钠,氧化时间60min,并用1%的2,2-联吡啶检测,无红色产生,表明氧化结束,之后加入80g/L的碳酸钠溶液控制溶液的pH值为2.0;第三步,用20%的NaOH溶液调整溶液的pH值为5.5～6.0,加入适量的NaF,搅拌60min;最后过滤,分离净化液和净化渣。3.4硫酸镍的蒸发、结晶在不断搅拌的条件下,向净化液中加入碳酸钠溶液,直至上清液无绿色,控制溶液的pH值为8.0,经过滤、洗涤后得到碱式碳酸镍沉淀。用浓硫酸重新溶解碱式碳酸镍沉淀,控制终点pH值为4.5—5.0,硫酸镍溶液密度1.5g/cm3,经蒸发、结晶得到硫酸镍产品。3.5浸出渣与净化渣的固化处理按浸出渣∶净化渣∶水泥∶砂=2∶1∶7∶2的比例混合搅匀,铸模静置24h使其成为固化体。按国家固体废物浸出液制备标准(GB/T15555.1-1995)的规定,对固化体进行浸出试验,分析浸出液成分,鉴别固化效果。工艺计算以及设备选型4.1调节池的尺寸计算调节池指的是用以调节进、出水流量的构筑物。狭义定义：为了使管渠和构筑物正常工作，不受废水高峰流量或浓度变化的影响，需在废水处理设施之前设置调节池，水量调节池和水质调节池调节池按作用分：均质池，水量缓冲池，均质均量池。一般不连续排水时都要做成有水量缓冲功能的，若有多股水，水质差别较大，尤其是pH这样进生化系统必须调整到正好这样的参数有很大变化时，应考虑均质。无搅动缓冲池--做大--》有一定混合效果的无搅动缓冲池--曝气--》竖向混合很好的均质调节池（适宜在此直接加药调节pH等）--推进器--》横向混合很好的均值调节池。可以看到，我们所需要的均质效果是越来越好的。另外，有一类无动力搅拌的：说白了就是多点进水单点出水的调节池，论坛里有个帖子专门请教此池，谓之对角线调节池。由于多点进一点出，每个进点与出点距离不同，因此出点的水混合的是不同进点的水。进水分点布水，可以采用在一条长距离堰上沿线落下，类似于水解布水的一管一点，可灵活设计，目前也没具体的参数。出水，若是水泵抽出，池子可以兼具水量调节功能，若是出水堰，则只具有水质调节功能。调节池往往很大，但是对于污染物的去除没有直接贡献，显得效益不佳！加上填料，改善生化性，若设计得当还可代替水解池或者预曝气池。唯一的问题，调节池若可调节水量，则水位高低变化不定，小心填料塌垮！本设计中调节池用于酸浸得到酸浸液。因为在本设计中处理量为10t/d，因此每日平均流量为假设本设计中污泥的密度为1kg/，则处理量为，假设每日最大处理量是平均流量的1.2倍，约为，因为酸浸过程液固比为2：1，所以设最大流量时调节池的流量为。则调节池的尺寸为：设调节池地面标高为0.00m，取调节池的有效水深为2.0m，则池面表面积，设调节池采用正方形，则边长为，取边长为25m。4.2斜管沉淀池的尺寸计算斜管沉淀池是指在沉淀区内设有斜管的沉淀池。组装形式有斜管和支管两种。在平流式或竖流式沉淀池的沉淀区内利用倾斜的平行管或平行管道（有时可利用蜂窝填料）分割成一系列浅层沉淀层，被处理的和沉降的沉泥在各沉淀浅层中相互运动并分离。根据其相互运动方向分为逆（异）向流、同向流和侧向流三种不同分离方式。每两块平行斜板间（或平行管内）相当于一个很浅的沉淀池。其优点是：①利用了层流原理，提高了沉淀池的处理能力；②缩短了颗粒沉降距离，从而缩短了沉淀时间；③增加了沉淀池的沉淀面积，从而提高了处理效率。这种类型沉淀池的过流率可达36m3/（m2.h）,比一般沉淀池的处理能力高出7-10倍，是一种新型高效沉淀设备。并已定型用于生产实践。优点：去除率高，停留时间短，占地面积小。浅池理论原理设斜管沉淀池池长为L，池中水平流速为V，颗粒沉速为u0，在理想状态下，L/H=V/u0。可见L与V值不变时，池身越浅，可被去除的悬浮物颗粒越小。若用水平隔板，将H分成3层，每层层深为H/3，在u0与v不变的条件下，只需L/3，就可以将u0的颗粒去除。也即总容积可减少到原来的1/3。如果池长不变，由于池深为H/3，则水平流速可正加的3v，仍能将沉速为u0的颗粒除去，也即处理能力提高3倍。同时将沉淀池分成n层就可以把处理能力提高n倍。这就是20世纪初，哈真（Hazen）提出的浅池理论。在本设计中，有两道工序需要设计沉淀池，在污泥经过酸浸后到达第一个沉淀池时，加入析出粗品铜，然后在净化除杂后，再设置一个沉淀池得到液体的硫酸镍，由4.1可得，每日最大流量，设污水总变化系数，表面负荷所以沉淀池池面水面面积沉淀池边长，所以，取边长a=12m池内停留时间，取斜管上部水深，取斜管长1m则斜板高度，所以污泥部分所需容积的计算中，取污泥容量为1.0，污泥室贮泥周期为1d，则，污泥斗容积，，，污泥斗高度，所以所以沉淀池总高度中。超高为1m，斜板底部缓冲层高度为1m，4.3厢式压滤机厢式自动压滤机是一种间歇性操作的加压过滤设备，适用于各种悬浮液的固液分离，适用范围广、分离效果好、结构简单、操作方便、安全可靠；广泛应用于洗煤、石油、化工、染料、冶金、医药、食品、酒精等领域，也适用于纺织、印染、制药、造纸、皮革、味精等工业废水及城市生活污水处理等各种需进行固液分离的领域。厢式压滤机工作原理是由滤板排列组成滤室（滤板两侧凹进，每两块滤板组合成一厢形滤室）。原理如下：滤板的表面有麻点和凸台，用以支撑滤布。滤板的中心和边角上有通孔，组装后构成完整的通道，能通入悬浮液、洗涤水和引出滤液。滤板两侧各有把手支托在横梁上，由压紧装置压紧滤板。滤板之间的滤布起密封作用。在输料泵的压力作用下，将需要过滤的物料液体送进各滤室，通过过滤介质（根据不同行业选择合适的滤布），将固体和液体分离。在滤布上形成滤渣，直至充满滤室形成滤饼。滤液穿过滤布并沿滤板沟槽流至下方出液孔通道，集中排出。过滤完毕，可通入清洗涤水洗涤滤渣。洗涤后，有时还通入压缩空气，除去剩余的洗涤液。过滤结束后打开压滤机卸除滤饼（滤饼储存在于相邻两个滤板间），清洗滤布，重新压紧板滤开始下一工作循环。在选择厢式压滤机时候，往往并不清楚，到底该选择什么型号的压滤机才能处理每天要处理的污水。下面，粗略介绍——这个方法很大众化，一般的工厂皆适合此法来计算污水处理量与压滤机的选配。本文主要针对我司生产的厢式压滤机，应用在环保行业污泥脱水的选型设计参数阐述（过滤面积的设计计算）。常用计算方法有湿污泥量法、干污泥量法以及悬浮物量法等方法，而在这些设计计算方法当中，湿污泥量法是相对精确及数据来源较好取得，建议优先采用此方法计算过滤面积。在本次设计中，每天需要处理10吨污泥，经过计算，设在沉淀后1、过滤面积标准：按国标生产制造的压滤机的过滤面积每平方等价于15L的固体容积。压滤前：体积V1（M3）、压滤前污水含水率a=97.5%~99.2%（一般经验值）。3、压滤后：体积V2（M3）、压滤后污泥含水率b=75%。4、压滤周期：每天压滤次数t。5、含固量平衡法：V1×（1-a）=V2×（1-b），得出V2=V1×（1-a）/（1-b）。6、过滤面积：=1000×V2/15/t=1000×V1×（1-a）/（1-b）/15/t。则在本次设计中，每天经处理后（到污泥浓缩池）产生湿污泥量V1=12000m³，含水率a=98.0%，，根据物料平衡法，得到拟准备每天对污泥浓缩的污泥处理二十四次，其需选用压滤机的过滤面积=1000×12000×（1-98%）/（1-75%）/15/24=4000㎡， 4.4pH调节池的设计与计算水量调节池和水质调节池调节池，按作用分：均质池，水量缓冲池，均质均量池一般不连续排水时都要做成有水量缓冲功能的，若有多股水，水质差别较大，尤其是pH这样进生化系统必须调整到正好这样的参数有很大变化时，应考虑均质。从单纯的均量到兼有均质，存在中间形式：无搅动缓冲池--做大--》有一定混合效果的无搅动缓冲池--曝气--》竖向混合很好的均质调节池（适宜在此直接加药调节pH等）--推进器--》横向混合很好的均值调节池可以看到，我们所需要的均质效果是越来越好的。另外，有一类无动力搅拌的：说白了就是多点进水单点出水的调节池，论坛里有个帖子专门请教此池，谓之对角线调节池。由于多点进一点出，每个进点与出点距离不同，因此出点的水混合的是不同进点的水。进水分点布水，可以采用在一条长距离堰上沿线落下，类似于水解布水的一管一点，可灵活设计，目前也没具体的参数。出水，若是水泵抽出，池子可以兼具水量调节功能，若是出水堰，则只具有水质调节功能。在本设计中，采用pH调节池，分别置于斜板式沉淀池之后以及净化除杂步骤之前。具体计算如下：V=（Q/T-K*Q/24）*TQ-设计污水量（立方米/day）；T-建筑物排水时间（hr/day）；K-流量调节比（调节池出水流量与日平均流量之比）如某办公楼Q=500立方米/h，,T=10hr/day,k=1.5，则V=(500/10-1.5*500/24)*10=187立方米，相当于停留时间t=187/500/24=9hr。两个pH调节池尺寸一样。4.5加药箱的选型产品介绍：在水处理工程中加药桶主要用于各种药剂的搅拌、溶解、储存，再通过计量泵或水射器将药液投加到各投加点。加药桶外形分为方形和圆形，材质为聚乙烯（PE），通过滚塑技术一次成型，上部预设了计量泵及搅拌机的安装位置，搅拌机、加药桶、计量泵三合一，使用非常方便。提示：加药桶预设的计量泵及搅拌机安装位置，并不完全通用于所有品牌、型号的计量泵及搅拌机，具体安装时需要由客户根据实际情况作出相应调整产品规格：根据实际情况，选择性格为JYT-2000L型号的加药箱，置于调节池和pH调节池之前。4.6絮凝池的设计与选型完成絮凝过程的絮凝池(一般常称反应池)，在净水处理中占有重要的地位。絮凝池，又叫混凝池，就是指污水完成絮凝过程的池子；一般絮凝池后一个池子必然是沉淀池，也有时候絮凝池和沉淀池不分开，叫做絮凝沉淀池。絮凝的过程有：一、通过药剂或机械作用使水中悬浮微粒集聚变大，或形成絮团，从而加快粒子的聚沉，达到固-液分离的目的的现象；二、通过药剂或机械作用使水中原有胶体或溶解的有机物失稳，形成小颗粒，再进一步(加药)形成絮团，形成固相沉降，从而与水相分离的现象。一般来说，絮凝分三个过程：a)凝聚阶段：是药剂注入混凝池与原水快速混凝在极短时间内形成微细矾花的过程，此时水体变得更加浑浊，它要求水流能产生激烈的湍流。b)絮凝阶段：是矾花成长变粗的过程，要求适当的湍流程度和足够的停留时间，至后期可观察到大量矾花聚集缓缓下沉，形成表面清晰层。具体参见更多相关技术文档。c)沉降阶段：它是在沉降池中进行的絮凝物沉降过程，要求水流缓慢。大量的粗大矾花沉积于池底，上层水为澄清水，剩下的粒径小，密度小的矾花一边缓缓下降，一边继续相互碰撞结大，为耗时最长阶段。在混凝剂的作用下，使废水中的胶体和细微悬浮物凝聚成絮凝体，然后予以分离除去的水处理法。混凝沉淀池在水处理中的应用是非常广泛的，它既可以降低原水的浊度、色度等水质的感观指标，又可以去除多种有毒有害污染物。天然水中的悬浮物质及肢体物质的粒径非常细小。为去除这些物质通常借助于混凝的手段，也就是说在原水中加入适当的混凝剂，经过充分混和，使胶体稳定性被坏(脱稳)并与混凝剂水介后的聚合物相吸附，使颗粒具有絮凝性能。而絮凝池的目的就是创造合适的水力条件使这种具有絮凝性能的颗粒在相互接触中聚集，以形成较大的絮凝体(絮粒)。因此，絮凝池设计是否确当，关系到絮凝的效果