立方每天重金属含六价铬废水处理设计.docx
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立方每天重金属含六价铬废水处理设计
XXXX学校
课程设计
（水污染控制技术课程设计专周）
系别：
专业：
学生姓名:
学号:
设计题目：
2000m3/d重金属（含Cr6+）废水处理设计
起迄日期:
2011年5月30日~6月3日
指导教师:
目录
目录1
1查阅资料2
1.1废水来源2
1.1.1重金属（含Cr6+）废水主要来源及特点2
1.1.2机械加工重金属废水2
1.1.3矿山冶炼重金属废水3
2进水水质资料3
3设计达到的排放标准及参数3
3.1设计原则3
4国内外处理方法简介及工艺路线的确定3
4.1还原沉淀法3
4.2电解法沉淀过滤4
4.3生物法4
4.4膜分离法4
4.5黄原酸酯法5
4.6光催化法5
4.7槽边循环化学漂洗5
4.8水泥基固化法处理中和废渣5
5废水来源及特性5
6工艺路线选择及确定6
6.1设计原理6
6.1.1二氧化硫还原法处理含铬废水6
6.1.2工艺流程图6
6.2调节池7
6.2.1设计原理7
6.2.2参数选取7
6.2.3工艺尺寸7
6.3反应池8
6.3.1设计原理8
6.3.2参数选取8
6.3.3工艺尺寸9
6.4平流沉淀池9
6.4.1设计原理9
6.4.2参数选取10
6.5中间池11
6.5.1设计原理11
6.5.2工艺尺寸11
6.6砂滤池11
6.6.1设计原理11
6.6.2参数选取11
6.6.3工艺设备11
6.7清水池12
6.7.1设计原理12
6.7.2工艺尺寸12
7结论12
8参考文献12
1查阅资料
1.1废水来源
1.1.1重金属（含Cr6+）废水主要来源及特点
含金属离子的工业废水主要来源于机械加工、矿山开采业、钢铁及有色金属的冶炼以及部分化工企业。
1.1.2机械加工重金属废水
a.酸、碱废水和废液的来源和特性
含酸废水和废液主要来自重型机械厂、电器制造厂、汽车厂、锅炉厂、农机制造厂、标准件厂、工具厂等的酸洗钢材的酸洗车间；另外也有部分来自电器制造厂、电缆厂等的铜件、铝件酸洗以及仪表、电子器材、整流器等制造厂的酸洗不锈钢件工段；其他如硅片制造和某些专业厂的碳化硅、刚玉等的酸洗也排出含酸废水和废液。
这些含酸废水中除含有硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸等外，还含有大量金属离子，如铁、铜、铝及部分添加剂等，根据生产工艺、酸洗、材质、操作条件等不同，其成分差异很大。
一般钢铁件酸洗后的清洗废水中含酸浓度约为0.1~1.5mg/L。
其他还有一些化工性质的机械厂在生产过程中也排出大量含酸废水或废液，但这部分废水或废液的成分比较单一，浓度也较高，比较容易处理或回收。
另外，像工件电镀、印刷线路板等车间排出的含酸废水，成分虽然较复杂，但量较少，一般均在车间出口进行单独处理。
机械加工行业含碱废水和废液的量相对较少，主要来自工件酸洗前的碱洗、中和等工序，一般含有油和油污等，它与酸洗酸洗车间排出的含酸废水混合后，废水一般呈酸性。
其他一部分含酸废水来自通风吸收洗涤塔、洗衣房、乙炔站以及零件清洗机等。
b含铅废水的来源和特性
机械工业含铅废水主要来自于铅蓄电池制造厂，以及铅蓄电池维修站、废电池回收站、电瓶车库等的生产排水，这部分废水往往还带有大量硫酸和机油等。
另外，电镀车间镀铅、电泳涂漆中的染料和烧制铅玻璃等过程中的排水中也都含有少量铅或离子。
铅蓄电池制造厂排出的含铅水主要含有铅粉、铅离子和硫酸。
其中铅粉主要来自蓄电池厂制粉、涂板等车间的淋洗水、洗布水、设备和场地的冲洗水，以及通风处除尘系统的洗涤水等
c电镀废水的来源和特性
电镀是利用化学的方法对金属和非金属表面进行装饰、防及获取某些新的性能的一种工艺过程。
为了保证电镀产品的质量，使金属镀层具有平整光滑的良好外观并与其牢固结合，电镀时必须在镀件表面的附着液清洗干净。
因此，电镀生产过程中必然排出大量废水。
电镀废水的来源一般为：
镀件清洗水;废电镀液；其他废水包括冲刷车间地面、刷洗板极及通风设备冷凝水；由于镀槽渗漏或操作管理不当造成的跑、冒、滴、漏的各种槽液和排水；设备冷却水。
冷却水在使用过程除温度升高以外，一般未受到重金属污染。
电镀废水的水质、水量与电镀生产的工艺条件、生产负荷、操作管理与用水方式等因素有关。
电镀废水的水质复杂，成分不易被控制，其中含有铬、铜、镉、锌、金、银等金属离子和氰化物等毒性较大的物质，有些属于致癌、致畸、致突变的剧毒物质，对人类危害极大。
因此，对于电镀废水必须认真进行回收处理，做到清楚或减少其对环境的污染，以保护环境。
1.1.3矿山冶炼重金属废水
有色金属采选或冶炼排水中含重金属离子成分比较复杂，因大部分有色金属和矿石中有伴生元素存在，所以废水中一般含有汞、镉、砷、铅、铜、锌、氟、氰等。
这些污染成分排放到环境中去只能改变形态或被转移、稀释、积累，却不能降解，因而危害较大。
有色冶金的废水中单位体积中的重金属含量不是很高，但废水量大，向环境排放的绝对量大。
2进水水质资料
项目
水量
pH
含Cr6+量
参数
2000m³/d
3~5
80mg/l左右
3设计达到的排放标准及参数
3.1设计原则
按照国家有关环保治理的设计规范、标准、要求进行设计，确保各种污染物经治理设施处理后达到国家《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中的一级排放标准。
2、主要规范、标准及依据
（1）《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中的一级标准。
3、达到的排放标准
设计的废水排放标准执行《污水综合排放标准》（GB8978-1996）表1及表4中的一级排放标准，即：
项目
Cr6+
总铬
pH
指标
≤0.5mg/L
≤1.5mg/L
6～9
4国内外处理方法简介及工艺路线的确定
4.1还原沉淀法
化学还原法是利用硫酸亚铁、亚硫酸盐、二氧化硫等还原剂，将废水中的六价铬还原为三价铬离子，再加碱调整pH值，使三价铬形成氢氧化铬沉淀除去[9]。
工艺流程图如图：
硫酸
亚硫酸盐NaoH
含铬废水调节池反应槽沉淀槽过滤池排放
污泥
污泥脱水
图1含铬废水化学还原法处理流程图
化学还原法的设备投资和运行费用较低，主要用于间歇处理。
调节池及反应池可分为两格交替使用，搅拌采用机械或水泵搅拌为宜，不宜采用空气搅拌，以免SO2气体外逸扩散而影响环境。
沉淀采用斜板（管）沉淀池，表面负荷取3~4m3/（m2.h），并投加2~5mg/L的高分子絮凝剂PAM。
4.2电解法沉淀过滤
电镀含铬废水首先经过格栅去除较大颗粒的悬浮物后自流至调节池，均衡水量水质，然后由泵提升至电解槽电解，在电解过程中阳极铁板溶解成亚铁离子，在酸性条件下亚铁离子将六价铬离子还原成三价铬离子，同时由于阴极板上析出氢气，使废水pH值逐步上升，最后呈中性。
此时Cr3+、Fe3+都以氢氧化物沉淀析出，电解后的出水首先经过初沉池，然后连续通过（废水自上而下）两级沉淀过滤池。
一级过滤池内有填料：
木炭、焦炭、炉渣；二级过滤池内有填料：
无烟煤、石英砂。
污水中沉淀物由过滤池填料过滤、吸附，出水流入排水检查井。
而后通过泵进入循环水池作为冷却用水。
过滤用的木炭、焦炭、无烟煤、炉渣定期收集在锅炉房掺烧。
4.3生物法
生物法治理含铬废水，国内外都是近年来开始的。
生物法是治理电镀废水的高新生物技术，适用于大、中、小型电镀厂的废水处理，具有重大的实用价值，易于推广。
国内外对SRB菌（硫酸盐还原菌）、SR系列复合功能菌、SR复合能菌、脱硫孤菌、脱色杆菌（Bac.Dechromaticans）、生枝动胶菌（Zoolocaramigera）、酵母菌、含糊假单胞菌、荧光假单胞菌、乳链球菌、阴沟肠杆菌、铬酸盐还原菌等进行研究，从过去的单一菌种到现在多菌种的联合使用，使废水的处理从此走向清洁、无污染的处理道路。
将电镀废水与其它工业废弃物及人类粪便一起混合，用石灰作为凝结剂，然后进行化学—凝结—沉积处理。
研究表明，与活性的淤泥混合的生物处理方法，能除去Cr6+和Cr3+，NO3氧化成NO3-.已用于埃及轻型车辆公司的含铬废水的处理.
生物法处理电镀废水技术，是依靠人工培养的功能菌，它具有静电吸附作用、酶的催化转化作用、络合作用、絮凝作用、包藏共沉淀作用和对pH值的缓冲作用。
该法操作简单，设备安全可靠，排放水用于培菌及其它使用；并且污泥量少，污泥中金属回收利用；实现了清洁生产、无污水和废渣排放。
投资少，能耗低，运行费用少。
4.4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，以达到分离、除去有害组分的目的。
目前，工业上应用的较为成熟的工艺为电渗析、反渗透、超滤、液膜。
别的方法如膜生物反应器、微滤等尚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。
超滤法也是在静压差推动下进行溶质分离的膜过程。
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：
能量转化率高，装置简单，操作容易，易控制、分离效率高。
但投资大，运行费用高，薄膜的寿命短。
主要用于回收附加值高的物质，如金等。
电镀工业漂洗水的回收是电渗析在废液处理方面的主要应用，水和金属离子可达到全部循环利用，整个过程可在高温和更广的pH值条件下运行，且回收液浓度可大大提高，缺点为仅能用于回收离子组分。
液膜法处理含铬废水，离子载体为TBP（磷酸三丁酯），Span80为膜稳定剂，工艺操作方便，设备简单，原料价廉易得。
也有选用非离子载体，如中性胺，常用Alanmine336（三辛胺），用2%Span80作表面活性剂，选用六氯代1，3-丁二烯（19%）和聚丁二烯（74%）的混合物作溶剂，分离过程分为：
萃取、反萃等步骤.近来，微滤也有用于处理含重金属废水，可去除金属电镀等工业废水中有毒的重金属如镉、铬等.
4.5黄原酸酯法
70年代,美国研制成新型不溶重金属离子去除剂ＩＳＸ[14～16],使用方便,水处理费用低。
ＩＳＸ不仅能脱除多种重金属离子,而且在酸性条件下能将Ｃｒ6+还原为Ｃｒ3+,但稳定性差。
不溶性淀粉黄原酸酯[17]脱除铬的效果好,脱除率>99%,残渣稳定,不会引起二次污染。
钟长庚[18,19]等人用稻草代替淀粉制成稻草黄原酸酯,处理含铬废水,铬的脱除率高,很容易达到排放标准。
研究者认为稻草黄原酸酯脱除铬是黄原酸铬盐、氢氧化铬通过沉淀、吸附几种过程共同起作用,但黄原酸铬盐起主要作用。
此法成本低,反应迅速,操作简单,无二次污染。
4.6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催化剂处理水中有机污染物方面已有许多报道。
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,铬的去除率达99%以上。
4.7槽边循环化学漂洗
这一技术由美国ＥＲＧ/Ｌａｎｃｙ公司和英国的ＥｆｆｌｕｅｎｔＴｒｅａｔｍｅｎｔＬａｎｃｙ公司开发,故也叫Ｌａｎｃｙ法。
它是在电镀生产线后设回收槽、化学循环漂洗槽及水循环漂洗槽各一个,处理槽设在车间外面。
镀件在化学循环漂洗槽中经低浓度的还原剂（亚硫酸氢钠或水合肼）漂洗,使90%的带出液被还原,然后镀件进入水漂洗槽,而化学漂洗后的溶液则连续流回处理槽,不断循环。
加碱沉淀系在处理槽中进行,它的排泥周期很长[22]。
广州电器科学研究所开发了分别适用于各种电镀废水的三大类体系的槽边循环化学漂洗处理工艺,水回用率高达95%、具有投药少、污泥少且纯度高等优点。
有时,用槽边循环和车间循环相结合。
4.8水泥基固化法处理中和废渣
对于暂时无法处理的有毒废物,可以采用固化技术,将有害的危险物转变为非危险物的最终处置办法。
这样,可避免废渣的有毒离子在自然条件下再次进入水体或土壤中,造成二次污染。
当然,这样处理后的水泥固化块中的六价铬的浸出率是很低的。
综上所述：
根据题目设计要求，含铬废水2000m³/d，Cr=80mg/l，电镀废水pH一般为4左右，呈酸性，适宜采用亚硫酸盐处理废水。
所以从以上阐述的各个处理方法的实际情况以及经济、技术实用程度、可行性等方面来考虑，选择采用化学法进行间歇处理，同时采用亚硫酸盐还原法将六价铬还原为三价铬。
此外在国外处理含铬废水工艺中化学法约占90%以上，中国各种电镀废水处理工艺中化学法约占40%.
5废水来源及特性
含铬废水主要来源于电镀生产过程中的镀件情况、镀液过滤、废液排放等，废水中主要含三价铬、六价铬以及各种金属离子、酸、碱和各种助剂。
废水流量随生产规模和工艺而异，这些废水主要来自镀件的清洗水、地面及设备的清洗水、由于镀槽渗漏或操作管理不当造成的跑、冒、滴、漏的各种槽液和排水及其他废水。
如果这些废液不加以处理而直接排放，将严重地污染水体，对人民生活、农副业生产和人体健康造成严重危害。
六价铬是很容易被人体吸收的，它可通过消化、呼吸道、皮肤及粘膜侵入人体。
有报道，通过呼吸空气中含有不同浓度的铬酸酐时有不同程度的沙哑、鼻粘膜萎缩，严重时还可使鼻中隔穿孔和支气管扩张等。
经消化道侵入时可引起呕吐、腹疼。
经皮肤侵入时会产生皮炎和湿疹。
危害最大的是长期或短期接触或吸入时有致癌危险。
6工艺路线选择及确定
6.1设计原理
6.1.1二氧化硫还原法处理含铬废水
原理依据如下
S+O2
SO2
SO2+H2O
H2SO3
H2Cr2O7+3H2SO3
Cr2（SO4）3+4H2O3
Cr2（SO4）3+6NaOH
2Cr（OH）3
H2SO3+2NaOH
Na2SO3+2H2O
Na2SO3+
O2
Na2SO4
6.1.2工艺流程图
6.2调节池
6.2.1设计原理
由于电镀废水的水量不稳定，设置调节池的目的是使水质和水量保持相对稳定，有利于后续处理单元的有效运行。
6.2.2参数选取
调节池设计水位不能高于进水管的最高水位，最低水位可按的要求设计，池深一般为2m左右，但实际中选用的调节池还应视实际情况留有余地，通常将计算出的调节池的容积剩以1.1~1.2的系数。
调节池的时间一般取4~8h，因此在此选用6h的调节池。
要注意最后设计要超高0.3~0.5m³。
池形为长方形停留时间6h
6.2.3工艺尺寸
水量：
2000m³/dq=2000/24=83.33m³/h
V=qT=83.33×6=499.98m³
实际设计容量V实际=V×1.1=549.978m³V实际取550m³
有效水深H=5m
横截面积S=V/H=550/5=110㎡池宽B=8m
池长L=S/B=110/8=13.75mL取14m
调节池尺寸长度*宽度*高度=14m*8m*5.5m调节池结构如图：
图2水量调节池结构示意图
6.3反应池
6.3.1设计原理
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，前后两格用又能够底部开口的隔板隔开，反应过程进行机械搅拌。
反应池结构如图：
反应池中根据化学反应的不同加入各种药剂，以实现pH值调节，六价铬的还原以及氢氧化铬的生成过程。
为了促使反应物得充分接触，反应池应设置混合设备。
由于生成的氧化铬絮体不易沉降，在进入沉淀池之前应在反应池中投加絮凝剂帮助絮体增大，以利于后续沉淀单元的处理。
6.3.2参数选取
（1）还原反应
pH值含铬废水一般在3~5，这样在不用调节pH的情况下直接用NaHSO3还原Cr6+为Cr3+，若pH值不适合则投加酸调节。
表1亚硫酸盐与六价铬的投量比
序号
亚硫酸盐种类
投量比（质量比）
理论值
实际使用量
1
Cr（Ⅵ）∶NaHSO3
1∶3
1∶4～5
2
Cr（Ⅵ）∶Na2SO3
1∶3.6
1∶4～5
3
Cr（Ⅵ）∶Na2S2O5
1∶2.74
1∶3.5～4
表2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+∶
FeSO4•7H2O
反应后调节
pH值
通气时间min
备注
1
≤25
＜4
1∶40～1∶50
7～8
搅拌混匀即可
所需压缩空气量为0.2m3/min.m3（废水），压力80～120kPa。
2
25～50
1∶35～1∶40
10～20
3
50～100
1∶25～1∶35
15～30
4
≥100
1∶16～1∶30
15～30
（2）絮凝反应
沉淀Cr（OH）3的最佳pH值为7~9，所以选择pH值为8停留时间30min
6.3.3工艺尺寸
还原反应池有效容积V=500m³水深H=5m超高0.5m长14m宽8m高5.5mL×B×H=14m×8m×5.5m絮凝反应池与还原反应池设计相同，中间用底部开口的隔板隔开。
6.4平流沉淀池
6.4.1设计原理
平流沉淀池利用污水从沉淀池一段流入，按水平方向沿沉淀池长度从另一端流出，污水在沉淀池内水平流动时，污水中的悬浮物在重力作用下沉淀，与污水分离。
沉淀池至少每天徘泥一次，一面污泥板结堵塞排泥管。
沉淀池结构如图：
图平流沉淀池
1—驱动装置；2—刮渣板；3—浮渣槽；4—刮泥板；5—排泥管
6.4.2参数选取
①沉淀部分有效容积500m³
②沉淀池表面积142.9㎡
③沉淀部分有效水深3.5m
④沉淀池宽度5m
⑤沉淀池长度28.58m
⑥已知污水中含有Cr6+浓度为80mg/L，则污泥体积最大为：
Vmax=80×500/1000=40m³
⑦污泥斗容积：
污泥斗设在沉淀池的进水端，采用重力排泥，排泥管伸入污泥斗底部，为防止污泥斗底部积泥，污泥斗底部尺寸一般小于0.5m，污泥斗倾角大于60°
V污泥斗=V=h4（a2+a12+aa1）/3
式中V—污泥斗容积（m3）；
a—沉淀池污泥斗上口边长（m）；取5
a1—沉淀池污泥斗下口边长（m），一般采用0.4~0.5m；这里取0.4
h4—污泥斗高度（m）。
h4=
tanα（B－0.4）/2=4mα取60度
V=h4（a2+a12+aa1）/3=36.21m³＜40m³所以设两个污泥斗
沉淀池总高为H=h1+h2+h3+h4
h1—沉淀池超高（m），一般采用0.3~0.5；
h2—沉淀区高度（m）
h3—缓冲层高度（m），一般采用0.3m；
h4—污泥部分高度（m）
H=0.3＋3.5＋0.3＋4=8.1（m）
设流入口距挡板0.5m，流出口距挡板0.5m，则沉淀池总长
L=0.5＋0.3＋28.58=29.38（m）
6.5中间池
6.5.1设计原理
中间水池的作用为沉淀池出水储池，同时用作过滤器水泵集水池。
6.5.2工艺尺寸
有效容积500m³
尺寸L×B×H=14m×8m×5m
6.6砂滤池
6.6.1设计原理
砂滤器的作用是去除沉淀单元未能有效去除的微小絮体，进一步降低处理废水重金属离子浓度，保证达标排放或回用要求。
一般可采用PE微孔管过滤、重力式过滤或压力式过滤。
PE微孔过滤精度高，经过滤出水浊度可低于0.5mg/L，但微孔管容易堵塞，需经常反冲洗和定期酸洗，每3年应更换一次。
重力式过滤和压力式过滤操作简单方便，但过滤精度不及PE管，出水浊度在1～1.5mg/L。
压力式过滤在中小规模工业废水处理中使用较多。
选用砂滤器，石英砂单层滤料。
6.6.2参数选取
滤层厚度h2.0m
承托层厚h´900mm,分4层
正常滤速v8m/h
强制滤速v´16m/h
工作周期T1h
反冲强度15L/（m2·s）
反冲时间5min
反冲洗水处理后水
6.6.3工艺设备
①滤池总面积：
式中F—滤池总面积（m2）;
Q—设计水量（m3/d）;
v—设计滤速（m/h）,石英砂单层滤料一般采用8~10m/h，
双层滤料一般采用10~14m/h;
T—滤池每日的实际工作时间（h）；
设计中选用单层滤料石英滤池，取v=8m/h：
②滤池直径D
取D=9m
校核流速
符合要求（5-10m/h）
③两台二次提升泵（1台使用，1台备用）
6.7清水池
6.7.1设计原理
用于储存过滤后的净化水，调解处理与回用之间的平衡。
对处理后的污水指标进行监测，同时调节pH值，使其达到排放标准。
一旦废水中金属离子含量达不到处理要求，用泵打回调节池重新处理。
6.7.2工艺尺寸
有效容积500m³
尺寸L×B×H=14m×8m×5m
7结论
通过以上处理工艺处理含铬废水，出水水质达到国家《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中的一级排放标准，说明此工艺可行。
8参考文献
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