吨天电镀污泥干化及熔炼处理工艺设计最终版.docx
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吨天电镀污泥干化及熔炼处理工艺设计最终版
设计总说明
电镀污泥中的铜、镍、银等重金属氢氧化物不稳定,随意堆放时在雨水的淋溶作用会渗漏到土壤中污染环境,并通过生物链危害人类健康。
但电镀污泥中所含的重金属都是不可再生资源,不对其进行回收意味着重大的浪费.
本设计要求处理180吨/天的电镀污泥,原污泥为经过脱水处理的含水率约75%的湿污泥。
针对电镀污泥的特点和废物资源化利用的要求,结合国内处理电镀污泥的成功经验,决定选用先干化后熔炼的处理工艺.虽然该工艺设备投资成本较高,但其对重金属回收率高,处理流程短,炉渣可回收利用,可实现资源的综合利用.
设计基本工艺流程为:
储泥室→回转烘干机→制砖机→熔炼炉→粗金属、炉渣、煤灰等回收。
本设计所用的主要设备有回转烘干机、砌块成型机、密封式熔炼炉、脉冲布袋收尘器、脱硫塔、活性炭吸附塔等.设计工艺总投资为417.64万元。
关键词:
电镀污泥,干化,熔炼,重金属,回收
ﻬDesign illuminate
Copper,nickel,silverandothermetalhydroxidesinelectroplating sludgeisnotstable, ifpiledup atrandom atleachingbythe rain。
its can leakintothesoilandpollute the environment, andharmhumanhealththrough thefoodchain. Buttheheavymetalsinelectroplatingsludgeare nonrenewableresources,notto recoverymeans huge waste.
Inthisdesign,projectsrequiredtotreat 180tons/dayelectroplating sludge。
Moisturecontentoftheoriginalsludge,which has been pressedbytheframefilter,isapproximately 75%.Aimingatthe characteristicofelectroplatingsludge,andinthe lightof thesuccessfulexperienceofexternaltreatmentofelectroplatingand mature technologyofinternal treatmentofthat,weselectdryingandsmelttechnology。
Althoughthisprocessequipmentinvestmentcost much,butithavethehighrecoveryrateofthe heavymetal,theshort process,andtheslagcanbeRecyclable.
Basic processis:
Storedmudroom→ Rotarydryer→brickmachine→smelt→Ashandotherrecycled.
Themain equipmentusedinthedesignisRotaryDryer, smelter, blockmakingmachine,Pulsebagfilter,desulfurization tower,activatedcarbonadsorptiontowerandso on。
The totalinvestmentis 4176400yuan.
Keywords:
electroplating sludge,mummification,smelt,heavymetal,recycle
1、概述1
1。
1设计名称ﻩ1
1.2设计要求ﻩ1
1.3处理处置的一般要求ﻩ1
1.4项目意义ﻩ2
2、设计背景ﻩ3
2.1电镀污泥的特点ﻩ3
2.2电镀污泥处理处置现状3
2.3电镀污泥处理与处置方法4
2.3。
1固化剂固化ﻩ4
2.3。
2填埋5
2.3.3焚烧热处理ﻩ5
2。
4电镀重金属污泥的资源化综合利用5
2。
5。
1回收重金属6
2.5.2生产改性塑料制品9
3、设计范围、依据及原则ﻩ10
3.1设计范围ﻩ10
3.2设计依据ﻩ10
3.2.1国家法律、法规及政策10
3.2.2地方法规及政策ﻩ11
3.2.3技术规范和行业标准ﻩ11
3。
3设计原则ﻩ12
4、设计内容ﻩ13
4。
1工艺流程及说明13
4.2干化工艺ﻩ15
4.2.1干化过程ﻩ15
4.2。
3加热方式15
4.2.4污泥干化的热源16
4。
2。
6干化设备ﻩ17
4.2.7选型计算17
4。
3制砖工艺ﻩ21
4.4熔炼工艺22
4.4。
1工艺计算23
4。
4。
2进气量计算ﻩ26
4。
4.3出气量计算ﻩ27
4.5除尘系统27
4。
5.1重力沉降室设计计算27
4.5.2U型管式冷却器选择ﻩ29
4.5.3除尘器设计计算ﻩ29
4.6污染气体处理系统ﻩ32
4.6。
1双碱法脱硫32
4.6.2活性炭吸附法脱氮34
4.7灰渣处理系统ﻩ35
4。
8功能区布置35
5、工艺成本概算ﻩ37
5。
1土建及设备投资概算ﻩ37
5.2设备安装调试费用ﻩ38
结论39
参考文献40
致谢ﻩ41
1、概述
1。
1设计名称
180吨/天电镀污泥干化及熔炼处理工艺设计.
1.2设计要求
某电镀污泥处理中心建设内容为:
(1)一套电镀污泥烘干系统,用于对进厂电镀污泥进行干化,处理能力为180吨/天(进厂湿污泥,含水率约75%左右);
(2)一套制砖设备,用于将干化后的电镀污泥制成砖状;
(3)一套鼓风熔炼设备,用于熔炼干化后的电镀污泥(干污泥,含水率约20%).
选择合适的工艺流程,计算各处理构筑物的主要参数,选定主要设备的型号及处理能力,并绘出总平面布置图、工艺流程图、空气管道布置图、烘干设备剖面图,对辅助构筑物进行布置和设计,给出整个工程的投资概算。
1.3处理处置的一般要求
污泥处理、处置应实施全过程管理,并体现“减量化、稳定化、无害化”的原则,在坚持“安全、环保”的原则下,实现污泥的综合利用,回收和利用污泥的能源和物质。
污泥处理工艺的选择应优先选择污泥源头削减、污泥稳定化和能源回收等污泥处理工艺,降低总体运行费用和能耗,减轻末端污泥处置的负荷,缓解污泥在处理和处置过程所带来的环境污染问题。
污泥处理和处置技术的选择遵循因地制宜的原则,应首先根据电镀污泥的性质和特点、当前的处理水平和污泥处理厂技术情况、消纳途径和消纳能力等实际情况,确定最佳的污泥最终处置或综合利用方式,然后经严格的技术经济论证和环境影响评价,选用合理的处理、处置工艺。
应依据环境保护规划、固体废弃物处理处置规划的要求,对污泥进行区域性规划和专项规划,合理确定污泥处理和处置设施的布局和设计规模,确保污泥的最终安全处置。
污泥应以最终安全处置为目标,鼓励多种形式的综合利用和处置,鼓励以政府采购为主导的污泥土地利用,限制性的采用填埋和农业利用技术。
在土地资源紧张且经济较为发达的地区,可选用干化、熔炼技术,污泥熔炼灰渣应优先考虑综合利用[1]。
1。
4项目意义
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.将着污泥一土壤/水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。
本项目投运后可最大限度解决电镀污泥污染问题,并真正做到污泥减量化、稳定化、无害化、资源化处置.
ﻬ2、设计背景
电镀污泥是指电镀行业中废水处理后产生的含重金属污泥废弃物,被列入国家危险废物名单。
作为电镀废水的“终态物”,虽然其量比废水要少得多,但是由于废水中的Cu、Ni、Cr、Zn、Fe等重金属都转移到污泥中,从某种意义上说,电镀重金属污泥对环境的危害要比电镀废水严重.如果对这种危害性极大的电镀污泥不作任何处置,其对生态环境的破坏是不言而喻的,另一方面,如果对电镀污泥中品位极高的重金属物质不加以回收利意味着资源的巨大浪费。
目前,由于我国电镀行业存在厂点多、规模小、装备水平低及污染治理水平低等诸多问题,大部分电镀污泥仍只是进行简单的土地填埋,甚至随意堆放,对环境造成了严重污染。
因此,对电镀重金属污泥进行无害化处置和资源化综合利用势在必行.
2.1电镀污泥的特点
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[2].
2.2电镀污泥处理处置现状
电镀污泥可以分为分质污泥和混合污泥两大类,不同类型的污泥采用不同的方法加以处理和利用.国外对有价值的分质电镀污泥一般是送交冶炼金属,如铬污泥、镍污泥用于炼不锈钢,铜污泥用于炼铜等。
而对于混合污泥多采用固化处理,如经水泥固化并经浸渍检验合格后安全填埋.日本、美国、西欧等国家对污泥处理的专业化程度很高,都设有专门的污泥处理工厂,负责本地区的电镀污泥处理。
国内处理电镀污泥侧重于含铬分质污泥的综合利用研究。
近年来对混合污泥也开始研究其处理和应用技术,并逐渐走上了专业化处理的道路。
2.3电镀污泥处理与处置方法
污泥无害化是一个非常广泛的概念,实际上现在还做不到对污泥无害化处理。
如现代技术还无法将污泥中的重金属完全去除。
但是从狭义上讲,污泥无害化处理可以理解为减量、去除、分解或者固定污泥中的有害物质及消毒灭菌,以减轻处理后的污泥在污泥最终处置中对环境造成的危害。
狭义上的污泥无害化处理过程。
往往包括在稳定处理之中。
如厌氧和好氧消化除了降解有机物外,还可以大大减少病原体的数量。
脱水前的石灰调理、热工调理、巴氏灭菌或者长期储存可使污泥消毒,在污泥固态好氧发酵中.通过腐质酸等可以与污泥中离子态重金属发生反应,从而钝化重金属的危害。
污泥处理与处置的无害化技术是实现污泥资源化利用的前提条件。
中国在2001年12月17日发布的《危险废物污染防治技术政策》(环发[2001]199号)中,要求到2015年,所有城市的危险废物基本实现环境无害化处理处置.现行电镀污泥无害化处理方法有:
2.3.1固化剂固化
在危险固体废物诸多处理手段中,固化技术是危险废物处理中的一项重要技术,在区域性集中管理系统中占有重要地位。
和其他处理方法相比,它具有固化材料易得、处理效果好、成本低的优势。
固化过程是利用添加剂改变废物的工程特性(例如渗透性、可压缩性和强度等)的过程。
近年来,美国、日本及欧洲一些国家对有毒固体废物普遍采用固化处置技术,并认为这是一种将危险物转变为非危险物的最终处置方法,所采用的固化材料有水泥、石灰、玻璃和热塑料物质等.其中,水泥固化是国内外最常用的固化技术,在美国被认为是一种很有前途的技术,它被证明对一些重金属的固定是非常有效的。
美国国家环保局也确认它对消除一些特种工厂所产生的污泥有较好的效果。
2。
3.2填埋
从经济、技术、废物现状来看,填埋技术是比较适合中国国情的一项危险废物无害化处置途径,但国内针对电镀污泥这一类危险废物的填埋技术仍处于较低的水平。
由于对大多数工业危险废物只是简单的堆放或填埋,因此,对环境的破坏相当严重,特别是对地下水的污染问题十分突出.但技术的障碍是有限期的,在目前和不久的将来,填埋仍然是必要的。
特别强调的是危险废物的安全填埋,即在填埋前必须进行预处理使其稳定化,以减少因毒性或可溶性造成的潜在危险。
近年来,国家逐步提高了对电镀污泥等危险废物的管理和处置力度。
1995年,在广东深圳建成了第一座符合国际标准的危险废物填埋场,2001年,国家颁布了《危险废物填埋污染控制标准》(GB18598-2001),这对电镀污泥真正实现无害化处置打下了良好的基础.
2。
3.3焚烧热处理
污泥焚烧是利用高温将污泥中的有机物彻底氧化分解,最大程度地使污泥中的某些剧毒成分毒性降低。
通过焚烧热处理,可以大大减少电镀污泥的体积,降低对环境的危害。
此外,焚烧的产物还有利用价值,如灰渣可用于制砖、铺路或他用,焚烧产生的热量可用于发电。
因此,焚烧热处理是实现电镀污泥减量化、无害化的一种快捷、有效的技术。
近年一些学者在焚烧减容的基础上,对焚烧渣的资源化利用进行了广泛的研究,廖昌华等[3]以含低浓度Cu、Ni的电镀重金属污泥为研究对象,在适宜的温度下,通过焚烧预处理,使污泥中的重金属含量提高,从而为最终浸出有价金属制取海绵铜和硫酸镍产品创造了条件。
但是,由于这种方法能耗较高,对焚烧设备和条件有一定要求,一般的小电镀厂难以承受巨额的处理费用,所以很难得到大面积的推广.
2。
4电镀重金属污泥的资源化综合利用
由于资源贫化和环境污染的加剧,电镀污泥作为一种重要的重金属资源加以回收利用,一直是国内外研究的重点.工业化国家上世纪70-80年代已普遍重视从电镀污泥中回收重金属的新技术开发。
中国在“七五"和“八五”期间也专门设立了关于电镀污泥资源化的攻关课题.作为一种廉价的二次资源,只要采用适当的处理方法,电镀污泥便能变废为宝,带来可观的经济效益和环境效益.随着经济与社会的快速发展,电镀污泥的资源化利用将逐渐成为前景广阔的绿色产业.
2。
4.1回收重金属
1、浸出一沉淀法
对电镀污泥进行选择性浸出,使其中的重金属分组溶出,这是回收重金属的关键一步,也是决定后续金属回收率的关键所在.金属的浸出溶解主要有酸浸和氨浸两种工艺。
目前国际上偏向于采用选择性相对较好的氨浸。
由于沉淀法分离回收浸出液中的重金属,工艺简单,应用较为广泛.捷克的研究者[4]提出了一种处理镍电镀污泥的多级沉淀工艺,并在实验室进行了研究.该技术包括污泥酸浸、多种沉淀方法净化硫酸盐浸出液,使共存于镍电镀污泥中的杂质,如Fe、Zn、Cu、Cr、Cd、Al等被脱除,最后一级沉淀中镍以氢氧化物的形式从净化溶液中分离出来。
镍的最终沉淀物达到的纯度足以在冶金工业中直接再利用。
毛谙章等[5]研究了硫化物沉淀分离提纯、氯酸钠硫酸体系浸出回收铜的工艺路线,铜的总回收率达到94.5%。
陈凡植等研究采用常温下浸出、铁屑置换、多步沉淀净化制取硫酸镍和固化处理工艺综合利用电镀污泥,得到的海绵状铜粉,品位在90%以上,回收率达95%,还可以得到工业纯的硫酸镍,镍的回收率大于80%.
2、浸出一溶剂萃取法
电镀污泥的溶剂萃取法,是在浸出液中加入与水互补相容的有机溶剂,或含有萃取剂的有机溶剂,通过传质过程,使污泥中的某些重金属物质进入有机相,从而达到分离浓集的目的,也称液一液萃取法。
20世纪70年代,瑞典国家技术发展委员会支持Chalmers大学开发了Am-MAR“浸出一溶剂萃取”工艺回收电镀污泥中的Cu、Zn、Ni等重金属物质,并逐步形成工业规模。
葡萄牙的J·E·Silva等[6]对含有Cu、Cr、Zn、Ni等重金属的电镀污泥,采用硫酸浸出一置换除铜一沉淀除铬一D2EHPA和Cyancx272萃取分离锌、镍一结晶的工艺进行了研究.结果显示,D2EHPA对锌的萃取率要比Cyancx272高,且存在于有机相中的锌能全部被回收,经过结晶后,能得到纯度相当高的硫酸镍产品。
在铜、铬的去除阶段,铜的回收率达90%,产生的Cr—CaCO3,沉淀,有可能制作硅酸盐材料。
3、电解法
根据物理化学中的电解基本原理,在国内一些冶炼厂对主要含Fe(OH)3和Cr(OH)组分的污泥进行了电解法处理,其中武汉冶炼厂的方法值得借鉴。
他们将一定量的水和硫酸加入到污泥中,沸腾后静止30min,过滤后的滤液移至冷冻槽,然后加入理论量1~2.5倍的硫酸铵,使生成硫酸铬和硫酸铁转变为铁矾,根据铬矾和铁矾在低温(75℃)条件下溶解度的不同而达到铬、铁的分离,最后,可回收90%以上的铬。
4、氢还原分离法
氢还原分离金属物质是种较成熟的技术。
上世纪50年代以来,在工业上用氢气还原生产铜、镍和钴等金属,取得了显著的经济效益和社会效益。
采用湿法氢还原对电镀污泥氨浸产物中的Cu、Ni、Zn等有价金属进行了综合回收处理,成功地分离出金属铜粉和镍粉。
实验结果表明,在弱酸性硫酸铵溶液中,可以获得较好的铜镍分离效果.所得两种金属粉末的纯度可达到99.5%,符合3铜粉和3镍粉的产品要求,铜的回收率达到99%,镍的回收率达到98%以上。
并且在此基础上,对还原尾液中的锌进行了回收。
该法流程简单,投资少,产品纯度高,值得在工业生产中进一步改进推广.
5、煅烧酸溶法
JitkaJandova等[7]通过实验研究发现,对含铜电镀污泥进行酸溶、煅烧、再酸溶,最后以铜盐的形式回收,是一种简便可行的方法.在高温煅烧过程中,大部分杂质,如Fe、Zn、Al、Ni、si等转变成溶解缓慢的氧化物,从而使铜在接下来的过程中得以分离,最终以Cu4(SO4)6H20的形式回收.这种方法流程简单,不需要添加别的试剂,具有较强的经济性和简便性.但回收得到的铜盐含杂质较多,工艺有待进一步优化。
6、高温还原工艺
以含铜污泥为例:
制砖后的含铜固体废物送人熔炼炉,加入焦炭与造渣剂石英石和石灰石,焦炭燃烧放出的热量足以使炉料熔化,并使熔体过热,同时形成一定的还原气氛,使铜及其它金属氧化物还原,得到铜含量大于81%的粗铜与铜含量约为40%的冰铜。
具体反应过程为:
在高温作用下,高温还原物料中的铜发生氧化,形成Cu2O,由于铜对硫的亲和力大于铁对硫的亲和力,所以在高温还原过程中,产出的Cu2O被炉料中的FeS硫化成Cu2S。
还原过程中产生的FeO将与炉料中的SiO2及CaO等造渣物质形成炉渣,含铜率小于0.4%。
由于冰铜与炉渣实际上不相互溶解,并且两者比重相差较大,从而可较好地分离,从而得到冰铜产品。
2.4。
2生产改性塑料制品
电镀污泥与废塑料联合生产改性塑料制品是国内一项独创的新技术,由上海多家科研单位联合开发。
其基本原理是采用塑料固化的方法,将电镀污泥作为填充料,与废塑料在适当的温度下混炼,并经压制或注塑、成型等过程,制成改性塑料制品.电镀污泥在专用TGZS300型高湿物料干燥机中经400—600℃高温干燥后,重金属基本达到稳定,浸出试验符合国家标准。
研究表明,未经改性的电镀污泥与塑料之间属物理混合,故属包裹型固化.但是,经用表面活性剂(如油酸钠)改性处理后,经X射线粉末衍射图谱分析表明,具有显著的化学作用,提高了污泥的疏水性,接触角达100。
左右,因此可以推断与塑料有较好的相容性,充填均匀,机械性能将有所改善。
该工艺生产的塑料制品(包含改性、干化后的电镀污泥),通过浸出试验表明,重金属的浸出率和塑料制品的机械强度都能达到规定指标。
电镀污泥与废塑料联合生产改性塑料制品,既解决了废料的安全处置,又充分利用了废物资源,是变废为宝,综合利用,实现废物资源化的重要途径,具有良好的社会和环境效益。
ﻬ3、设计范围、依据及原则
3.1设计范围
选择合适的工艺流程,计算各处理构筑物的主要参数,选定主要设备的型号及处理能力,并绘出总平面布置图、工艺流程图、空气管道布置图、烘干及焚烧设备剖面图,对辅助构筑物进行布置和设计,给出整个工程的投资概算。
3.2设计依据
3.2。
1国家法律、法规及政策
(1)《中华人民共和国环境保护法》(1989。
12.26);
(2)《中华人民共和国节约能源法》(2008。
4.1);
(3)《中华人民共和国可再生能源法》(2006.1。
1);
(4)《中华人民共和国城市规划法》(1990.4.1);
(5)《中华人民共和国土地管理法》(1998。
8。
29);
(6)《中华人民共和国大气污染防治法》(2000。
4);
(7)《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》(2005.4.1);
(8)《中华人民共和国环境噪声污染防治法》(1996。
10);
(9)《全国生态环境保护纲要》,国务院国发[2000]38号,(2000.11.26);
(10)《建设项目环境保护管理条例》,国务院第253号令,(1998.11);
(11)《建设项目环境保护设计规定》(1987。
3.20);
(12)《关于落实科学发展观加强环境保护的决定》,国发〔2005〕39号;
(13)《产业结构调整指导目录》,国家发展和改革委员会第40号令,(2005.12);
(14)《国家危险废物名录》(2008.8。
1);
(15)《危险废物转移联单管理办法》(国家环保总局令第5号),(1999.10.1);
(16)《危险废物污染防治技术政策》(环发[2003]199号);
(17)《关于核定建设项目主要污染物排放总量控制指标有关问题的通知》(国家环保总局,环办[2003]25号)。
3.2.2地方法规及政策
(1)《广东省建设项目环境保护管理条例》,广东省人大常委会(2004。
7.29第二次修改;
(2)《广东省环境保护条例》(2005.1。
1);
(3)《广东省乡镇企业环境保护管理办法》,粤府[1994]12号;
(4)《广东省环境保护规划纲要(2006-2020年)》(2006);
(5)《广东省固体废物污染环境防治条例》(2004。
5。
1);
(6)《广东省排放污染物许可证管理办法》(2001.7);
(7)《关于加强固体废物监督管理工作的意见》,粤环〔2006〕114号,(2006。
12。
27);
(8)《关于进一步明确危险废物管理有关问题的通知》,粤环〔2007〕79号,2007年9月27日;
(9)《广东省固体废物污染防治规划(2001-2010)》,粤环[2003]54号;
(10)《关于进一步明确固体废物环境管理有关问题的通知》,粤环〔2008〕117号,(2008.8。
25);
(11)《广东省严控废物处理行政许可实施办法》(2009。
5.1);
(12)《广东省环境保护规划》(2005.3);
(13)《广东省产业结构调整指导目录》(2007年本)粤发改产业【2008】334号。
3。
2。
3技术规范和行业标准
(1)《电镀污染物排放标准》(GB21900-2008);
(2)《电镀行业清洁生产评价指标体系(试行)》;
(3)《清洁生产标准电镀行业》(HJT314-2006);
(4)《环境风险评价技术导则》(HJ/T169-2004);
(5)《危险废物污染防治技术政策》环发[2001]199号。
3.3设计原则
(1)贯彻执行国家工程建设与城市的发展相协调,既保护环境,