毕业设计电镀废水的设计.docx
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毕业设计电镀废水的设计
摘要
电镀是世界三大污染行业之一，随着我国乡镇电镀企业的迅速发展，我国的电镀污染问题日趋严重。
本文首先阐述了我国电镀废水的污染现状以及对人类产生的危害，在对化学处理、离子交换、电解法、生物处理等电镀废水处理方法的分析和比较后，结合乡镇电镀企业要求工艺简单、成本低等特点，决定采用NaHSO4化学还原沉淀法处理该企业的含铬、锌废水。
本工艺是在pH=3.5时用NaHSO4溶液将Cr6+还原为Cr3+，在用NaOH溶液调节pH=8后生成Cr（OH）3和Zn（OH）2沉淀，在添加絮凝剂PAC和PAM后生成的絮体在斜板沉淀池中沉淀，出水经砂滤器过滤后可回用于砂滤器反冲洗水及各种溶液的配制，或者达标排放，而污泥则统一交于专业的环保公司处理。
在设计中采用了较为先进的ORP测定仪、在线pH计和液位计实现反应过程的自动控制。
通过设计计算确定了各构筑物的尺寸以及设备的选型，并对设计和操作管理中的要求进行了说明，最后对电镀废水治理的前景进行了展望。
关键字：
电镀废水；Cr；Zn；化学还原沉淀法
ABSTRACT
Withthespeedydevelopmentofelectroplatingenterpriseintownsinourcountry,electroplatingindustry,asoneofthebiggestpollutionsintheworld,causesthepollutionmoreandmoreseverely.
Inthispaper,describesthepresentsituationoftheelectroplatingeffluentwaterpollutionandthegreatharmitmakestothehumankindhasbeendescribed.Aftertheanalysesandthecomparisonofdifferentwaysfortreatmentofelectroplatingeffluentsuchaschemicaltreatmentprocess、ionexchangeprocess、electrolyticmethodandbiologicalprocess,IdecidetoadopttheNaHSO4reduction-precipitationtotreatthewastewatercontainingCrandZnforthecorporations,consideringthefeaturesofthetownelectroplatingcorporations’demandsofsimpletechniques,lowcosts,etc.ThistechnologyistodeoxidizeCr6+intoCr3+byNaHSO4solutionatthePH=3.5,thenadjustthePHto8withNaOHsolutiontomakeCr（OH）3andZn（OH）2sediment.Theflocculatingconstituent，formedafteraddingtheflocculatingagentPACandPAM,canbedepositedintheslopingplanksettlingtank.Thewaterleftafterfiltratingthroughasankfiltercanberecycledasthebackwashofsankfilterandbeusedinconfectingvarioussolutionsorbedischargedanemissionstandard.and,thesludgecanbesolvedbytheprofessionalenvironmentalprotectingcompanies.ItadoptssomerelativelyadvancedequipmentsuchasmeasuringelementofORP、pHmeterandcontentgaugerealizetheautomataofthereactionprocess.Throughelaboratedesignationandcalculation,thesizeofeachconstructandthetypeelectionoftheequipmenthavebeenascertained.Besides,withexplanationsaboutthedesignationandthedemandsintheoperatingmanagement,itfinallycomestotheprospectofsolvingtheproblemofthewastewaterfromplating.
Keywords:
electroplatingeffluent,Chromium,Zinc,reduction-precipitation
前言
电镀是世界三大污染行业之一，随着我国乡镇电镀企业的迅速发展，我国的电镀污染问题日趋严重。
小型电镀厂往往是区属的乡镇企业,这些电镀厂废水水量都较少,一般日排放量只有几十吨,其污染因子也较少，多数为含铬、锌酸性废水，但其危害很大，治理势在必行。
这些企业多数位于市郊,其技术和经济力量薄弱.对于废水的治理要求是工艺简单，便于掌握和正常运行，而且投资和运行费用当然也要较低。
本设计就是根据上述特点，选择有效的处理方法和流程，处理后的水完全达到国家的排放标准。
第一章电镀废水概况
1.1电镀污染现状
电镀行业是通用性强、使用面广、跨行业、跨部门的重要加工工业和工艺性生产技术。
电镀可以改变金属或非金属制品的表面属性，如抗腐蚀性、外观装饰性、导电性、耐磨性、可焊性等，广泛应用于机械制造工业、轻工业、电子电气工业等，某些特殊功能镀层，还能满足国防尖端技术产品的需要。
由于电镀行业使用了大量强酸、强碱、重金属溶液，甚至包括镉、氰化物、铬酐等有毒有害化学品，在工艺过程中排放了污染环境和危害人类健康的废水、废气和废渣，已成为一个重污染行业。
就我国电镀废水而言,据不完全统计,全国电镀厂点约1万家,职工约有40万人,每年排出的电镀废水约40亿m3。
1999年,全国工业和城市生活废水排放总量为401亿m3,其中工业废水排放量197亿m3。
由此可见,电镀废水的排放量约占废水总排放量的10%,占工业废水排放量的20%。
电镀废水不仅量大,而且对环境造成的污染也严重,因为电镀废水中不仅含有氰化物等剧毒成分,而且含有Cr、Zn、Cu、Ni等自然界不能降解的重金属离子。
除了少部分国有大型企业、三资企业及新建的正规专业电镀厂拥有国际先进水平的工艺设施，大多数中小型企业仍然使用简陋而陈旧的设备，操作方式以手工操作为主。
我国电镀行业存在的主要问题是：
（1）厂点多、规模小，专业化程度低。
特别是乡镇电镀企业的迅速发展，使电镀厂（点）向市郊和农村扩散，给污染控制与环境管理带来了很多的困难，电镀污染问题日趋严重。
（2）装备水平低。
表现在一方面缺少机械装备，以手工操作为主；另一方面是技术装备水平不高，自动化程度低、可靠性差，产品质量不稳定。
（3）管理水平较低，经济效益较差。
（4）电镀污染治理水平低，有效治理率低。
虽然企业都建立了污水处理设施，但仍有少部分企业的设施未能正常运转。
生产废气一般都有排风装置，但大部分企业未对废气进行净化处理。
固体废物和危险废物的管理尚未走入正规轨道。
电镀生产过程中排放大量的有毒有害物质，对环境造成的污染及危害越来越为人们所认识。
（5）经营粗放，原材料利用率低。
经对运行较正常的汽车、摩托车行业电镀线调查表明，镀硬铬的铬酐利用率为38%，而装饰性铬的铬酐利用率仅为10%（国外平均为
24%）。
由此可见，一大部分甚至绝大部分宝贵的原材料流失并变成了污染物。
在清洁生产审计中调查的10条电镀加工线中，平均用水量为0.82t/m2，是国外的10倍。
近年来，国内许多电镀企业从实际出发，积极开发和推广低浓度、低污染的电镀工艺、逆流清洗工艺，发展电镀槽（废）液的净化与回收技术，消除和减少污染。
不少企业还根据国家和地方的规定要求，结合企业自身条件和发展规划，制定电镀污染物的排放指标、镀件漂洗用水定额、漂洗水水质标准等规定和相应的技术措施，并纳入企业的生产计划管理，建立污染治理档案，定期检查与考核，以控制电镀“三废”对环境的污染。
1.2电镀废水的危害
电镀废水就其总量来说，比造纸、印染、化工、农药等的水量小，污染面窄。
但由于电镀厂点分布广，废水中所含高毒物质的种类多，其危害性是很大的。
未经处理达标的电镀废水排入河道、池塘，渗入地下，不但会危害环境，而且会污染饮用水和工业用水。
1.2.1含铬废水的危害
由于镀锌在整个电镀业中约占一半，而镀锌的钝化绝大部分采用铬酸盐，因而钝化产生的含铬废水量很大，镀铬也是电镀中的一个主要镀种，其废水量也不少。
在铜件酸洗、镀铜层的退除、铝件钝化、铝件电化学抛光、铝件氧化后的钝化等作业中也广泛使用铬酸盐。
因此，含铬废水是电镀中的主要废水来源之一。
金属铬几乎是无毒的。
二价铬的化合物，一般认为是无毒的。
其余的铬化合物，当浓度过高时，都不同程度地具有毒性。
六价铬对人体的危害，因进入途径不同，中毒表现也不同。
（1）对人体皮肤的损害六价铬化合物对皮肤有刺激和过敏作用。
在接触铬酸盐、铬酸雾的部位，如手、腕、前臂、颈部等处可能出现皮炎。
六价铬经过切口和擦伤处进入皮肤，会因腐蚀作用而引起铬溃疡（又称铬疮）。
（2）对呼吸系统的损害六价铬对呼吸系统的损害，主要是鼻中隔膜穿孔、咽喉炎和肺炎。
（3）对内脏的损害六价铬经消化道侵入，会造成味觉和嗅觉减退，以至消失。
剂量小时也会腐蚀内脏；引起肠胃功能降低，出现胃痛，甚至肠胃道溃疡，对肝脏还可能造成不良影响。
三价铬是生物所必需的微量元素。
通过动物试验发现三价铬有激活胰岛素的作用，还可以增加对葡萄糖的利用。
国外有人认为三价铬与铝一样，基本上不显示毒性。
三价铬不易被消化道吸收，在皮肤表层与蛋白质结合，三价铬在动物体内的肝、肾、脾和血中不易积累，而在肺内存留量较多，因而对肺有一定损害。
与六价铬相比，三价铬的毒性仅为六价铬的百分之一。
也有报道，三价铬对鱼的毒性比六价铬还大，例如对鲑鱼的起始致死浓度，三价铬（硫酸铬）为1.2mg/l，六价铬（重铬酸钾）为5.2mg/l。
然而对家兔和狗的实验，发现六价铬的毒性较大。
在对含铬废水的处理中，由于三价铬的氢氧化物溶度积较小，易于沉淀除去，因此多数处理方法中，均将六价铬还原为三价铬再除去。
1.2.2含锌废水的危害
锌是人体必需的微量元素之一，正常人每天从食物中摄取锌10~15mg。
肝是锌的储存地，锌与肝内蛋白结合成锌硫蛋白，供给肌体生理反应时所必需的锌。
人体缺锌会出现不少不良症状，误食可溶性锌盐对消化道黏膜有腐蚀作用。
过量的锌会引起急性肠胃炎症状，如恶心、呕吐、腹痛、腹泻，偶尔腹部绞痛，同时伴有头晕、周身乏力。
误食氯化锌会引起腹膜炎，导致休克而死亡。
1.3我国治理电镀废水的发展历程
20世纪50年代末是我国电镀废水治理的起步阶段．60年代至70年代中期才开始引起重视．但仍处于单纯的控制排放阶段。
70年代中期至80年代初，大多数电镀废水都已有了比较有效的处理，离子交换、薄膜蒸发浓缩等工艺在全国范围内推广使用，反渗透、电渗析等工艺已进入工业化使用阶段，废水中贵重物质的回收和水的回收利用技术也有了很大进展。
80年代至90年代开始研究从根本上控制污染的技术，综合防治研究取得了可喜的成果。
上世纪90年代至今．电镀废水治理由工艺改革、回收利用和闭路循环进一步向综合防治方向发展．多元化组合处理同自动控制相结合的资源回用技术成为电镀废水治理的发展主流。
1.4电镀废水发展前景
随着全球可持续发展战略的实施，循环经济和清洁生产技术越来越受到人们关注。
电镀重金属废水治理从末端治理已向清洁生产工艺、物质循环利用、废水回用等综合防治阶段发展。
未来电镀重金属废水治理将突出以下几个方面：
1贯彻循环经济、重视清洁生产技术的开发与应用；提高电镀物质、资源的转化率和循环使用率；从源头上削减重金属污染物的产生量，并采用全过程控制、结合废水综合治理、最终实现废水零排放。
2电镀重金属废水的处理技术很多，其中生物技术是具有较大发展潜力的技术，具有成本低、效益高、不造成二次污染等优点。
随着基因工程、分子生物学等技术的发展和应用，具有高效、耐毒性的菌种不断培育成功，为生物技术的广泛应用提供了有利条件。
对于已经污染的、范围大的外环境，可采用植物修复技术治理，在治污的同时，不仅美化了环境，还可以获得一定的经济效益。
3综合一体化技术是未来电镀废水治理技术的热点。
电镀废水种类繁多，各种电镀工艺差异很大，仅使用一种废水治理方法往往有其局限性，达不到理想的效果。
因此，综合多种治理技术特点的一体化技术应运而生。
4发展闭路循环。
闭路循环是目前处理电镀废水最经济、最有效的方法之一，是电镀废水的处理方向，从而实现电镀漂洗水的基本零排放。
但到目前为止，末槽浓度的控制以及离子交换装置的应用与操作等问题还未得到很好的解决。
5社会化治理。
电镀厂多而且面广，在生产中产生的废渣污泥以及浓废液相对较少，而且又较为分散。
对于这些物质，目前除少数单位综合回收外，大多数直接排放，造成二次污染。
因此，可以考虑一个城市和一个地区集中回收，建立城市和地区性的电镀废渣、废液的回收再生中心，这样，既可以保护环境，又可以变废为宝，同时还能节省投资，降低能耗，提高经济效益。
第二章设计背景
2.1项目概况和意义
小型电镀厂往往是区属的乡镇企业,这些电镀厂废水水量都较少,一般日排放量只有几十吨,其污染因子也较少,多数为含铬、锌酸性废水，但其危害很大,治理势在必行。
这些企业多数位于市郊,其技术和经济力量薄弱.对于废水的治理要求是工艺简单,便于掌握和正常运行,而且投资和运行费用当然也要较低。
本设计就是根据上述特点，选择有效的处理方法和流程，处理后的水完全达到国家的排放标准。
2.2设计条件
1设计水量
每天处理水量90m3，设计的废水水质情况如下表：
表1.1电镀废水水质情况
项目
pH
总Cr（mg/L）
Cr6+（mg/L）
Zn（mg/L）
SS（mg/L）
含量
3.5
30
20
35
100
2设计水质
经处理后废水中浓度SS≤70mg/L,总铬≤1.5mg/L,Cr6+ ≤0.5mg/L，Zn2+ ≤2.0mg/L，出水pH值6-9；
2.3设计原则
严格遵循国家相关法规、规范和标准,确保各项处理水质指标达到相应的国家排放标准；
废水处理装置布置紧凑、流畅，尽量减少占地面积，坚持实用和美观相结合的总布原则；选择工艺简单,采用目前国内成熟、实用的处理工艺；尽量通过优化设计降低工程投资及运转费用，努力实现技术先进与企业财力相适应。
第三章电镀废水处理方法比较
3.1化学处理法
电镀废水的化学处理法是添加化学试剂后，通过化学反应改变废水中污染物的物理和化学性质，使其能从废水中取出并达到国家排放标准的处理方法。
在电镀废水处理中常用的化学处理法有氧化（还原）处理法，中和处理法，凝聚沉淀法等，以及把几种方法组合在一起使用的方法。
化学法处理电镀废水在国内外均已得到广泛的应用，并有较长的使用历史。
国内对化学处理法有较为成熟的设计和运行经验。
它具有操作方便，试剂来源广，适用范围广，能承受大水量和高浓度负荷冲击，效果稳定可靠等优点。
缺点是对处理后产生大量污泥的综合利用还存在一定的问题，因此化学处理法的发展受到了一定的限制，此外，如何提高处理后水的重复利用率和向闭路循环方向的发展，有待进一步开发和研究。
3.1.1含铬废水的处理
1、亚硫酸盐还原法
亚硫酸盐还原处理法也是国内常用的处理含铬废水的方法之一，它主要优点是处理后能达到排放标准，并能回收利用氢氧化铬，设备和操作也较简单，沉渣量少且易于回收，因而应用较广；但亚硫酸盐货源缺乏，国内有些地区不易取得，当铬污泥找不到综合利用出路而存放不妥时，会引起二次污染。
用亚硫酸盐处理电镀废水，主要是在酸性条件下，使废水中的六价铬还原成三价铬，然后调整pH值，使其形成氢氧化铬沉淀而除去，废水得到净化。
常用的亚硫酸盐有亚硫酸氢钠、亚硫酸钠、焦亚硫酸钠。
技术条件与参数：
（1）废水的酸化亚硫酸盐还原六价铬必须在酸性条件下进行。
当pH值≤2.0时，反应可在5min左右进行完毕；当pH值在2.5～3.0时，反应时间在30min左右；当pH值≥3.0时，反应速度很慢。
在实际生产中，一般控制废水pH值在2.5～3.0，反应时间控制在20-30min为宜。
（2）亚硫酸盐投加量表3.1为亚硫酸盐与六价铬的理论投药比与实际投加量的情况。
（3）废水经酸化、还原反应后，加碱调整废水的pH值，使氢氧化铬沉淀，一般控制pH值为7～8，其反应时间为20min。
（4）沉淀剂的选择常用氢氧化钙、碳酸钠、氢氧化钠等均可使三价铬成为氢氧化铬沉淀。
采用石灰，价格便宜，但反应慢，且生成泥渣多，泥渣难以回收。
采用碳酸钠，投料容易，但反应时会产生二氧化碳。
氢氧化钠成本高，但用量少，泥渣纯度高，容易回收。
因此一般采用氢氧化钠作沉淀剂，浓度取20%。
表3.1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
2、铁氧体法
铁氧体沉淀法是在硫酸亚铁处理法的基础上发展起来的一种新型处理方法。
它就是使废水中的各种金属离子形成铁氧体晶粒一起沉淀析出，从而使废水得到净化。
铁氧体处理法主要的优点是硫酸亚铁货源广，价格低，处理设备简单，处理后水能达到排放标准，污泥不会引起二次污染；缺点是试剂投量大，相应产生的污泥量也大，污泥制作铁氧体时的技术条件难控制，需加热耗能较多，处理成本也较高。
铁氧体法处理含铬废水是向废水中投加硫酸亚铁，使废水中的六价铬还原成三价铬，然后投碱调整废水pH值，使废水中的三价铬以及其他重金属离子（以Mn+表示）发生共沉淀现象。
在共沉淀时，溶解于水中的重金属离子进入铁氧体晶体中，生成复合的铁氧体。
采用铁氧体法一般侧重于处理六价铬、镍、铜、锌等重金属离子废水。
3、硫酸亚铁－石灰法
硫酸亚铁是一种强酸弱碱盐，水解后呈酸性。
硫酸亚铁与六价铬发生氧化还原反应，生成三价铬，当用石灰提高PH值至7.5～8.5时，即生成氢氧化铬沉淀。
当pH值>3时，Fe3+即生成大量沉淀，生成的氢氧化铁有凝聚作用，有利于其他沉淀物的沉降。
硫酸亚铁处理含铬废水的运行条件见表3.2。
反应时间为，连续处理时不小于30min；间歇处理时为2～4h。
硫酸亚铁－石灰法处理含铬废水的特点是：
除铬效果好，当使用酸洗废液的硫酸亚铁时，成本较低，处理工艺成熟，但产生的污泥量大，占地面积大，出水色度偏高。
表3.2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
4、钡盐法
钡盐法处理含铬废水是利用固相碳酸钡与废水中的铬酸接触反应，形成溶度积比碳酸钡小的铬酸钡，以此除去废水中的六价铬。
经碳酸钡处理后的废水中含有一定量的残余钡离子，可用石膏（CaSO4•2H2O）进行除钡，生成溶度积更小的硫酸钡。
技术条件和运行参数：
（1）采用钡盐及其投加量：
一般采用碳酸钡，也可采用氯化钡。
碳酸钡不易溶于水，可一次性向反应池中投加较多的碳酸钡，其后陆续补加直至不能使用时全部更新。
其理论投量比为Cr6+∶BaCO3为1∶3.8（质量比），实际采用为1∶（10～15）。
氯化钡易溶于水，反应速度比碳酸钡快，为液相反应，其理论投量比为Cr6+∶BaCl2为1∶4.7（质量比），实际采用为1∶（7～9）。
（2）搅拌和反应：
空气或机械搅拌，反应时间采用碳酸钡时为10～20min，采用氯化钡时为10min左右。
（3）废水的pH值；用碳酸钡为试剂时，反应时废水的pH值一般控制在4～5。
用氯化钡时，反应时废水的pH值一般控制在6.5～7。
钡盐法处理含铬废水的特点为：
方法简单，出水水质好，但货源、沉淀分离以及污泥二次污染问题较大，污泥清除周期较长。
同时，由于钡盐有毒，因此，如采用这种方法时，对调节池、反应沉淀池等地下构筑物应做好防渗漏、防腐蚀等措施，并加强管理，防止由钡引起的污染。
3.1.2含锌废水的处理
1、碱性锌酸盐镀锌废水的处理
锌为两性金属，在碱性条件下，根据pH值的不同存在ZnO22－和Zn（OH）2，当pH值调整到8～10时，主要以Zn（OH）2形式存在。
对含锌废水的处理主要是通过对废水pH的控制，使废水中的Zn2＋与OH－反应生成氢氧化锌沉淀，以沉淀、气浮、过滤等固液分离方式，或投加适量的混凝剂，结合凝聚、共沉等原理，达到去除污染净化废水之目的。
一般挂镀锌清洗废水的含锌浓度为10～30mg/l，pH值=10～12。
镀锌前，酸洗废水中往往由于挂具清洗不干净等原因也会带入锌，其浓度一般为5～20mg/l，含铁量为5～8mg/l，pH值=2～3。
所以处理含锌废水应包括以上两部分清洗废水。
这两种废水的混合处理，不但可处理锌，而且还利用了酸洗废水，中和了含锌废水中的碱，同时其中铁所形成的氢氧化铁，还起到凝聚作用，是十分有利的。
技术条件和参数：
（1）废水进水浓度一般废水含锌浓度不大于50mg/l。
（2）反应时的pH值废水进水的pH值为9～12，反应后最佳pH值为3.5～9.0，可利用酸洗槽的废盐酸来调整pH值。
（3）凝聚剂投加量和混合反应时间凝聚剂可采用碱式氯化铝，投加量为10～15mg/l（以Al计）。
混合反应时间宜采用5～10min。
（4）补充水量在运行过程中，循环水中的含盐量会不断增加，含锌、氯离子会不断积累，为了改善循环水水质，每天应排放累计处理水量的10%～15%的循环水，补入纯水。
2、铵盐镀锌废水的处理
（1）石灰法处理铵盐镀锌废水
当废水pH＝10时，氨三乙酸与锌离子配位的稳定性比钙离子大，而pH＝12时则相反，氨三乙酸与钙离子络合的稳定性比锌离子大，因此，利用这个机理来提高废水pH值，增大钙离子浓度，有利于配位剂与钙离子
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