離子交換法處理電鍍含鉻廢水的工藝設(shè)計

1、Key words:某表面處理車間離子交換法處理電鍍含鉻廢水工藝設(shè)計 摘要 本設(shè)計以電鍍含鉻廢水為對象，設(shè)計處理能力為120m3/d，主要去除廢水中的 Cr(VI) 。本設(shè)計的核心工藝選擇離子交換法來處理電鍍含鉻廢水。出水水質(zhì)達(dá)到污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB21900-2008) 規(guī)定的一級標(biāo)準(zhǔn)。該工藝能夠有效地去除電鍍廢水中的Cr(VI) ，同時實現(xiàn)鉻酸的回收。 關(guān)鍵詞 離子交換樹脂；電鍍含鉻廢水；再生Surface treatment workshop ion exchange method totreat chromium containing wastewater process desig

2、nSun Wenyue(Grade10, Class1, Major Environmental engineering ,College of Chemical and Environmental Science,Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723001, Shaanxi)Tutor: Tang BoAbstract: The design is an object with electroplating wastewater containing chromium, design processing capacity of 120

3、m3/d, mainly to remove Cr (VI) in the waste water. The core of the design process select ion exchange method to dealwith the electroplating wastewater containing chromium. Effluent water quality meet the integrated wastewater discharge standard (GB21900-2008) the prescribed standards for level 1. Th

4、e process can effectively remove Cr (VI) in electroplating waste water, at the same time realize the chromic acid recycling.ion exchange resin; waste water containing Cr (VI) ;regeneration第1頁共29頁目錄1 概述.51.1電鍍鉻工業(yè)的發(fā)展 .51.2六價鉻電鍍廢水的危害 .51.3國內(nèi)外電鍍含鉻廢水的治理狀況 .51.3.1國內(nèi)電鍍含鉻廢水的治理狀況 .51.3.2國外電鍍含鉻廢水的治理狀況 .51.4常用

5、電鍍含鉻廢水處理技術(shù) .61.4.1物理方法 .61.4.2化學(xué)方法 .71.4.3物理化學(xué)方法 .81.4.4生物處理方法 .92 設(shè)計資料 .102.1設(shè)計任務(wù)及依據(jù) .102.1.1設(shè)計任務(wù) .102.1.2設(shè)計依據(jù) .102.1.3設(shè)計原則 .102.2設(shè)計基礎(chǔ)資料 .102.2.1設(shè)計規(guī)模及設(shè)計水質(zhì) .102.2.2處理要求 .103 電鍍含鉻廢水的處理方案和工藝流程.113.1廢水來源 .11第2頁共29頁3.2電鍍含鉻廢水主要成分 .113.3工藝比較分析 .113.3.1亞硫酸鹽還原處理技術(shù) .113.3.2硫酸亞鐵石灰處理技術(shù) .113.3.3微電解處理技術(shù) .123.3.4

6、離子交換技術(shù) .123.4基本原理 .133.5處理流程 .143.5.1處理流程的選擇 .144 相關(guān)構(gòu)筑物計算 .174.1廢水的預(yù)處理 .174.1.1調(diào)節(jié)池 .174.1.2過濾柱 .184.2離子交換除鉻系統(tǒng) .184.2.1除鉻陰柱 .194.2.2除酸陰柱 .204.2.3酸性陽柱 .204.2.4脫鈉柱 .214.3附屬構(gòu)筑物計算 .214.3.1貯酸槽 .214.3.2配酸槽 .214.3.3堿液貯槽（配堿槽） .22第3頁共29頁4.3.4堿復(fù)用槽 .224.3.5高位配槽、堿槽、和復(fù)用堿槽 .224.3.6 H 2CrO4 貯槽和 Na2CrO4 貯槽 .224.3.7純

7、水低位貯槽 .224.3.8純水高位配槽 .225 水力計算.225.1廢水輸送管道與調(diào)節(jié)池提升泵 .225.2石英砂過濾柱反沖洗 .235.2.1參數(shù)選取 .235.2.2水力計算 .235.3淋洗.245.4 酸液提升管道與泵 .245.5堿液提升管道與泵 .245.6 Na 2CrO4 液提升管道與泵 . .246 經(jīng)濟(jì)預(yù)算.257 交換柱等設(shè)備的材質(zhì)選擇和防腐措施.258 操作管理注意事項 .268.1操作管理注意事項 .268.2樹脂管理的注意事項 .26總結(jié)與體會.27參考文獻(xiàn) .28致謝 .29第4頁共29頁1 概述1.1電鍍鉻工業(yè)的發(fā)展六價鉻電鍍是電鍍行業(yè)中應(yīng)用最廣泛的三大鍍種

8、之一，量大面廣，在電鍍工業(yè)中占有極其重要的地位。六價鉻鍍層外觀優(yōu)美、硬度高（硬度為 800-1000HV ，幾乎是所有鍍層中最硬的鍍層） 、耐蝕、耐磨性好，具有高穩(wěn)定性和高反光性。六價鉻鍍層不僅用于裝飾性鍍層，而且大量用于功能性鍍層以及工件的修復(fù)等，微裂紋鉻層還可以作為潤滑鍍層。功能電鍍硬鉻的工件包括液壓汽缸和柱塞、曲軸、印刷板、滾筒、內(nèi)燃機活塞、塑料模具和玻璃纖維工件、切削工具等，也可以用于修復(fù)磨損的工件，例如滾筒、模具、汽缸和曲軸的修復(fù)。隨著技術(shù)的發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的重視，在傳統(tǒng)鍍鉻的基礎(chǔ)上，相繼發(fā)展了微裂紋和微孔鉻、乳白鉻、松孔鍍鉻、鍍黑鉻、低濃度鍍鉻、稀土鍍鉻、高效率鍍硬鉻及鍍二價銘等新工

9、藝，使鍍鉻層的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴大。不同六價鉻電鍍工藝所用的原料成分不同，那么在廢水處理工藝的選擇過程中應(yīng)根據(jù)原料成分的差異采取相應(yīng)的處理工藝，以滿足回收利用條件或達(dá)標(biāo)的要求1 。1.2六價鉻電鍍廢水的危害六價鉻電鍍在推進(jìn)了電鍍工業(yè)發(fā)展的同時，也造成了極其嚴(yán)重的環(huán)境污染。據(jù)2006年不完全統(tǒng)計，我國電鍍行業(yè)當(dāng)年排出的電鍍含鉻廢水約有40億立方米 2 。六價鉻是嚴(yán)重的腐蝕介質(zhì)和環(huán)境的重污染物質(zhì)，它的毒性大約是三價鉻毒性的100倍。如果水中六價鉻的含量超過0.05mg/L ，就會對人體產(chǎn)生毒性作用。六價鉻還對皮膚有嚴(yán)重的刺激性，能造成皮膚潰瘍。長期攝入會引起肺癌、腎、胃衰竭并引起表皮組織的損傷。另外

10、，六價鉻對農(nóng)作物的影響也極為嚴(yán)重，5 6mg/L 的 Cr(VI) 就能使農(nóng)作物枯死，同時可使土壤氣孔堵塞，破壞土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。電鍍過程產(chǎn)生的含鉻廢水會污染江河水質(zhì)，對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。世界衛(wèi)生組織、 美國、英國等均有規(guī)定飲用水中Cr(VI) 的含量不能超過0.05mg/L ，美國環(huán)境保護(hù)局 (EPA) 將六價鉻列為 7種高度危險的毒性物質(zhì)之一，六價鉻還被列為危險的空氣污染物質(zhì)(HAP) 。美國資源保護(hù)和回收協(xié)議(RCRA) 中，規(guī)定鉻含量超過5mg/L 的廢物就是一種危害廢物(D007) ，失效的鉻酸電鍍液必須作為危險廢物進(jìn)行處理。自2010年 7月 1日起，我國工業(yè)廢水中六價鉻最高容許

11、排放濃度全部執(zhí)行0.2mg/L 的排放限值。在我國，鉻電鍍廢水是六價鉻污染的主要來源，嚴(yán)重污染我國的水、土壤和大氣環(huán)境。因此，研究含鉻廢水的處理具冇非常重要的意義。1.3國內(nèi)外電鍍含鉻廢水的治理狀況國內(nèi)電鍍含鉻廢水的治理狀況我國對電鍍含鉻廢水的治理始于60年代中期，大多采用化學(xué)沉淀法，如FeS還原法、 FeS04還原法、石灰沉淀法等； 70年代化學(xué)法有了新進(jìn)展，出現(xiàn)了離子交換法、電解還原法，同時廢水處理也由線外處理轉(zhuǎn)向線內(nèi)處理，減少了污泥量，占地面積和投資都有所減少，部分漂洗水還實現(xiàn)了回用；80年代電解法和離子交換法也有了新的發(fā)展，并研制出電鍍過程中的逆流漂洗工藝，減少了漂洗水的耗量，金屬回用

12、率高，實現(xiàn)了閉路循環(huán)系統(tǒng)，但此法僅適用于單鍍種作業(yè)而且投資較大，調(diào)控較難； 90年代年以來微生物技術(shù)得到了廣泛的重視，但是由于電鍍廢水中重金屬離子成分復(fù)雜，而且容易毒害微生物，從而使菌株馴化培養(yǎng)十分困難，因此該法目前尚處于實驗室研究階段。節(jié)約能源、降低消耗、提高治理效率、減少污染物排放一貫是環(huán)境保護(hù)技術(shù)追求的目標(biāo)。前面提到的一些治理方法都偏重于對電鍍生產(chǎn)廢水的最后處理，能源和資源消耗較多。因此，人們研究了減少電鍍生產(chǎn)用水量的方法，從工藝著手節(jié)約能源和降低材料消耗。電鍍用水主要是清洗用水，將先進(jìn)的清洗技術(shù)推廣應(yīng)用到電鍍清洗上，能夠節(jié)約大量用水，也可相應(yīng)地降低治理費用，有利于集中精力來提高治理效率

13、。在此基礎(chǔ)上，利用計算機進(jìn)行仿真計算，控制末級清洗槽濃度，并融合各種蒸發(fā)濃縮技術(shù)（大氣蒸發(fā)、薄膜蒸發(fā)、余熱蒸發(fā)、噴淋蒸發(fā)等）和離子交換技術(shù)等，將濃縮了的清洗水微排放和無排放，實現(xiàn)了電鍍行業(yè)清潔生產(chǎn)的一項創(chuàng)新。國外電鍍含鉻廢水的治理狀況由于資源的匱乏和環(huán)境污染的加劇，國外的一些工業(yè)化國家早在四五十年代就著手于電鍍含鉻廢水的治理研究，形成了一系列獨具特色的處理工藝。第5頁共29頁日本電鍍含鉻廢水的治理日本和其他工業(yè)發(fā)達(dá)國家相同，一方面致力于改進(jìn)清洗方法和工藝，以減少漂洗水耗量；利用循環(huán)設(shè)備，離子交換法、薄膜蒸發(fā)器、反滲透等技術(shù)以達(dá)到資源回收利用。另一方面，著手建立一系列電鍍中心，將許多中小型電鍍廠

14、集中起來，廢水集中處理。電鍍工業(yè)中心最大的特點是廢水首先由各電鍍小廠內(nèi)進(jìn)行預(yù)處理，然后分成不同水系由下水道排入公用的處理中心進(jìn)行綜合處理，最后排水都經(jīng)離子交換處理，水循環(huán)利用率高達(dá) 90，所產(chǎn)生的污泥經(jīng)分離濃縮脫水后，回用或送給其它相關(guān)的工廠利用，廢水經(jīng)處理達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。由于電鍍中心的廢水采用集中處理，使污水處理量顯著減少，水的消耗量較同規(guī)模一般電鍍廠減少約十倍，且水處理設(shè)備利用率高，工作效率高。日本目前用于廢水處理的費用占電鍍制品總銷售額的5 6，今后還將繼續(xù)增長。英國電鍍含鉻廢水處理英國各電鍍廠采用離子交換法的目的是提高水的循環(huán)利用率，有效地去除各種金屬離子以應(yīng)付今后日趨嚴(yán)格的廢水排放標(biāo)準(zhǔn)

15、。各離子交換柱的洗脫液仍采用常規(guī)化學(xué)法作中和沉淀處理。其中固液分離手段幾乎全部采用斜管沉淀及快速砂濾。且處理設(shè)備自動化程度高，對重金屬酸堿廢水處理采用 pH自控系統(tǒng)，對Cr 6+還原，氰化物氧化分解普遍采用pH 及ORP(氧化還原電位)自控系統(tǒng)；離子交換設(shè)備的交換終點以及再生過程也采用自動控制系統(tǒng)，不但減輕了勞動強度，而且大大縮短了交換柱的再生周期，提高了設(shè)備和樹脂的利用率。歐美等國的電鍍含鉻廢水處理歐美工業(yè)發(fā)達(dá)國家特別是西德、瑞士等國更多地采用離子交換樹脂提高水的循環(huán)利用率。加拿大厄考脫 (ECO.TEC) 公司的 Recoflo 離子交換短床系統(tǒng)處理回收鉻、鎳、銅等化工原料時，只要加上混合

16、廢水 pH 自控系統(tǒng)便可滿足環(huán)境要求?？傊瑖怆婂兒t廢水的治理與國內(nèi)相比具有以下特點：(1)電鍍生產(chǎn)廠點集中，廢水集中處理而且綜合處理效率高。(2)處理設(shè)備自動化程度高，普遍都用到離子交換技術(shù)以及采用pH 及 0PR自控系統(tǒng)。(3)電鍍污泥或濃廢液有專門的處理中心，渠道暢通，廢水處理站無電鍍污泥處理的后顧之憂。1.4常用電鍍含鉻廢水處理技術(shù)目前國外最實用的電鍍廢水處理技術(shù)為化學(xué)沉淀法、電解法、蒸發(fā)濃縮法、離子交換法四種。我國也將此四種技術(shù)作為治理電鍍廢水的主要手段。電鍍含鉻廢水的治理方法很多，按其作用原理，可分為物理方法、化學(xué)方法、物理化學(xué)方法、生物方法四類。物理方法物理方法是利用物理作用

17、分離廢水中污染物質(zhì)，在處理過程中不改變物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì), 如電鍍廢水中的除油、蒸發(fā)濃縮回用水等。但是在處理電鍍廢水的工藝中，物理方法只是作為處理方法中的一個環(huán)節(jié)，很少單獨使用?，F(xiàn)介紹幾種常用方法如下：膜分離法膜分離法以選擇性透過膜為分離介質(zhì)，當(dāng)膜兩側(cè)存在某種推動力（如壓力差、濃度差、電位差等）時，原料側(cè)組分選擇性透過膜，以達(dá)到分禽、除去有害組分的目的。目前，工業(yè)上應(yīng)用的較為成熟的工藝有反滲透和液膜。其它方法如 EDI 反應(yīng)器、 膜生物反應(yīng)器、 微濾等仍處于基礎(chǔ)理論研究階段，尚未進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用。電滲析法是在直流電場作用下，以電位差為推動力，利用離子交換膜的選擇透過性，從而使廢水得到凈化。反滲透法是在

18、一定的外加壓力下，通過溶劑的擴散，從而實現(xiàn)分離。反滲透和電滲析法處理效果好，可實現(xiàn)廢水的循環(huán)使用，濃縮液可回收用于鍍槽。但處理費用高，不適用于處理大量的廢水。液膜包括無載體液膜、有載體液膜、含浸型液膜等。液膜分散于電鍍廢水時，流動載體在膜外相界面有選擇地絡(luò)合重金屬離子，然后在液膜內(nèi)擴散，在膜內(nèi)界面上解絡(luò)，重金屬離子進(jìn)入膜內(nèi)相得到富集，流動載體返回膜外相界面，如此過程不斷進(jìn)行，廢水得到凈化。膜分離法的優(yōu)點是能量轉(zhuǎn)化率高、裝置簡單、操作容易、易控制、分離效率高、原料價廉易得等優(yōu)點。但該法投資大，運第6頁共29頁行費用高，薄膜的壽命短。該方法主要用于回收附加值高的物質(zhì)，如金等。粘土吸附法近些年來，不

19、少人開始研究用膨潤土、累托石以及其它們改性后的產(chǎn)物來處理工業(yè)廢水。膨潤土是以蒙脫石為主要成分的黏土礦物，因與其他物質(zhì)相比，它具有較大的比表面積、良好的吸附能力且價格低廉而越來越受到人們的關(guān)注。累托石是特殊品體結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽礦物，由類云母單元層和類蒙脫石單元層在特殊自然條件下有規(guī)則地交替堆積，累托石結(jié)構(gòu)中蒙脫石層間的水化陰離子，可以被大量其它無機、 有機陰離子交換。 張小慶 3 得出了改性累托石對含鉻廢水的最佳吸附條件（吸附劑用量、吸附平衡時間的確定、pH 值等）。在此吸附條件下，改性累托石對含鉻廢水的吸附效果達(dá)到 99%以上。并且對鉻的吸附機理、吸附熱力學(xué)以及吸附動力學(xué)參數(shù)的確定等均進(jìn)行了研究

20、?；钚蕴糠ɑ钚蕴课椒ㄊ翘幚黼婂兒t廢水的一種有效的方法4 。國內(nèi)從 70年代開始，有不少單位對其進(jìn)行了研究，并有部分投入生產(chǎn)使用?；钚蕴繉α鶅r鉻的作用可視為吸附作用，也可視為還原作用。這兩種作用隨廢水 pH 值的變化而轉(zhuǎn)移。在pH值為 46.5時，六價鉻以 HCr0 -4及 Cr02-4離子形態(tài)被活性炭吸附；在強酸性條件下六價鉻被活性炭還原為三價鉻，三價鉻幾乎不被活性炭吸附。吳克明等 5 運用反應(yīng)柱填充活性炭法處理含鉻廢水，通過靜態(tài)和動態(tài)的試驗研究得到了比較理想的結(jié)果，其 Cr(VI) 去除率達(dá)到 98% ，且出水水質(zhì)符合國家工業(yè)廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)。此法具有占地面積小、設(shè)備簡單、效果穩(wěn)定、操作容

21、易、處理后廢水可循環(huán)使用、活性炭消耗少、可再生使用等優(yōu)點。但活性炭的再生較麻煩，再生方法、工藝流程等需進(jìn)一步改進(jìn)。其他材料吸附近年來國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)研究了一些天然的吸附劑，如褐煤、椰子殼、玉米芯子、棕櫚纖維以及塘溝污泥中的腐植酸等。劉翠霞以龍口褐煤作吸附劑凈化含鉻廢水，處理后的廢水可直接排放或循環(huán)使用， 而吸附飽和的褐煤可以用稀酸脫附再生，脫附出的物質(zhì)為毒性小的 Cr(III) ，然后再可以用加堿的方法使其沉淀后回收有用的Cr(OH) 3，而褐煤仍不失去能源價值。 玉米芯子也是一種較好的吸附材料，能有效地去除廢水中的Cr(VI) ，在吸附過程中，把Cr(Vl) 還原成 Cr(III) ，并吸附大

22、量的 Cr(VI)和 Cr(III) 。棕櫚纖維和椰子殼經(jīng)過加熱干化后，粉碎至尺寸約0.30mm左右，酸堿溶液活化，有較強的吸附能力 6 。間歇式逆流漂洗逆流漂洗法在上世紀(jì) 70年代被提出并開始應(yīng)用，它是指電鍍工件從鍍槽中取出經(jīng)漂洗時，工件運行的方向與渡槽和漂洗槽遞次補充水的方向相反。馬曉鷗7 等人研究的十二級間歇式逆流漂洗法消耗的水量僅為普通逆流漂洗方式的十分之一，濃縮的含鉻液可全部回用，無廢水排放。1.4.2化學(xué)方法化學(xué)方法就是向廢水中投加一些化學(xué)藥劑，通過化學(xué)反應(yīng)改變廢水中污染物的化學(xué)性質(zhì)，使其變成無害物質(zhì)或易于與水分離的物質(zhì)，再進(jìn)一步從廢水中除去的處理方法。當(dāng)前，化學(xué)方法在電鍍含鉻廢水

23、處理中的應(yīng)用最為廣泛。據(jù)報道，我國大約有41%的電鍍廠釆用化學(xué)方法處理電鍍含鉻廢水 8-9 ；在日本，化學(xué)方法占全國治理總數(shù)85%左右 10 。此方法具有操作簡單可靠、能承受大水量和高濃度負(fù)荷、投資少、效果穩(wěn)定等優(yōu)點，適合各種類型的電鍍鉻企業(yè)的廢水治理。但是，此方法存在著嚴(yán)重的二次污染問題，有待進(jìn)一步解決。目前，電鍍含鉻廢水的化學(xué)處理方法主要包括以下幾種：光催化法光催化法是近年來在處理水中污染物方面迅速發(fā)展起來的新方法，特別是利用半導(dǎo)體作為催化劑處理水中有機污染物方面已經(jīng)有許多報道。周曉謙10-11 等人以半導(dǎo)體氧化物 (ZnO/TiO 2)為催化劑，利用太陽光光源對電鍍含鉻廢水加以處理，經(jīng)2

24、90min 的太陽光照 (1182.5W/m ) ，使六價鉻還原成三價鉻，再以氫氧化鉻形式除去三價鉻，鉻的去除率較高。化學(xué)還原法化學(xué)還原法是含鉻廢水處理方面應(yīng)用最廣泛的方法。該方法通常是用還原劑把毒性很大的六價鉻還原成毒性較低的三價鉻，然后利用中和沉淀法除去廢水中的三價鉻離子。常用的還原劑是硫酸第7頁共29頁亞鐵、二氧化硫、亞硫酸鹽等。其中亞硫酸鹽法應(yīng)用最廣。我國大連、沈陽、上海的一些電鍍廠已應(yīng)用十余年， 效果較好。 現(xiàn)在電鍍廠也經(jīng)常采用的是硫酸亞鐵- 石灰法處理含鉻廢水。但是也有報道，利用發(fā)電廠的廢棄物粉煤灰代替石灰粉，可以達(dá)到以廢治廢的目的12 。這類方法具有處理量大、投資資少、反應(yīng)快以及

25、反應(yīng)產(chǎn)物為毒性較小的三價鉻污泥，處理后水能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，并且能回收利用氫氧化鉻，設(shè)備和操作也較簡單，綜合利用較方便等特點，故在國內(nèi)外應(yīng)用較廣。該法的缺點是產(chǎn)生大量的鉻污泥，如果找不到綜合利用的出路而存放不妥，容易引起二次污染?；瘜W(xué)沉淀法化學(xué)沉淀法是指向廢水中投加某些化學(xué)試劑，使之與廢水中的污染物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成難溶的沉淀物，然后進(jìn)行固液分離，從而除去廢水中的污染物?；瘜W(xué)沉淀法按照使用沉淀劑的不同可分為氫氧化物沉淀法、鉻酸鹽沉淀法和鐵氧體沉淀法等。氫氧化物沉淀法鉻的氫氧化物的溶度積很小，因此可釆用氫氧化物沉淀法去除。常用的沉淀劑有石灰、碳酸鈉、苛性鈉等。由于此法采用的沉淀劑來源甚廣、價格較低，

26、因而在生產(chǎn)實踐中應(yīng)用廣泛。雖然金屬的硫化物溶度積比氫氧化物溶度積小， 但是其處理費用較高， 而且硫化物沉淀法產(chǎn)生的沉淀顆粒細(xì)小，不易沉淀，所以在生產(chǎn)實踐中很少應(yīng)用。鉻酸鹽沉淀法這種方法處理的對象只限于六價鉻，投加的沉淀劑有氯化鋇、硫酸鋇和碳酸鋇等，因而習(xí)慣上也稱為鋇鹽法 13 。鋇鹽法是利用置換反應(yīng)原理，用鋇鹽中的鋇離子與廢水中的鉻酸作用，形成鉻酸鋇沉淀下來，再利用石膏過濾，將殘留的鋇離子去除，然后采用聚氯乙烯微孔塑料管，去除硫酸鋇沉淀。鋇鹽法優(yōu)點是處理后的水可用于電鍍車間水洗工序、效果好、工藝簡單。通過石膏除鋇后，廢水還可以回用，并且可以回收鉻酸，復(fù)生 BaCO 3。缺點是過濾用的微孔塑料材

27、料加工比較復(fù)雜且容易阻塞、清洗不便、處理工藝流程較為復(fù)雜、藥劑來源比較困難，且易引進(jìn)二次污染物鋇離子，污泥中含有 Cr(VI) ，必須綜合利用。鐵氧體沉淀法鐵氧體沉淀法是在硫酸亞鐵法的基礎(chǔ)上衍生出的一種方法14 。鐵氧體沉淀法處理含鉻廢水一般分為三個過程，即還原反應(yīng)、共沉淀和生成鐵氧體。首先向酸性的含鉻廢水投加廢鐵粉或硫酸亞鐵，Cr(VI) 被還原成 Cr(III) ，再加熱、加堿、通入空氣攪拌，Cr(III) 便沉淀并成為鐵氧體的組成部分，轉(zhuǎn)化成類似于尖品石結(jié)構(gòu)的鐵氧體品體而沉淀。鐵氧體是指具有鐵離子、氧離子及其它金屬離子所組成的氧化物。它是一種陶瓷性半導(dǎo)體，具有鐵磁性。處理1m3濃度為 5

28、0mg/L 100mg/L 含鉻廢水，可生成 0.3kg 0.6kg的鐵氧體。該方法的處理效果較好、投資少、設(shè)備簡單、且污泥可以綜合利用，但是也存在不能單獨回收有用金屬，處理成本較高，需耗亞鐵、堿與熱能，同時出水中硫酸鐵的含量高等缺點。1.4.3物理化學(xué)方法物理化學(xué)方法是通過物理和化學(xué)的綜合作用使廢水得到凈化的處理技術(shù)。主要有以下幾種方法：離子交換法該技術(shù)的研究開始于20世紀(jì) 30年代，應(yīng)用于 20世紀(jì) 70年代，最早是美國于 1972年提出“電鍍廢水零排放計劃” 。70年代中后期，美國、日本等的電鍍逐步向零排放的“閉路循環(huán)工序化”發(fā)展，即逆流漂洗 -離子交換 -蒸發(fā)濃縮的應(yīng)用， 離子交換法的

29、主要功能有： 去除各種有害重金屬離子，以應(yīng)對今后日趨嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)；脫鹽，如化學(xué)法處理后，再經(jīng)樹脂交換脫鹽作末道把關(guān)；回收廢水中的有價值的金屬，如金、銀、銅、鎳、鉻等；提高水的循環(huán)利用率，節(jié)約日益匱乏的水資源；在多道逆流漂洗后，用于廢水凈化形成閉路循環(huán)。利用陰離子交換樹脂，可以有效地除去廢水中的鉻酸根或重鉻酸根狀態(tài)的Cr(VI) ，利用陽離子交換樹脂則可以除去廢水中Cr(III) 及其他金屬離子，而陰離子樹脂可以回收 Cr(VI) 。此法可用于鍍鉻槽的洗滌水閉路循環(huán)系統(tǒng)。此法優(yōu)點是處理后出水水質(zhì)好，水和鉻酸可以回收利用；但缺點是一次性投資大，操作管理復(fù)雜，樹脂的污染的問題還有待解決 15-18

30、 。隨著離了交換工藝的連續(xù)化和新型大孔離子交換樹脂的不斷涌現(xiàn)，在電鍍廢水深度處理、高價第8頁共29頁金屬鹽類的回收等方面，離子交換法越來越展現(xiàn)出其它方法難以匹敵的優(yōu)勢。為了提高水的循環(huán)利用率，符合日趨嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)期離子交換的應(yīng)用還會更大程度的推廣，裝置流程的設(shè)計也將走向定型化、自動化和微機控制化。國內(nèi)外關(guān)于應(yīng)用樹脂處理六價鉻廢水也有不少報道。張澄信、劉軍梅19 等人對 D301 樹脂殘余交換容量的影響因素做了研究。實驗結(jié)果顯示：樹脂粒度減小、水溫升高、流速降低都會使酸度穿透時的殘余交換容量值明顯減小。舒增年、 熊春華等人研究了D318 型樹脂對 Cr(VI) 的吸附和再生性能，實驗結(jié)果顯

31、示該樹脂在pH=3.16 的 HAC-NaAC 介質(zhì)中吸附容量可高達(dá)265.4mg/g ，且釆用 NaOH-NaCl再生，效率可達(dá) 94.9%。唐樹和等人采用 201×7型強堿陰離子樹脂處理模擬的Cr(VI) 廢水，探討了廢水 pH、交換時間、濃度對去除效果的影響以及樹脂再生所需的適宜溫度和再生劑濃度。Fethiye Gode20等人用強堿陰離子樹脂Lewatit M610 和弱堿陰離子樹脂Lewatit MP62 分別對 Cr(Vl) 的吸附做了對比研究，并對初始濃度、攪拌時間、pH、樹脂量等參數(shù)做了比較試驗，得出吸附等溫線和動力學(xué)方程。電解法電解法主要是使廢水中的有害物質(zhì)通過電解

32、過程在陽、陰兩極上分別發(fā)生氧化和還原反應(yīng)，轉(zhuǎn)化成無害物質(zhì)，或利用電極氧化和還原產(chǎn)物與廢水中的有害物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成不溶于水的沉淀物，然后達(dá)到分離除去的目的21 。從 20世紀(jì) 60年代，國內(nèi)學(xué)者已經(jīng)開始用電解法處理電鍍含鉻廢水，并取得了很好的效果。目前，由于電解法的耗電量高，污泥也很多，已經(jīng)很少使用。但是電解法流程簡單、操作方便，回收的金屬純度高，在某些場合采用電解法處理濃廢液，還是有很高的經(jīng)濟(jì)效益。另外，也有利用電解法的原理，采用電浮選法除去廢水中的金屬離子22 。生物處理方法用生物法治理含鉻廢水，是依靠人工培養(yǎng)一種功能菌，這種功能菌具有靜電吸附作用、酶的催化轉(zhuǎn)化作用、絮凝作用、絡(luò)合作用

33、、包藏共沉淀作用和對pH 值的緩沖作用。在廢水處理中，通過功能菌的作用，使廢水中的六價鉻還原為三價鉻，然后三價鉻離子被菌體吸附和絡(luò)合，經(jīng)固液分離，廢水達(dá)標(biāo)排放或回用，重金屬離子沉淀成污泥。功能菌在一定溫度下靠養(yǎng)分不斷繁殖生長，從而長期產(chǎn)生廢水處理所需的菌源。在微生物處理電鍍含鉻廢水方面，Romanenko等 23 曾用脫色桿菌厭氧處理含鉻廢水，三天內(nèi)每克干生物量可將2.1g鉻酸鉀還原成三價鉻；孫國玉等用假單孢菌81001號加活性污泥處理電鍍含鉻廢水有一定的效果，但這些報道僅限于單一菌株。吳乾菁等24 利用復(fù)合功能菌凈化回收電鍍廢水和污泥中的鉻等金屬，取得了較好的效果。汪頻等人25 用硫酸鹽還原

34、菌進(jìn)行了去除鉻的試驗，對鉻的去除率達(dá) 99.8%。生物法處理電鍍廢水綜合處理能力較強、操作簡單、設(shè)備安全可靠、排放水用于培菌及其他使用 ,同時污泥量少、污泥中金屬回收利用、能實現(xiàn)清潔生產(chǎn)、無污水和廢渣排放、投資少、能耗低、運行費用少、技術(shù)含量高等。綜合以上優(yōu)點，生物法處理含鉻廢水的工藝適用于大、中、小型電鍍廠的廢水處理。該技術(shù)具有重大的實用價值，易于推廣。但從實用角度看，也存在以下幾點不足：功能菌反應(yīng)效率有待提高、功能菌繁殖速度較慢、處理水難以回收等。另外還有一種惰性生物吸附法，它是指利用非生物性微生物的化學(xué)結(jié)構(gòu)及成分特性來吸附溶于水中的鉻離子，再通過兩相分離來去除廢水中鉻的方法。Prakas

35、han等在研究霉菌Rhizopusarrhizus 吸附性能過程中比較了機械攪拌反應(yīng)器和流化床反應(yīng)器的除鉻效果，發(fā)現(xiàn)流化床反應(yīng)器均優(yōu)于機械攪拌反應(yīng)器。Tobin 等將霉菌Mucormeihi 吸附 Cr(III) 的性能同尚子交換樹脂進(jìn)行了比較，得出霉菌Mucormeihi 的吸附性能與強酸交換樹脂幾乎相同，高于弱酸性交換樹脂。他們認(rèn)為就吸附機理而言，霉菌 Mucormeihi 與弱酸性交換樹脂作用機理相同，霉菌中的胺基使吸附Cr(III) 能力增強。由此可見，用惰性微生物生物吸附去除鉻不但充分利用了廉價原料，而且具有較好的除鉻效果。但是，此方法需要對惰性微生物進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理是提高含鉻廢水

36、處理效果的關(guān)鍵因素之一，這使得生物吸附劑難以按照人們的指令及用戶的需求形成系列產(chǎn)品。同時，吸附了鉻的生物體如何處理等問題，也限制了該方法的使用。綜上所述，在現(xiàn)在己應(yīng)用或研究的十幾種含鉻廢水的處理方法中，以化學(xué)法應(yīng)用最為廣泛。化學(xué)處理鍍鉻廢水操作簡便、有效，只要化學(xué)藥劑選擇恰當(dāng)，就可以根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式準(zhǔn)確地計算第9頁共29頁出投加量，應(yīng)用也比較成熟。但化學(xué)沉淀法存在的，嚴(yán)重問題是產(chǎn)生的沉渣量大，會造成嚴(yán)重的二次污染，鉻資源無法回收利用等。而離子交換法就彌補了化學(xué)法的二次污染問題，且該法具有適應(yīng) pH值范圍寬（ pH3 12）、能回收貴重金屬、處理后水質(zhì)好、出水可多次循環(huán)使用等優(yōu)點，而且當(dāng)前應(yīng)用

37、離子交換法回收鉻等金屬的研究及應(yīng)用已經(jīng)逐漸成熟26-27 。2 設(shè)計資料2.1 設(shè)計任務(wù)及依據(jù)設(shè)計任務(wù)本設(shè)計的編制范圍是某表面處理車間離子交換法處理電鍍含鉻廢水工藝設(shè)計，內(nèi)容包括工藝流程選擇、構(gòu)筑物工藝設(shè)計計算、水力計算、平面及高程布置、附屬構(gòu)筑物設(shè)計等。設(shè)計依據(jù)中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法和水污染防治法電鍍廢水治理工程技術(shù)規(guī)范HJ2002 2010污水處理構(gòu)筑物設(shè)計與計算水工業(yè)工程設(shè)備給水排水設(shè)計手冊畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書設(shè)計原則貫徹執(zhí)行國家關(guān)于環(huán)境保護(hù)的政策，符合國家的有關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)設(shè)計進(jìn)出水質(zhì)要求，所選污水處理工藝力求技術(shù)先進(jìn)成熟、處理效果好、運行穩(wěn)妥可靠、高效節(jié)能、經(jīng)濟(jì)合理，確保

38、污水處理效果，減少工程投資及日常運行費用。妥善處理處置污水處理過程中產(chǎn)生的污泥，避免造成二次污染。為確保工程的可靠性及有效性，提高自動化水平，降低運行費用，減少日常維護(hù)檢修工作量，改善工人操作條件，本工程中所選用的設(shè)備為優(yōu)良名牌設(shè)備。為保證污水處理系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)，供電系統(tǒng)需有較高的可靠性，且污水站運行設(shè)備有足夠的備用率。站區(qū)總平面布置力求在便于施工、安裝和維修的前提下，使各處理構(gòu)筑物盡量集中，節(jié)約用地。2.2 設(shè)計基礎(chǔ)資料設(shè)計規(guī)模及設(shè)計水質(zhì)廢水水量120.0m3 /d(平均值 ) ；廢水水質(zhì)見表2.1。表 2.1 廢水水質(zhì)項目六價鉻（ c）Cr3+Cu2+Zn2+SSpH 值60 2003 20

39、3 208 3010 4046濃度（ 150）（10）（10）（ 20）（30）（ 5）注：表中除 pH 值外單位均為mg/L ；括號中數(shù)值為平均值。2.2.2 處理要求處理后廢水達(dá)到污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（ GB21900-2008 ）規(guī)定的一級標(biāo)準(zhǔn)，見表2.2。表 2.2 處理后水質(zhì)項目六價鉻（ c）總鉻總銅總鋅SSpH 值濃度0.21.00.51.55069注：表中除 pH 值外單位均為 mg/L 。處理后廢水回用率達(dá)80%以上。廢水中的鉻以鉻酐（ CrO 3）的形式回收，重新用于生產(chǎn)。第10頁共29頁3 電鍍含鉻廢水的處理方案和工藝流程3.1廢水來源電鍍含鉻廢水主要來源于粗化、鍍鉻、鈍化、化

40、學(xué)鍍鉻、陽極化處理等。3.2電鍍含鉻廢水主要成分六價鉻、銅、鋅 、鐵、等金屬離子及 SO2-4、 Cl -等陰離子。3.3工藝比較分析3.3.1 亞硫酸鹽還原處理技術(shù)亞硫酸鹽還原法處理電鍍含鉻廢水宜采用圖3.1 所示的基本工藝流程：H2SO4亞硫酸鹽NaOH含鉻廢水調(diào)節(jié)池反應(yīng)池沉淀池回用或排放污泥污泥脫出水氫氧化鉻污泥圖 3.1 亞硫酸鹽還原處理電鍍含鉻廢水的基本工藝流程亞硫酸鹽還原法處理電鍍含鉻廢水，應(yīng)滿足以下技術(shù)條件和要求：a）可采用間歇式及連續(xù)式處理。采用間歇處理時，調(diào)節(jié)池容積按平均每小時廢水流量的 4 8h 計算；采用連續(xù)式處理時，可適當(dāng)減少調(diào)節(jié)池容量，并設(shè)置自動檢測和投藥裝置；b)

41、亞硫酸鹽宜選用亞硫酸氫鈉、亞硫酸鈉、焦亞硫酸鈉等；c）進(jìn)水 pH 值宜控制在2.5 3.0， ORP 宜控制在230 270mV ；反應(yīng)時間宜控制在20 30min ；d）亞硫酸鹽的投加量應(yīng)通過試驗確定，亦可按表3.1 給出的參考值選擇表 3.1亞硫酸鹽與六價鉻的投量比（質(zhì)量比）亞硫酸種類理論值投量比實際使用量六價鉻：亞硫酸氫鈉1：31： 45六價鉻：亞硫酸鈉1：3.61： 45六價鉻：焦亞硫酸鈉1：2.741： 3.54e）廢水經(jīng)還原反應(yīng)后，宜加堿調(diào)廢水pH 值 7 8，使三價鉻沉淀，反應(yīng)時間應(yīng)大于20min ，反應(yīng)后的沉淀時間應(yīng)為1.01.5h；f）沉淀劑宜為氫氧化鈉、氫氧化鈣、碳酸鈣等。

42、通常根據(jù)價鉻、沉淀速率、污泥生成量、脫水效果和污泥是否回收進(jìn)行選擇。亞硫酸鹽還原的反應(yīng)池應(yīng)滿足處理一次的周期時間。反應(yīng)池內(nèi)宜采用機械攪拌，不宜采用空氣攪拌。反應(yīng)池和沉淀池宜設(shè)于地面，同時加蓋，并設(shè)通風(fēng)裝置。硫酸亞鐵 石灰處理技術(shù)電鍍含鉻廢水采用硫酸亞鐵 石灰處理時， 基本工藝流程見上圖 3.1。其中還原劑采用硫酸亞鐵中和劑采用石灰。采用硫酸亞鐵 石灰處理含鉻廢水時，應(yīng)滿足以下技術(shù)條件和要求:a)運行條件應(yīng)符合表3.2 的基本要求：第11頁共29頁表 3.2硫酸亞鐵處理含鉻廢水的運行條件六價鉻質(zhì)量濃度加藥前調(diào)投藥量（質(zhì)量比）反應(yīng)后調(diào)攪拌時間 /(mg/L)pH 值六價鉻：硫酸亞鐵pH 值min2

43、51：（ 40 50）攪拌均勻即可2550231：（ 35 40）7.5 8.551050 1001：（ 30 35）10 201001： 3020b)連續(xù)處理時，反應(yīng)時間應(yīng)大于30min ；間歇處理時，反應(yīng)時間宜為24h。c)反應(yīng)時宜采用空氣攪拌或機械攪拌。d 石灰的投加量宜控制為：m(Cr 6+）： mCa(OH) 2=1 ： (8 15)。微電解處理技術(shù)采用微電解處理含鉻廢水時，宜采用圖3.2 所示的基本工藝流程：絮凝劑含鉻廢水調(diào)節(jié)池內(nèi)電解處理混凝沉淀清水池回用或排放壓縮空氣污泥脫水污泥污泥出水圖 3.2 微電解處理含鉻廢水基本工藝流程采用微電解處理含鉻廢水時，應(yīng)滿足以下技術(shù)條件和要求：a)處理廢水量大于或等于335m /h 時，可采用連續(xù)式處理；小于5m /h 時，宜采用間歇式處理；b)進(jìn)水 pH 值宜控制