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1、引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。1电镀废水概论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
2、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的强酸、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m31。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m34。由此可见,电镀废水的排放量约占废水总排放量的10%
3、 ,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
4、、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,
5、平均用水量为0.82t/m2,是国外的10倍。近年来,国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 电镀废水的危害性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
6、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2。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
7、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3。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和铝一样,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,三价铬在动物体的肝、肾、脾和血中不易积累,而在肺存留量较多,
8、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1.2 mg/l,六价铬重铬酸钾为5.2 mg/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1015 mg。肝是锌的储存地,锌与肝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
9、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电镀废水中含有铬锌、铜、镉,铅、镍等重金属离子以及酸、碱氰化物等具有很大毒性的杂物5。有的还属于致癌和致畸变的剧毒物质因此必须认真地加以处理以免对人们造成危害。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围推广使用,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
10、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。2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
11、就是根据上述特点,选择有效地处理方法和流程。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50 m3,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CrCr6+Zn SS含量4.0 20 1030 502设计水质经处理后废水中浓度Cr6+0.5 mg/ L,Zn2+2 mg/ L,出水pH值6-9；3水文地质资料工程地质良好,适于工程建设,厂区地形平坦。4气象资料a.风向及风速：常风向为北风,最大风速7 m/s；b.气温：月平均最高气温38.3 ,最低气温-1.7 。2.3 设计原则严格遵循国家相关法规、规和标准,确保各项处理水质指标达到相应的国家排放
12、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。3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外均已得到广泛的应用,并有较长的使用历史。国对化学处理法有较为成熟的设计和运行经验。它具
13、有操作方便,试剂来源广,适用围广,能承受大水量和高能度负荷冲击。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。3.2 离子交换处理法在电镀废水处理过程中,离子交换是将废水中的离子与离子交换树脂上的离子进行交换而被除去,从而使废水得到净化。离子交换树脂交换吸附饱和后进行再生。再生是利用再生剂中的离子在浓度占绝对优势的情况下,将离子交换树脂上的离子洗脱下来,使离子交换树脂恢复其交换能力。电镀含铬废水由于电镀工艺的不同,废水中的六价铬浓度不同,其他金属离子
14、和各种阴离子等的成分和含量也有所不同。废水中的六价铬,在接近中性条件下主要以CrO42存在,而在酸性条件下主要以Cr2O72存在。由于废水中六价铬是以阴离子状态存在,因此,可用OH型阴离子交换树脂除去,OH型树脂交换吸附饱和失效后,可用氢氧化钠溶液再生,恢复其交换能力。废水中的其他金属离子,如Ni2+、Ca2+、Cu2、Cr3等Mn+可用H型阳离子交换树脂除去,H型树脂交换吸附失效后,可用盐酸或盐酸再生,恢复其交换能力。镀锌废水处理中,可选用强酸阳离子RSO3Na或弱酸阴离子,硫酸铜镀铜废水可选用弱酸阴离子。用Na型强酸阳离子交换树脂处理电镀废水时,废水中的阳离子与树脂上的Na离子进行交换,树
15、脂饱和后用硫酸钠再生,当采用Na型弱酸阳离子交换树脂时,再生用硫酸,并用氢氧化钠转型。离子交换法从本质上讲是一种浓缩方法。离子交换前废水的离子浓度一般为几十至几百,而吸附饱和后树脂再生洗脱液的离子浓度被浓缩到几万,再生液的体积一般占处理水体积的10%15%。因此采用离子交换法处理重金属废水时,必须事先考虑再生液的处理问题。离子交换法的优点是,选择性高,可以去除用其它方法难于分离的金属离子,可以从含多种金属离子的废水中选择性的回收贵重金属;既可去除废水中的金属阳离子,也可以去除阴离子,可以使废水净化到较高的纯度。这种方法的缺点是,离子交换树脂价格较高,树脂再生是需要酸、碱和食盐等环境。运行费用较高,再生液需要进一步处理。因此,离子交换在较大规模的废水处理工程中较少采用。3.3 电解法电解法处理电镀废水也属于化学处理法的畴,它主要是使废水中的有害物质通过电解过程在阴,阳两级上分别发生氧化和还原反应,转化成无害物质；或利用电极氧化和还原产物与废水中的有害物质发生化学反应,生成不溶于水的沉淀物,然后分离去除,电镀含铬
