毕业设计论文重金属废水处理工艺设计

重金属废水处理工艺设计

Heavy metal wastewater treatment process

design

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摘要

目前，水污染问题已经成为全球性普遍问题，严重影响了人类的生存和社会经济的发展并且越来越受到人们的高度重视。因此，治理水污染，保护水资源已经成为人类的目标。

随着我国电镀行业的日趋发展，电镀废水作为世界三大污染之一，对于当今提倡环保的时代来说是特别值得重视的处理项目。众所周知，电镀行业会产生大量含重金属的废水，而重金属废水中含有大量的有毒物质，如果不经处理直接外排会造成严重的水体污染。因此，对电镀行业中废水中的重金属的处理至关重要。废水的化学处理及物理处理都是净化污水的重要手段，而二者的结合是更加有效的方法。

本文首先描述了我国重金属废水的处理意义，电镀重金属的危害以及电镀废水处理的基本现状和处理方法，结合本次设计中浙江省某电镀厂的实际情况和处理要求，决定采用化学和物理相结合的办法来处理重金属废水，化学法中是采用了中和法与絮凝法，而物理法中则是采用了物理沉淀法。此次工艺所采取的方法简便易操作且原理简单。利用絮凝反应对于含铬废水应首先在酸性条件下投加还原剂，将Cr6+还原成Cr3+，然后加进行化学沉淀处理。对于铜离子、锌离子、镍离子等通过加氢氧化钙调节PH，Ca(OH)

2

进行中和沉淀处理。

关键词：含铬废水;重金属废水;沉淀法。

Abstract

At present,water pollution problem has become a global common problem,a serious impact on the survival of humanity and the social and economic development,and attaches great importance to more and more human.Therefor, to control water pollution and protect water resource have become a human target .

With the speedy development of the electroplating enterprise in our country,electroplating,as one of the biggest pollutions in the world,cause the pollution more and more severely. As we all know ,electroplating can produce wastewater with a lot of heavy metal ions ,and heavy metal wastewater also has many of toxic substances,which direct efflux without treatment will cause serious water pollution.So,it is important to remove heavy metal of the wastewater in the electroplating .Chemical and physical treatment of wastewater treatment is an important means of purifying sewage，however，The combination of the two approaches is more effective.

This paper first describes the significance of heavy metals in waste water treatment，the hazardous of heavy metal plating ,basic status of electroplating wastewater treatment and treatment .For example (Biological , Physical chemistry ,Electrochemical ,Chemical method ), then combined with the actual conditions and processing requirements of a electroplating factory in Zhejiang province ,it is decide to use the combination of Physical method and Chemical method to treat the wastewater .Chemical method is the use of a neutralization method with flocculation. The physical method is the use of physical precipitation. The approach taken in the process simple and easy to operate and simple principle. For the use of chromium-containing wastewater flocculation reaction under acidic conditions should first be adding a reducing agent, the reduction of Cr6 +to Cr3 +, then add Ca (OH) 2 for chemical precipitation treatment. For copper ion, zinc ion, nickel ion, PH adjusted by calcium hydroxide, and for the precipitation treatment.

Key words: wastewater containing chromium; heavy metal wastewater; method of precipitation.

目录

摘要 (1)

Abstract ................................................................ III 第1章绪论 (1)

1.1 重金属废水的处理意义 (1)

1.2 电镀行业重金属废水的危害 (1)

1.3 电镀行业重金属废水处理的基本现状 (2)

1.4 电镀重金属废水处理方法 (2)

1.4.1 生物法 (2)

1.4.2物化法 (3)

1.4.3 电化学法 (3)

1.4.4 化学法 (3)

第2章设计依据及内容 (6)

2.1 自然资源 (6)

2.1.1 厂址地理概况 (6)

2.1.2 气候特点 (6)

2.1.3 地质资料 (6)

2.2设计内容及要求 (6)

2.2.1 工程概况 (6)

2.2.2 设计依据 (7)

2.2.3 电镀重金属废水处理后的水质要求 (7)

2.2.4 水质水量 (7)

第3章污水处理工艺方案的确定 (8)

3.1处理站选择 (8)

3.2 设计要求 (8)

3.2.1 设计规模 (8)

3.2.2 水质水量及处理要求 (8)

3.3 设计原则 (9)

3.4 工艺方案与工艺流程 (9)

第4章主要处理构筑物的计算 (10)

4.1 反应调节池 (10)

4.1.1 设计参数 (10)

4.1.2工艺尺寸 (10)

4.1.3 进出口及液位 (11)

4.1.4 提升泵 (11)

4.1.5调节池水泵扬程计算 (11)

4.2 中和池1 (12)

4.2.1设计参数 (12)

4.2.2工艺尺寸 (12)

4.2.3 进出口及液位 (12)

4.3絮凝反应池1 (13)

4.3.1设计参数 (13)

4.3.2工艺尺寸 (13)

4.3.3 进出口及液位 (13)

4.4沉淀池1 (13)

4.4.1 参数选取 (13)

4.4.2 工艺尺寸设计 (14)

4.5 生物接触氧化池 (15)

4.5.1设计参数 (15)

4.5.2生物接触氧化池填料容积 (15)

4.5.3生物接触氧化池总面积 (16)

4.5.4 设计计算 (16)

4.5.5 污水与填料接触时间 (16)

4.5.6 接触氧化池总高度 (16)

4.5.7 生物接触氧化池需气量计算 (17)

4.5.8 空气管道计算 (17)

4.6调节池2 (18)

4.6.1设计参数 (18)

4.6.2工艺尺寸 (18)

4.6.3 进出口及液位 (18)

4.6.4 配套设备 (19)

4.6.5调节池水泵扬程计算 (19)

4.7中和池 2 (20)

4.7.1 设计参数 (20)

4.7.2 工艺尺寸 (20)

4.8絮凝反应池2 (20)

4.8.1设计参数 (20)

4.8.2工艺尺寸 (20)

4.9.1 参数选取 (20)

4.9.2工艺尺寸 (21)

第5章平面布置及高程布置 (23)

5.1平面布置 (23)

5.1.1各处理单元构筑物的平面布置 (23)

5.1.2辅助建筑物的平面布置 (23)

5.1.3管、渠的平面布置 (23)

5.1.4道路布置 (24)

5.1.5厂区绿化 (24)

5.2高程布置 (24)

第6章工程特点及概算 (26)

6.1 方案特点、估算范围以及依据 (26)

6.2 投资概算 (26)

6.2.1土建费用概算 (26)

6.2.2设备费用概算 (26)

6.2.3工程总费用概算 (27)

6.3工程概算总结 (27)

第7章社会效益与环境效益评估 (28)

7.1 社会效益 (28)

7.2 环境效益 (28)

第8章总结 (29)

参考文献 (29)

致谢 (31)

第1章绪论

1.1 重金属废水的处理意义

重金属废水是指电镀、机械制造、化工、电子等工业生产过程中所排出的含有重金属的废水。重金属废水（如含铬、锌、镍、铜等）是对危害人类健康和污染环境最严重的工业废水之一。

水是生命存在的必要资源，长期以来被人们认为是取之不尽用之不竭的，正是在这种错误观念的误导下，地球上的水资源越来越匮乏，这已经严重威胁到了人类的生存和发展。

随着社会经济的飞速发展，电镀行业已经成为促进国家经济快速发展的重要行业，其运转率在不断提升，因此，电镀行业所产生的重金属废水量也在迅速扩大，这就需要投入更多的淡水资源来进行维持这种行业发展模式[1]。众所周知，电镀行业产生的含重金属离子的废水的数量很庞大，成分也很复杂。据不完全统计，在我国从事电镀行业的企业已有15000家，每年排放含重金属废水约为4亿m3。电镀废水如若不进行加以处理以及回收利用的话将会成为严重的环境污染和水资源巨大的浪费。电镀废水中含有环境保护方面认定的危害重金属主要有：铬、铜、镍、铅、锌等，并且，重金属在自然界中难以降解以及具有隐蔽性和富集性。

重金属如不经处理直接排放到水体当中会严重破坏水生环境，并且通过食物链传播最终可危及到人类的生存和发展。因此，重金属废水的治理应首当其冲，对于电镀行业产生的重金属废水的治理更是迫在眉睫。

1.2 电镀行业重金属废水的危害

电镀在生产过程中主要产生含铬、含镍、含铅、含锌以及含有其他一些重金属的废水。

1. 六价铬和三价铬化合物

铬有三价和六价之分，通过实验，证明六价铬的毒性比三价铬的毒性高出一百倍还要多，它可以在人、鱼以及植物体内蓄积，六价铬会对人体的呼吸系统以及内脏造成伤害，主要可导致呼吸道癌和支气管癌，并且对人体的皮肤也有很大的伤害作用。

2. 铅和铅化合物

铅及铅化合物是对人体有害的因素，排放到水体中的铅及其化合物会引起水中的鱼类和其它动物以及水中的植物中毒，甚至死亡。经食物链或是饮用水传播到人类体内，再经人体消化后有5%～10%可被人体直接吸收，当蓄积过量后，聚

集在骨骼中的铅会引起内源性中毒，当血铅到达60～80ug/100cm3时就会出现头疼、疲乏、记忆力减退、失眠、食欲不振等中毒症状的产生。

3. 镍和镍化合物

镍和镍化合物进入人体后主要存在于脑、脊髓、五脏中，以肺为主。其毒性主要体现在抑制酶系统的功能与作用。镍及其镍盐类对电镀工人的毒害主要是镍皮炎。

4. 锌和锌化合物

锌是人体所必需的微量元素之一，正常人每天从食物中吸取的铅含量为10～15㎎。而如果摄入的锌过量就会引起急性肠胃炎的症状，如：恶心，呕吐，头晕同时伴有浑身无力的症状。

1.3 电镀行业重金属废水处理的基本现状

据统计，到2006年我国已有电镀厂15000，年均电镀废水排放总量高达40亿吨，占总工业废水排放用量的1/6，单其中约有50%的电镀废水未达到国家的排放标准[2]。对于电镀废水处理国家在相关政策与法规上也给予了支持。《中华人民共和国国民经济和社会发展第是一个五年规划纲要》就提出了要加强污染治理的决心。电镀行业重金属废水的处理在国内外受到高度重视，对于电镀重金属废水的治理方法也发展了很多。目前，我国对于电镀行业产生的重金属废水的治理方法总的来讲可以分为四大类：生物法、物化法、电化学法、化学法。目前，国内外电镀重金属废水的治理主要采用的是化学法，而化学法中更简单的为化学沉淀法。

1.4 电镀重金属废水处理方法

1.4.1 生物法

利用微生物处理电镀重金属废水的研究起源于20世纪80年代。生物法处理的机理在于互利共生的关系存在着化学、物理和遗传等三个层次的相互协作机制[3]。一些微生物代谢的产物可以使废水中的重金属离子改变价态，同时微生物菌体本身还具有较强的生物絮凝、静电吸附作用，能够吸附金属离子，使金属经过固液分离后进入菌泥饼，从而使得废水达标排放或者回用。

（1）生物絮凝法

利用微生物或微生物产生的代谢产物来进行絮凝沉淀。目前，对重金属有絮凝作用的生物絮凝剂大约有十几个品种。

（2）生物吸附法

利用生物体的化学结构及成分特性来吸附溶于水中的金属离子，再经过固液分离而去除重金属离子。

（3）生物化学法

利用微生物处理含有重金属的废水，通过微生物与金属离子之间发生直接的化学反应，将可溶性的离子转化成不溶性的化合物而去除。

1.4.2物化法

是利用离子交换或膜分离再或者是吸附剂的方法来去除电镀废水中所含有的杂质。此法在工业上应用广泛，通常与其他方法配合来使用。

（1）离子交换法

是利用离子交换剂来分离废水中的有害物质的方法。含重金属废水通过离子交换剂时，交换器上的离子同水中的重金属离子交换以达到去除废水中重金属离子的目的。电镀行业中最普遍使用的是树脂法。

（2）膜分离法

即利用高分子所具有的选择性来对物质进行分离的技术。

（3）吸附法

吸附法是利用吸附剂的独特结构来去除重金属离子的一种方法。

（4）蒸发浓缩法

对电镀废水进行蒸发，使重金属得以浓缩，并且加以回收利用的一种方法。

1.4.3 电化学法

（1）原电池法

以颗粒炭、煤渣或者是其他电惰性的物质为阴极，铁屑为阳极，废水中的电的良导体作为导电介质，构成原电池来达到处理废水的目的。

（2）电化学氧化法

利用阳极的高电位和有催化活性的阳极电极反应产生的具有强氧化能力的活性自由基来氧化降解电镀废水中有害物质的一种氧化还原法。

（3）电化学还原法

通过阴极发生的还原反应而去除污染物的方法。

1.4.4 化学法

化学法是依靠氧化还原反应、中和沉淀反应将有毒有害的物质转变成无毒无害的物质，或者是直接将重金属经气浮或者沉淀从水中除去。

（1）氧化法

通过投加氧化剂，将电镀废水中的有毒物质氧化为无毒或者是低毒物质。（2）还原法

通过投加还原剂，将电镀废水中的有毒物质还原为无毒物质或者是低毒物质。

（3）气浮法

此法的原理是利用压力容器工作水骤然减压释放的大量的微气泡与电镀废水初步处理产生的凝聚状物黏附在一起，使其比重小于水而浮到水面上，成为浮渣而被排除，从而净化废水。

（4）中和法

通过酸碱中和反应，调节电镀废水的酸碱性，使其呈中性或者是接近中性，亦或者是适于后续处理工艺的酸碱度范围。

（5）沉淀法

向电镀废水中投加沉淀剂，使其与废水中欲去除的污染物发生直接的化学反应，形成难容的固体而去除掉。一般的化学沉淀法须配合使用其他各种高分子絮凝剂来达到深度处理的效果。

化学沉淀法是使废水中的成溶解状态的重金属转变为不溶于水的重金属的化合物的方法，其包括中和沉淀法，絮凝沉淀法，及硫化物沉淀法等。

a 中和沉淀法

向含有重金属的废水中加入碱进行中和反应，使重金属生成不溶于水的氢氧化物，以沉淀的形式加以分离。因其操作方法简单，所以为常用的废水处理方法。而实践证明，此方法在操作过程中要注意以下几点：a废水中常常有多重重金属共存，当废水中含有锌、铅、铝等两性金属时，若PH偏高，则可能有再溶解的倾向，因此要严格控制PH值，实行分段沉淀；b中和沉淀后，如果废水中的PH 值偏高，则须经过中和处理后再排放；c废水中含有的一些阴离子如：卤素、氰根、腐殖质等物质有可能与金属形成络合物，因此，在中和之前，需要经过预处理；d有些颗粒较小，不易形成沉淀，则需要加入一些絮凝剂来辅助其生成沉淀。

b 絮凝沉淀法

絮凝沉淀法是在混悬的提取液或絮凝浓缩液中加入一种絮凝沉淀剂，以吸附架桥和电中和方式与所需去除的物质之间发生分子作用，使之沉降，去除溶液中的粗离子，以达到精致和提高成品质量目的的一项新技术。

c 硫化物沉淀法

此法就是加入硫化物沉淀剂使废水中重金属离子生成硫化物沉淀而被去除的方法。与中和沉淀法相比较，其优点是：重金属硫化物溶解度比其氢氧化物的溶解度更低，并且反应所需的PH值在7—9之间，经处理后的废水一般无需再进

行中和处理。有利就有弊，其缺点是：硫化物沉淀颗粒小，易形成胶体，且硫化物沉淀剂本身在水中残留，遇酸则生成硫化氢气体，产生二次污染。

第2章设计依据及内容

2.1 自然资源

2.1.1 厂址地理概况

项目厂址是位于浙江省宁波的一个电镀厂，浙江省位于中国东南沿海，介于北纬27度12分-31度31分和东经118度-123度之间，东濒东海，南界福建，西与江西、安徽相连，北与上海，江苏为邻。东西与南北的直线距离均为450公里，陆域面积10.18万平方公里。

2.1.2 气候特点

浙江属亚热带季风气候，季风显著，四季分明，年气温适中，光照较多，雨量丰沛，空气湿润，雨热季节变化同步，气候资源配制多样。

极端最低气温 -2.2至-17.4℃

极端最高气温 33至43℃

年平均气温 15至18℃

年平均总降水量 980至2000mm

年平均降雨日 140至180天

年平均相对湿度 60%至79%

平均蒸发量 1521.8至1700mm

年平均日照时数 1710至2100小时

2.1.3 地质资料

浙江省的地形地貌是典型的山脉、丘陵、平原以及河流兼具的多元化的地貌，浙江省地形地貌复杂，整个地势由西南向东北倾斜。西南山地的主要山峰海拔多在千米以上，龙泉市境内的凤阳山主峰黄茅尖海拔1929m，为我省群峰之首；中部以丘陵为主，大小盆地错落分布于丘陵山地之间；东北部是低平的冲积平原。全省大致可分为浙北平原、浙西山地丘陵、浙南山地、浙中丘陵盆地、浙东南沿海平原及滨海岛屿等五个地形区。

土地按地貌类型划分，山地和丘陵占70.4％，平原和盆地占23.2％，河流和湖泊占6.4％，故有“七山一水二分田”之说。浙江省海域辽阔，岛屿星罗棋布，海岸线总长6486km，居全国首位。

2.2设计内容及要求

2.2.1 工程概况

浙江省某电镀厂排放大量重金属废水，严重影响了周围的环境，为了达到环境保护的要求以及达标出水水质的标准，所以投资建设此配套废水处理设施。

根据浙江省某电镀厂排放的重金属废水的特点及提供的占地面积，本设计方案通过两段处理工艺，其工艺是一套高效，稳定和经济技术合理的处理工艺，保证废水达到所需要的排放标准，同时也使投资、占地面积、运行管理度达到最佳设置条件。

全年主导风向：西北风。废水处理工程的设计规模880m3/d，处理后水质要求达到《污水综合排放标准》（GB8978—1996）二级级排放标准。

2.2.2 设计依据

（1）《市外排放设计规范》1997年修订（GBJ14—87）；

（2）本工程执行《污水综合排放标准》（GB8978—1996）二级排放标准；（3）厂家提供的有关设计文件和基础数据；

（4）《给水排水设计手册》（1—11册）；

(5)《建筑给水排水设计规范》（GBJ15—88）。

2.2.3 电镀重金属废水处理后的水质要求

外排水执行GB8978-1996《污水综合排放标准》二级标准的规定，如下： pH=6～9 CODcr=150mg/L

BOD

5

=60mg/L SS=200mg/L。

2.2.4 水质水量

污水水量：880m3/d

污水水质：COD

cr =1200mg/L BOD

5

=50mg/L

SS=150mg/L pH=6.5～7.5。

第3章污水处理工艺方案的确定

3.1处理站选择

在污水处理厂的设计中，选定厂址是一个非常重要的环节，处理厂的位置对

周围环境卫生、基建投资及运行管理等都有很大的影响[4]。因此，在厂址的选择

上应进行深入的详尽的技术比较。

厂址选择的一般原则：

1.便于污泥集中处理和处置；

2. 便于处理后出水回用和安全排放；

3. 厂区地形不应受洪涝灾害影响，防洪标准不应低于城镇防洪标准，有良好的

排水条件；

4. 有良好的工程地质条件；

5. 有方便的交通、运输和水电条件。

6. 有扩建的可能；

7. 在厂区夏季主导风向的下风侧；

8. 少拆迁，少占地，根据环境评价要求，有一定的卫生防护距离；

综上，本次设计的污水处理厂应该建在厂区的西北面。

3.2 设计要求

3.2.1 设计规模

电镀过程中产生的重金属废水含有有毒的重金属离子，如果未经处理就排放

到水体中，势必会造成严重的水体污染以及会危害人类的健康[5]。本设计采用化

学法与物理法的结合来去除电镀过程中产生的重金属废水，使处理后的排水可以

满足排放要求。本设计中，处理废水总量为Q=880m3/d，也即废水站的处理规模。3.2.2 水质水量及处理要求

污水的处理水量：含铬废水 Q=280m3/d;含其它重金属废水 Q=600m3/d。

污水处理前的水质情况与处理后的要求见下表。

表3-1 污染物指标应达到的处理程度

SS PH Cr6+Zn2+Ni2+Cu2+COD BOD

5

进水40 40 10 20 1200 50 150 6.5-7.5