【文章內(nèi)容簡介】 兩組分或多組分的氣體或液體進(jìn)行分離、分級、提純和富集。膜分離法處理電鍍廢水一般選小型電鍍廠廢水處理工程 第 14 頁 共 69 頁 用反滲透、超濾及二者的結(jié)合技術(shù)，其關(guān)鍵是根據(jù)分離條件選擇合適的膜。對于酸性較強(qiáng)的廢液應(yīng)選擇在酸性環(huán)境中，具有較好穩(wěn)定性的芳香族聚酰胺中空纖維膜。（ B－ B－ B－ 15）和芳香聚酰肼（ DP－ 1）膜，對鍍鎘廢水及含氰等堿性較強(qiáng)的廢液應(yīng)選用耐堿性較好的分離 膜。對于具有較高氧化性的 Cr(VI)的去除則要求膜具有較好的抗氧化能力，一般 Cr(VI)的去除，選用聚苯并咪唑酮（ PBJL）膜和聚砜酰胺（ PSA）膜。 膜分離作為新的分離凈化和濃縮技術(shù)，過程中大多數(shù)無相變化，常溫下操作，有高效、節(jié)能、工藝簡便、投資少、污染小等優(yōu)點，尤其對于處理熱敏物質(zhì)領(lǐng)域如食品、藥品、和生物工程產(chǎn)品，顯示出極大優(yōu)越性。與傳統(tǒng)分離操作（如蒸發(fā)、萃取或離子交換等）相比較，不僅可以避免組分受熱變性或混入雜質(zhì)，通常還有低能耗和效率高的特點，因而具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，故發(fā)展相當(dāng)迅速，應(yīng)用也越來越廣泛。 在國際膜會議上曾將“在 21 世紀(jì)的多數(shù)工業(yè)中膜過程所扮演的戰(zhàn)略角色 ”列為專題，進(jìn)行深入討論，并認(rèn)為它是 20 世紀(jì)末到 21 世紀(jì)中期最有發(fā)展前途的高技術(shù)之一。隨著膜組件國產(chǎn)化程度的提高，制約膜技術(shù)發(fā)展的投資額及維修費(fèi)用過高的問題將得到緩解，在加上水回用需求的增加，在未來的電鍍廢水處理工程實踐中，膜分離技術(shù)將越來越受到人們的重視。但是作為一項新技術(shù)，它的先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性究竟怎樣尚需深入探索。目前，膜分離技術(shù)面臨的問題主要是國產(chǎn)膜性能不佳、進(jìn)口膜價格昂貴、膜易被污染。 離子浮選法 離子浮選有兩種形式，一種是加入 與欲浮選出的離子電性相反的表面活性劑到溶液中，起泡后，表面活性劑與該離子發(fā)生反應(yīng)，形成不溶于水的化合物附屬在氣泡上，浮在水面形成固體浮渣，然后將固體浮渣和氣泡一起捕獲進(jìn)行分離。另一種是添加能和廢水欲處理的離子形成配合物或螯合物的表面活性劑，使溶液起泡形成泡沫，被處理的元素富集于泡沫再進(jìn)行分離。該方法的特點是可以從很稀的廢水中有選擇的回收各種無機(jī)金屬離子和有機(jī)離子。 黃原酸法 黃原酸法分為不溶性淀粉黃原酸酯法（ ISX）和纖維素黃原酸法，前者是鈉、鎂型ISX 與廢水中的重金屬離子接觸時，鍵合在硫上的鈉 、鎂離子將與廢水中重金屬離子進(jìn)行交換。重金屬離子取代鈉、鎂而生成重金屬不溶性黃原酸酯沉淀下來，鈉、鎂則游離 在水中。有些重金屬離子 [如 Cu2＋、 Cr(VI)等 ]的去除是先通過氧化還原反應(yīng)，然后再進(jìn)行離子間的交換才完成的。而纖維素黃原酸法是通過纖維素葡萄糖基經(jīng)化學(xué)改性引入－ C－ S－官能團(tuán)制成的纖維素黃原酸鹽完成的，不同金屬元素與纖維素黃原酸鹽親和力不同，并遵循 Cu≈PbCdNiZnMnMgCaNa，纖維素黃原酸鹽中的鎂和鈉均可被重金屬離子取代。能進(jìn)行以上反應(yīng)的離子有： Zn2+、 Ag+、 Au+、 Ni2+、 Mn2+、 Cr3+、 Fe2+、Cd2+、 Pb2+。 腐殖酸法 泥炭、褐煤等除去瀝青后，用堿液煮沸，溶液被染成黑褐色，酸化時，析出紅褐色絮狀的沉淀，這種物質(zhì)稱為腐殖質(zhì)。 腐殖質(zhì)法處理重金屬廢水的機(jī)理可能是風(fēng)化煤中含有的腐殖質(zhì)具有易與金屬離子配位的活性官能團(tuán)，如羧基和羥基等。這些官能團(tuán)中的 OH－ A 有孤對電子，羥基上的氫易被具有空電子軌 道的金屬離子所取代。因此。腐殖質(zhì)可作為一種有機(jī)配位體與重金屬離子進(jìn)行配合或螯合。腐殖質(zhì)與重金屬離子的吸附交換主要取決于腐殖質(zhì)分子中的羧基和酚羥基的含 量。因而腐殖質(zhì)具有弱酸型陽離子交換和配位能力等性質(zhì)。 活性炭是由木材、煤、果殼等含炭物質(zhì)，在高溫和缺氧的條件下活化制成的。在活性炭的晶格間，形成了各種形狀、大小不同的微孔結(jié)構(gòu)與巨大的比表面積，因而具有很強(qiáng)的吸附性能，可有效的吸附廢水中的有機(jī)污染物和金屬離子?；钚蕴刻幚黼婂儚U水，目前主要用于含鉻、含氰廢水。用活性炭處理含鉻廢水，根據(jù)處理水的條件和要求，一般認(rèn)為是利用它的吸附作用和還原作用。除此之外，還有沸石吸附、麥飯石吸附法。 活性炭法處理電鍍廢水的優(yōu)點： a. 活性炭耐酸、耐堿， 在高溫下不易破碎，有穩(wěn)定的化學(xué)性能； b. 節(jié)省用水，清洗零件的廢水用活性炭處理后不排放，可重復(fù)做清洗水； c. 投資省，設(shè)備簡單，占地面積小，可直接在鍍槽旁邊工作，操作維護(hù)方便； d. 處理費(fèi)用低，活性炭來源廣，并可再生反復(fù)使用； e. 不直接產(chǎn)生污泥，不易產(chǎn)生 二 次污染。 盡管有以上優(yōu)點但還是有不足之處，如廢水中污染物容度較高時，活性炭再生比較小型電鍍廠廢水處理工程 第 16 頁 共 69 頁 頻繁；長期反復(fù)使用活性炭處理喊含鉻廢水后，處理后水用來做清洗水時，三價鉻含量會增加，影響噸化膜，以及在洗脫液的利用等方面尚需進(jìn)一步探索。 第 4 章 處理工藝的確定 工藝流程選擇 在處理電鍍廢水的諸多工藝中，化學(xué)法應(yīng)用最為普遍，在國外約占 90％以上，中國各種電鍍廢水處理工藝的應(yīng)用比例依次為化學(xué)法、離子交換法、電解法；化學(xué)法約占40％，而且化學(xué)法呈上升趨勢并逐漸向發(fā)達(dá)國家靠近，離子交換和電解法則呈下降，下降或上升的原因主要在于處理工藝的實用程度。采用化學(xué)法的廢水處理工程投資約占電鍍工程總投資的 5％左右，而離子交換、電解法、反滲透法等廢水處理工程投資約占電鍍工程總投資的 30％～ 40％。所以根據(jù)上一 章 闡述的各個處理方法的優(yōu)缺點及本設(shè)計的實際情況選擇采用化學(xué)法進(jìn)行連續(xù)處理，同 時采用亞硫酸鹽還原法將六價鉻還原為三價鉻。設(shè)計處理流程如下圖所示： 圖 廢水處理工藝流程 斜板沉淀池 中間水池 砂濾器 清水池 濃縮池 板框壓濾 調(diào)節(jié)池 反應(yīng)池 濾液 上清液 含鉻廢水 H2SO4 NaHSO3 NaOH PFS、 PAM H2 SO4 NaOH 污泥 排放 小型電鍍廠廢水處理工程 第 18 頁 共 69 頁 工藝流程說明 廢水系統(tǒng) 廢水處理系統(tǒng)采用連續(xù)處理工藝。廢水經(jīng)過兩次提升，一次提升從調(diào)節(jié)池到中間水池，二次提升從中間水池到清水池。調(diào)節(jié)池中廢水由耐腐蝕泵泵入反應(yīng)池，在反應(yīng)池中以重力流方式流經(jīng)還原槽、中和槽、斜板沉淀池和中間水池，完成六價鉻的還原，三價鉻與鋅離子的絮凝和沉淀分離反應(yīng)。中間水池的水由耐腐蝕泵泵入石英砂過濾器過濾，出水 流入清水池，清水池中 pH 值不達(dá)標(biāo)，可以加酸或加堿進(jìn)行調(diào)節(jié)；如果污染物超標(biāo)，返回調(diào)節(jié)池重新處理。反應(yīng)過程的控制通過氧化還原電位（ ORP）測定儀、在線 pH 計和液位計實現(xiàn)。 污泥系統(tǒng) 斜板沉淀池中沉積的污泥經(jīng)污泥濃縮池濃縮，再經(jīng)板框壓濾機(jī)脫水后打包待用。濃縮和壓濾出水返回調(diào)節(jié)池重新處理。 藥劑投配系統(tǒng) 確定各種溶藥、投藥槽體有效容積、工藝尺寸及相關(guān)工藝設(shè)備。 工藝條件控制 還原六價鉻必須在酸性條件下進(jìn)行，當(dāng) pH 值為 或更低時，反應(yīng)可在 5 min 左右進(jìn)行完畢；當(dāng) pH 值 為 ～ 時，反應(yīng)時間在 20～ 30 min；當(dāng) pH 值大于 時，反應(yīng)速度非常緩慢。實際生產(chǎn)中，一般控制在 ～ 之間，反應(yīng)時間控制在 20～ 30 min。亞硫酸鈉與六價鉻的理論投藥比為 3﹕ 1（質(zhì)量比），由于廢水中雜質(zhì)的影響和反應(yīng)動力學(xué)方面的原因，實際投藥量應(yīng)高于理論投藥量，投藥比控制在（ 4～ 5）﹕ 1，投藥比過低會使還原反應(yīng)不充分，出水中六價鉻含量不能達(dá)標(biāo)，投藥比過高時浪費(fèi)藥劑，增加處理成本，并且容易生成可溶性離子 [Cr2（ OH） 2SO3]2，難以生成氫氧化鉻沉淀。氫氧化鉻沉淀的最佳 pH 值 為 7～ 8，而氫氧化鋅沉淀的最佳 pH 值為 8～ 9，故選擇絮凝反應(yīng)的 pH 值為 8，反應(yīng)時間為 15～ 20 min。 第 5 章 單 體構(gòu)筑物的設(shè)計 計算 1 一般說明 電鍍廢水水質(zhì)質(zhì)量有一定的波動，設(shè)置調(diào)節(jié)池使水質(zhì)和水量保持相對的穩(wěn)定，有利于后續(xù)處理單元的有效運(yùn)行，調(diào)節(jié)池材料采用鋼筋混凝土，內(nèi)外作防腐處理，調(diào)節(jié)池設(shè)事故溢流 管 。 2 參數(shù)選取 池形 方形 停留時間 HRT=4h 3 工藝尺寸 有效容積 V＝ QHRT=504/24= m3 有效水深 H＝ 2021 mm 橫截面積 S=V/H=池長 L=2500 mm 池寬 B=S/L= 取 B=2021 mm 調(diào)節(jié)池總尺寸 長度 寬度 高度 =2500 mm 2021 mm 2021 mm 4 工藝裝備 1 次提升泵 2 臺（ 1 用 1 備），由于廢水呈酸性，應(yīng)選用耐腐蝕泵，具體選型見水力計算部分。 1 一般說明 反應(yīng)池內(nèi)進(jìn)行還原反應(yīng)和絮凝反應(yīng)，在流程上分前后兩 格，前一格進(jìn)行六價鉻的還原反應(yīng)，后一格進(jìn)行氫氧化物的沉淀生成反應(yīng)，前后兩格用底部開口的隔板隔開，反應(yīng)過程進(jìn)行機(jī)械攪拌，如圖 所示 。 小型電鍍廠廢水處理工程 第 20 頁 共 69 頁 A 側(cè)視圖 B 俯視圖 圖 反應(yīng)池示意圖 反應(yīng)池中根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的不同需要加入各種藥劑，以實現(xiàn) pH 值調(diào)節(jié)，六價鉻的還原以及氫氧化鉻和氫氧化鋅的生成過程。為了促進(jìn)反應(yīng)物的充分接觸反應(yīng)，反應(yīng)池應(yīng)設(shè)置混合設(shè)備，由于生成的氫氧化鉻 絮體不易沉降，在進(jìn)入沉淀池之前應(yīng)在反應(yīng)池中投加絮凝劑幫助絮體長大以利于后續(xù)沉淀單元的處理效果。 2 主要設(shè)計參數(shù) （ 1）還原反應(yīng) pH 值 pH=。 停留時間 HRT＝ 20 min 投藥比 5﹕ 1 ORP 值 反應(yīng)過程控制通過氧化還原電位測定儀， ORP 值為 300 mV。 進(jìn)水 出水 攪拌功率 20 W/m3池容，強(qiáng)度為中等強(qiáng)度， G 值為 200/s。 （ 2）絮凝反應(yīng) pH 值 本廢水處理車間主要處理鉻和鋅，沉淀時 Cr(OH)3的最佳沉淀 pH 值為 7～ 8，Zn(OH)2的最佳沉淀 pH 值為 8～ 9，所以選擇絮凝池 pH 值為 8。 停留時間 HRT＝ 20 min G 值 50/s 3 工藝尺寸 反應(yīng)池的有效容積 V=Qt=50(20+20)/(2460)= m3 式中 Q——設(shè)計流量， m3/h； t ——反應(yīng)時間， h。 水深 H＝ m 超高 m 長 L＝ m 寬 B＝ m 凈尺寸 LBH＝ 2021 mm1000 mm1500 mm 4 工藝設(shè)備 （ 1）還原反應(yīng)攪拌裝置 按每 m3池容輸入功率 20W 計算，需要輸入的功率 N 為 N=20V/2=20攪拌機(jī)機(jī)械總效率 η1采用 ，攪拌機(jī)傳動效率 η2為 ，則攪拌機(jī)所需的電動機(jī)功率N39。為 N39。＝ N/（ η1η2）＝ （ ）＝ kW 槳葉構(gòu)造采用單層平板形，兩葉，長 寬＝ m m，槳葉底端距池底 m。 （ 2）絮凝反應(yīng)攪拌裝置 按每 m3池容輸入功率 10 W 計算，需要輸入的功 率 N 為 N=10V/2=10攪拌機(jī)機(jī)械總效率 η1采用 ，攪拌機(jī)傳動效率 η2為 ，則攪拌機(jī)所需的電動機(jī)功率 N39。為 N39。＝ N/（ η1η2）＝ （ ）＝ kW 小型電鍍廠廢水處理工程 第 22 頁 共 69 頁 槳葉構(gòu)造采用平板形， 8 葉，槳葉上下邊緣分別距水面和池底 m。 斜板沉淀池 1 一般說明 電鍍廢水處理中固液分離一般采用沉淀池或氣浮池。斜板沉淀池具有沉淀效率高，停留時間短，占地少等優(yōu)點，在電鍍廢水中得到廣泛的應(yīng)用。一 般為了構(gòu)造簡單，多采用異向流斜板沉淀池，即水流傾斜向上流，污泥則傾斜向下流。沉淀池中污泥至少每天排一次，以免污泥板結(jié)堵塞排泥管。設(shè)計的斜板沉淀池如圖 所示： 圖 斜板沉淀池示意圖 2 參數(shù)選取 個數(shù) n 1 水力表面負(fù)荷 q 3 m3/(m2h) 斜板長 L m 斜板傾角 θ 60186。 斜板凈距 d 40 mm 斜板厚 b 5 mm 3 工藝尺寸 池表面積 A A＝ Q/(nq)＝ 50/（ 1324）＝ m2 進(jìn)水 出水 式中 Q——最大設(shè)計流量， m3/h； n——池數(shù)； q——表面負(fù)荷，一般用 3～ 5 m3/（ m2h ）； ——斜板面積利用系數(shù)。 池長 a a= A ＝ ＝ m 取 a＝ m 核算 q＝ Q/（ nA）＝ 50/（ 124）＝ m3/(m2h) 滿足條件 3