電鍍廢水化學(xué)法綜合處理及回用工程設(shè)計(jì)
【純水設(shè)備http://www.shsingshine.cn】本文通過分析企業(yè)廢水的來源和含量，采用化學(xué)法處理含鉻、鎳和氰化物的廢水，設(shè)計(jì)并建立了廢水處理中心系統(tǒng)。系統(tǒng)由pH、ORP控制器控制每一個(gè)處理單元,自動(dòng)加藥過程穩(wěn)定、可控,結(jié)果可以是數(shù)字和實(shí)時(shí)傳輸環(huán)境管理部門、實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)Ⅱ級(jí)要求,實(shí)現(xiàn)企業(yè)節(jié)能減排的目的。
桂林航天電子有限公司是一家以開發(fā)、生產(chǎn)軍用繼電器、連接器、專用開關(guān)、小型儀器等產(chǎn)品為主的航天機(jī)電元器件(元器件)高新技術(shù)企業(yè)。表面處理技術(shù)主要包括鍍金、鍍銀、鍍銅和鍍鎳。為了進(jìn)一步提高污水排放指標(biāo)，按照“十二五”基礎(chǔ)設(shè)施改造和節(jié)能減排固定資產(chǎn)投資項(xiàng)目的要求，對(duì)電鍍廢水進(jìn)行綜合處理和回用工業(yè)純水設(shè)備。廢水來源及水質(zhì)
1.1污水來源及分類
電鍍廢水的來源和水質(zhì)分析是廢水處理工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。
1.1.1預(yù)處理廢水
表面預(yù)處理主要包括去油和去氧化膜兩個(gè)過程。工件通常用表面活性劑乳化去油。這部分廢水的化學(xué)需氧量(COD)較高。氧化膜去除工藝的選擇與基體材料密切相關(guān)。通常情況下，處理液是由各種酸組成，而這部分廢水含有基質(zhì)材料的金屬離子。一般來說，預(yù)處理工藝主要是酸性和堿性廢水，含有Ni2+、Cu2+、Ag+、Fe2+、Fe3+、COD等污染物。
1.1.2電鍍廢水
根據(jù)生產(chǎn)工藝，電鍍廢水可分為以下三類:
1)含鉻廢水:含鉻廢水主要來源于銀合金與鉻酐的酸洗、銅合金與鉻酐的鈍化以及銀鍍層的發(fā)光。廢水中主要含有Cr6+和少量的Cu2+、Ag+等金屬離子。
2)含鎳廢水:含鎳廢水主要有兩種來源:鍍鎳和化學(xué)鍍鎳。鍍鎳廢水主要來自酸性鍍鎳生產(chǎn)線的沖洗水，廢水主要含有NiSO4、NiCl2等?；瘜W(xué)鍍鎳廢水由絡(luò)合物、穩(wěn)定劑和pH緩沖液組成。
3)含氰廢水:含氰廢水是由氰化鍍銅、氰化鍍銀、氰化鍍金所產(chǎn)生的廢水。廢水中含有CN-、Cu2+、Ag+等污染物。鍍金廢水經(jīng)回收后排放到含氰廢水中。
1.1.3 廢棄鍍液和退鍍?nèi)芤?/span>
由于鍍液到達(dá)使用壽命、鍍槽處理以及退鍍零件等原因會(huì)產(chǎn)生廢棄鍍液和退鍍?nèi)芤海擃悘U液通常濃度較高、成分較復(fù)雜，可以單獨(dú)收集、預(yù)處理后緩慢投加至相應(yīng)廢水中進(jìn)行處理，也可以單獨(dú)收集，委托外部資質(zhì)單位進(jìn)行處理。
1.2 進(jìn)水水量和水質(zhì)
分質(zhì)分流是做好廢水處理的前提，因此需要明確每個(gè)鍍槽排出廢水的類別，計(jì)量每種廢水的排放量并控制地面排水的流向。
前處理廢水歸屬于酸堿廢水；含氰鍍液廢水歸屬于含氰廢水；含鉻酐鍍液廢水歸屬于含鉻廢水；
化學(xué)鍍鎳廢水經(jīng)初步處理后與鍍鎳廢水一起歸屬于含鎳廢水；沖洗鍍槽以及車間地面的廢水按類別歸入相應(yīng)的廢水。項(xiàng)目廢水的平均排放量約為120 m3/d，按有關(guān)要求，廢水處理設(shè)施設(shè)計(jì)處理能力144 m3/d，每天按 8 h 運(yùn)行，各類廢水設(shè)計(jì)處理水量和水質(zhì)如表1所示。
2 設(shè)計(jì)目標(biāo)
排放水質(zhì)滿足《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》 （GB21900—2008）中的表2要求。電鍍用水重復(fù)利用率達(dá)到2015年環(huán)境保護(hù)部等三部委25號(hào)公告中附件 2《電鍍行業(yè)清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系》Ⅱ級(jí)要求，回水利用率≥40%，回用水質(zhì)優(yōu)于《金屬鍍覆和化學(xué)覆蓋工藝用水水質(zhì)規(guī)范》（HB5472—1991）B類水標(biāo)準(zhǔn)，回用水電導(dǎo)率≤100 μS/cm。安全防范達(dá)到《國(guó)防科技工業(yè)安全防范系統(tǒng)技術(shù)要求》的二級(jí)。
3 工藝設(shè)計(jì)
電鍍廢水處理工藝主要有化學(xué)法、電解法、吸附法、反滲透等，而目前處理效果穩(wěn)定、適應(yīng)性強(qiáng)、處理成本低、管理簡(jiǎn)便的處理工藝仍是化學(xué)法，加入堿性溶劑使廢水中金屬離子形成氫氧化物絮體，然后沉淀分離去除。
本項(xiàng)目的目標(biāo)是要提高位于中心市區(qū)企業(yè)的電鍍污水排放的可控性，實(shí)現(xiàn)安全、穩(wěn)定和達(dá)標(biāo)排放。因此本項(xiàng)目在設(shè)計(jì)上采用了措施減小對(duì)周圍環(huán)境的影響工業(yè)純水設(shè)備，合理的將廢水進(jìn)行濃縮分離、回收水資源；合理控制噪聲、氣味；妥善處理、處置固體廢棄物，避免二次污染。同時(shí)充分考慮操作自動(dòng)化，減少勞動(dòng)強(qiáng)度；處理站內(nèi)設(shè)置必要的監(jiān)控儀表，提高管理水平。與企業(yè)原有電鍍廢水處理系統(tǒng)相比，操作全自動(dòng)化、過程可控，結(jié)果數(shù)據(jù)化且實(shí)時(shí)傳遞至環(huán)保管理部門，體現(xiàn)了企業(yè)對(duì)社會(huì)負(fù)責(zé)的作業(yè)方式。項(xiàng)目電鍍廢水處理工藝流程如圖1所示。
3.1 含鉻廢水系統(tǒng)
電鍍廢水中的鉻主要以 Cr6+離子存在，加入還原劑將Cr6+還原成微毒的Cr3+，沉淀后進(jìn)入酸堿廢水系統(tǒng)。
選擇焦亞硫酸鈉作為還原劑［3］，設(shè)定pH為2.5~ 3，氧化還原電位（Oxidation-Reduction Potential 簡(jiǎn)稱ORP）190~240 mV，在攪拌狀態(tài)下自動(dòng)加入硫酸和焦亞硫酸鈉溶液，反應(yīng)時(shí)間 30~45 min。反應(yīng)方程式如式（1）所示。
2H2Cr2O7+3Na2S2O5+3H2SO4→2Cr（2 SO4）3+ 3Na2SO4+5H2O （1）
還原反應(yīng)完成后，用 NaOH 調(diào)節(jié) pH 至 7.8~8.5，進(jìn)行中和反應(yīng)，投加聚合氯化鋁（Polyaluminium Chloride，簡(jiǎn)稱 PAC）混凝，投加聚丙烯酰胺（Poly?acrylae，簡(jiǎn)稱 PAM）絮凝，再進(jìn)入含鉻廢水沉淀系統(tǒng)進(jìn)行泥水分離，反應(yīng)方程式如式（2）所示。
Cr3+＋3OH-→Cr（OH）3↓ （2）
泥水分離后污泥進(jìn)入污泥處理系統(tǒng)，溶液進(jìn)入酸堿廢水系統(tǒng)。
3.2 含鎳廢水系統(tǒng)
化學(xué)鍍鎳廢水采用 H2O2破絡(luò)，設(shè)定 pH 為 2~ 3，反應(yīng)停留時(shí)間3~5 h，破絡(luò)完的廢水采用NaOH調(diào)pH 至 10.5~11.0，進(jìn)行中和反應(yīng)，投加 PAC 混凝、PAM 絮凝，沉淀后清水與電鍍鎳廢水混合，污泥排至綜合污泥池。
含鎳廢水用 NaOH 調(diào)節(jié) pH 至 9.6~11.0，進(jìn)行中和反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間15~20 min。投加PAC混凝、PAM絮凝，再進(jìn)入含鎳廢水沉淀系統(tǒng)進(jìn)行泥水分離。
3.3 含氰廢水系統(tǒng)
含氰廢水采用 NaClO作為還原劑，堿性氯化法二階段破氰。
第一階段為不完全氧化階段，將氰氧化成氰酸鹽。一級(jí)破氰的 pH 控制在 11.0~11.5，ORP 值為330~350 mV，反應(yīng)時(shí)間為30 min。反應(yīng)方程式如式（3）和式（4）所示。
CN-＋ClO-＋H2O→CNCl＋2OH- （3）
CNCl＋2OH-→CNO-＋Cl-＋H2O （4）
第二階段為完全氧化階段，將氰酸鹽進(jìn)一步氧化分解成二氧化碳和氮?dú)?。二?jí)破氰的pH控制在8~8.5，ORP 值為 600~650 mV，反應(yīng)時(shí)間為 30 min。反應(yīng)方程式如式（5）所示。
2CNO-＋3ClO-＋H2O→2CO2↑＋3Cl-＋ N2↑＋2OH- （5）
破氰后的廢水進(jìn)入酸堿廢水收集池工業(yè)純水設(shè)備，由下一道工序繼續(xù)處理。
3.4 酸堿廢水系統(tǒng)
調(diào)節(jié)酸堿廢水pH至8.5~9.0，反應(yīng)時(shí)間30 min，投加PAC混凝、PAM絮凝，進(jìn)入沉淀池沉淀［6］；上清液經(jīng)多介質(zhì)過濾器處理，去除懸浮物后，進(jìn)入回用水處理系統(tǒng)進(jìn)行回用處理。
3.5 中水回用及濃水處理系統(tǒng)
中水回用工藝流程如圖 2所示，中間水槽收集各類廢水，調(diào)整pH后進(jìn)入膜回用水系統(tǒng)［7］。柱式連續(xù)膜過濾（Cylindrical Continuous Membrane Filtra?tion，簡(jiǎn)稱 CCMF）裝置作為回用系統(tǒng)的前置，采用20 μm 袋式過濾，由 9支單段式反滲透（Reverse Os?mosis Membrane，簡(jiǎn)稱RO膜）膜組件構(gòu)成，設(shè)計(jì)通量為 45~60 L/（m2·h），設(shè)備產(chǎn)水能力 6 m3/h，配備反洗系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自我再生。采取逐級(jí)過濾的方式，確保系統(tǒng)出水水質(zhì)符合濃水系統(tǒng)進(jìn)水要求。CCMF連續(xù)超濾濃水及反洗水由于含有懸浮物及微量膠體，將其回流至酸堿水池再經(jīng)沉淀處理。
中水經(jīng)過反滲透處理后產(chǎn)生一定量的濃水，存在離子濃度和 COD 超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。濃水處理工藝流程如圖 3 所示，先將濃水 pH 調(diào)節(jié)為 3 左右，加入 H2O2 及FeSO4氧化廢水中難降解物質(zhì)，加入混凝劑，然后調(diào)節(jié) pH 為 9左右進(jìn)行混凝反應(yīng)，廢水進(jìn)入 60°斜板固液分離，設(shè)計(jì)最大表面負(fù)荷為1.0 m2·h，上層清液進(jìn)入回收水池，污泥進(jìn)入綜合污泥池。原水經(jīng)過多介質(zhì)過濾器，濾料設(shè)計(jì)吸附值≥1000 mg/ g，粒徑0.44~3 mm，比表面積 700～1400 ㎡/g，確保出水污染指數(shù)（Silting Density Index，簡(jiǎn)稱 SDI）≤5，去除有機(jī)物和余氯，降低色度、濁度，延長(zhǎng)膜系統(tǒng)的使用壽命［8-9］。
3.6 污泥處理系統(tǒng)
各類廢水經(jīng)固液分離，沉淀污泥由斜板沉淀池收集，經(jīng)氣動(dòng)泵輸送至板框壓濾機(jī)壓干，壓濾機(jī)出水排至濃水收集池。
3.7 土建和安防系統(tǒng)
本項(xiàng)目新增216 ㎡使用面積，土地進(jìn)行硬化防腐處理，彩鋼瓦覆蓋。依據(jù)《國(guó)防科技工業(yè)安全防范系統(tǒng)技術(shù)要求》的二級(jí)防范要求，周界設(shè)置高度2.4 m的金屬柵欄，豎桿間距150 mm，配備4臺(tái)高清攝像頭，視頻圖像記錄像素大于704×576（4CIF），記錄幀率大于25幀/秒，圖像信息保存時(shí)間大于30 d。設(shè)計(jì)門禁系統(tǒng)，新建應(yīng)急處理池，安裝水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)設(shè)施并與環(huán)保局聯(lián)網(wǎng)。
4 處理效果
工程已建成投入使用，運(yùn)行情況良好。加藥單元采用自動(dòng)控制系統(tǒng)，設(shè)備開?，F(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)和程序自動(dòng)控制，中央監(jiān)控室設(shè)監(jiān)控屏顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。處理后出水達(dá)到設(shè)計(jì)出水標(biāo)準(zhǔn)及電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB21900—2008），經(jīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門驗(yàn)收合格?；赜盟蓾M足工件清洗質(zhì)量及不影響后工序鍍槽鍍液質(zhì)量，水重復(fù)利用率達(dá)40％。
5 效益分析
本套電鍍廢水處理設(shè)施以節(jié)能和自動(dòng)化為依據(jù)，在配電設(shè)計(jì)、化學(xué)藥劑的選用和自動(dòng)化程度上進(jìn)行優(yōu)化篩選以達(dá)到節(jié)約成本的目的。工藝技術(shù)人員由電鍍工藝員兼職，配備污水處理操作人員 1 人，八小時(shí)工作制。日常運(yùn)行費(fèi)用主要包括電費(fèi)、藥劑費(fèi)及人工費(fèi)用等，以含鉻廢水處理回用系統(tǒng)為例工業(yè)純水設(shè)備，其處理成本主要包括耗電費(fèi)和藥劑費(fèi)兩項(xiàng)，具體核算數(shù)據(jù)如表 2所示，其它廢水處理系統(tǒng)運(yùn)行成本參考表 2 核算數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，具體見表 3。按照每天 120 m3/d的廢水處理量計(jì)算，廢水的平均處理成本為9.6 元/m3，工程運(yùn)行費(fèi)用較低。
6 結(jié)論與展望
本文在分析企業(yè)廢水來源、廢水含量的前提下，做好分質(zhì)分流，應(yīng)用化學(xué)法處理含鉻廢水、含鎳廢水、含氰廢水和酸堿廢水，技術(shù)成熟、效果穩(wěn)定，對(duì)重金屬污染物去除適應(yīng)性強(qiáng)；由 pH 和 ORP 控制儀控制各處理單元自動(dòng)加藥，操作簡(jiǎn)便。
應(yīng)用膜分離技術(shù)進(jìn)行回水再利用，達(dá)到了清潔生產(chǎn)Ⅱ級(jí)要求，減少了污染物排放，且可根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展。安防、防腐、應(yīng)急設(shè)備設(shè)施均滿足要求。工業(yè)純水設(shè)備,實(shí)驗(yàn)室水處理設(shè)備.
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