電鍍廢水處理工程設(shè)計

蘇啟元 涂火燕

(南昌青山湖污水處理有限公司，江西 南昌 330096)

深圳市寶安區(qū)某鍍膜有限公司，主要進行鐘表、首飾、電子、五金產(chǎn)品等金屬配件的表面處理、電鍍、噴涂、拋光、鍍膜等加工服務(wù)。近年來，隨著公司規(guī)模的擴大，生產(chǎn)廢水量相應(yīng)增大，廢水中有毒、有害污染物未經(jīng)處理直接排放嚴重污染了環(huán)境。應(yīng)廠方要求對該公司的電鍍廢水處理進行設(shè)計。

1 工程概況

該公司廢水主要是電鍍廢水，日排放總量為100m3/d，主要污染物為酸堿、重金屬銅離子、絡(luò)合銅離子、鎳離子、鉻離子、氰化物、有機物以及懸浮物等，水質(zhì)復(fù)雜，成分不易控制[1]，在設(shè)計時考慮將電鍍廢水分成四類進行處理，分別是：酸堿綜合廢水、含氰廢水、含鉻廢水、焦銅廢水，廢水水量見表1。按照環(huán)保主管部門的要求，出水執(zhí)行廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《水污染物排放限值》(DB44/26-2001)第二時段一級排放標(biāo)準(zhǔn)。相關(guān)指標(biāo)分別見表2、表3。

表1 電鍍廢水水量

注：根據(jù)廠家要求1 d按5 h運轉(zhuǎn)。

表2 含氰、含鉻廢水設(shè)計進水、出水水質(zhì)

表3 酸堿綜合廢水、焦銅廢水設(shè)計進水、出水水質(zhì)

2 設(shè)計方案及工藝流程

2.1 工藝流程的確定

目前，國內(nèi)外電鍍廢水處理的方法主要有：離子交換法，化學(xué)法，鐵氧體法，生物法等[1-4]，而國內(nèi)多采用化學(xué)法，該法技術(shù)成熟，效果穩(wěn)定可靠，較適合小型電鍍廠的廢水處理，本工程也采用化學(xué)法。

電鍍車間、各類金屬(或塑料)零件表面處理及印制板車間排放的廢水依據(jù)其污染物不同需采用不同的處理方法。

氰化電鍍過程中產(chǎn)生的廢水稱為含氰廢水，由于氰根離子毒性大，且形成的絡(luò)合物較穩(wěn)定，所以含氰廢水分質(zhì)單獨設(shè)計一個預(yù)處理系統(tǒng)先進行破氰處理，將氰根離子氧化去除，破氰后的含氰廢水與其他電鍍廢水混合處理；含鉻廢水來源于鍍鉻、鈍化、鋁陽極氧化等鍍件的清洗水，主要污染物為六價鉻離子，六價鉻離子在酸性條件下以Cr2O72-的形式存在，在堿性條件下經(jīng)CrO42-的形式存在，所以須分質(zhì)單獨設(shè)計一個預(yù)處理系統(tǒng)將含鉻廢水中六價鉻離子還原成三價鉻離子，在堿性條件下直接生成氫氧化物沉淀，然后再與其他電鍍廢水混合處理；焦銅廢水中主要含有絡(luò)合銅離子，通過采用先在堿性條件下用硫化亞鐵進行破絡(luò)處理，最后與其他電鍍廢水以及酸堿綜合廢水一起進行化學(xué)混凝沉淀處理。具體工藝流程見圖1。

2.2 工藝流程說明

2.2.1 酸堿綜合廢水的處理

根據(jù)設(shè)計的工藝流程，從車間排出的酸堿廢水、鍍銅、鎳廢水混和在一起排入綜合廢水調(diào)節(jié)池，混和均衡后由泵打入混凝反應(yīng)池。在混凝反應(yīng)池通過內(nèi)設(shè)的pH自動控制系統(tǒng)和磁力泵自動控制堿的加入，調(diào)節(jié)廢水的pH至9.5-10，同時加入混凝劑和助凝劑。經(jīng)混凝反應(yīng)后的廢水排入沉淀池進行固液分離。上清液排入過濾池進行過濾，濾后直接流入pH回調(diào)池，通過pH自動控制系統(tǒng)和磁力泵自動控制酸的加入，調(diào)節(jié)廢水的pH至6-9，最后廢水排入標(biāo)準(zhǔn)排放口，經(jīng)檢查和計量后排放。而沉降于沉淀池污泥斗中的污泥則定期排入污泥濃縮池，經(jīng)自然濃縮后由泵打入板框壓濾機進行脫水處理，濃縮后的上清液以及壓濾出的濾液排回廢水調(diào)節(jié)池進行再處理。

圖1 電鍍廢水處理工藝流程圖

2.2.2 含氰廢水的處理

車間排出的含氰廢水先排入含氰廢水調(diào)節(jié)池，經(jīng)混和均衡后由泵打入氧化池進行破氰反應(yīng)。具體分兩步：在第一氧化池內(nèi)，通過pH控制系統(tǒng)控制堿的加入，調(diào)節(jié)廢水的pH大于10，同時，通過ORP自動控制系統(tǒng)控制氧化劑的加入，調(diào)節(jié)廢水的ORP值大于350 mV，將CN-氧化成CNO-；在第二氧化池內(nèi)，通過pH控制系統(tǒng)自動控制酸的加入，調(diào)節(jié)廢水的pH為7-8，同時，通過ORP自動控制系統(tǒng)控制氧化劑的加入，使廢水的ORP值大于650 mV，將CNO-進一步氰化成N2和CO2擴散到空氣中，消除氰化鹽對環(huán)境的污染。經(jīng)上述兩步破氰反應(yīng)后的含氰廢水排入綜合廢水調(diào)節(jié)池，與酸堿混和廢水一起進行后續(xù)工序的處理。

反應(yīng)機理：

第一階段為不完全氧化，將氰氧轉(zhuǎn)化成氰酸鹽，反應(yīng)式如下：

CN-+OCl-+H2O→CNCl+2H-

(1)

CNCl+2OH-→CNO-+Cl-H2

(2)

其反應(yīng)速度取決于 pH 值 、溫度和有效氯濃度 。

第二階段為完全氧化階段——將氰酸鹽進一步氧化分解成二氧化碳和氮氣，反應(yīng)式如下：

CNO-+ClO-+H2O→CO2↑+N2↑+3Cl-+2OH-

(3)

2.2.3 含鉻廢水的處理

車間排出的含鉻廢水首先排入含鉻廢水調(diào)節(jié)池，經(jīng)混和均衡后由泵打入還原池進行還原反應(yīng)。在還原池內(nèi)，通過pH控制系統(tǒng)自動控制酸的加入，調(diào)節(jié)廢水的pH小于3，同時，通過ORP自動控制系統(tǒng)控制還原劑的加入，使廢水的ORP值達到250-300 mV，將六價鉻離子還原成三價鉻離子。經(jīng)還原后的含鉻廢水則排入綜合廢水調(diào)節(jié)池，與酸堿綜合廢水一起進行后續(xù)工序的處理。

2.2.4 焦銅廢水的處理

車間排出的焦銅廢水首先排入焦銅廢水調(diào)節(jié)池，通過pH控制系統(tǒng)和ORP自動控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)pH為10-11，ORP為-70至-100 mV，混合均衡后進入破絡(luò)反應(yīng)池，通過投加藥物攪拌使Cu2+離子沉淀，破絡(luò)后的廢水與酸堿混和廢水一起進行后續(xù)工序的處理。

3 工藝設(shè)計

3.1 廢水調(diào)節(jié)池

收集電鍍車間的廢水。本工藝設(shè)調(diào)節(jié)池四座，為綜合廢水調(diào)節(jié)池、含氰廢水調(diào)節(jié)池、含鉻廢水調(diào)節(jié)池及焦銅廢水調(diào)節(jié)池各一座，分別收集不同污染物產(chǎn)生的廢水。調(diào)節(jié)池均為地下式矩形鋼筋混泥土池，因廢水具有腐蝕性，故池內(nèi)做相應(yīng)防腐處理，除焦銅廢水的調(diào)節(jié)時間為5 h外，其余均為6h。設(shè)計綜合廢水調(diào)節(jié)池有效體積為60.0m3，尺寸為L×B×H=6.0 m×4.0 m×2.5 m；含氰廢水調(diào)節(jié)池流量為3.0 m3/h，有效體積為12.0 m3，尺寸為L×B×H=4.0 m×1.2 m×2.5 m；含鉻廢水調(diào)節(jié)池流量為4.0 m3/d，有效體積為24.0 m3，尺寸為L×B×H=4.0 m×2.4 m×2.5 m；焦銅廢水調(diào)節(jié)池流量為3.0 m3/d，有效體積為10.0 m3，尺寸為L×B×H=4.0 m×1.0 m×2.5 m，每座調(diào)節(jié)池底部設(shè)空氣攪拌裝置。

3.2 混凝反應(yīng)池

該池分成三座小池，分別為pH調(diào)節(jié)池、快混池和慢混池，不同鍍種和不同污染物產(chǎn)生的廢水與所投加的藥劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成易于后續(xù)處理的氫氧化物絮體；混凝反應(yīng)池為地上式矩形鋼筋混泥土池，池內(nèi)進行防腐處理。設(shè)計停留時間為20 Min，流量為10.0 m3/h，有效體積為3.3 m3，內(nèi)部尺寸為L×B×H= 3.5 m×1.0 m×1.0 m，pH調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)機械攪拌裝置和pH控制系統(tǒng)各一套，快混池和慢混池內(nèi)安裝機械攪拌裝置各一套。

3.3 破氰氧化池

分兩級破氰，投藥混合后的含氰廢水在一級破氰池內(nèi)，CN-被氧化成CNO-；在二級破氰池內(nèi)CNO-進一步被氰化成N2和CO2擴散到空氣中，消除了氰化鹽對環(huán)境的污染。

破氰池為矩形混泥土池，設(shè)計停留時間為40 h，有效體積為1.33 m3，內(nèi)部尺寸為L×B×H=2.0 m×2.0 m×1.0 m，每級破氰池內(nèi)均裝有機械攪拌裝置、pH自動控制系統(tǒng)以及ORP控制系統(tǒng)各一套，以控制反應(yīng)條件和反應(yīng)程度。

3.4 還原池

分兩格，先調(diào)節(jié)含鉻廢水的pH值，為鉻離子的去除創(chuàng)造必要的條件，然后六價鉻離子被還原成三價鉻離子。還原池為矩形矩形磚混土池。設(shè)計停留時間為40 min，有效體積為2.7 m3，內(nèi)部尺寸為L×B×H=3.0 m×1.0 m×1.0 m，池內(nèi)安裝機械攪拌裝置、pH和ORP自動控制系統(tǒng)各一套，以控制pH和反應(yīng)程度。

3.5 焦銅破絡(luò)反應(yīng)池

分兩格，先調(diào)節(jié)焦銅廢水的pH值，為Cu2+離子的去除創(chuàng)造必要的條件，然后投加藥物攪拌使Cu2+離子沉淀。該池為矩形磚混泥土池，設(shè)計停留時間為40 min，有效體積為1.33 m3，內(nèi)部尺寸為L×B×H=2.0 m×1.0 m×1.0 m，池內(nèi)安裝機械攪拌裝置、p(和ORP自動控制系統(tǒng)一套，以控制pH和反應(yīng)程度。

3.6 綜合沉淀池

含氰、含鉻、焦銅廢水和酸堿綜合廢水經(jīng)過反應(yīng)后，進入沉淀池，反應(yīng)階段形成礬花，依靠重力作用沉淀下來，實現(xiàn)泥水分離。斜管式沉淀池一座，鋼筋混泥土結(jié)構(gòu)，地上式，池內(nèi)防腐，設(shè)計表面負荷q=0.50 m3/m2·h，沉淀池平面尺寸為L×B=6.2 m×3.5 m，直統(tǒng)高(直統(tǒng)=2.5 m，斜板部分容積Ve=18.3 m3，澄清部分總?cè)莘eVc=31.0 m3，該池進水方向均為逆向流，池內(nèi)放置斜管，管孔徑為60 mm，傾角為60度。

3.7 過濾池

廢水經(jīng)沉淀池分離后水中仍含有沒沉降的懸浮膠體物質(zhì)，通過過濾池，廢水中的懸浮物質(zhì)被截留而去除。該池為磚混泥土結(jié)構(gòu)，設(shè)計過濾面積為S=4 m2，濾速為U=2.5 m/h，內(nèi)部尺寸為L×B×H=2.8 m×1.9 m×2.8 m。

3.8 污泥濃縮池

污泥濃縮池做污泥濃縮調(diào)儲用，為矩形鋼筋混泥土池，地下式，下部設(shè)污泥斗，儲泥時間為12h，內(nèi)部尺寸為：L×B×H= 4.0 m×1.5 m×2.5 m。

3.9 pH回調(diào)池

pH回調(diào)池做回調(diào)處理后廢水的pH值用，該池為地上式磚混泥土池，設(shè)計停留時間為15min，有效體積為：V=2.5 m3，內(nèi)部尺寸為L×B×H=1.45 m×1.35 m×1.4 m，池內(nèi)裝有pH自動控制系統(tǒng)一套，并設(shè)機械攪拌裝置一套。

3.10 清水池

1座，地上式磚混泥土結(jié)構(gòu)，內(nèi)防腐，設(shè)計停留時間為15min，有效體積為V=2.5m3，內(nèi)部尺寸為L×B×H=1.45 m×1.35 m×1.4 m，貯存處理后廢水。

3.11 標(biāo)準(zhǔn)排放口

做處理后廢水排放用，磚徹結(jié)構(gòu)，地上式，內(nèi)部尺寸為L×B×H=3.5 m×0.8 m×0.8 m。

4 工程特點

(1)該工藝設(shè)計綜合考慮了含氰、含鉻廢水、焦銅廢水的性質(zhì)，簡化了處理工藝，整個處理過程所用設(shè)備較少、造價低。

(2)在設(shè)計過程中，將破氰氧化反應(yīng)池和還原池建在一起。將堿化反應(yīng)器、絮凝反應(yīng)器和沉淀反應(yīng)器合建在一起。使整個處理工藝更加緊湊。施工及操作管理方便，占地面積小。

(3)應(yīng)用pH/ORP自動控制儀表通過傳感器對各個處理環(huán)節(jié)實現(xiàn)自動控制，確保廢水治理能穩(wěn)定地進行。

(4)工藝采用的是傳統(tǒng)的化學(xué)法，技術(shù)成熟、操作簡單、效果穩(wěn)定可靠，能承受大水量和高濃度負荷的沖擊。

5 運行效果

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)試，處理后出水pH為6.5-8.5，SS、CODcr分別為45 mg/L、60 mg/L，Cr6+、Ni+濃度分別為0.41 mg/L和0.60 mg/L，CN-，Cu2+，Zn2+濃度分別為0.29 mg/L、0.44 mg/L和1.00 mg/L，達到了廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《水污染物排放限值》(DB44/26-2001)第二時段一級排放標(biāo)準(zhǔn)和國家《綜合污水排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)中第一類和第二類污染物的排放要求。

6 結(jié)論

本工程實例顯示，采用先分質(zhì)處理再混合處理的方法處理含氰及多種重金屬的電鍍廢水是可行的，出水水質(zhì)指標(biāo)均低于國家污水排放標(biāo)準(zhǔn)。 該方法處理的廢水不但出水水質(zhì)好，具有良好的環(huán)境效益，而且占地小，投資少，也具有較好的經(jīng)濟效益，同時運行效果穩(wěn)定可靠，操作簡單，有很高的推廣價值。