某表面处理车间离子交换法处理电镀含铬废水工艺设计
[摘要]本设计以电镀含铬废水为对象，设计处理能力为120m3/d，主要去除废水中的Cr(VI)。本设计的核心工
艺选择离子交换法来处理电镀含铬废水。出水水质达到《污水综合排放标准》(GB21900-2008) 规定的一级标准。该工艺能够有效地去除电镀废水中的Cr(VI)，同时实现铬酸的回收。
[关键词]离子交换树脂；电镀含铬废水；再生
Surface treatment workshop ion exchange method to treat chromium containing wastewater process design
Sun Wenyue
(Grade10, Class1, Major Environmental engineering ,College of Chemical and Environmental Science,
Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723001, Shaanxi)
Tutor: Tang Bo
Abstract: The design is an object with electroplating wastewater containing chromium, design processing capacity of
120m3/d, mainly to remove Cr (VI) in the waste water. The core of the design process select ion exchange method to deal with the electroplating wastewater containing chromium. Effluent water quality meet the integrated wastewater discharge standard (GB21900-2008) the prescribed standards for level 1. The process can effectively remove Cr (VI) in electroplating waste water, at the same time realize the chromic acid recycling.
Key words: ion exchange resin; waste water containing Cr(VI);regeneration
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目录
1概述 ..................................................... 5
1.1电镀铬工业的发展 ........................................ 5 1.2六价铬电镀废水的危害 .................................... 5 1.3国内外电镀含铬废水的治理状况 ............................ 5 1.3.1国内电镀含铬废水的治理状况 ......................... 5 1.3.2国外电镀含铬废水的治理状况 ......................... 5 1.4常用电镀含铬废水处理技术 ................................ 6 1.4.1物理方法 ........................................... 6 1.4.2化学方法 ........................................... 7 1.4.3物理化学方法 ....................................... 8 1.4.4生物处理方法 ....................................... 9
2设计资料 ................................................ 10
2.1设计任务及依据 ......................................... 10 2.1.1设计任务 .......................................... 10 2.1.2设计依据 .......................................... 10 2.1.3设计原则 .......................................... 10 2.2设计基础资料 ........................................... 10 2.2.1设计规模及设计水质 ................................ 10 2.2.2处理要求 .......................................... 10
3电镀含铬废水的处理方案和工艺流程 ........................ 11
3.1废水来源 ............................................... 11
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3.2电镀含铬废水主要成分 ................................... 11 3.3工艺比较分析 ........................................... 11 3.3.1亚硫酸盐还原处理技术 .............................. 11 3.3.2硫酸亚铁—石灰处理技术 ............................ 11 3.3.3微电解处理技术 .................................... 12 3.3.4离子交换技术 ...................................... 12 3.4基本原理 ............................................... 13 3.5处理流程 ............................................... 14 3.5.1处理流程的选择 .................................... 14
4相关构筑物计算 .......................................... 17
4.1废水的预处理 ........................................... 17 4.1.1调节池 ............................................ 17 4.1.2过滤柱 ............................................ 18 4.2离子交换除铬系统 ....................................... 18 4.2.1除铬阴柱 .......................................... 19 4.2.2除酸阴柱 .......................................... 20 4.2.3酸性阳柱 .......................................... 20 4.2.4脱钠柱 ............................................ 21 4.3附属构筑物计算 ......................................... 21 4.3.1贮酸槽 ............................................ 21 4.3.2配酸槽 ............................................ 21 4.3.3碱液贮槽（配碱槽） ................................ 22
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4.3.4碱复用槽 .......................................... 22 4.3.5高位配槽、碱槽、和复用碱槽 ........................ 22 4.3.6 H2CrO4贮槽和Na2CrO4贮槽 ............................ 22 4.3.7纯水低位贮槽 ...................................... 22 4.3.8纯水高位配槽 ...................................... 22
5水力计算 ................................................ 22
5.1废水输送管道与调节池提升泵 ............................. 22 5.2石英砂过滤柱反冲洗 ..................................... 23 5.2.1参数选取 .......................................... 23 5.2.2水力计算 .......................................... 23 5.3淋洗 ................................................... 24 5.4酸液提升管道与泵 .................................... 24 5.5碱液提升管道与泵 ....................................... 24 5.6 Na2CrO4液提升管道与泵 ................................... 24
6经济预算 ................................................ 25 7交换柱等设备的材质选择和防腐措施 ........................ 25 8操作管理注意事项 ........................................ 26
8.1操作管理注意事项 ....................................... 26 8.2树脂管理的注意事项 ..................................... 26
总结与体会 .............................................. 27 参考文献 ................................................. 28 致谢 ..................................................... 29
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1概述
1.1电镀铬工业的发展
六价铬电镀是电镀行业中应用最广泛的三大镀种之一，量大面广，在电镀工业中占有极其重要的地位。六价铬镀层外观优美、硬度高（硬度为800-1000HV，几乎是所有镀层中最硬的镀层）、耐蚀、耐磨性好，具有高稳定性和高反光性。六价铬镀层不仅用于装饰性镀层，而且大量用于功能性镀层以及工件的修复等，微裂纹铬层还可以作为润滑镀层。功能电镀硬铬的工件包括液压汽缸和柱塞、曲轴、印刷板、滚筒、内燃机活塞、塑料模具和玻璃纤维工件、切削工具等，也可以用于修复磨损的工件，例如滚筒、模具、汽缸和曲轴的修复。
随着技术的发展和环境保护的重视，在传统镀铬的基础上，相继发展了微裂纹和微孔铬、乳白铬、松孔镀铬、镀黑铬、低浓度镀铬、稀土镀铬、高效率镀硬铬及镀二价铭等新工艺，使镀铬层的应用范围进一步扩大。
不同六价铬电镀工艺所用的原料成分不同，那么在废水处理工艺的选择过程中应根据原料成分
[1]
的差异采取相应的处理工艺，以满足回收利用条件或达标的要求。 1.2六价铬电镀废水的危害
六价铬电镀在推进了电镀工业发展的同时，也造成了极其严重的环境污染。据2006年不完全统计，我国电镀行业当年排出的电镀含铬废水约有40亿立方米[2]。六价铬是严重的腐蚀介质和环境的重污染物质，它的毒性大约是三价铬毒性的100倍。如果水中六价铬的含量超过0.05mg/L，就会对人体产生毒性作用。六价铬还对皮肤有严重的刺激性，能造成皮肤溃疡。长期摄入会引起肺癌、肾、胃衰竭并引起表皮组织的损伤。另外，六价铬对农作物的影响也极为严重，5～6mg/L的Cr(VI)就能使农作物枯死，同时可使土壤气孔堵塞，破坏土壤团粒结构。电镀过程产生的含铬废水会污染江河水质，对生态环境造成严重的污染。
世界卫生组织、美国、英国等均有规定饮用水中Cr(VI)的含量不能超过0.05mg/L，美国环境保护局(EPA)将六价铬列为7种高度危险的毒性物质之一，六价铬还被列为危险的空气污染物质(HAP)。美国资源保护和回收协议(RCRA)中，规定铬含量超过5mg/L的废物就是一种危害废物(D007)，失效的铬酸电镀液必须作为危险废物进行处理。自2010年7月1日起，我国工业废水中六价铬最高容许排放浓度全部执行0.2mg/L的排放限值。在我国，铬电镀废水是六价铬污染的主要来源，严重污染我国的水、土壤和大气环境。因此，研究含铬废水的处理具冇非常重要的意义。 1.3国内外电镀含铬废水的治理状况 1.3.1国内电镀含铬废水的治理状况
我国对电镀含铬废水的治理始于60年代中期，大多采用化学沉淀法，如FeS还原法、FeS04还原法、石灰沉淀法等；70年代化学法有了新进展，出现了离子交换法、电解还原法，同时废水处理也由线外处理转向线内处理，减少了污泥量，占地面积和投资都有所减少，部分漂洗水还实现了回用；80年代电解法和离子交换法也有了新的发展，并研制出电镀过程中的逆流漂洗工艺，减少了漂洗水的耗量，金属回用率高，实现了闭路循环系统，但此法仅适用于单镀种作业而且投资较大，调控较难；90年代年以来微生物技术得到了广泛的重视，但是由于电镀废水中重金属离子成分复杂，而且容易毒害微生物，从而使菌株驯化培养十分困难，因此该法目前尚处于实验室研究阶段。
节约能源、降低消耗、提高治理效率、减少污染物排放一贯是环境保护技术追求的目标。前面提到的一些治理方法都偏重于对电镀生产废水的最后处理，能源和资源消耗较多。因此，人们研究了减少电镀生产用水量的方法，从工艺着手节约能源和降低材料消耗。电镀用水主要是清洗用水，将先进的清洗技术推广应用到电镀清洗上，能够节约大量用水，也可相应地降低治理费用，有利于集中精力来提高治理效率。在此基础上，利用计算机进行仿真计算，控制末级清洗槽浓度，并融合各种蒸发浓缩技术（大气蒸发、薄膜蒸发、余热蒸发、喷淋蒸发等）和离子交换技术等，将浓缩了的清洗水微排放和无排放，实现了电镀行业清洁生产的一项创新。 1.3.2国外电镀含铬废水的治理状况
由于资源的匮乏和环境污染的加剧，国外的一些工业化国家早在四五十年代就着手于电镀含铬废水的治理研究，形成了一系列独具特色的处理工艺。
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