引言
电镀是世界三大污染行业之一，随着我国乡镇电镀企业的迅速发展，我国的电镀污染问题日趋严重。小型电镀厂往往是区属的乡镇企业, 这些电镀厂废水水量都较少, 一般日排放量只有几十吨,其污染因子也较少， 多数为含铬、锌酸性废水，但其危害很大， 治理势在必行。这些企业多数位于市郊, 其技术和经济力量薄弱. 对于废水的治理要求是工艺简单，便于掌握和正常运行，而且投资和运行费用当然也要较低。本设计就是根据上述特点，选择有效的处理方法和流程，处理后的水完全达到国家的排放标准。
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1电镀废水概论
1.1 电镀污染现状
电镀行业是通用性强、使用面广、跨行业、跨部门的重要加工工业和工艺性生产技术。电镀可以改变金属或非金属制品的表面属性，如抗腐蚀性、外观装饰性、导电性、耐磨性、可焊性等，广泛应用于机械制造工业、轻工业、电子电气工业等，某些特殊功能镀层，还能满足国防尖端技术产品的需要。
由于电镀行业使用了大量的强酸、强碱、重金属溶液，甚至包括镉、氰化物、铬酐等有毒有害化学品，在工艺过程中排放了污染环境和危害人类健康的废水、废气和废渣，已成为一个重污染行业。就我国电镀废水而言, 据不完全统计,全国电镀厂点约1 万家,职工约有40 万人, 每年排出的电镀废水约40 亿m3[1] 。1999 年,全国工业和城市生活废水排放总量为401 亿m3 ,其中工业废水排放量197 亿m3[4] 。由此可见,电镀废水的排放量约占废水总排放量的10% ,占工业废水排放量的20%。电镀废水不仅量大,而且对环境造成的污染也严重,因为电镀废水中不仅含有氰化物等剧毒成分,而且含有Cr、Zn、Cu、Ni 等自然界不能降解的重金属离子。
除了少部分国有大型企业、三资企业及新建的正规专业电镀厂拥有国际先进水平的工艺设施，大多数中小型企业仍然使用简陋而陈旧的设备，操作方式以手工操作为主。我国电镀行业存在的主要问题是：
（1）厂点多、规模小，专业化程度低。特别是乡镇电镀企业的迅速发展，使电镀厂（点）向市郊和农村扩散，给污染控制与环境管理带来了很多的困难，电镀污染问题日趋严重。
（2）装备水平低。表现在一方面缺少机械装备，以手工操作为主；另一方面是技术装备水平不高，自动化程度低、可靠性差，产品质量不稳定。
（3）管理水平较低，经济效益较差。
（4）电镀污染治理水平低，有效治理率低。虽然企业都建立了污水处理设施，但仍有少部分企业的设施未能正常运转。生产废气一般都有排风装置，但大部分企业未对废气进行净化处理。固体废物和危险废物的管理尚未走入正规轨道。电镀生产过程中排放大量的有毒有害物质，对环境造
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成的污染及危害越来越为人们所认识。
（5）经营粗放，原材料利用率低。经对运行较正常的汽车、摩托车行业电镀线调查表明，镀硬铬的铬酐利用率为38%，而装饰性铬的铬酐利用率仅为10%（国外平均为24%）。由此可见，一大部分甚至绝大部分宝贵的原材料流失并变成了污染物。在清洁生产审计中调查的10条电镀加工线中，平均用水量为0.82t/m2，是国外的10倍。
近年来，国内许多电镀企业从实际出发，积极开发和推广低浓度、低污染的电镀工艺、逆流清洗工艺，发展电镀槽（废）液的净化与回收技术，消除和减少污染。不少企业还根据国家和地方的规定要求，结合企业自身条件和发展规划，制定电镀污染物的排放指标、镀件漂洗用水定额、漂洗水水质标准等规定和相应的技术措施，并纳入企业的生产计划管理，建立污染治理档案，定期检查与考核，以控制电镀“三废”对环境的污染。
1.2 电镀废水的危害性
电镀废水就其总量来说，比造纸、印染、化工、农药等的水量小，污染面窄。但由于电镀厂点分布广，废水中所含高毒物质的种类多，其危害性是很大的。未经处理达标的电镀废水排入河道、池塘，渗入地下，不但会危害环境，而且会污染饮用水和工业用水[2]。 1.2.1 含铬废水的危害
由于镀锌在整个电镀业中约占一半，而镀锌的钝化绝大部分采用铬酸盐，因而钝化产生的含铬废水量很大，镀铬也是电镀中的一个主要镀种，其废水量也不少。在铜件酸洗、镀铜层的退除、铝件钝化、铝件电化学抛光、铝件氧化后的钝化等作业中也广泛使用铬酸盐。因此，含铬废水是电镀中的主要废水来源之一。
金属铬几乎是无毒的。二价铬的化合物，一般认为是无毒的。其余的铬化合物，当浓度过高时，都不同程度地具有毒性。
六价铬对人体的危害，因进入途径不同，中毒表现也不同。 （1）对人体皮肤的损害 六价铬化合物对皮肤有刺激和过敏作用。在接触铬酸盐、铬酸雾的部位，如手、腕、前臂、颈部等处可能出现皮炎。六价铬经过切口和擦伤处进入皮肤，会因腐蚀作用而引起铬溃疡（又称铬疮）。
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（2）对呼吸系统的损害 六价铬对呼吸系统的损害，主要是鼻中隔膜穿孔、咽喉炎和肺炎。
（3）对内脏的损害 六价铬经消化道侵入，会造成味觉和嗅觉减退，以至消失。剂量小时也会腐蚀内脏；引起肠胃功能降低，出现胃痛，甚至肠胃道溃疡，对肝脏还可能造成不良影响[3]。
三价铬是生物所必需的微量元素。通过动物试验发现三价铬有激活胰岛素的作用，还可以增加对葡萄糖的利用。
国外有人认为三价铬和铝一样，基本上不显示毒性。三价铬不易被消化道吸收，在皮肤表层与蛋白质结合，三价铬在动物体内的肝、肾、脾和血中不易积累，而在肺内存留量较多，因而对肺有一定损害。与六价铬相比，三价铬的毒性仅为六价铬的百分之一。
也有报道，三价铬对鱼的毒性比六价铬还大，例如对鲑鱼的起始致死浓度，三价铬（硫酸铬）为1.2 mg/l，六价铬（重铬酸钾）为5.2 mg/l。然而对家兔和狗的实验，发现六价铬的毒性较大。
在对含铬废水的处理中，由于三价铬的氢氧化物溶度积较小，易于沉淀除去，因此多数处理方法中，均将六价铬还原为三价铬再除去。 1.2.2含锌废水的危害
锌是人体必需的微量元素之一，正常人每天从食物中摄取锌10~15 mg。肝是锌的储存地，锌与肝内蛋白结合成锌硫蛋白，供给肌体生理反应时所必需的锌。人体缺锌会出现不少不良症状，误食可溶性锌盐对消化道黏膜有腐蚀作用。过量的锌会引起急性肠胃炎症状，如恶心、呕吐、腹痛、腹泻，偶尔腹部绞痛，同时伴有头晕、周身乏力。误食氯化锌会引起腹膜炎，导致休克而死亡。
1.3 我国治理电镀废水的发展历程
电镀废水中含有铬 锌、铜、镉，铅、镍等重金属离子以及酸、碱 氰化物等具有很大毒性的杂物[5]。有的还属于致癌和致畸变的剧毒物质．因此必须认真地加以处理．以免对人们造成危害。
20世纪50年代末是我国电镀废水治理的起步阶段．60年代至70年代中期才开始引起重视．但仍处于单纯的控制排放阶段。70年代中期至80年代
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初，大多数电镀废水都已有了比较有效的处理，离子交换、薄膜蒸发浓缩等工艺在全国范围内推广使用，反渗透、电渗析等工艺已进入工业化使用阶段，废水中贵重物质的回收和水的回收利用技术也有了很大进展。80年代至90年代开始研究从根本上控制污染的技术，综合防治研究取得了可喜的成果。上世纪90年代至今．电镀废水治理由工艺改革、回收利用和闭路循环进一步向综合防治方向发展．多元化组合处理同自动控制相结合的资源回用技术成为电镀废水治理的发展主流。
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2设计背景
2.1 项目概况和意义
小型电镀厂往往是区属的乡镇企业, 这些电镀厂废水水量都较少, 一般日排放量只有几十吨,其污染因子也较少, 多数为含铬、锌酸性废水，但其危害很大, 治理势在必行。这些企业多数位于市郊, 其技术和经济力量薄弱. 对于废水的治理要求是工艺简单, 便于掌握和正常运行, 而且投资和运行费用当然也要较低。本设计就是根据上述特点，选择有效地处理方法和流程。处理后的水完全达到国家的排放标准。
2.2 设计条件
1设计水量
每天处理水量50 m3，设计的废水水质情况如下表。
表1-1 电镀废水水质情况
6+
项目 pH 总Cr(mg/L) Cr(mg/L) Zn (mg/L) SS(mg/L)
含量 4.0 20 10 30 50
2设计水质
经处理后废水中浓度Cr6+＜0.5 mg/ L，Zn2+<2 mg/ L，出水pH值6-9； 3水文地质资料
工程地质良好，适于工程建设，厂区地形平坦。 4气象资料
a.风向及风速：常风向为北风，最大风速7 m/s； b.气温：月平均最高气温38.3 ℃，最低气温-1.7 ℃。
2.3 设计原则
严格遵循国家相关法规、规范和标准, 确保各项处理水质指标达到相应的国家排放标准；
废水处理装置布置紧凑、流畅，尽量减少占地面积，坚持实用和美观
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相结合的总布原则；选择工艺简单, 采用目前国内成熟、实用的处理工艺；尽量通过优化设计降低工程投资及运转费用，努力实现技术先进与企业财力相适应。
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3电镀废水处理方法比较
3.1 化学处理法
电镀废水的化学处理法是添加化学试剂后，通过化学反应改变废水中污染物的物理和化学性质，使其能从废水中取出并达到国家排放标准的处理方法。在电镀废水处理中常用的化学处理法有氧化（还原）处理法，中和处理法，凝聚沉淀法等，以及把几种方法组合在一起使用的方法。化学法处理电镀废水在国内外均已得到广泛的应用，并有较长的使用历史。国内对化学处理法有较为成熟的设计和运行经验。它具有操作方便，试剂来源广，适用范围广，能承受大水量和高能度负荷冲击。效果稳定可靠等优点。缺点是对处理后产生大量污泥的综合利用还存在一定的问题，因此化学处理法的发展受到了一定的限制，此外，如何提高处理后水的重复利用率和向闭路循环方向的发展，有待进一步开发和研究。
3.2 离子交换处理法
在电镀废水处理过程中，离子交换是将废水中的离子与离子交换树脂上的离子进行交换而被除去，从而使废水得到净化。离子交换树脂交换吸附饱和后进行再生。再生是利用再生剂中的离子在浓度占绝对优势的情况下，将离子交换树脂上的离子洗脱下来，使离子交换树脂恢复其交换能力。
电镀含铬废水由于电镀工艺的不同，废水中的六价铬浓度不同，其他金属离子和各种阴离子等的成分和含量也有所不同。废水中的六价铬，在接近中性条件下主要以CrO42－存在，而在酸性条件下主要以Cr2O72－存在。由于废水中六价铬是以阴离子状态存在，因此，可用OH型阴离子交换树脂除去，OH型树脂交换吸附饱和失效后，可用氢氧化钠溶液再生，恢复其交换能力。废水中的其他金属离子，如Ni2+、Ca2+、Cu2＋、Cr3＋等（Mn+）可用H型阳离子交换树脂除去，H型树脂交换吸附失效后，可用盐酸（或盐酸）再生，恢复其交换能力。
镀锌废水处理中，可选用强酸阳离子（R－SO3Na）或弱酸阴离子(R－COONa)，硫酸铜镀铜废水可选用弱酸阴离子(R－COONa)。
用Na型强酸阳离子交换树脂处理电镀废水时，废水中的阳离子与树脂
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上的Na离子进行交换，树脂饱和后用硫酸钠再生，当采用Na型弱酸阳离子交换树脂时，再生用硫酸，并用氢氧化钠转型。
离子交换法从本质上讲是一种浓缩方法。离子交换前废水的离子浓度(单位为mg / L)一般为几十至几百，而吸附饱和后树脂再生洗脱液的离子浓度被浓缩到几万，再生液的体积一般占处理水体积的10%~15%。因此采用离子交换法处理重金属废水时，必须事先考虑再生液的处理问题。
离子交换法的优点是，选择性高，可以去除用其它方法难于分离的金属离子，可以从含多种金属离子的废水中选择性的回收贵重金属;既可去除废水中的金属阳离子，也可以去除阴离子，可以使废水净化到较高的纯度。这种方法的缺点是，离子交换树脂价格较高，树脂再生是需要酸、碱和食盐等环境。运行费用较高，再生液需要进一步处理。因此，离子交换在较大规模的废水处理工程中较少采用。
3.3 电解法
电解法处理电镀废水也属于化学处理法的范畴，它主要是使废水中的有害物质通过电解过程在阴，阳两级上分别发生氧化和还原反应，转化成无害物质；或利用电极氧化和还原产物与废水中的有害物质发生化学反应，生成不溶于水的沉淀物，然后分离去除，电镀含铬废水的电解处理就是属于这种类型；或通过电解反应回收金属，如从电镀含银，铜等废水中回收金属就是一例。国内在20世纪60年代初就开始试验研究，用电解法处理电镀含铬废水。20世纪70年代起在全国兴起，并在实践中不断得到改进，从原来的坐式迂回式改进为不易短路的挂式翻腾式，后有改进为节能的双极性小极距电解法。现在又出现了节约铁板阳极的不溶性铁屑的内电解法。目前已由定型，系列处理设备供应。优点：电解法流程简单，生产占地少，另外操作也很简便和电镀工艺类似。易于被操作工人掌握。而且回收的金属纯度也高，特别是和用于对贵金属的回收。缺点：电解法耗电多，污泥也多，对于污泥的处理与化学法一样难以处置。
3.4生物法
由于传统治理方法有成本高、操作复杂、对于大流量低浓度的有害污染难处理等缺点，经过多年的探索和研究，生物治理技术日益受到人们的
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重视。生物法能够较好地处理电镀综合废水，使废水中的六价铬、铜、镍、锌、镉、铅等有害离子得到有效处理，同时形成沉淀，达到国家排放标准，处理方法简单适用，污泥量少。随着耐重金属毒性微生物的研究进展，采用生物技术处理电镀重金属废水呈现蓬勃发展势头，根据生物去除重金属离子的机理不同可分为生物絮凝法、生物吸附法、生物化学法以及植物修复法。
3.5活性炭吸附法
活性炭是由木材、煤、果壳等含炭物质，在高温和缺氧的条件下活化制成的。在活性炭的晶格间，形成了各种形状、大小不同的微孔结构与巨大的比表面积，因而具有很强的吸附性能，可有效的吸附废水中的有机污染物和金属离子。活性炭处理电镀废水，目前主要用于含铬、含氰废水。用活性炭处理含铬废水，根据处理水的条件和要求，一般认为是利用它的吸附作用和还原作用。除此之外，还有沸石吸附、麦饭石吸附法。
活性炭法处理电镀废水的优点：
活性炭耐酸、耐碱，在高温下不易破碎，有稳定的化学性能；
a. 节省用水，清洗零件的废水用活性炭处理后不排放，可重复做清洗水；
投资省，设备简单，占地面积小，可直接在镀槽旁边工作，操作维护方便；
b. 处理费用低，活性炭来源广，并可再生反复使用； c. 不直接产生污泥，不易产生二次污染。
d. 尽管有以上优点但还是有不足之处，如废水中污染物容度较高时，活性炭再生比较频繁；长期反复使用活性炭处理喊含铬废水后，处理后水用来做清洗水时，三价铬含量会增加，影响吨化膜，以及在洗脱液的利用等方面尚需进一步探索。
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4处理工艺的确定
4.1 工艺流程选择
在处理电镀废水的诸多工艺中，化学法应用最为普遍，在国外约占90％以上，中国各种电镀废水处理工艺的应用比例依次为化学法、离子交换法、电解法；化学法约占40％，而且化学法呈上升趋势并逐渐向发达国家靠近，离子交换和电解法则呈下降，下降或上升的原因主要在于处理工艺的实用程度。采用化学法的废水处理工程投资约占电镀工程总投资的5％左右，而离子交换、电解法、反渗透法等废水处理工程投资约占电镀工程总投资的30％～40％。所以根据上一章阐述的各个处理方法的优缺点及本设计的实际情况选择采用化学法进行连续处理，同时采用亚硫酸盐还原法将六价铬还原为三价铬。设计处理流程如下图所示：
含铬废H2SO4 NaHSO3 NaOPFS、PAM 图4-1 废水处理工艺流程调节池 反应池 槽中水位 中间水池 上清浓缩池 砂滤器 H2SONaOH 滤液 板框压滤 清水池 排放 污泥
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4.2 工艺流程说明
4.2.1 废水系统
废水处理系统采用连续处理工艺。废水经过两次提升，一次提升从调节池到中间水池，二次提升从中间水池到清水池。调节池中废水由耐腐蚀泵泵入反应池，在反应池中以重力流方式流经还原槽、中和槽、斜板沉淀池和中间水池，完成六价铬的还原，三价铬与锌离子的絮凝沉淀反应。中间水池的水由耐腐蚀泵泵入石英砂过滤器过滤，清水流入清水池，清水池ph值不达标，可以加酸或加碱进行调节；如果污染物超标，返回调节池重新处理。反应过程的控制通过氧化还原电位（ORP）测定仪、在线pH计和液位计实现。 4.2.2 污泥系统
斜板沉淀池中沉积的污泥经污泥浓缩池浓缩，再经板框压滤机脱水后打包待用。浓缩和压滤出水返回调节池重新处理。 4.2.3 药剂投配系统
确定各种溶药、投药槽体有效容积、工艺尺寸及相关工艺设备。
4.3 工艺条件控制
还原六价铬必须在酸性条件下进行，当pH值为2.0或更低时，反应可在5 min左右进行完毕；当pH值为2.5～3.0时，反应时间在20～30 min；当pH值大于3.0时，反应速度非常缓慢。实际生产中，一般控制在2.5～3.0之间，反应时间控制在20～30 min。亚硫酸钠与六价铬的理论投药比为3﹕1（质量比），由于废水中杂质的影响和反应动力学方面的原因，实际投药量应高于理论投药量，投药比控制在（4～5）﹕1，投药比过低会使还原反应不充分，出水中六价铬含量不能达标，投药比过高时浪费药剂，增加处理成本，并且容易生成可溶性离子 [Cr2（OH）2SO3]2-，难以生成氢氧化铬沉淀。氢氧化铬沉淀的最佳pH值为7～8，而氢氧化锌沉淀的最佳pH值为8～9，故选择絮凝反应的pH值为8，反应时间为15～20 min。
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5简单构筑物的设计计算
5.1调节池
1 一般说明
电镀废水水质质量有一定的波动，设置调节池使水质和水量保持相对的稳定，有利于后续处理单元的有效运行，调节池材料采用钢筋混凝土，内外作防腐处理，调节池设事故溢流管。 2 参数选取
池形 方形 停留时间 HRT=4h 3 工艺尺寸
有效容积 V＝Q·HRT=50·4/24=8.33 m3 有效水深 H＝2000 mm
横截面积 S=V/H=8.33/2.0=4.17 m3 池长 L=2500 mm
池宽 B=S/L=4.17/2.5=1.67 m 取B=2000 mm
调节池总尺寸 长度×宽度×高度=2500 mm ×2000 mm ×2000 mm 4 工艺装备
1次提升泵2台（1用1备），由于废水呈酸性，应选用耐腐蚀泵，具体选型见水力计算部分。
5.2反应池
1 一般说明
反应池内进行还原反应和絮凝反应，在流程上分前后两格，前一格进行六价铬的还原反应，后一格进行氢氧化物的沉淀生成反应，前后两格用底部开口的隔板隔开，反应过程进行机械搅拌，如图5-1所示。
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进水 出水
A 侧视图
B 俯视图 图5-1 反应池示意图
反应池中根据化学反应的不同需要加入各种药剂，以实现pH值调节，六价铬的还原以及氢氧化铬和氢氧化锌的生成过程。为了促进反应物的充分接触反应，反应池应设置混合设备，由于生成的氢氧化铬絮体不易沉降，在进入沉淀池之前应在反应池中投加絮凝剂帮助絮体长大以利于后续沉淀单元的处理效果。 2 主要设计参数 （1）还原反应 pH值 pH=2.5。
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停留时间 HRT＝20 min 投药比 5﹕1
ORP值 反应过程控制通过氧化还原电位测定仪，ORP值为300 mV。 搅拌功率 20 W/m3池容，强度为中等强度，G值为200/s。 （2）絮凝反应
pH值 本废水处理车间主要处理铬和锌，沉淀时Cr(OH)3的最佳沉淀pH值为7～8，Zn(OH)2的最佳沉淀pH值为8～9，所以选择絮凝池pH值为8。
停留时间 HRT＝20 min G值 50/s 3 工艺尺寸
反应池的有效容积 V=Q·t=50·(20+20)/(24·60)=1.39 m3 式中 Q——设计流量，m3/h； t ——反应时间，h。 水深 H＝1.0 m 超高 0.5 m 长 L＝2.0 m 宽 B＝1.0 m
净尺寸 L×B×H＝2000 mm×1000 mm×1500 mm 4 工艺设备
（1）还原反应搅拌装置
按每m3池容输入功率20W计算，需要输入的功率N为 N=20V/2=20·1.39/2=14 W=0.014 kW
搅拌机机械总效率η1采用0.75，搅拌机传动效率η2为0.8，则搅拌机所需的电动机功率N'为
N'＝N/（η1η2）＝0.014/（0.75·0.8）＝0.023 kW
桨叶构造采用单层平板形，两叶，长×宽＝0.5 m×0.2 m，桨叶底端距池底0.25 m。
（2）絮凝反应搅拌装置
按每m3池容输入功率10 W计算，需要输入的功率N为
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N=10V/2=10·1.39/2=14 W=0.007 kW
搅拌机机械总效率η1采用0.75，搅拌机传动效率η2为0.8，则搅拌机所需的电动机功率N'为
N'＝N/（η1η2）＝0.007/（0.75·0.8）＝0.012 kW
浆液构造采用平板型，8叶，桨叶上下边缘分别距水面和池底0.25 m。
5.3 斜板沉淀池
1 一般说明
电镀废水处理中固液分离一般采用沉淀池或气浮池。斜板沉淀池具有沉淀效率高，停留时间短，占地少等优点，在电镀废水中得到广泛的应用。一般为了构造简单，多采用异向流斜板沉淀池，即水流倾斜向上流，污泥则倾斜向下流。沉淀池中污泥至少每天排一次，以免污泥板结堵塞排泥管。设计的斜板沉淀池如图5-2所示 ：
图5-2 斜板沉淀池示意图
2 参数选取 个数 n=1
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水力表面负荷 q=3 m3/(m2·h) 斜板长 L=1.0 m 斜板倾角 θ=60º 斜板净距 d=40 mm 斜板厚 b=5 mm 3 工艺尺寸
池表面积 A A＝Q/(0.91·n·q)＝50/（0.91·1·3·24）＝0.76 m2 式中Q——最大设计流量，m3/h；
n——池数；
q——表面负荷，一般用3～5 m3/（m2·h）； 0.91——斜板面积利用系数。 池长 a a=A ＝0.76 ＝0.87 m 取a＝0.8 m
核算 q＝Q/（0.91·n·A）＝50/（0.91·1·0.82·24）＝3.6 m3/(m2·h) 满足
图5-3 集水槽
集水槽个数 1个
槽中流量 q＝50/（24·3600）＝0.000579 m3/s＝0.579 L/s 考虑池子超载系数为20％，则槽中流量
q0＝1.2q＝1.2·0.579＝0.70 L/s
槽宽 B＝0.9q0.4 ＝0.9·0.00070.4＝0.049 m 为便于加工取槽宽 B＝50 mm
起点槽中水深 H1＝0.75B＝0.05·100＝50 mm 终点槽中水深 H2＝1.25B＝1.25·50＝62.5 mm 槽中水深统一按H2＝70 mm计。如图5-4所示：
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图5-4 集水槽断面
集水方式为淹没式自由跌落，淹没水深为0.05m,跌落高度为0.05m,槽超高取0.1m ,则集水槽总高度H H＝H2+0.05+0.05+0.1＝0.27 m 孔眼计算
由q0＝ωμ2gh，
式中q0——集水槽流量，m3/s；
μ——流量系数，取0.62；
h——孔口淹没水深，此处为0.05 m； ω——孔眼总面积，m2。
得ω＝q0/（μ·2gh）＝0.00114 m2 孔径采用d =10mm,则单孔面积ω0为
ω0＝πd2/4＝0.0785·0.012＝0.0000785 m2 则孔眼个数 n＝ω/ω0＝0.00114/0.0000785＝14.5
取n＝16
集水槽每边孔眼个数 n´＝n/2＝16/2＝8个
相邻孔眼中心距离 s＝L/（n´+1）＝0.8/（8+1）＝0.089 m 为加工方便，相邻两孔眼间距取0.1 m，靠近两端各留出0.05 m. (3)落水斗
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落水斗尺寸为L×B×H＝300 mm×300 mm×400 mm，排水管采用DN25（外径Φ×壁厚＝32 mm×2.5 mm）硬聚氯乙烯管. (4)排泥管
选用DN150（外径Φ×壁厚＝160 mm×5.0 mm）硬聚氯乙烯管
5.4 中间水池
1 一般说明
其作用为沉淀池出水储池，同时用作过滤器水泵集水池。有效容积取1h废水流量。 2 工艺尺寸
有效容积 V＝1·50/24＝1.04 m3
净尺寸 L×B×H＝1500 mm×1000 mm×1000 mm
5.5 过滤器
1一般说明
去除沉淀单元未能有效去除的微小絮体，进一步降低处理废水重金属离子浓度，保证达标排放或回用要求。一般可采用PE微孔管过滤、重力式过滤或压力式过滤。PE微孔过滤精度高，经过滤出水浊度可低于0.5 mg/L，但微孔管容易堵塞，需经常反冲洗和定期酸洗，每3年应更换一次。重力式过滤和压力式过滤操作简单方便，但过滤精度不及PE管，出水浊度在1～1.5 mg/L。压力式过滤在中小规模工业废水处理中使用较多。选用砂滤器，石英砂单层滤料。 2 设计参数
滤层厚度 h 1.0 m
承托层厚 h´ 450 mm,分4层 正常滤速 v 8 m/h 强制滤速 v´ 16 m/h 工作周期 T 24 h 反洗膨胀率 40％ 反冲强度 15 L/(m2·s) 反冲时间 5 min
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反冲洗水 处理后水 3 工艺尺寸 截面积 S S＝
Q＝0.26 m2 nv直径 D D＝取D＝0.6m
4S＝0.58 m
校核空塔流速 v v＝符合要求（5-10 m/h）
4Q＝7.37 m/h nD2需要石英砂体积为 V＝S·h＝π·0.62·1.0/4＝0.28 m3 石英砂滤料反冲洗膨胀度为40％，则砂滤料的有效高度为 H＝0.45+1.0·（1.0+0.4）＝1.85 m 砂滤料净尺寸为 Φ600 mm×2000 mm
反冲洗最大需水 Q´＝5·60·0.3·15/1000＝1.35 m3 设计取1.5 m3 4 工艺设备
二次提升泵2台（1用1备），具体选型见水力计算部分。
5.6 清水池
1一般说明
储存过滤后的净化水，调解处理与回用之间的平衡。一旦废水中金属离子含量达不到处理要求，用泵打回调节池重新处理。选用方形池，有效容积按砂滤器1次反冲洗水量的2倍计算，处理达标后的水经DN70（75 mm×4 mm）硬聚氯乙烯溢流管直接外排，池底设DN50泄空管。 2 工艺尺寸
有效容积 V＝2·1.5＝3.0 m3
池体净尺寸 L×B×H＝2000 mm×1500 mm×1000 mm 3 工艺设备
反冲洗泵2台，用途有二：其一为砂滤器反冲洗提供动力，其二在清
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水池水中金属离子超标是泵回调节池。反冲洗泵的扬程计算参见水力计算部分。
5.7 药剂投配系统
1 H2SO4加药罐
pH由4调至2.5，每天需要H2SO4的量为 m＝50·（10-2.5-10-4）·98/2＝7.50 kg/d 浓度为10％H2SO4的体积为
V´＝7.50/（10％·1066）＝0.07 m3
H2SO4按每天配药1次则可取加药罐的净尺寸为 Φ直径×高度＝Φ500 mm×800 mm 2 NaHSO3加药罐
NaHSO3投药量与废水中六价铬量比值为5﹕1（质量比），即投药量为50 mg/L，NaHSO3溶液投加浓度10％，需用量为 V´＝50·50·10-6/10％＝0.025 m3 则有效容积按4d计算， V＝0.025·4＝0.10 m3
净尺寸 Φ直径×高度＝Φ500 mm×800 mm 3 NaOH加药罐
调节pH值为2.5到8，每天需要浓度20％苛性钠溶液为 V´＝50·（10-2.5-10-8）·40/（20％·1219）＝0.026 m3 加药罐有效容积按4d配药一次计算， 即 V＝0.026·4＝0.10 m3
净尺寸 Φ直径×高度＝Φ500 mm×800 mm 4 PFS加药罐
设计最大投药量为20 mg/L，PFS浓度为10％，10d配一次药，则PFS加药罐的有效容积为
V＝50·20·10/（100·10％）＝0.1 m3 净尺寸为 Φ直径×高度＝Φ500 mm×800 mm 5 PAM加药罐
设计最大投药量为3 mg/L,
PAM浓度为0.5％，3d配一次，则PAM
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加药罐的有效容积为
V＝50·3·2·10-6/0.5％＝0.09 m3 净尺寸 Φ直径×高度＝Φ500 mm×800 mm
5.8 污泥处理系统
1 斜板沉淀池排泥
采用重力排泥，排泥管DN150，自动控制排泥阀。 2 污泥浓缩池
沉淀后污泥的含水率一般在99％左右，经化学法处理后废水中悬浮物含量为 Cjs＝kC1+2C2+1.7C3+C4＝14·20+2·0+1.7·30+50＝381 mg/L
式中 k——系数。当废水中铬离子含量等于或大于5 mg/l时，k宜取14，当废水中铬离子含量小于5 mg/l时，k宜取16；
C1——废水中铬离子的含量，mg/l； C3——废水中含铁离子总量，mg/l；
C3——废水中除铬离子和铁离子以外的金属离子含量总和，mg/l； C4——废水进水中悬浮物含量，mg/l。
浓缩时间为12h，则有效容积 V＝50·381·12/[24·（1-99％）·1.02·106]＝0.94 m3 净尺寸 Φ1200 mm×1000 mm 3 污泥脱水
从斜板沉淀池排出含水率为99％的污泥量为
v´＝0.63/8＝0.08 m3
在浓缩池内浓缩8h后含水率降为98％的污泥量为 v＂＝0.08·（100-99）/（100-98）＝0.04 m3
经板框压滤机压滤脱水后污泥含水率可降为70～80％，则每天排泥量为
v＝24·0.004·（100-98）/（100-80）＝0.096 m3/d
以压滤机滤饼最大厚度20 mm计算，需要过滤面积为 A＝0.096/0.02＝4.8 m2
本系统采用一台过滤面积为6 m2的板框压滤机，1d工作1次即可。
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6水力计算
6.1 调节池水泵扬程
调节池水泵扬程为 H＝H 式中H
Hhhh
差差
+H
自
+h
沿
+h
局
+h
构
——泵吸水池最低水位与最不利点水位差，m；
自
——最不利点所需的自由水头，m；
沿
——管线沿程水头损失，m； ——管线局部水头损失，m； ——构筑物水头损失，m。
局
构
废水流量Q＝50 m3/d，取管中流速v＝0.8 m/s（一般为0.7～1.2 m/s），则废水管径为
D＝
4Q＝0.03 m v查手册取公称直径Dg＝25mm标准硬氯乙烯管，规格外径Φ×壁厚＝32 mm×2.5 mm，工作压力为10 kg/cm2，计算内径为27mm，查Dg=25mm塑料管水力计算表，流量Q＝2.1 m3/h时，流速为0.91m/s，1000i＝38.58，对于一次提升管段，废水管线水力最不利长度L＝10 m，则管线沿程损失为
H沿＝iL＝38.58·10/1000＝0.39 m
一次提升（从调节池用泵提升至反应池，反应池至中间水池重力自流）最不利段共有90º弯头2个，局部阻力系数0.5，阀门2个，局部阻力系数各取0.5，逆止阀1个，局部阻力系数取7.5，转子流量计1个，局部阻力系数9，泵1台局部阻力系数为1，则管线总局部水力损失为
H局＝ξv2/2g
＝（2·0.5+2·0.5+1·7.5+1·9+1·1）·0.912/（2·9.8） ＝0.82 m
系统中调节池最低水位与最不利点最高水位差H差＝4.0 m取自由水头H自＝2.0 m，则水泵所需扬程为
H＝H差+H
自
+h
沿
+h
局
＝0.39+0.82+4.0+2.0＝7.21 m
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根据Q＝2.1 m3/h，H＝7.21 m选用25FS-16A型耐腐蚀性塑料泵，其性能参数如下表。
表6-1 25FS-16A型耐腐蚀性塑料泵性能参数
流量
型号
扬程转速轴功率电机功率效率 叶轮直径重量
（m/h） （m）
3
（r/min） （kw） （kw） % （mm） （kg）
25FS-16A 3.27 12.5 2960 0.285 1.5 41 118 20.5
6.2 砂滤器水泵扬程
6.2.1 进水提升泵
对于二次提升管段（从中间水池进砂滤器到清水池）选用公称直径为25 mm标准硬氯乙烯管，规格外径Φ×壁厚＝32 mm×2.5 mm，工作压力为10 kg/cm2，计算内径为27 mm，查Dg＝25 mm塑料管水力计算表，流量Q＝2.1 m3/h时，流速为0.91 m/s，1000i＝38.58，对于二次提升管段，废水管线水力最不利长度L＝8m，则管线沿程损失为
H沿＝iL＝38.58·8/1000＝0.31 m
二次提升最不利段共有丁字管1个，局部阻力系数取1.5，90º弯头3个，局部阻力系数0.5，阀门3个，局部阻力系数各取0.5，逆止阀1个，局部阻力系数取7.5，转子流量计1个，局部阻力系数9，泵1台局部阻力系数为1，则管线总局部水力损失为
H局＝ξv2/2g
＝（1·1.5+3·0.5+3·0.5+1·7.5+1·9+1·1）·0.912/（2·9.8） ＝0.93 m
考虑过滤器水力损失按h取自由水头H
自
砂
＝3 m计算，系统最不利点水位差H差＝3 m，
＝2 m，则水泵扬程为
差
H＝H+H
自
+h
沿
+h局+h
砂
＝3+2+0.31+0.93+3＝9.24 m
根据Q＝2.1 m3/h，H＝9.24 m选用25FS-16A型耐腐蚀性塑料泵，其性能参数见 表6-1。
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6.2.2 反冲洗水泵
砂滤器反冲水流量
Q
反冲
＝Sq＝15·π·0.62/4＝4.24L/s＝0.0042m3/s
查水力计算表得查Dg＝25 mm，流量Q＝4.24 L/s时，流速为v＝1.82 m/s，1000i＝132，管长L＝10 m，则管线沿程损失为
H沿＝iL＝38.58·10/1000＝0.39 m
一次提升（从调节池用泵提升至反应池，反应池至中间水池重力自流）最不利段共有90º弯头2个，局部阻力系数0.5，阀门2个，局部阻力系数各取0.5，逆止阀1个，局部阻力系数取7.5，转子流量计1个，局部阻力系数9，泵1台局部阻力系数为1，则管线总局部水力损失为
H局＝ξv2/2g
＝（2·0.5+2·0.5+1·7.5+1·9+1·1）·0.912/（2·9.8） ＝0.82 m
系统中调节池最低水位与最不利点最高水位差H差＝4.0 m取自由水头H自＝2.0 m，则水泵所需扬程为
H＝H差+H
自
+h
沿
+h
局
＝0.39+0.82+4.0+2.0＝7.21 m
根据Q＝2.1 m3/h，H＝7.21 m选用25FS-16A型耐腐蚀性塑料泵，其性能参数如下表。
表6-1 25FS-16A型耐腐蚀性塑料泵性能参数
流量
型号
扬程转速轴功率电机功率效率 叶轮直径重量
（m/h） （m）
3
（r/min） （kw） （kw） % （mm） （kg）
25FS-16A 3.27 12.5 2960 0.285 1.5 41 118 20.5
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7设计管理要求
7.1设备与材料要求
处理系统对于要求比较高的，在化学反应时会产生热量的罐体采用炭钢焊接而成的，内外做防腐处理，为节约成本，少占地，尽可能采用设备一体化设计。
本系统对不放热反应的罐体都采用聚乙烯（PE）材质的设备，PE材质具有耐腐蚀、抗氧化、不生锈、外观美等特点，而且安装轻巧，维修方便。 对于反应池还原反应一格，要加盖封闭，防止反应中产生的SO2逸散。 处理系统采用机械搅拌，机械搅拌主要用于各槽罐的液体搅拌，如反应槽、配药槽等。
电控采用合资厂家（西门子、施奈德、欧姆龙等）的产品，性能稳定，运行可靠，处理系统关键的检测仪表采用进口的，非关键的控制仪表采用国内上乘的
本系统的废水输送泵采用中国产的耐腐蚀塑料泵，具有良好的防腐功能，污泥压滤采用隔膜泵，对于本系统的处理效果影响最大的是各种药剂的投加量的控制，计量泵选择目前在中国运行比较好的米顿罗（LMI）计量泵，它具有运行稳定，外观美观，占地小等特点。
废水管路设计以及加药管均采用UPVC管道，部分加药管采用增强塑料软管，系统管路分别沿地沟、墙面及管架集中排布，然后分散到各点。
7.2 电气控制系统设计要求
控制方式分为手动河自动控制两种方式，两种方式可以切换，具有较高的操作灵活性。
7.2.1 处理系统的自动控制方式
废水处理系统的主要设备的运行状态可在主控柜模拟盘上显示，如废水调节池的工作液位与溢流报警液位，各罐体的下限报警液位等。
当废水处理系统出于自动待机状态时，废水输水泵可自动启动（当废水储池液位达到上限后），将废水输入处理槽，当废水储池液位降至下限时，
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废水输水泵可自动关闭。当输水泵启动后，需操作人员手动调节流量。
当废水输水泵启动后，处理槽进入自动加药调节控制程序，搅拌机于泵联动，添加H2SO4自动调节pH值，根据所测得的ORP值，自动添加NaHSO3药液。
反应槽絮凝反应段通过pH计控制计量泵自动添加NaOH、PFS、PAM等药液。
清水池的六价铬含量超过额定值以后，启动过滤器反冲洗水泵将不合格水回流至废水调节池，进行再处理。
清水池中有在线监测仪，当ph值不满足要求时，池中搅拌器开启，pH值调节加药泵自动运行，将处理后的废水调至pH＝6～9范围。 7.2.2 处理系统的手动控制方式
废水处理系统在手动控制状态下，操作人员可在操作现场通过现场操作开关可实现上述自动控制全部操作程序。
7.3 处理药剂及药品消耗
7.3.1 处理药剂
处理药品如下表7-1。
药品 H2SO4 NaHSO3（固体） NaOH（固体片碱） PFS（固体） PAM（固体） 级别 工业级 工业级 工业级 工业级 工业级 7.3.2 药品损耗估算
药品用量结合理论计算和实际经验确定，见下表7-2。
表7-2 处理药品损耗估算
项目
H2SO4
NaHSO3
NaOH
PFS
PAM
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单位水量耗药量（g/m）
3
150 50 30 20 3
每天耗药量（kg/d） 7.5 2.5 1.5 1.0 0.15
7.4 操作管理注意事项
1斜板沉淀池
运行前先开动反应槽内的搅拌器，搅拌3 min后再进水。
排泥周期应根据废水中金属离子的浓度及污泥斗容积确定，在不影响沉淀效果的前提下，适当延长排泥周期，可以降低污泥的含水率，一般情况下每个2小时排泥一次。 2 砂滤器
当过滤压力明显增加或出水水质不能满足要求时，应准备冲洗过滤器。 冲洗时应减少调节池水量，满足能容纳冲洗排水量的要求，清水池中水要充满，满足冲洗水量的要求。
过滤器冲洗后，调节池内金属离子浓度会有变化，注意监控处理后水质。
石英砂滤料冲洗时间为5～10 min，先冲洗3 min，中间停几分钟，再冲洗几分钟，可以提高冲洗效果。
每隔半年，应将石英砂滤料彻底清洗一次，并适当补充新滤料。 3 污泥浓缩池
加入污泥之前，应将浓缩池上清液排至调节池，不许外排。 4 检测仪表维护
定期校准工业pH计和ORP计的数值，保证检测结果的准确性和运行状态的良好稳定[6]。
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8电镀废水治理发展前景
随着全球可持续发展战略的实施，循环经济和清洁生产技术越来越受到人们关注。电镀重金属废水治理从末端治理已向清洁生产工艺、物质循环利用、废水回用等综合防治阶段发展。未来电镀重金属废水治理将突出以下几个方面：
1 贯彻循环经济、重视清洁生产技术的开发与应用；提高电镀物质、资源的转化率和循环使用率；从源头上削减重金属污染物的产生量，并采用全过程控制、结合废水综合治理、最终实现废水零排放。
2 电镀重金属废水的处理技术很多，其中生物技术是具有较大发展潜力的技术，具有成本低、效益高、不造成二次污染等优点。随着基因工程、分子生物学等技术的发展和应用，具有高效、耐毒性的菌种不断培育成功，为生物技术的广泛应用提供了有利条件。对于已经污染的、范围大的外环境，可采用植物修复技术治理，在治污的同时，不仅美化了环境，还可以获得一定的经济效益。
3 综合一体化技术是未来电镀废水治理技术的热点。电镀废水种类繁多，各种电镀工艺差异很大，仅使用一种废水治理方法往往有其局限性，达不到理想的效果。因此，综合多种治理技术特点的一体化技术应运而生。
4 发展闭路循环。闭路循环是目前处理电镀废水最经济、最有效的方法之一，是电镀废水的处理方向，从而实现电镀漂洗水的基本零排放。但到目前为止，末槽浓度的控制以及离子交换装置的应用与操作等问题还未得到很好的解决。
5 社会化治理。电镀厂多而且面广，在生产中产生的废渣污泥以及浓废液相对较少，而且又较为分散。对于这些物质，目前除少数单位综合回收外，大多数直接排放，造成二次污染。因此，可以考虑一个城市和一个地区集中回收，建立城市和地区性的电镀废渣、废液的回收再生中心，这样，既可以保护环境，又可以变废为宝，同时还能节省投资，降低能耗，提高经济效益。
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致谢
在各位老师的谆谆教导下和各位同学的关怀下，我顺利完成大学学业。在此，我衷心地感谢他们。三年来，老师严谨的治学态度以及忘我的工作精神，将永远激励我奋发向上；特别是设计期间老师的谦逊朴实，宽厚待人，豁达大度的学者风范使我终身受益。在此，我谨向各位老师致以衷心的感谢。
对本设计提供了诸多帮助和细心指导，对本设计提出了许多宝贵的建议，在师老师的精心指导下，我的设计得以顺利完成，特此表示由衷地感谢。
及环保教研室所有的老师对我的关照。同时感谢同学们对我的帮助。
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参考文献
［1］贾金平，谢少艾，陈虹婧 电镀废水处理技术及工程实例［M］.北京：化学工业出版社，2003，6
［2］张自杰，金儒霖 排水工程（下册）［M］.北京：中国建筑工业出版社，2000，6
［3］姚玉英，黄风廉 化工原理（新版）［M］.天津：天津大学出版社，1999.8 ［4］杨松林，水处理工程CAD技术应用及实例［M］.北京：化工工业出版社，2002.5
［5］彭党聪， 水污染控制工程实践教程［M］. 北京：化工工业出版社，2004.6 ［6］北京市政设计院主编 给水排水设计手册，第1、5、8、9、10、11册. 北 中国建筑工业出版社，1986
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附录:
附表：设备构筑物一览表 附图：高程图一张 附图：平面图一张 附图：流程图一张
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