自动化电镀废水综合处理与回用工程设计.pdf

自动化电镀废水综合处理与回用工程设计 杨伟志 嘉应学院物理与光信息科技学院， 广东 梅州 514015 摘要 通过分析工程概况与工艺要求， 采用物理法、 化学法、 物化法、 生物法等对某线路板厂不同的电镀废水进行分类 综合处理， 并运用反渗透 RO 膜系统作为主要的控制装置实现废水回用处理。系统基于“4C” 技术完成自动监控与管 理。实际运行表明， 出水水质达广东省地方标准 DB 44 /262001 水污染物排放限值 中的二级标准， 处理后 60 废水重新回用于生产及绿化。 关键词 电镀废水; 废水回用; 自动化监控; PLC AUTOMATIC ENGINEERING DESIGN OF ELECTROPLATING WASTEWATER COMPREHENSIVE TREATMENT AND REUSE Yang Weizhi School of Physics and Optical Ination Sciences，Jiaying University，Meizhou 514015，China AbstractBy way of analysing the general situation of engineering and the technics requirement，physical ，chemical and biological etc． were adopted to calssify and treat the electroplating wastewater in a line lumber yard，and reverse osmosis RO membrane was used as the major control device to reuse the wastewater． The system adopted technologies of “4C”to complete the automatic control and management． The practical operating of engineering demonstrated that its effluent reached the second-order of the local standards “ Water Pollutants Emission Limits“ DB44 /26 － 2001 ，and 60 of the wastewater could be reused for production and afforestation． Keywordselectroplating wastewater;recycling use;auto-monitor and control;PLC 1工程概况 该废水处理站为某线路板厂自建的污水处理站， 该厂原在 2006 年建有100 m3/d废水处理系统一套， 现大部分污染物不达标， 需要进行彻底重建。该厂主 要进行线路板加工制造， 进行镀镍、 镀金、 镀锡、 OSP 涂覆等工艺。线路板生产过程中废水包含大量的铜、 镍、 锡， 并含有极少量的金、 银、 氟、 氰、 有机物和有机 络合物等。根据生产性质及工艺流程， 电镀废水主要 包括以下几种类型的废水 含镍废水、 有机废水、 含氰 废水和综合废水。根据建设单位生产废水的预期排 放情况， 并结合工程经验， 其进水水质情况分析如表 1 所示。 根据环 保 部 门 的 要 求， 执 行 广 东 省 地 方 标 准 DB 44 /262001 水污染物排放限值 第二时段的 二级标准， 主要指标如表 2 所示。 表 1进水水质 运行时间≤20h/d 废水 种类 流量/ m3 d －1 pH ρ COD / mgL －1 ρ Cu2 / mgL －1 其他/ mg L －1 含镍废水405 ～6300 ～35020镍 100 有机废水125≤400SS100 含氰废水105 ～7≤200CN －100 综合废水3254 ～510010 合计500 表 2出水排放指标 mg/L pHρ 总镍ρ BOD5ρ TCuρ SS 6 ～9≤0. 5≤30≤1. 0≤100 ρ CODρ 磷酸盐 ρ 总氰化物 ≤110 ≤1. 0 ≤0. 4 排放指标为处理后混合排水的综合参数指标。 生产废水经处理后， 需进行回用处理， 重新回用于生 产及绿化， 设计回用率为 60 。生产工艺对回用水 存在电导率的要求， 经处理后回用电导率需基本达到 生产纯水系统的水质指标， 满足工艺要求。设计回用 51 环境工程 2013 年 2 月第 31 卷第 1 期 出水水质为 pH 7 ～ 8; 电阻率≥50 kΩcm; 电导 率≤20 μS/cm; 有机物残量 SS≤5 mg/L。 2工艺流程设计 对于电镀废水， 需采用多种处理方法相结合， 分 质处理， 才能达到最佳处理效果 ［1］ 对于含镍废水可 投加强氧化剂破坏络合剂， 采用酸化 － 氧化法进行综 合处理 ［2- 4］; 因有机废水的有机物浓度较高， 拟采用物 化和生化结合的处理方式 ［5- 6］， 其中采用的生化处理 工艺为 水解酸化 接触氧化; 含氰废水的处理采用 目前国内外通用的碱性氯化法工艺 ［7- 8］; 综合废水处 理主要采用重金属化学混凝沉淀法 ［9］。由于有脱盐 要求， 采用反渗透 RO 膜系统作为主要的控制装置实 现废水回用。电镀废水的综合处理与回用工艺流程 如图 1 所示。 图 1废水综合处理及回用工艺流程 3主要构筑物及规格参数 根据工艺要求， 设计需满足以下要求 废水进行 分流处理; 满足环保部门的要求， 即处理后出水达到 规定的标准后排放; 充分利用现有的设施及构筑物; 结合实际， 采用先进、 高效、 可靠的工艺流程及设备， 以技术先进适用、 生产操作简便、 维护管理便捷为原 则; 技术经济性好， 节省投资， 运行成本低， 运行稳定， 站场布局合理。废水处理系统主要为 4 种废水各自 的处理系统， 以及辅助的各种系统， 包括污泥处置系 统、 化学药剂制备和投加系统等。 3. 1含镍废水处理 1 含镍调节池储存和收集含镍废水， 该池有效 容 积 为 14. 85 m3。 尺 寸4 500 mm 1 100 mm 3 500 mm 有效水深3 000 mm ， 地下式钢筋混凝土构 筑物。池内设置曝气管路， 强化均质并防止沉淀杂 物。配套设备包括提升泵、 搅拌系统、 防腐蚀装置。 2 酸化池 进行含镍废水的酸化反应。将 pH 控 制在 2 ～ 3， 提供氧化反应的条件。设计有效容积 7. 95 m3， 尺 寸 为 4 250 mm 1 250 mm 2 000 mm 有效水深1 500 mm ，地上式钢筋混凝土构筑物。 为减少有害气体的挥发， 采用机械搅拌。配套设备 pH 计、 搅拌系统、 加药系统、 防腐蚀装置。 3 氧 化 池 进 行 含 镍 废 水 的 氧 化 反 应。投 加 H2O2和 FeSO4， 利用生成的［H］自由基的强氧化作用 分解络合物， 并将次磷酸盐氧化为正磷酸盐， 以便后 续工艺去除。设计有效容积8. 9 m3， 尺寸 4 250 mm 1 400 mm 2 000 mm 有效水深1 500 mm ， 地上式钢 筋混凝土构筑物。为减少有害气体的挥发， 采用机械 61 环境工程 2013 年 2 月第 31 卷第 1 期 搅拌。氧化剂的投加采用 ORP 仪自动控制投加量 H2O2 。控制 Eh 到500 mV可认为达到终点。配套 设备 ORP 计、 搅拌系统、 加药系统、 防腐蚀装置。 4 含镍沉淀池 进行含镍废水的氧化分解络合 物后的 沉 淀 反 应， 采 用 斜 管 沉 淀 池。投 加 药 剂 为 NaOH、 CaCl2、 PAC、 PAM， 在去除镍的同时， 去除含有 的磷酸盐。池体面积 3. 3 m2， 有效容积 13. 9 m3 ， 尺 寸2 200 mm 1 500 mm 4 500 mm 有 效 水 深 4 100 mm ， 地上式钢筋混凝土构筑物。调整后的表 面负荷为0. 61 m3/ m2h ， 可以满足要求。配套设 备 斜管、 支架、 排泥系统、 防腐蚀装置、 加药装置。含 镍废水经过预处理后， 排入有机废水处理系统进行后 续处理。 3. 2有机废水处理 1 有机调节池 储存和收集有机废水， 设计有效容 积 58 m3。 尺 寸 4 500 mm 4 300 mm 3 500 mm 有效水深3 000 mm ， 地下式钢筋混凝土构筑物。 配套设备 提升泵、 防腐蚀、 搅拌系统、 转子流量计。 2 有机废水沉淀池 对有机废水进行混凝沉淀， 去 除较大的悬浮物， 采用斜管沉淀池。池体面积 12 m2 ， 有 效容积 51. 6 m3， 尺寸 3 500 mm 3 450 mm 4 500 mm 有效水深4 300 mm 。地上式钢筋混凝土构筑物。 表面负荷为0. 69 m3/ m2h ， 可满足要求。配套设 备 斜管、 支架、 加药装置、 排泥系统。 3 中和池 进行有机废水的 pH 中和反应。该池 有 效 停 留 时 间 35 min，有 效 容 积 11 m3，尺 寸 4 250 mm 1 850 mm 2 000 mm有效水深 1 500 mm 。地上式钢筋混凝土构筑物。配套设备 pH 计、 搅拌系统、 加药系统、 流态调节、 防腐蚀。 4 水解酸化池 主要作为系统的兼氧处理单元， 进 行提高污水可生化性的反应， 并部分减轻后续好氧单 元的负荷， 还可以进行反硝化反应。该池运行的关键 在于良好的配水及出水收集系统。为强化反应， 在该 池内设置填料， 增加生物量。该池为地上钢筋混凝土 构筑物。浓废水与其一并处理， 停留时间为3. 5 h， 有 效容积67 m3， 尺寸 4 250 mm 3 800 mm 4 500 mm 有效水深4 200 mm ， 有效填料高度3 m。配套设 备 填料、 填料支架、 钢防腐、 进出水系统。 5 接触氧化池 是有机废水处理及浓废水的关 键组成部分， 通过水解酸化池后， 该污水所含的有机 物得到部分降解， 可生化性提高， ρ BOD5 /ρ COD ＞ 0. 5， 在曝气中， 利用接触氧化膜中的好氧菌分解水 中有机物， COD 得到基本去除。该池有效停留时间 5. 0 h， 池体尺寸 5 800 mm 4 250 mm 4 500 mm 有效 水深4 100 mm 。配套装置 曝气系统、 鼓风机。 6 二沉池 作为有机废水和浓废水生化后的二沉 池， 采 用 斜 管 沉 淀 池。池 体 面 积 22. 7 m2，尺 寸 6 500 mm 3 500 mm 4 500 mm 有效水深3 950 mm 。 地上式钢筋混凝土构筑物。表面负荷为 0. 8 m3/ m2 h ， 可满足要求。配套设备 斜管、 支架、 排泥系统、 加药 装置。 3. 3含氰废水处理 1 含氰调节池 储存和收集含氰废水， 该池有效停 留时间29. 6 h。有效容积14. 8 m3， 尺寸 4 500 mm 1 100 mm 3 500 mm 有效水深3 000 mm 。地下式 钢筋混凝土构筑物。配套设备 提升泵、 流量计、 防腐 蚀装置。 2 破氰池 进行氰化物的氧化， 为提高反应质量， 采用间歇式， 由 PLC 控制加药和测定 pH， 保证在满足 要求后再排入系统， 分别控制为一级破氰和二级破氰 的两种状态。一级控制 pH 为 11， ORP 控制仪控制投 加 NaClO， 在 Eh 为 350 mV时， 反应完全。设计有效容 积7. 9 m3， 尺寸 4 050 mm 1 300 mm 2 000 mm 有 效水深1 500 mm ， 地上式钢筋混凝土构筑物。配套设 备 pH 计、 ORP 仪、 搅拌系统、 加药系统、 防腐蚀装置。 3. 4综合废水处理 1 综合调节池 储存和收集所有的其他废水， 设计 有效停留时间 8. 4 h。综合调节池有效容积137 m3 ， 停 留时间8. 4 h。尺寸 7 450 mm 6 150 mm 3 500 mm 有效水深3 000 mm 。地下式钢筋混凝土构筑物。 配套设备 提升泵、 防腐蚀装置、 搅拌系统、 流量计。 2 酸性废水调节池 储存和收集酸性废水。尺寸 4 400 mm 1 000 mm 3 500 mm 有效水深3 000 mm 。 地下式钢筋混凝土构筑物。配套设备 提升泵、 搅拌 系统、 流量计、 防腐蚀装置。 3 碱 性 废 水 调 节 池 储 存 和 收 集 碱 性 废 水。 尺寸 1 500 mm 1 000 mm 3 500 mm 有 效 水 深 3 000 mm 。地下式钢筋混凝土构筑物。配套设备 提升泵、 搅拌系统、 转子流量计、 防腐蚀装置。 4 pH 调整池 进行综合废水的 pH 调整反应。该 池有 效 停 留 时 间 20 min。有 效 容 积 6. 3 m3， 尺 寸 4 250 mm 1 000 mm 2 000 mm 有效水深1 500 mm 。 地上式钢筋混凝土构筑物。配套设备 pH 计、 搅拌系 统、 加药系统、 流态调节、 防腐蚀装置。 71 环境工程 2013 年 2 月第 31 卷第 1 期 5 混凝池 进行综合废水的混凝反应。包括快混池 和慢混池。快混池有效容积 9. 0m3， 尺寸 3 500 mm 600 mm 4 500 mm 有效水深4 300 mm 。慢混池有效 容积18. 0 m3， 尺 寸 3 500 mm 1 200 mm 4 500 mm 有效水深4 300 mm 。地上式钢筋混凝土构筑物。 配套设备 搅拌系统、 加药系统、 流态调节、 防腐蚀 装置。 6 综合沉淀池 进行综合废水的沉淀反应。采用 斜管沉淀池。设计表面负荷为 0. 8 m3/ m2 h 。池体 面积21 m2， 尺寸 6 000 mm 3 500 mm 4 500 mm 有 效水深4 100 mm 。地上式钢筋混凝土构筑物。配套 设备 防腐蚀装置、 斜管、 支架、 排泥系统。 3. 5废水回用处理 由于有脱盐要求， 采用反渗透 RO 膜系统作为主 要的控制装置， 并前置超滤和保安过滤器保护 RO 膜。采用的主要预处理工艺为石英砂过滤器、 多介质 过滤器和活性炭过滤器。系统中还设置紫外线消毒 装置和超滤 UF 装置。反渗透出水经回用水池后提 升到楼顶水池， 回用于生产工艺。 3. 6其他辅助部分 1 应急水池 经测试处理不符合要求的水排入 应急水池， 回到前面调节池进行处理。另外还储存 事故时的消防水排水。平时尽量保持干的状态， 方 便 在 事 故 时 提 供 储 存 和 缓 冲 功 能。 有 效 容 积 163 m3，尺 寸14 150 mm 3 850 mm 3 500 mm 有效水 深3 000 mm ， 地下式钢筋混凝土构筑物。 配套设备 提升泵、 搅拌系统。 2 pH 回调池 储存和收集所有的处理系统处理 后的出水， 并进行 pH 调整， 该池考虑全部排水量。 设计 有 效 容 积15 m3， 尺 寸 2 600 mm 1 500 mm 4 500 mm 有效水深3 850 mm ， 地上式钢筋混凝土 构筑物。配套设备包括 pH 计、 加药装置、 搅拌系统、 流态调节、 防腐蚀装置。 3 污泥池 储存各池产生的污泥， 采用重力浓 缩， 将浓缩后的污泥送压滤机， 进行压滤减容。尺 寸 8 000 mm 2 300 mm 4 500 mm 有 效 水 深 4 000 mm ， 在水量增大后， 原污泥处理部分远不能 满足要求， 需要进行大规模扩建。设计停留1 d产生 的所有污泥， 容积73. 6 m3。地上钢筋混凝土构筑物， 上清液排放到综合调节池。配套设备 污泥提升泵、 空 压机、 加药泵。 4 压滤机 系统产生的污泥量大， 含水率高， 直 接排放体积较大， 要求压实后， 形成干污泥， 装袋后直 接送环保部门进行最终处置。厢式压滤机的工作时 间为16 h， 滤饼的含水率低于 70 。设置 2 台过滤面 积40 m2厢式压滤机。 4监控系统设计 在工业废水处理系统中， 为保证工艺的正常进 行， 使排放的污水达到国家相关标准， 电气控制在其 中起着关键作用。该废水处理监控系统设备由于负 载数量少， 根据系统设计要求， 及现场开关量分布情 况， 其控制系统设计成集中式 PLC 自动控制系统， 即 用一套 PLC 设置在控制柜内， 在控制柜内设置远程 IO， 通过电缆与各控制单元连接。系统分解为 3 级分 布式控制， 如图 2 所示。 图 2自动化监控系统结构 本系统是一个融合“4C” 技术 即自动控制技术 Control 、计 算 机 技 术 Computer 、通 信 技 术 Communication 、 CRT 显示技术 ［10］于一体的控制 装置。利用可编程控制器 PLC 、 工控机和组态软件 MCGS 等研发的自动化监控系统用于实现生产管理、 数据采集和各种过程控制。系统由数据采集、 信号处 理、 自动控制等多方面的要素组成， 从多方面进行废 水处理控制。在进行处理的同时， 还实现记录信号、 故障报警、 状态监测、 动态显示、 报表分析等功能。 5结束语 对某线路板厂产生的含镍废水、 有机废水、 含氰 废水和综合废水等不同的电镀废水进行分流， 并采用 物理法、 化学法、 物化法、 生物法等方法进行分类综合 处理， 实际运行表明废水处理后可达标排放。废水经 下转第 72 页 81 环境工程 2013 年 2 月第 31 卷第 1 期 图 7双翼闸板开度与窑压的关系 图 8双翼闸板开度与窑压的关系 上。控制参数繁多， 工艺操作参数复杂， 所有设备均 为计算机自动控制。玻璃熔窑温度制度和压力制度 的要求也是比较严格的， 员工至少工作五年以上才能 单独进行工艺和设备的调整。并且熔窑的参数敏感 易变， 随着玻璃的拉引量、 规格品种和季节的变化， 还 有燃油、 保护气体和各种风系统等的波动， 都会直接 影响它的稳定和正常。这就给脱硫系统正常稳定的 运行以制约， 增加了它在线使用的难度， 同时脱硫设 备的使用也会造成浮法玻璃熔窑运行的不稳定。 通过现场实验， 对脱硫工艺参数进行设定， 取得 了预期的效果。主要参数如下 1 输送风机 2 台， 一台直通， 一台开度为 30 ～ 35 ; 引风机 2 台， 一用一备， 开度 70 ～ 85 ; 通过 输送风机和引风机的联动调节， 控制窑压在 4 1 Pa 范围内。 2 通过热电偶的温度检测， 自动进行补减水量 和微动调节闸阀控制烟气进塔温度在 180 ～ 200 ℃ 。 3 合理调整双翼闸板开度在 75 ～ 85 ， 既满 足窑压要求， 又能控制烟气进塔流速在 8 ～ 10 m/s。 参考文献 ［1］吴忠标． 湿法和喷雾干燥法烟气脱硫的研究 ［D］． 杭州 浙江 大学， 1993． ［2］Wang J N， Yang J T， Grumet S B， et al． SO2emissions trading programafeasibilitystudyforChina ［M］．BeijingChina Environmental Science Press， 2002． ［3］许宁． 浮法玻璃熔窑烟气脱硫系统关键技术研究［D］． 武汉 武汉理工大学， 2007． ［4］Zhao Y，McElroy MB，Xing J，et al．Multipleeffects and uncertainties of emission control policies in China Implications for public health， soil acidification， and global temperature ［J］． Sci Total Environ， 2011， 409 24 5177- 5187． ［5］许宁， 张启焕， 王华， 等． 烟气脱硫系统运行参数对脱硫效率的 数值模拟［J］． 武汉理工大学学报， 2011， 33 4 110- 113． 作者通信处许宁224051江苏省盐城市迎宾大道 9 号盐城工学 院江苏省新型环保重点实验室 E- mailxuning196402 163． com 2012 － 05 － 15 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 18 页 处理后， 进一步运用反渗透 RO 膜系统作为主要的控 制装置实现废水回用处理， 使废水经处理后能够变废 为宝， 重新回用于生产及绿化。该工程已经结束调试 工作并投入正式运行， 运行效果良好， 对电镀企业的 废水处理、 循环利用和清洁生产具有重要参考意义。 参考文献 ［1］王金波， 王晓菲， 刘志华． 电镀废水处理方法浅析［J］． 山西建 筑， 2011， 37 22 130- 131． ［2］郭 琳， 查红平， 廖小刚， 等． 化学沉淀法处理线路板厂含镍废 水［J］． 环境工程， 2011，29 4 50- 53． ［3］杨丽芳， 张志军， 张文波． 混凝法处理含镍电镀废水［J］． 电镀 与环保，2011， 31 3 45- 47． ［4］魏先红， 翟晓君， 邹光中． 铁氧体法处理含镍废水的工艺条件 研究［J］． 应用化工，2005， 34 4 259- 260． ［5］周文勃． 电镀废水中有机物的去除研究［D］． 杭州 浙江大学， 2008． ［6］冯爱红， 迟大明． 催化氧化处理高浓度有机废水的研究与应用 ［J］． 应用化工， 2011，40 5 847- 849． ［7］陈旭鹏， 王玉俊． 化学分类法处理电镀废水的工程应用［J］． 广东化工， 2011， 38 1 160- 161． ［8］刘建伟． 化学法处理电镀含氰废水自动化控制系统的参数研 究［J］． 化学工程与装备， 2009 8 214- 216． ［9］胡献舟， 张盼月， 曾光明， 等． 助凝助沉剂在含镍废水化学处理 中的应用［J］． 工业水处理，2007， 27 4 48- 51． ［ 10］荣丽丽， 邓旭亮， 刘明霞， 等． 自动化控制技术在污水处理厂的 应用进展［J］． 环境科技，2009， 22 S1 87- 89． 作者通信处杨伟志514015广东省梅州市嘉应学院物理系办公室 电话 0753 2186837 E- mail149609043 qq． com 2012 － 05 － 15 收稿 27 环境工程 2013 年 2 月第 31 卷第 1 期