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1、哈尔滨理工大学学士学位论文XXXXX重金属工业废水处理及再生回用工程设计摘 要以XXXXX处理规模为10000m3/d重金属废水处理工程为例，介绍了升流式厌氧污泥反应床(UASB)和膜生化反应器(MBR)联合处理工艺在重金属废水处理中的应用情况。工艺首先采用厌氧工艺降低处理水体的有机物负荷，在水体中有机污染物浓度得到一定降低的条件下，采用MBR工艺进一步降低水体中的有机污染物浓度。经过处理后，出水水质达到铜、镍、钴工业污染物排放标准，回用水达到生活杂用水水质标准要求。通过计算确定了工艺流程中主要设施的尺寸以及设备的型号。计算分析表明，设计处理出水水质达到且优于国家相关标准。对设施运行成本的估算
2、证明，该流程在处理成本上有实施的可能。关键词：矿业废水；升流式厌氧污泥床；中水回用；膜生物反应器- 68 -Zijin Mining Group of Heavy Metal Industrial Wastewater Treatment and Reuse Project DesignAbstractBy using the practical engineering in Zijin Mining Group with the scale of 10000 m3/d waste Heavy metal waste water treatment .This paper introduces
3、 the application of Up-flow Anaerobic Sludge Bed (UASB) and Membrane Bio-Reactor (MBR) combined process in Heavy metal waste water treatment. Anaerobic technology is firstly used to reduce the orgaeic load- ing and MBR process is used to further reduce ammonia and organic pollutants under the condit
4、ions of a certain reduction of the organic pollutants in waste- water. After treatment, water quality standards of the drained water, water reuse back to water standards. The article designs and calculates the parameters of the structures and the equipments in the treatment. The results of the calcu
5、lations and analysis on Reclaimed Water treatment technology indicates that the treated water can achieve the relevant standards. By analyzing the handling costs, it is proved that the treatment is logical and also possible to be put in practiced.Key Words : Mining Waste Water ；Up-flow Anaerobic Slu
6、dge Bed；Reclaimed water；Membrane Bioreactor目 录摘要IAbstractII第1章 绪论- 1 -1.1概述- 1 -1.2目的与任务- 2 -1.2.1目的- 2 -1.2.2任务- 2 -1.3设计内容和要求- 2 -1.3.1设计说明书- 2 -1.3.2设计计算书- 3 -1.3.3设计图纸- 3 -1.4污水处理工艺研究进展- 3 -1.4.1传统的污水处理方法- 3 -1.4.2污水处理方法的发展- 4 -1.5重金属废水研究进展- 6 -1.5.1常规处理法- 6 -1.5.2重金属污染的微生物处理技术- 7 -1.5.3美国ETIG公司
7、电絮凝技术- 8 -1.6关于紫金矿业重金属废水处理及回用工艺- 9 -第2章 工艺技术方案的确定- 10 -2.1工业废水概况- 10 -2.2该设计中水量与进出水指标- 10 -2.3重金属废水处理工艺比较- 11 -2.3.1沉淀法- 11 -2.3.2物理化学法- 12 -2.3.3电化学处理技术- 12 -2.3.4生物化学法- 13 -2.4确定工艺路线- 13 -2.5工艺流程图- 14 -2.6本章小结- 14 -第3章 污水处理构筑物的设计计算- 16 -3.1混合池- 16 -3.2一级沉淀池- 17 -3.3二级沉淀池- 21 -3.4水解酸化池- 23 -3.5升流式厌
8、氧污泥床(UASB)- 24 -3.6膜生物（MBR）反应器- 36 -3.6.1膜的选择- 36 -3.6.2膜生物反应池尺寸设计- 42 -3.7加药消毒间- 42 -3.8本章小结- 43 -第4章 污泥处理构筑物的设计计算- 44 -4.1贮泥池- 44 -4.2污泥浓缩池- 44 -4.3污泥脱水间- 46 -4.4附属构筑物- 47 -4.5空气净化装置- 47 -4.6本章小结- 47 -结论- 48 -致谢- 49 -参考文献- 50 -附录A- 52 -附录B- 64 -第1章 绪论1.1概述水资源是经济可持续发展的基本保证，污水的任意排放或处理不彻底的排放，都会给水资源环境
9、带来严重的污染问题。我国水体污染主要来自两方面，一是工业发展超标排放工业废水，二是城市化中由于城市污水排放和集中处理设施严重缺乏，大量生活污水未经处理直接进入水体造成环境污染。工业废水近年来经过治理虽有所减少，但城市生活污水有增无减，占水质污染的51%以上。福建紫金矿业7月3日发生严重的含铜废水泄漏事故，据称有9100立方米废水排进汀江流域。沿岸及水库的养殖业遭受灭顶之灾，约400万斤鱼被毒死。当地居民不敢饮用自来水，靠买瓶装水生活。根据测算，赔偿费用和紫金山铜矿湿法厂的停产将给紫金矿业带来4亿元的损失。通过对福建XXXXX所属的紫金山铜矿湿法厂污水池渗漏致汀江污染事故进行的调查，认定此次事件
10、是一起由于企业污水池防渗膜破裂导致污水大量渗漏后通过人为设置的非法通道溢流至汀江而引发的重大突发环境事件。据联合调查组介绍，通过听取情况汇报、查阅资料、现场勘查、调查取证等方式，初步查明此次事件的原因有三点：一是企业防渗膜破损直接造成污水渗漏。经查，企业各堆浸场、富液池、贫液池、萃取池、防洪池、污水池均采用HDPE衬垫防渗膜作为防渗漏措施，但由于各堆场及各池底未进行硬化处理，防渗膜承受压力不均，导致各堆场及各溶液池底垫防渗膜均出现不同程度的撕裂，污水渗漏问题严重，加之近期紫金山矿区受持续强降雨影响，水大量聚集，污水池底部压力发生变化，致使7月3日污水池防渗膜发生突然破裂，污水大量渗入地下并外溢
11、至汀江。二是人为非法打通6号集渗观察井与排洪洞，致使渗漏污水直接进入汀江。调查发现，6号集渗观察井与排洪洞被人为非法打通，井内渗滤液涌水量超过回抽量时可直接通过排洪洞排入汀江。2009年9月福建省有关环保部门检查时发现排洪洞有超标污水排入汀江，要求企业立即进行整改，但直至本次事件发生企业仍未整改到位。三是监测设备损坏致使事件未被及时发现。经调查，因设在企业下游的汀江水质自动在线监测设备损坏且未及时修复，致使事件发生后污染情况未能被及时发现。本设计是在紫金矿业的水文地质、受纳水体水质资料和气象条件分析后，进行的一整套污水处理设计。其中，对进水水质、出水水质进行分析，污水处理一级、以及以UASB反
12、应器与MBR反应器为主体的二级处理工艺流程的选择给予说明，对具体污水及污泥构筑物结构进行了详细计算，从而设计出适合当地气候条件、水质条件及污水处理后达标排放的现代化污水处理工艺。1.2目的与任务1.2.1目的毕业设计是学生完成专业培养方案规定的课程及获得学院规定的学分后所必须进行的重要实践性教学环节。通过工程设计，综合运用和深化所学理论知识；学会调查研究、收集设计资料，根据具体工程要求和设计规范选择、规划设计方案，并利用标准图集和手册等完成设计任务；进一步提高设计计算、绘图、编制工程概算、编写设计说明书和计算书及使用计算机技能；通过毕业设计，培养独立分析和解决一般工程实际问题的能力，使学生毕业
13、后能够迅速的承担给水排水工程的设计、施工、维护管理等工作任务，受到工程师的基本训练。工业废水处理工程毕业设计，是给水排水工程专业毕业设计的一个主要设计方向，通过工业废水处理工程毕业设计，培养独立分析和解决工业废水处理工程设计、指导施工、工程调试、运行管理等实际工作的能力。毕业设计是总结在校期间学习成果，完成工程技术人才基本训练的重要环节，是实现高等工科院校培养目标所不可缺少的教学环节，使教育计划中一个有机组成部分，是培养学生综合运用所学理论，基本知识和基本技能，分析解决问题的重要一环。它与其他教学环节紧密配合，使前面各个环节的继续，深入和发展。通过毕业设计，使学生得到工程师所必须的综合训练，在
14、不同程度上提高调查研究，查阅文件，撰写设计说明书计算书记工程设计绘图的能力，使学生综合运用所学基础知识和专业知识，进一步培养其独立分析问题和解决问题的能力。工业废水处理毕业设计，是给水排水工程专业毕业设计的一个主要设计方向，通过工业废水处理毕业设计，培养独立分析和解决工业废水处理工程设计指导施工工程调试运行管理实际工作的能力。1.2.2任务根据已知资料，进行污水处理工艺的初步设计。要求确定污水处理流程，计算各处理构筑物的尺寸，进行污水处理流程设计和主体构筑物的设计。1.3设计内容和要求1.3.1设计说明书说明地理位置概况、设计任务、工程规模、水质水量、工艺流程、设计参数、主要构筑物的尺寸和个数
15、、主要设备的型号和数量等；设计说明书内容包括下列各项：1、目录2、概述设计任务和设计依据，简要分析设计资料的特点；3、污水、污泥处理流程的比较确定（各种因素分析和依据说明）；4、各处理构筑物及其辅助设备的工艺设计计算，及其工作特点的说明；5、处理构筑物工艺流程的特点及依据说明；6、毕业设计心得体会。说明书应简明扼要，力求多用草图、表格说明，要求文句通顺段落分明、字迹工整。1.3.2设计计算书各构筑物的计算过程、主要设备（如水泵、鼓风机等）的选取等；1.3.3设计图纸根据重金属工业污水厂性质，选择合适的处理工艺流程，编制设计计算说明书并绘制六张图纸，包括工艺高程图，平面布置图和MBR池等处理单元
16、详图，其中手绘3张，计算机绘制3张1.4污水处理工艺研究进展1.4.1传统的污水处理方法传统的污水处理方法由物理、化学和生物方法去除固体、有机物质及有时去除污水中的营养物质。一般为了提高处理水平，通常把污水处理描述为初步、二级、三级或高级处理等不同的污水处理程度。1.4.1.1预处理预处理的目的是去除在未经处理过的污水中能找到的粗砂及其他大颗粒物质。预处理帮助去除大颗粒固体以减小固体颗粒的尺寸。固体由木块、布、纸垃圾及一些排泄物组成。去除重的无机固体，如砂砾及金属或玻璃。这些物质被叫作粗砂和过量的油脂。1.4.1.2一级处理一级处理通过物理沉降和浮选来去除有机和无机固体。在初级处理中，大约25
17、50BOD5，5070的总悬浮固体，和65油脂被去除掉。一些有机氮、有机磷、重金属和固体也一并被去除掉，但胶状的和可溶解的成分能被去除。从初沉池出来的污水作为初级出水。1.4.1.3二级处理二级处理的目的是去除初级处理后的出水中残余的有机悬浮固体。根据固体尺寸，其分布状态是30的悬浮固体，6的胶状体，大约5的可溶解性固体。初级处理的作用是去除尽可能多的悬浮固体。初级处理是利用过滤器或沉淀池去除污水中的可沉淀的有机或无机固体。最新的排水标准和水质标准要求更深层地去除有机物，而初级处理是不能达到这效果的。要二级处理才能达到这要求。二级处理过程是利用环境中不同种类的微生物的生物处理方法。一些好氧生物
18、处理方法被用作二级处理，而在方法上它是不同于初级处理的，它是根据有机体代谢有机物的速度来供给微生物氧的。1.4.2污水处理方法的发展初级处理及二级处理能去除大部分的BOD和悬浮颗粒。然而，越来越多的事实证明，一级和二级处理水平不足以保护水资源或供应可再度使用的工业或生活用水。因而，增加处理级数已被增加在污水处理设备中深度去除有机固体和营养物质及有毒物质。因此高级处理方法被定义为：任何处理后的出水水质比一般的二级处理达到的出水水质要好，或包含在一般的二级处理中没有的处理过程的工艺。上述的定义是很广泛的，几乎包括所有的不同于现在传统的一切污水处理方法。高级污水处理方法根据流程的不同把高级处理方法分
19、为三种主要类型：1.4.2.1三级处理三级处理可定义为任何添加在传统的二级处理流程后的操作，生化法处理被定义为用生物和物理化学方法相结合以达到理想的出水水质的污水处理方法。生物物理化学方法相结合的污水处理方法不同于在三级污水处理方法后添加任何传统的生物处理方法，而是生物处理、物理处理、化学处理的混合。另一种高级处理方法的分类是根据渴望得到的处理目标而区分的。高级处理方法被用于：增加有机物和悬浮固体的去除率；去除氮氧化物（NOD）；去除营养物质；去除有毒物质。大多数情况下，传统的二级处理能达到适当的BOD及悬浮物的去除。但高级污水处理还是必须的，因为高级污水处理厂的出水可以直接或间接地循环再用以
20、增加生活水源的供应。评价二级处理厂的性能好坏的标准往往是BOD和SS的去除率。一个设计和运行得很好的二级污水处理厂可以去除8595的BOD和SS。然而，BOD5不是量度污水中所有有机物多少的标准。二级处理出水平均含BOD20mg/L和COD60100mg/L。二级污水处理厂去除入水中60的COD。因而，随着高质量的出水水质要求，增加有机物的去除率就很有必要了。能增加二级处理后残余的有机物的去除率这是由于污水中含有氮增加耗氧量的结果。1.4.2.2隔膜处理工艺的出现生物和化学处理方法易于操作，然而其发展常常受到处理成本高及添加有毒的化学物质影响的限制，并且会造成二次污染。因此，物理隔膜分离固液两
21、相在20世纪越来越受欢迎，它是21世纪很有发展前景的工艺。它能提炼和浓缩制药和化工生产产生的污水中的多种液体，根据隔膜孔隙大小利用压力的作用以达到分离的效果的。隔膜常应用于空气过滤，污水水过滤甚至太空旅行中的饮用水的回收系统。1.4.2.3脱盐工艺脱盐作用是从海水，咸水，或经处理过的污水中去除溶解性矿物（包括但不仅仅是食盐）的过程。有五个基本技术用于去除水中的食盐及其他溶解性固体：蒸馏，反渗透，电渗析，离子交换，结晶。蒸馏和结晶包含去除纯净水，以水蒸气或结冰的形式从盐溶液中析出。反渗透和电渗析是利用隔膜分离溶解性盐跟矿物质的。离子交换是利用水流过化学树脂的方法用其他需要的溶解性离子交换水中的溶
22、解性矿物质的过程。在最近的几十年里，脱盐技术越来越多地被广泛应用在从地下咸水和海水中生产饮用水，改善用于饮用或工业生产现有的淡水供应质量，提高处理工业或市政污水的处理或再利用。早在20世纪50年代全世界大概有225家的脱盐处理厂，总日处理量达大概27mg。超过7500家的脱盐处理厂中，60位于中东地区。世界上最大的脱盐水处理厂位于阿拉伯半岛，日处理量达128mg。相比较而言，美国占世界上12的处理量，大多数厂位于加勒比海和佛罗里达州。(1)反渗透反渗透是入流水在高压下通过渗透性膜从水中分离盐分的。入流水要先做预处理去除固体微粒以防止阻塞滤膜。处理后出水的水质取决于压力，入水中盐的浓度以及盐透过
23、膜的数量。渗透仅仅取决于溶质的浓度与类型无关。(2)电渗析在这技术中，咸水要在低压下通过几百层的相互平行的组合在一起的离子渗透膜。用改变阴离子渗透膜的方法允许所需要的阳离子通过。直流电的流向通过在两端的电极位置确定。这电流把离子“拉”过隔膜，改变浓度。大多数电渗析系统通过1530分钟转换电流的方向每以防止收缩或污垢。这转换离子通过膜的方向会导致首先收集较少的盐处理水。水收集系统中的相互交叉的真空管自动地引导水流向适当的方向。反渗析的典型淡水回流比是入流水体积的8090。(3)离子交换在这过程中当水流经由小化学颗粒物组成的离子交换树脂时，入水中不需要的离子会被期望的离子所取代。例如，阳离子交换树
24、脂经常被用在生活或市政污水处理厂中去除硬水中的钙、镁离子，以及在工业上生产纯净水。原水中的溶解性固体浓度越高越需要经常更换树脂。随着树脂及处理溶液的费用的增加，现在，离子交换仅在处理含几百ppm溶解性固体的低浓度溶液上与反渗透和电渗析竞争。1.5重金属废水研究进展重金属污染指由重金属或其化合物造成的环境污染。如日本的水俣病是由汞污染污染所引起。其危害程度取决于重金属在环境、食品和生物体中存在的浓度和化学形态。重金属污染主要表现在水污染中，还有一部分是在大气和固体废物中。主要由采矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属制品等人为因素所致。因人类活动导致环境中的重金属含量增加，超出正常范围，并导致环境质
25、量恶化。2011年4月初，我国首个“十二五”专项规划重金属污染综合防治“十二五”规划获得国务院正式批复，防治规划力求控制5种重金属。常见重金属污染：铅污染、镉污染、汞污染、砷污染、铬污染、铜污染、锌污染。1.5.1常规处理法重金属废水处理的方法有很多，可分为两大类：一类是使溶解性的重金属转变为不溶或者难溶的金属化合物，从而将其从水中除去。另一类是在不改变重金属化学形态的情况下进行浓缩分离，例如反渗透法、电渗析法、离子交换法、蒸发浓缩法等。1.氢氧化物沉淀法该方法是通过向重金属废水投加碱性沉淀剂(如石灰乳、碳酸钠液碱等)，使金属离子与轻基反应，生成难溶的金属氢氧化物沉淀，从而予以分离的方法。2.
26、硫化物沉淀法该方法是通过向废水中投加硫化剂，使金属离子与硫化物反应，生成难溶的金属硫化物沉淀从而得以分离的方法。硫化剂可采用硫化钠、硫化氢或硫化亚铁等。此法的优点是生成的金属硫化物的溶解度比金属氢氧化物的溶解度小，处理效果比氢氧化物沉淀更好，而且残渣量少，含水率低，便于回收有用金属。缺点是硫化物价格高。3.还原法该方法是通过向废水中投加还原剂，使金属离子还原为金属或低价金属离子，再投加石灰使其成为金属氢氧化物沉淀从而得以分离的方法。还原法可用于铜、汞等金属离子的回收，常用于含铅废水的处理。4.离子交换法离子交换法是利用离于交换剂的交换基团，与废水中的金属离子进行交换反应，将金属离子置换到交换剂
27、上予以除去的方法。用离子交换法处理重金属废水，如Cu2+、Zn2+、Cd2+等，可以采用阳离子交换树脂；而以阴离子形式存在的金属离子络合物或酸根 (HgCl2-、Cr2O72等)，则需用阴离子交换树脂予以除去。5.铁氧体法铁氧体是由铁离子、氧离子以及其它金属离子所组成的氧化物，是一种具有铁磁性的半导体。采用铁氧体法处理重金属废水是根据铁氧体的制造原理，利用铁氧体反应，把废水中的二价或三价金属离子，充填到铁氧体尖晶石的晶格中去，从而得到沉淀分离的方法。6.电解法电解法是利用电极与重金属离子发生电化学作用而消除其毒性的方法。按照阳极类型不同，将电解法分为电解沉淀法和回收重金属电解法两类。电解法设备
28、简单、占地小、操作管理方便、而且可以回收有价金属。但电耗大、出水水质差、废水处理量小7.膜分离方法该方法是利用一种特殊的半透膜，在外界压力的作用下，在不改变溶液中化学形态的基础上，将溶剂和溶质进行分离或浓缩的方法。膜分离法包括反渗透法、电渗析法、扩散渗折法、液膜法和超滤法等。8.吸附法该方法是利用吸附剂将废水中的重金属离子除去的方法。吸附法由于占地面积小、工艺简单、操作方便、无二次污染，特别适用于处理含低浓度金属离子的废水。1.5.2重金属污染的微生物处理技术1.基本原理重金属污染的微生物处理技术，是利用微生物的作用削减，净化土壤或水中的重金属或降低重金属的毒性。一些重金属离子长期在环境中积累
29、，使得环境中的一些微生物形成了较强的耐重金属污染的能力，这些微生物作为一类特殊的群体在环境中长期存在，它们对有毒金属形成了一定的抗性。对微生物而言，是一种解毒作用，而对环境而言是一种很好的修复作用。从而使得汞、铅、锡、砷等金属或类金属离子都能在微生物的作用下降低或失去毒性。2.工艺路线微生物对重金属离子的修复，大致包括这些过程：转化（细胞代谢、沉淀和氧化还原反应）、吸附（化学吸附、物理吸附）、絮凝（生物或其代谢物絮凝沉淀）等。3.技术关键(1)转化机制：转化是通过微生物的作用改变重金属在水体或土壤中的化学形态，使重金属固定是或解毒，以降低其在环境中的移动性和生物可利用性。实现有毒有害的金属元素
30、转化为无毒或低毒形态的重金属离子或沉淀物，达到以水体或生态环境中去除重金属污染，修复污染环境的目的。(2)吸附机制：微生物利用自身胞外某些物质的特殊化学结构及成分特性来吸附溶于水中的重金属离子，再通过固液两相分离达到对重金属的削减、净化与固定作用。一般不水解的金属离子主要通过离子交换的方式被细胞吸附，而对于那些易形成聚核水解产物的金属离子则通过物理性吸附可沉积在细胞壁表面。在主动吸收中也包括含有很大程度的被动吸收，并且这种被动吸收由于细胞的排出代谢而受到抑制。(3)絮凝机制：利用微生物产生并分泌到细胞外，具有絮凝活性的代谢物去除重金属离子。代谢物一般由多糖、蛋白质、DNA、纤维素、糖蛋白、聚氨
31、基酸等高分子物质构成，分子中含有多种官能团，能使水中胶体悬浮物相互凝聚沉淀。一定浓度的金属离子可以加强絮凝剂分子与悬浮颗粒以离子键结合而促进絮凝，特别是Ca2+能显著提高微生物絮凝剂的絮凝活性.4.主要创新点微生物可以通过多种渠道改变重金属的活动性，使重金属在其活动相与非活动相之间转化，从而影响重金属的生物有效性。(1)微生物的主动转移作用通过微生物的主动转移作用，例如金属堆积作用，氧化还原作用或烷基取代（甲基化等）作用等，可使重金属转化为不活动相。通过微生物的金属转移作用，还可以使重金属从一种状态转化为另一种状态。微生物可以把一些重金属还原成可溶性的或挥发性状态。(2)利用微生物吸附治理重金
32、属水体污染大量研究表明，一些微生物如细菌、真菌和藻类等对金属离子都有很强的吸附能力。重金属对活细胞具有毒害作用，都会抑制细胞对金属离子积累过程。非活性生物体吸附过程，只存在生物吸着作用，即只发生在生物体吸附的第一阶段。因此，活细胞的吸附量并不是因为有能量代谢系统的参与而比死细胞高。(3)生物吸附剂的选择通常人们将用作生物吸附与合适的载体结合体称作生物吸附剂。新型、高效的生物吸附剂的研究与开发是生物吸附领域的一个重要方面。生物吸附剂实质上是指以微生物为主要原料，通过明胶、纤维素、二氧化硅，海藻酸、盐、聚丙烯酰胺、二异氰酸苯脂、胶原、金属氢氧化物沉淀等材料形成的固定化颗粒，具有对重金属的吸附作用。
33、采用固液接触式反应器，如固定床反应器，流化床反应器等都能得到良好的处理效果。实际应用中，必须根据重金属污染的种类及程度，选择适当的一种方法和多种方法结合起来使用。1.5.3美国ETIG公司电絮凝技术美国ETIG公司成立于2002年，于2005年进入中国，至今为止在国内外已经做了很多工程业绩，在此列举部分工程业绩。在美国有Kaspar电镀集团公司，Kaspar电镀集团公司其母公司主要生产镀镍、铬及锌金属，以及对不锈钢进行电解抛光。现用100加仑/分钟的系统代替化学沉淀系统，节省94%处理废水化学药剂成本，其处理过程中使用絮凝剂也比化学沉淀法少很多且污泥产生量比化学沉淀法少40%。此系统每天连续不
34、断运行，已被作为我公司研发和示范的主要工程。又如迪斯尼乐园游艇体污泥和含油废水处理工程，在美国依据相关法律，游艇排放污水必须排放在港口指定的地点，节约成本的办法就是在游艇上进行废水处理，达到排放标准后将干净的水排放到海洋里，这样只需要储存处理后的污水就大大降低了运行成本。美国迪斯尼游艇采用KASELCO电絮凝系统，处理量为1300吨/天。电絮凝的反应原理是以铝、铁等金属为阳极，在直流电的作用下，阳极被溶蚀，产生Al、Fe等离子，在经一系列水解、聚合及亚铁的氧化过程，发展成为各种羟基络合物、多核羟基络合物以至氢氧化物，使废水中的胶态杂质、悬浮杂质凝聚沉淀而分离.同时，带电的污染物颗粒在电场中泳动
35、，其部分电荷被电极中和而促使其脱稳聚沉。废水进行电解絮凝处理时，不仅对胶态杂质及悬浮杂质有凝聚沉淀作用，而且由于阳极的氧化作用和阴极的还原作用，能去除水中多种污染。电絮凝系统采用电能代替昂贵的化学试剂，能够同时去除水中的重金属、悬浮固体、乳化有机物和其它多种污染物。而化学药剂絮凝并不能除去重金属。其次，电絮凝系统操作简单易掌握，化学药剂工艺在化学反应剂量上难掌握，药剂量少达不到絮凝效果，药剂量过了又发生了氧化还原反应。ETIG的电絮凝技术定能达到国家有关排放标准，化学药剂法却很难达到。而且污泥产生量是化学法的40%，从而大大减少了污泥处置费。1.6关于紫金矿业重金属废水处理及回用工艺重金属造成
36、的水体污染问题已经成为最严重的环境问题之一。污水处理的主要目的一般是使人类和工业排放的污水对人类健康和对环境没危害，对于紫金矿业重金属废水，则需要高级污水处理工艺进行处理及回用。高级污水处理可用于处理任何要求处理水平的污水处理。高级污水处理在一些去除废水中的营养物质的污水处理系统中是很必须的。高级污水处理厂利用先进的方法和设备处理的，相应地花费很高的费用去运行操作及高质量的处理水平。对于紫金矿业废水，其中含有较多的铁、铜等重金属，氰化物，硫酸根，较低的pH，在其处理方面增大了很多难度，因此需要选用合理的高级污水处理工艺才能使其进行很好的处理。根据污水水质，本人选用化学沉淀法联合厌氧法对其污水进
37、行处理，处理后需要回用的污水采用膜生物反应器进行处理。第2章 工艺技术方案的确定2.1工业废水概况工业污水之间的特征可能是互不相同的，影响工业污水特征因素不仅与他们的BOD和悬浮固体数量等综合特征有关，还与有机物及无机物的成分有关。三个因素都有可能成为控制因素。经污水处理厂处理的污水可以做为市政污水预处理的污水，或可以完全处理后用于灌溉植物或直接排出。工业污水是由工厂制造过程排出的。实现工业污水的再利用，是污水处理的重要组成部分。一些地区的工业排出的污水收集了其他的市政污水和混合废弃物一起处理的。在另外的一些情况下，工厂在把他们的工业污水排入市政管道之前可能要对其做预处理或部分处理。依然有些情
38、况是按工业污水的体积和性质必须分开收集和处理。工业污水的成分、浓度、流程和体积是相差很大的，取决于工业或制造业的种类。工业废水的成分和体积肯定取决于它的用途。工业排出的污水由高浓度的有机含耗氧的废水或含能损害下水道和其他建筑物的化合物的废水组成。他们可能含有不能被生物降解或有毒的化合物，会干扰污水处理厂的处理效果。较少被认为是工业污水的是含低溶解氧及热排放的废水。很多工业生产都用大量的冷却水和电。然而，金属及化工行业也使用大量的冷却水。2.2该设计中水量与进出水指标设计任务书中，设计水量为10000m3 /d，其中含铜废水9000m3/d，含氰废水1000 m3/d；回用水量5000 m3/d
39、。污水排入水体前要求达到铜、镍、钴工业污染物排放标准出水水质，再生水达到国家新颁布的生活杂用水水质标准要求。进出水各指标值如下表：表2-1 进出水各污染物指标各污染物指标进水出水COD200 mg/l50 mg/lBOD5100 mg/l30 mg/lSS20 mg/l10 mg/l铜208 mg/l10 mg/l铁123 mg/l5 mg/l铝35 mg/l5 mg/lpH1.5569SO42-1000 mg/l250 mg/lCN20 mg/l02.3重金属废水处理工艺比较在环境与人类健康领域，重金属主要指汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)、砷(As)、铜(Cu)、锌(Zn)、
40、钴(Co)、镍(Ni)等重金属。他们以不同的形态存在于环境之中，并在环境中迁移、积累。采矿、冶金、化工等行业是水体中主要的人为污染源。重金属在食物链中的过量富集会对自然环境和人体健康造成很大的危害。2.3.1沉淀法1.氢氧化物沉淀法 往重金属废水中加入碱性溶液，利用OH-与重金属离子反应生成难溶的金属氢氧化物沉淀，通过过滤予以分离。氢氧化物沉淀法包括分步沉淀法和一次沉淀法两种。分步沉淀法是分段加入石灰乳，利用不同的金属氢氧化物在不同的pH值下沉淀析出的特性，依次回收各金属氢氧化物。一次沉淀法则是一次性投加石灰乳，使溶液达到额定的pH值，从而使废水中的各种重金属离子同时以氢氧化物沉淀的形式析出。
41、2.硫化物沉淀法将重金属废水pH值凋节为一定碱性后，再通过向重金属废水中投加硫化钠或硫化钾等硫化物，或者直接通人硫化氢气体，使重金属离子同硫离子反应生成难溶的金属硫化物沉淀，然后被过滤分。由于金属硫化物的溶度积比相应的金属氢氧化物的溶度积小得多，因此。硫化物沉淀法比氢氧化物沉淀法具有更多的优点，比如沉渣量少，容易脱水，沉渣金属品位高，有利于金属的回收。可是硫化物沉淀法也有不足之处， 比方说硫化物结晶比较细小，难以沉降，因而应用也不是很广。3.还原一沉淀法 这种方法的原理是，用还原剂将重金属废水中的重金属离子还原为金属单质或者价态较低的金属离子，先将金属过滤收集，然后再往处理液中加入石灰乳，使得
42、还原态的重金属离子以氢氧化物的形式沉淀收集。铜和汞等的回收可以利用这种方法。该法也常用于含铬废水的处理。较常使用的还原剂有硫酸亚铁、亚硫酸氢钠、铁粉等。4.絮凝浮选沉淀法通过添加絮凝剂使得重金属废水中的小胶体颗粒稳定性变差，聚集形成大颗粒胶体物质，最终通过重力作用沉淀下来。为增大胶体颗粒的尺寸，采用浮选的办法，用于将不稳定的胶体粒子变为固相絮凝物。这一浮选过程一般包括两个重要的步骤，一是调节pH值，二是加入含铁或铝盐的絮凝剂，以克服离子间静电排斥导致的稳定作用。2.3.2物理化学法1.吸附法(1)物理吸附法活性炭是最早使用的吸附剂，也是目前使用最广泛的吸附剂。之所以能够进行物理吸附，是因为活性
43、炭具有高的比表面积以及高度发达的孔隙结构。后来在此基础上又出现了活性炭纤维等衍生物，去除效率高，但价格比较昂贵。能够用于物理吸附的材料还有各种矿物质以及分子筛等。(2)树脂吸附环保是树脂吸附法的一个重要的特点，这种方法能够分离、纯化、回收重金属，效果显着。主要是由于树脂中含有各种活性基团，比较典型的有羟基、羧基、氨基等，能够与重金属离子进行螯合，因而这些功能性树脂材料能有效的吸附重金属离子。根据活性基团的种类不同，分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。(3)生物吸附近些年来，很多研究者将各种生物(如植物、细菌、真菌、藻类以及酵母)经处理加工成生物吸附剂，用于处理含重金属废水。生物体具有特定的化学
44、结构以及成分特征，而生物吸附法的主要原理，就是利用生物体的这些特性来吸附溶于水中的重金属离子。生物吸附法具有几个特点：生物吸附剂可以降解，一般不会发生二次污染； 来源广泛，容易获取并且价格便宜；生物吸附剂容易解析，能够有效地回收重金属。2.浮选法往重金属废水中通人气体产生气泡，废水中的胶体颗粒会附着在气泡表面，这些胶体粒子可随气泡的上浮从而实现将依附在粒子上的重金属离子加以分离。该方法具有如下优点：对粒子的去除效果好，操作省时，费用低廉，在一定条件下，既可消除重金属污染，又可回收金属，并且还能避开某些重金属氢氧化物或碳酸盐过滤困难的问题。3.离子交换法用离子交换树脂把废水中的重金属离子交换出来
45、，从而除去重金属离子。不过，离子交换树脂价格昂贵，其再生费用也比较高，所以，在废水处理中使用很少。但对于少量有回收价值的有毒金属来说是个不错的方法。2.3.3电化学处理技术1.电解法电解法的主要原理是对重金属废水进行电解时，重金属离子在阴极得到电子被还原，这些重金属要么沉淀在电极表面，要么沉淀到反应槽底部，从而起到降低废水中重金属含量的效果。2.电沉积这种方法的原理是在传统的化学沉淀方法中，加入电压，通过改变溶液的电势，促进重金属离子更好地沉淀。电沉积在酸性和碱性废液中都适用。3.膜分离技术膜分离技术是利用特殊的半透膜，在外界压力的作用下，不改变溶液中化学形态的基础上，将溶剂和溶质进行分离或浓
46、缩的方法，包括电渗析和隔膜电解。电渗析是在直流电场作用下，利用阴阳离子交换膜，对溶液阴阳离子的选择透过性，使水溶液中重金属离子与水分离的物理化学过程。隔膜电解是以膜隔开电解装置的阳极和阴极而进行电解的方法，实际上是把电渗析与电解组合起来的一种方法。上述方法在运行中都遇到了电极极化、结垢和腐蚀等问题。2.3.4生物化学法1.生物塘净化法该方法的原理是利用复合的水生生态系统的协同作用，完成对重金属污染物的吸收、积累、分解以及净化作用。2.动物处理动物法处理重金属废水现今尚处于起步阶段。尤其是无脊椎动物对Zn和Cd具有很大的富集能力。可见，利用水生动物处理重金属废水存在一定的可行性。研究发现，利用双
47、壳(河蚌)处理重金属废水，在重金属浓度为3.125 mg/L时，双壳生物对重金属的脱除系数达到72.089.9，对双壳法处理重金属废水的可行性作了肯定3.微生物及藻类处理通过生物絮凝，生物吸附，生物沉淀等作用实现废水中重金属的转化，沉积和固定。研究表明，废水中金属污染浓度为10l000 时，传统的处理工艺成本很高，而廉价、易得的微生物可从稀溶液中富集、分离，通常能将浓缩几千倍或更多。目前，微生物处理工艺得到工业应用较多的是生物硫化法，其他的，如，生物吸附，生物絮凝等尚未得到大规模的工业应用。2.4确定工艺路线根据任务书中各组数据综合考虑，由于污水中含有硫酸盐及氰类等有毒污染物，使用常规的好氧处理工艺无法处理，故需要采用厌氧工艺进行处理，与其他厌氧技术相比，UASB具有以下优点：1、UASB内污泥浓度高，平均污泥浓度为2040gVSS/1；2、有机负荷高，水力停留时间短，采用中温发酵时，容积负荷一般为10kgCOD/m3d左右；3、无混合搅拌设备，靠发酵过程中产生的沼气的上升运动，使污泥床上部的污泥处于悬浮状态，对下部的污泥层也有一定程度的搅动；4、污泥床不填载体，节省造价及避免因填料发
