全文总字数：10919字
1. 研究目的与意义（文献综述）
1.1. 电镀废水处理现状
随着我国经济技术的高速发展及庞大的劳动力市场，中国已经成为世界的制造业王国，享有世界加工工厂的称号，但制造业的发展却带来了大量的污染。在各种污染源中，电镀废水以其毒性大，排放量大，难治理尤其值得关注。据不完全统计，全国现有1.5万家电镀生产厂，每年排出的电镀废水约40亿m3，其中约有50 %未达到国家排放标准[1]。长期以来，我国电镀企业以大量消耗资源的粗放型经营为特点，与国外相比，我国电镀行业存在明显差距，据报道国外电镀1m2的镀件平均用水量仅为0.08 t，而我国的平均用水量为 0.82 t，是国外的10倍多，每年我国单对含重金属电镀废水的处理费用就高达4亿元以上。电镀废水水质复杂，涉及到各种重金属离子、有机化合物及无机化合物等诸多有害物质，有些还含致癌、致畸、致突变的剧毒物质，对人类危害极大。这些物质如果不经处理进入环境，必定会对生态环境及人类产生广泛而严重的危害[2,3]。另外，回收电镀废水中的重金属可以彻底全面利用资源，极具经济价值。因此电镀废水的治理是工业废水治理的重中之重的问题。
1.2. 电镀废水处理目标
当前电镀行业废水处理面临的主要问题可以归纳为专业化程度低，机械装备水平低，污染治理水平低，有效治理率低，运行成本高及废水回用率低等，而随着新《电镀污染物排放标准》( gb21900-2008) 的颁布实施，使得电镀行业污染物排放标准日益严格，国内现有电镀废水处理技术部分已无法满足新排放标准要求，因此，研究高效、经济、节能、环保的处理技术，系统开发不同工艺的有效组合，是电镀废水处理技术研究的主要内容和发展方向。但是，废水的末端治理只是治标不治本，从工业整体发展趋势和效益来看，电镀行业水污染控制的出路主要还在以下几个方面：
实施循环经济，推行清洁生产。提高电镀物质、资源的转化率和循环利用率，从源头上削减重金属污染物的产生，同时采用全过程分布式智能控制[4]、结合废水综合治理、最终实现废水零排放。
2. 研究的基本内容与方案
1.1. 设计的基本内容及目标
某焊接材料有限公司在某焊接材料有限公司在焊接生产过程中有电镀废水产生，废水中含有重金属离子Cu2 ，浓度较高，并有毒性，并且pH和CODCr超标。根据该公司提供的数据资料，每天约有150m3废水产生，处理后出水进入城市下水道管网。
| 指标 | pH | Cu2 | CODCr | 石油类 | 色度 | SS |
| 进水 | 11.9 | 9.14mg/L | 210mg/L | 270mg/L | 80倍 | 270mg/L |
| 出水 | 6-9 | 1mg/L | ≤150mg/L | ≤10mg/L | ≤80倍 | ≤150mg/L |
完成的主要任务及要求：
（1）设计说明书和计算书一份，其中说明书字数不少于1.0万字；
（2）设计图纸一套（污水处理工艺总平面布置图、高程图、主体构筑物平面图剖面图、局部大样图、图纸目录、材料设备览表等）；共绘一号图纸七张，其中手绘图纸一张；
（3）翻译一篇与本毕业设计相关的外文参考文献（不少于5000字）。
（4）通过中国期刊网、学位论文网、ACS等途径，查取、阅读有关参考文献20篇, 其中英文文献4篇。
1.1. 进出水水质及污水类别介绍
工业废水：工业废水主要是在工业生产过程中被生产原料，中间产品或成品物料所污染的水，一般而言污染较严重，往往含有有毒有害物质，需局部处理达到要求后才能排入城镇排水系统是城镇污水中有毒有害物质的主要来源。该污水处理系统的进水主要为工业废水，与生活污水的水质大有不同，设计要求中的BOD、氮和磷不予考虑。
COD：化学氧化剂氧化水中的有机污染物时所消耗的氧化剂量称为化学需氧量（以mg/L为单位），化学需氧量越高，表示水质有机污染物越多，常用的氧化剂主要是重铬酸钾和高锰酸钾，以重铬酸钾做氧化剂时，测得的值就是CODCr。该进水水质的COD指标要高于出水水质要求的值，需要设计工艺降低一部分比例。
pH：这个指标主要指示水样的酸碱性，严办要求处理后水的pH在6到9之间，本待处理废水的pH为11.9，碱性较强，本工艺也需要降低pH。
色度：将有色污水用蒸馏水稀释后与蒸馏水在比色管中对比，一直稀释到两个水样没有色差，此时污水的稀释倍数即为色度。色度是一项感官性的指标，本待处理废水的色度较高，需要通过特定的工业来降低。
石油类：油类污染物进入水体后印象水生生物的生长，降低了水体的资源价值和自净能力，本设计需要设计处理环节来降低油类污染物。
重金属：重金属是本设计需要重点考虑的一项指标，重金属超标会给自然带来很大的危害，特别是人体。
悬浮固体：本工业废水中悬浮固体需要降低一部分，悬浮固体是指水中不溶解的固体物质含量。
本设计的排水水中须达到《污水综合排放标准》(GB8978)二级排放标准1.2. 工艺比较
1.2.1.铜离子处理工艺
1)化学沉淀法[6]
化学沉淀法:主要分为石灰法和硫化物沉淀法等。
石灰法是作为工业上处理含铜等重金属离子酸性废水应用较广的一种方法,其机理主要是往废水中添加碱(一般是氢氧化钙)提高其pH,使铜等重金属离子生成难溶氢氧化物沉淀,从而降低废水中铜离子含量而达到排放标准。石灰法能除去废水中大部分的铜等重金属离子,且方法简单,处理工艺成本低、处理效果好,但处理后的净化水有较高的pH值及钙硬度,净化水有严重的结垢趋势,必须采用合适的水质稳定措施进行阻垢后才能实现回用,而且不适于处理印刷电路板生产过程中的含铜铬合物废水。
硫化物沉淀法是利用添加Na2S、CaS和H2S等能与重金属形成比较稳定的硫化沉淀物的原理,从而达到去除重金属的目的的一种方法。该法用于常规的中和沉淀法无法处理的铜络合物的废水。硫化沉淀法简单、高效,但由于要加入大量的化学药剂,因此会存在二次污染。
2)离子交换法
这种方法适用业含铜浓度在50～200mg/L的废水.浓度过高,废水pH势必较低,若用弱酸性阳离子交换树脂,很难吸附铜离子;若用强酸性阳离子交换树脂交换容量则较小,再生时要用较多的酸.用阳树脂处理含铜量较低废水,铁离子也会被树脂吸附,洗脱后难以分离。
3)电解法
电解法作为一种较为成熟的水处理技术,以往多用于处理含氰、含铬的电镀废水,近年已广泛应用于处理印染废水、制药废水、制革废水、造纸黑液等。在对含铜废水进行电解时,Cu2 向阴极迁移并在电极表面析出,从而达到有效降低体系中的Cu2 的目的。电解法处理含铜废水不仅在理论上较为成熟,而且平板电极电解槽流态化电解槽等处理装置均在生产实际中得到广泛应用。针对含铜废水处理过程中普通平板电极反应速度较慢的缺点,固定床、流化床、四级连续流动电化
4)重金属螯合剂
采用高分子有机螯合剂与废水中的多种金属离子发生螯合反应, 生成稳定且不溶于水的金属螯合物来除去废水中的重金属离子, 使处理水达到国家废水排放标准。克服了传统化学处理法的不足。沉淀物稳定性高, 处理水中铜含量远低于采用传统方法, 特别对低铜含量废水处理, 处理费用低, 有很好的应用前景。
5)膜集成技术[7]
最近几年反渗透膜(RO)技术发展速度很快，在国内电镀中水的深度处理工艺多数都采用反渗透膜(RO)分离技术。因电镀达标中水的化学成分很复杂，所以在使用反渗透膜(RO)处理工艺时必须特别注意系统的预处理工艺设计，尽可能去除中水里的有机物胶体、微生物等，否则反渗透膜系(RO)统会因为堵塞等原因很快失效，而且膜通量的下降是很难用药剂清洗恢复的。此外如何降低反渗透膜(RO)系统运行的能耗、延长反渗透(RO)膜管使用寿命这些都直接关系到系统的运行成本和效率。为了保护反渗透膜(RO)系统建议不要使用过高的水回收率，同时尽可能减少在混凝沉淀阶段石灰与PAC、PAM 的使用量。
1.2.2.污水处理工艺
1)A/O工艺[8]
A/O（Anaerobic/Oxic）工艺（有硝化）即厌氧/好氧工艺是厌氧区和缺氧区组成的最简单的强化生物除磷工艺。回流活性污泥被回流至厌氧区中，污泥中聚磷菌在厌氧条件下，受到压抑而释放出体内的磷酸盐，产生能量用以吸收快速降解有机物，并转化为PHB（聚β羟丁基酸）储存起来。然后混合液进入好氧区，聚磷菌在好氧条件下降解体内储存的PHB 产生能量，用于细胞的合成和吸磷，形成高浓度的含磷污泥，随剩余污泥一起排出系统，从而达到生物除磷的目的。在具有足够的泥龄的条件下，BOD5 在好氧池内被降解的同时，也完成硝化反应。
2)鼓风曝气氧化沟工艺[9]
氧化沟法工艺是五十年代初期发展起来的一种污水处理工艺形式，是传统活性污泥工艺的一种变形。与传统工艺相比，其特点是：将“池”改为“沟”，氧化沟为封闭的环状沟，也称为连续循环曝气池，其流态具备推流式和完全混合式的双重特点，因而抗冲击负荷能力强。氧化沟的曝气形式主要以表曝为主，常见的曝气设备有水平轴转刷、转碟、垂直轴叶轮表爆机等。
除此以外，氧化沟工艺还具备构造简单、操作管理简便、出水水质好、处理效率稳定等特点。鼓风曝气氧化沟投资小、管理方便，并克服了传统氧化沟曝气效率低的缺点，适应于小型污水处理厂；对规模更小的污水处理厂，可考虑采用转刷等机械曝气方式。能承受水量、水质的冲击负荷，对浓度较高的工业废水有较强的适应能力。这主要是由于氧化沟水力停留时间长、泥龄长和循环稀释水量大。污泥量少、性质稳定。由于氧化沟泥龄长。一般为20～30污泥在沟内已好氧稳定，所以污泥产量少从而管理简单，运行费用低。可以除磷脱氮。可以通过氧化沟中曝气机的开关，创造好氧缺氧环境达到除磷脱氮目的，脱氮效率一般大于80 %。基建投资省、运行费用低。和传统活性污泥法工艺相比，在去除BOD、去除BOD 和NH3-N 及去除BOD 和脱氮三种情况下，基建费用和运行费用都有较大降低，特别是在去除BOD 和脱氮情况下更省。同时统计表明在规模较小的情况下，氧化沟的基建投资比传统活性污泥法节省更多。
3)传统SBR法[10]
在同一容器中进水时形成厌氧（此时不曝气）、缺氧，而后停止进水，开始曝气充氧，完成脱氮除磷过程，并在同一容器中沉淀，再加上撇水器出水，完成一个程序。这种方法与以空间进行分割的连续系统有所不同，它不需要回流污泥，也无专门的厌氧、缺氧、好氧分区，而是在同一容器中，分时段实行搅拌、曝气、沉淀，形成厌氧、缺氧、好氧过程。
特点如下：生物反应、沉淀均在一个构筑物内完成，节省占地，造价低。承受水量、水质冲击负荷能力较强。污泥沉降性能好，不易发生污泥膨胀。对有机物和氮的去除效果好。但传统的SBR 工艺用于生物除磷脱氮时，效果不够理想。主要表现在以下几个方面：对脱氮除磷而言，为了考虑进水基质浓度、有毒有害物质对处理效果的影响，传统SBR 工艺采取了灵活的进水方式（如非限量曝气等），虽然提高了抗冲击负荷能力，但由于这种考虑与脱氮或除磷所需的环境条件相左，因而在实际运行中往往削弱了脱氮或除磷效果。就除磷而言，采用非限量或半限量曝气进水方式，将影响磷的释放；对脱氮而言，将影响硝态氮的反硝化效果。这种方法厌氧池的氧化还原电位较高，除磷效果差，总容积利用率低，一般小于50%，适用于污水量较小场合。
4)CAST工艺
CAST 法工艺即连续进水、间歇操作运转的活性污泥法，与传统SBR 法不同之处在于设置了多座池子，尽管单座池子为间歇操作运行，但整个过程为连续进出水。CAST 生物处理池的选择区不仅可抑制丝状菌的增长，改善污水性能，而且其有机物基质高，相应的溶解性BOD 浓度高，这样聚磷菌可迅速吸收这部分有机物中低分子有机物并将其转化成PHB（聚β羟基丁酸），同时将细胞内聚磷经水解成正磷酸盐释放到水溶液中，这一环境条件使聚磷菌在微生物生存竞争中占优势并得以大量繁殖。在主反应区的好氧状态下，聚磷菌发生PHB 的降解和磷的贪婪吸收，形成聚磷污泥，通过剩余污泥的排放实现污泥中磷的去除。CAST工艺即连续进水、间歇操作运转的活性污泥法，与传统SBR 法不同之处在于设置了多座池子，尽管单座池子为间歇操作运行，但整个过程为连续进出水。CAST 工艺的特点如下：流程短、占地省、投资低；运行费用低；适应水质、水量变化的能力强；自动化程度高；出水水质好。
5)MBR工艺
膜生物反应器（Membrane-Bioreactor，简称MBR）是一种将膜分离技术与传统污水生物处理工艺有机结合的新型高效污水处理与回用工艺，其中膜分离工艺代替传统的活性污泥法中的二沉池，起着把生物处理工艺所依赖的微生物从生物培养液（混合液）中分离出来的作用，从而微生物得以在生化反应池内保留下来，同时保证出水中基本上不含微生物和其他悬浮物。
在 MBR 工艺中，由于用膜组件代替了传统活性污泥工艺中的二沉池，可以进行高效的固液分离，克服了传统工艺中出水水质不够稳定、污泥容易膨胀等不足，从而具有下列优点：高效地进行固液分离，抗冲击负荷能力强，出水水质优质稳定，可以完全去除SS，对细菌和病毒也有很好的截留效果，出水可直接回用；由于膜的高效截留作用，可使微生物完全截留在生物反应器内，实现反应器水力停留时间（HRT）和污泥龄（SRT）的完全分离，使运行控制更加灵活稳定；生物反应器内能维持高浓度的微生物量，可高达10g/L 以上，处理装置容积负荷高，占地面积可减少到传统活性污泥法的1/3 到1/5；有利于增殖缓慢的微生物如硝化细菌的截留和生长，系统硝化效率得以提高。也可增长一些难降解有机物在系统中的水力停留时间，有效地将分解难降解有机物的微生物滞留在反应器内，有利于难降解有机物降解效率的提高；MBR 一般都在高容积负荷、低污泥负荷下运行，剩余污泥产量低，降低了污泥处理费用；可以实现完全的自动控制，操作管理方便。系统出水水质稳定且优于传统的污水处理设备。生物膜反应器可以滤除细菌、病毒等有害物质，可节省加药消毒所带来的长期运行费用。使用寿命长，单位体积膜面积高，膜具有自修复能力，从而减少了设备防护工作。
6)AB工艺
AB工艺是吸附-生物降解工艺的简称，是在常规活性污泥法和两段活性污泥法基础上发展起来的一种新型的污水处理技术。该工艺将曝气池分为高低负荷两段，各有独立的沉淀和污泥回流系统。高负荷段（A段） 停留时间约20--40分钟，以生物絮凝吸附作用为主，同时发生不完全氧化反应，生物主要为短世代的细菌群落，去除BOD达50%以上。 B段与常规活性污泥法相似，负荷较低，泥龄较长。
对有机底物去除效率高。系统运行稳定。主要表现在：出水水质波动小，有极强的耐冲击负荷能力，有良好的污泥沉降性能。有较好的脱氮除磷效果。节能。运行费用低，耗电量低，可回收沼气能源。经试验证明，AB法工艺较传统的一段法工艺节省运行费用20%~25%。
A段在运行中如果控制不好，很容易产生臭气，影响附近的环境卫生，这主要是由于A段在超高有机负荷下工作，使A段曝气池运行于厌氧工况下，导致产生硫化氢、大粪素等恶臭气体。当对除磷脱氮要求很高时，A段不宜按AB法的原来去处有机物的分配比去除BOD55%~60%，因为这样B段曝气池的进水含碳有机物含量的碳/氮比偏低，不能有效的脱氮。污泥产率高，A段产生的污泥量较大，约占整个处理系统污泥产量的80%左右，且剩余污泥中的有机物含量高，这给污泥的最终稳定化处置带来了较大压力。
1.3. 工艺选择
本设计所选择的含铜工业废水的处理工艺为：沉淀絮凝法 微生物法
絮凝沉淀法
因为电镀污水中有机物的可生化性很差，而且还面临污水中重金属离子对微生物的毒杀作用，因此常规工业废水有机物生化降解工艺对电镀污水中COD 去除率非常有限，无法达到排放标准限值的要求。一般来讲电镀污水中的有机物主要来源于电镀前处理(除油、除蜡)工艺阶段，电镀前处理阶段清洗水的COD 多在100~250mg/L，而废弃的前处理浓母液COD 更是可以高达数万mg/L，当然电镀工艺中镀后处理部分也有COD 高的，比如有机钝化工艺等。而电镀工艺过程中清洗水的CODCr 浓度多数在50~100 mg/L范围内。因此要把COD 高的前处理废水(含部分镀后有机钝化废水)进行分类收集，单独处理。但考虑到重金属离子对微生物的毒杀(包括累积毒杀)作用，所以在进入微生物系统处理前还必须对污水进行中和混凝沉淀预处理，去除污水中的重金属离子，尤其对微生物毒性大的Cu2 离子[10]。
铜是化学性质较不活泼的重金属. 电镀好的铜丝上余留的铜粉暴露在空气中, 会生成不溶于水的碱式碳酸铜,氢氧化铜是弱碱，为弱两性化合物，微溶于碱性溶液中，从而溶出部分铜离子，同时，铜粉在一定的温度下会氧化成氧化亚铜，亚铜离子在溶液中不稳定，容易歧化成铜离子和铜。
通过对几种絮凝剂在强碱性的环境下对铜离子的絮凝作用的实验[11]，实验结果表明，在水样中投加聚合氯化铁和聚丙烯酰胺(PAM)使混合液的分层速度最快，水渣比最大，上层液无色透明。用该种絮凝剂和助凝剂来沉降铜不需要事先调节pH，实验还表明，絮凝剂和助凝剂的投加比例为2000:1时是能够是铜离子的排放达标准并最经济的投加比例。
利用絮凝沉淀法适合处理本次课题的每天150m3的水量的工业污水，并且还可通过回收再利用铜达到节约资源的目的，废水首先通过絮凝沉淀的处理为后续的生化处理创造了条件。
CAST工艺[11]
CAST工艺是非常适合于小型污水处理厂的一种工艺
CAST工艺是近年来在传统SBR 工艺上发展起来的一种新型工艺, 它是利用不同微生物在不同负荷条件下生长速率差异和污水生物除磷脱氮机理,将生物选择器与传统SBR 反应器相结合的产物。这种工艺综合了推流式活性污泥法的初始反应条件( 具有基质浓度梯度和较高的絮体负荷) 和完全活性污泥法的优点( 较强的耐冲击负荷能力) , 无论对城市污水还是工业废水都很有效, 并能有效地防止污泥膨胀。另外如果选择厌氧的方式运行, 则具有生物除磷作用[12]。有资料介绍: 由于CAST 工艺引入了厌氧选择器, 使该系统具有很强的除磷脱氮能力。实际这种说法不完全正确。因为就脱氮而言, CAST 系统与传统的SBR 没有太多的不同, 静止沉淀时的反硝化作用和同时硝化反硝化作用在脱氮过程中起主要作用。而除磷方面, 仅20% ～30%的回流比, 则无法保证选择区内的污泥浓度, 举例而言, 若反应池内的污泥浓度为6 g·L-1 ( 一般没这么高) , 回流比为20%时, 选择的污泥浓度仅为1 g·L-1。这样低的污泥浓度是很难保证良好的除磷效果的。况且回流是在进水同时进行, 这时处在曝气阶段, 回流的混合液含有大量的溶解氧和硝态氧, 也不利于除磷。很多工程设计中, CAST 工艺往往都辅以化学除磷, 以保证处理达标[13]。
从整体上看，CAST工艺较其他工艺好些． 由于CAST 是SBR 工艺的一种改进，在SBR工艺基础上增加了生物选择器和污泥回流装置，增大了活性污泥对重金属的吸附作用和重金属与水中颗粒物的接触面积，因此，在一定程度上对重金属的去除有促进作用。CAST 对Cu 的日处理量最大。
1.4. 拟采用的技术方案及措施
工艺流程
简要说明：
（1）格栅：由于小型污水处理厂的污水处理量有限，所以采用的格栅 相对来说都比较小。机械格栅也是格栅的一种，这种格栅一般 都是应用在大中型的污水处理厂中，其占用的空间面积较大，若是小型污水处理厂采用机械格栅会造成不必要的空间浪费。而且处理厂在格栅设计时若是计算的格栅较小[14]，还可以使用人工格栅。
（2）污水提升泵：提升污水位置，使后续工艺中污水能够实现污水的自流，以免多余的重复管道和泵房。作用：按照计算高程和水利损失，设计合理的提升高度，达到合理的节省土建和管道的作用。
（3）沉砂池：在污水处理的整个环节中，沉砂池是必不可少的工具。一般污水处理厂采用的沉砂池的类型基本为钟式沉砂池，这种沉砂池在实际的运用中取得的效果很好[15]。此外，若是沉砂池不能 满足污水处理量的要求，还可以使用碳钢制成的成套设施。能够在一定程度上节省开支。
（4）脱水机：小型污水处理厂因其自身的特殊性，在脱水机的才用上也 要慎重选择。带式脱水机能够很好地符合小型污水处理厂的要 求，其运行成本较低，而且便于操作，可以不用连续运转。在脱水机的卫生处理方面，可以采用加强通风的措施来改善。此外，如果条件允许的话，还可以使用离心泵脱水机，这种脱水机工作效率较高，运行成本相对来讲也非常低。
（5）曝气系统：第一类是鼓风曝气，这种曝气方式要用 的设备主要是鼓风机和扩散设备。小型污水处理厂在鼓风机运 用方面一般会采用小型的离心风机，这种离心风机不仅可以提高水处理的效率，还能够节约污水厂的处理成本。另一种类型是机械曝气[16]。机械曝气的方法有两种，分别为潜水式曝气和推流式曝气，这两种曝气方法都有各自的优点，例如潜水曝气设备在安装和使用的时候都比较方便，而且机械在运行的时候产生的噪音也非常的小。推流式曝气设备在应用的时候比较安全，使用寿命也比较久，但是发出的声音较大并且安装也比较繁琐。所以鉴于这种情况，在实际的使用中，很多情况都是应用曝气机设备。
3. 研究计划与安排
（1）1-3周：毕业实习，资料检索；
（2）4-5周：查找相关资料，了解进水水质及出水水质，制定课题设计方案，编写开题报告；
（3）6-12周：熟悉污水处理设备与管道的计算，按照相应的手册进行计算；
4. 参考文献（12篇以上）
[1]王亚东，张林生. 电镀废水处理技术的研究进展[j]. 安全与环境工程，2008，15(3)：69-72．
[2]马荣骏.工业废水的治理[m].长沙：中南工业大学出版社，1991.
[3]黄瑞光.21世纪电镀废水治理的发展趋势[j].电镀与精饰,2000,22(3):1~2.
课题毕业论文、开题报告、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
