铁床—气浮—活性炭吸附法处理染料废水

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铁床—气浮—活性炭吸附法处理染料废水
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( o; X" G% |! j, N, j1　原水水质
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  @! w9 m1 h/ R' P% h　　某厂(生产染料及染料中间体)染料车间排出的综合废水(含30%左右的冲洗水)近100m3/d，中间体车间排出的综合废水(含30%～40%的冲洗水)约90m3/d。 　　原水是含盐量较大的高色度有机废水，无机盐浓度为15%～20%，主要是NaCl、Na2SO4。有机物主要是苯系、萘系化合物，所以水体可生化性差(BOD5/COD一般为0.02～0.2)，并具有很强的毒性，因此染化废水一直是治理难度最大的工业废水之一。
2　方案的确定
+ t4 _+ S1 [! A" j; f, i　　通过试验，对几种处理方案进行了研究，但都不能得到令人满意的效果，如混凝脱色法用药量大，运行费用高，亦难使出水达到排放标准；生化法需加入大量稀释水以降低含盐量，基建投资大，厂家难以承受；膜分离法由于膜易堵塞，反冲洗频繁，并且需进口NF膜，因此运行费用太高(达30 元/m3原水)。经过大量调研分析，拟采用微电解的方法破坏原水中有机物的分子结构，达到易于脱色和降低COD的目的。通过小试、中试，最后采用铁床—气浮—活性炭吸附的处理工艺，工艺流程见图1。
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2.1　调节池 　　采用调节池既充分调节了水量、水质，又省去了一沉池，从而节省了投资。废水中的一部分染料及其中间体物质经沉淀后得以去除，COD有所降低。为解决排泥问题，保证调节池的有效容积，采用了行车式吸泥机，污泥进入集泥池与气浮池的浮渣一起泵入压滤机，滤饼焚烧处理。设计染料及其中间体废水调节池各一座，有效容积为100m3，HRT为24 h。 2.2　铁床 　　铁床主要是利用铁、炭组合的填料与原水反应，破坏原水中有机物的分子结构及其性质。其原理是：铁与炭的腐蚀电位不同，铁作阳极、炭作阴极、原水作电解质而形成千千万万个原电池。电极反应如下： 　　　　Fe-2e=Fe2+(阳极反应) 　　　　E0(Fe2+/Fe)=-0.44 V 　　　　2H++2e=H2↑(阴极反应) 　　　　E0(H+/H2)=0 V 　　当有氧存在时阴极反应如下： 　　　　O2+4H++4e=H2O 　　　　O2+2H2O+4e=5OH- 　　　　E0(O2/OH-)=0.40 V 　　从上述反应可知，原水在酸性、充氧的条件下以一定流速流经铁炭填料时，染料的发色基团被氧化，硝基还原为氨基，偶氮键断裂，这为下一步处理提供了可靠有效的条件。在设计时因考虑到充氧的重要性，所以在原水进入铁床前设置溶气罐，并采用空压机供气。铁床(Ⅰ)的HRT为1 h，铁床(Ⅱ)的HRT为2 h。 2.3　混凝脱色系统 　　铁床出水呈酸性并含有大量Fe2+、Fe3+，当将其出水pH值调至7～8时，形成Fe(OH)2、Fe(OH)3胶体，但形成的矾花较小，需加入助凝剂PAM以利气浮处理。在此过程中，可加入季铵型阳离子高效脱色剂进一步降低原水中的色度。该装置为混合反应罐，其HRT为4 min。 2.4　气浮系统 　　加药混凝后的原水含有大量的絮状体，采用气浮分离装置将絮凝体浮于水面，利用刮渣机将其排入集渣池，从而完成固液分离。气浮系统采用清水溶气气浮，溶气水量为30%，气浮池直径为2.5 m，HRT为40 min。 2.5　砂滤罐 　　设置了两座砂滤罐(一用一备)，主要目的是去除悬浮物，使水质达到进活性炭罐的基本要求。滤料为单层石英砂，反冲洗水排至调节池。 2.6　活性炭罐 　　为保证出水水质达到GB 8978—1996二级标准，设置活性炭罐，这可以充分有效地吸附水中残留的有机物，从而使COD、色度等指标达到要求。设置两座活性炭罐(一用一备)，活性炭再生周期为36 d，HRT为30 min。
3　处理效果分析
　　①德州市环保局于1999年11月17日—18日对该厂水样进行了48 h的16次取样检测，检测结果见表1，表明该设施的处理出水达到了GB 8978—1996二级标准。
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表1　处理出水检测结果



$ p. b. I  B( \5 q; X6 q4 f1 J项目

: `- Q, A8 L% G7 kpH值
# l& q& l/ V! M6 L& F0 X, C# o% y
4 V3 X& q) G% c+ B7 q( Z# DCOD(mg/L)
9 c, _. u! f! r1 Z! m
色度(倍)

, G7 M/ z" z, [1 J苯胺(mg/L)

2 S9 J$ k0 Y9 s; Z4 B* x9 c% o
染料
) p+ K0 t1 ?0 m. b, \1 j
中间体
1 X, |8 z0 ^- c6 h2 B+ S
染料

中间体

3 {) t+ {$ w; D; Z' c染料
0 U* I. j) d3 [/ x
, N7 `, H5 Q+ h% z中间体

染料

中间体


原水
9 R5 P" H) @+ \. e9 B! N
7.89
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798
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, R0 b# ^# x* ]( _+ `+ \3 _
9.29
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4 W  ?0 {3 e( n  ?$ S* j: U
铁床

出水

4 _8 K2 X! I( |: k7.93
( B0 ^" z; Z+ S" Y1 F0 Y( b
8 U+ ?) T, {; G3 d& E; o* ^* z7.36

786
# L% I( t7 a; m% ?% A
$ w$ G+ |* L) f7 R791

3 H, k5 x0 Z1 r5 `8 l0 q1900
; Q  B5 m8 K) n
& A0 u' g$ ?% w. u1000
4 u# a) ^, ^( i; p
29.08
: L/ e9 W8 V* k4 r
, y% E, I9 m8 r+ A. E, O19.12

' t& X9 R1 T5 O. ]
去除率(%)
2 ?5 g4 S: v! u; N8 h9 E/ o
　

6 w) t9 P9 ^6 s8 n: d6 E( R: x5 b　

. d% g5 {3 l7 o; \. S5 {1.5
5 E* z; S8 Q$ }% J; C
) Y5 d! g; k( H7 t( m: Q5 z- z2.3
9 [" O, N5 M8 n' `, J
9 ]) f+ d5 `) ?4 ~3 v$ @6 }53.1
7 ]7 j/ n6 X3 T  c
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/ z- g# e% w; h; p6 f: D7 Q( B　
8 X5 f* @% S7 K; Y: W
　


" H3 _- X3 J" {" B% Y气浮池

出水

7.56
' g' ?5 \$ y/ X$ J
340

110

& f# g9 E* N7 q% M1.79
9 [7 F, t+ z+ G0 J8 _' x$ ^! X2 J. S

去除率(%)

4 {- q( Q6 o6 g3 f0 o( d

56.7
$ L5 R! e0 `0 ~; T7 g- O
89.0
7 v$ n7 O" \" ~8 Z* N' T
7 z' O& s$ x, o( Z90.6

2 e5 `9 P; [8 i6 d
7 C$ r" F7 n$ s$ x3 z& D- q活性炭罐

  L% W) {8 G4 l出水
# S' Y$ d& S0 G" o0 s7 m# B
% Z! c7 F3 w3 f4 ^' T: R8.09
! r7 i. E/ Z2 V! h6 |  k  `0 M
$ m, F1 _5 D. |% _141

9 k2 \% C6 t1 h11
& q4 C, z, A0 e+ i: @: y8 I/ @
1 C* b% T7 u0 @" ~  t7 Z' k5 c0.22


去除率(%)
8 V1 f# B! G8 F4 j1 w
3 F. y6 N; o$ `. r7 O$ c

6 O% a+ \4 P2 P7 X58.5
6 w$ W9 b- E+ L- D" G
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87.7

  u9 r. j2 Q; p$ Y/ h
- t' ^0 ~: D7 @  h2 s( r2 ]总去除率(%)
  i$ I& F) K! w' j7 J/ q) ~( t" X
, }6 h* E  F. M  w　
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( C' j8 z5 L: v5 W( B$ b84.0
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99.6
3 l) n( V. X0 D; G
97.6
$ {0 R4 j$ k5 P1 z5 q( i' T
# o+ g5 i, p: c
# |5 |2 I2 Q) w) X8 Z2 R6 A" ~. Y注：表中数值均为平均值。
　　 从铁床的处理原理分析，其形成的原电池可将多环化合物分解成单环化合物，但苯环很难被破坏，加之原水设计气量偏小，致使原水经铁床处理后有一定的Fe2+形成，所以COD的去除率几乎为0。从苯胺的检测结果来看，原水经铁床处理后苯胺含量反而成倍升高，这说明萘系化合物被分解为苯系化合物，使苯胺含量增加。 　　 原水经铁床处理后，两股废水合为一股，经中和池及脱色、气浮处理后，各污染物含量都明显降低，处理效果较好。 　　 ②问题的探讨 　　 a.由于产生强酸性废水的翠兰GL和双介酸没有正常生产，导致铁床的进水pH值较设计值高，这样影响了铁床的处理效果。 　　 b.在中试时发现，铁床填料因表面被固着而使处理效果降低，产生铁床的钝化现象，因此采用6%～8%的稀硫酸进行浸洗活化。在实际工程中，每隔25～30 d对铁床填料进行一次活化，历时2～3 h。
4  经济分析
' j0 T$ \9 N# f) J# Y0 f# C6 U　　 工程总投资为97万元，其中土建投资为25万元，压块机管件及配电投资为60万元，其余部分为12万元。处理成本为3.51 元/t，其中：①折旧费为0.86 元/t；②人工费为0.27 元/t；③电费为0.49 元/t；④药剂费为1.02 元/t；⑤铁炭填料费为0.22 元/t；⑥活性炭填料费为 0.65 元/t。 　　 对于此类色度高、含盐量大、可生化性差、毒性大的有机染料化工废水，若采用大量稀释水稀释的生化方法处理，工程投资较大；若采用铁床—气浮—活性炭吸附工艺，则工程投资较少。   
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