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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1　原水水质
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　　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
　　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。

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。
2 B2 ?/ N8 ?( F# D3　处理效果分析
# C2 c/ z) Y! s　　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。


! n' _% e$ U/ G  m* f# n表1　处理出水检测结果


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3 b& ~! x, v" H/ o4 W: F9 f1 ^* f1 W项目

6 G( |7 I: i* i+ M7 I/ mpH值
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7 i6 v. o8 F1 ], S- I- ICOD(mg/L)

色度(倍)

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染料

中间体
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( k5 q- x1 I! l  ?染料

4 \4 \2 n9 d* ?1 h: S+ U中间体
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2 E. O/ i: ?* C1 a8 R% l染料

中间体
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铁床
& P8 c8 V& x6 U$ o7 {
, Y' V# J- g' B  r# }& u+ Q出水

7.93
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( c/ D! @) K, e' i4 u" k1 V786
( Z9 J5 s( M( u7 R' J' m
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  D, n9 X: i! R& F/ t1900
/ D7 Q$ m9 v7 l8 s9 W) {2 R
1000

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6 H! h2 ]& Z- ?4 A/ B# J- ~
3 z) L) Z7 n3 m去除率(%)

　

6 A- L$ K% G. T9 `$ s　

8 y' F; W6 D  f" P( X- C8 e4 k1.5
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: R; V. G' a! a( d7 y  l5 c. f2.3
; Q+ h$ L, |7 V* f( u( a% H- m5 w
53.1
- u. [# b) E* r2 G) {: h0 @5 P
8 }* A2 i7 t) R; B66.7
0 Q+ b7 G* t; K' w- J! ^8 j- x" s
　

　
+ v4 W0 j4 `% S* n

8 _* O* B( a$ T* {. F; L气浮池
. O1 t6 r8 m$ r
出水
$ _# Y4 E: m) ^
. {5 ?/ s5 e9 e1 q# a7.56
: A/ ~* B: f' P+ A0 ~
340

110

4 A  O1 R8 b. M8 ~3 a1.79


去除率(%)
4 q7 I* K) R, b& v, ?
% Z5 g- f. I$ m( U0 ^, y9 A/ I/ p

0 r8 S7 g% v& F56.7
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  e; A% ]% ?- K5 s! z0 I89.0
4 s: x  s) B2 O6 ^
9 p/ ?5 c$ C8 r5 Z90.6

' Y+ F+ S4 f; a; W' R1 @
活性炭罐

出水
6 l) ^9 w7 ~2 i
1 v; K+ A# q" W% w- {8.09
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% T% C" ]- p4 ?4 L141

11
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0.22
2 Q5 D, F0 J5 Q( p4 l% i4 Y& x0 V

- m6 J* D& N7 O去除率(%)



# c' ?6 e1 i( f5 Y' C) r0 h58.5

90.0

+ H- H, i' _* Y9 I87.7


总去除率(%)
/ [  c  i4 K4 C& m9 \
　

; L* }5 Q6 B+ K2 E( x: O+ ^84.0

99.6
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! G8 w" K+ Z" v2 i3 e* l1 S97.6
( [- a8 S2 {$ s% m$ A

注：表中数值均为平均值。
+ k. q1 d) u6 D1 F- g' N$ P+ H　　 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。
1 |6 T$ L3 F" k  O4  经济分析
; e3 u4 G' s! L　　 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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