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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# B+ T. g- M$ @& V+ L2 V7 T            
3 H- W' e/ t2 X% A8 ^              
4 ^, x+ v0 O! {' y, p$ p7 z# G              
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: X$ S% _1 [. \- a* d                          
               


$ _- S' W) L" i. Y6 b+ N
6 d4 A& r8 J* Q- f1　原水水质

1 k6 g7 V* `* Z8 b/ r　　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
0 ^1 j- ?6 Z: }! \9 `+ a; a　　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。
" Z' F" s6 o7 b1 b8 V$ p3　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。


表1　处理出水检测结果


+ c; l. U+ R0 W& c2 s5 |
项目
8 n  h- D5 s3 u
pH值
6 g" l4 K& N- o# H, Q3 T6 x
COD(mg/L)
2 X: r. {, N" V6 _1 p
色度(倍)
$ N+ ]- J+ D$ H0 s7 V; }% K$ L; Z6 o
苯胺(mg/L)

6 s3 I: D6 o, e* @0 J
' h0 \0 k7 `# m" k- U5 S2 B染料
7 e/ Z3 P! K" D6 F
! O2 i9 |3 t' F# g- h中间体

染料

+ M, Z# c7 V3 s% \$ J+ t6 ]. J中间体
3 Y" j4 k; R" C1 A  Z  D- C
染料

中间体
" r- o, Y, }- v. k6 X) s9 F
! N4 W/ Q' @; O+ j6 @- X8 C) C染料

中间体


原水
9 v9 A: O- Z6 |' B3 S# M9 r. _1 u7 m& ~
7.89
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, H1 z/ ^" H6 F: |# ?4 \) T5.00
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798

810
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  d, }% n. X3 b" w' ~4050
, i7 b+ M3 l6 _0 @+ ]! ^/ W
. M* ~: J* Y4 o2 s1 Y3000

10.95

9.29


7 p$ a5 L! X3 I7 s7 {铁床
) v5 ?; B' N7 |6 R8 x! V/ G  b' n6 J9 w
出水

8 r$ Q! o4 w( m2 P" @( _7.93
8 l" C/ l9 m  s/ Q8 T9 u0 m, J3 w
7 r2 u7 {" j2 a7 ]3 o7.36

# W& v# ]% h% ]1 ?1 ~1 R% N. a786

+ T8 P4 ^2 F' n, i& F; a: M, @" x791
  Z. K- C# Q9 C! s% p+ I- O* e
$ v6 e7 h& K4 E, y$ ^, n3 V. x1900

1000
" H/ j' k- x# D
6 z4 _9 h0 u, p6 l7 [* ^29.08
9 u: G" [+ \/ _* [3 {
& M2 g# ~) c, @( W4 t% \1 N19.12

* V0 W/ J% _& M6 ]: K9 F
去除率(%)
5 M& R- |$ O! m- [
0 z" z8 d0 x7 T3 v' a9 f( o　
, ]7 {* A8 L4 |1 Q$ I- F: @. n
% z5 b+ j9 n5 K" A　
" G( k! W: W5 l! A( |& d
  m5 W1 J1 g1 z, s. p( h1.5
: s  _" ^$ n8 J$ O2 y' y' [
2.3
/ x. v& s; f4 W# ]: ^
( j. P  D) }% T: [$ B' [  G53.1
2 i3 S, t$ V! {/ n% W7 t
. o. {" ^* Q4 q; H& X' m5 B66.7
7 l5 v% b5 W+ \  U
9 F. E- f# c/ I  M　

0 V/ C5 |9 L2 J5 R5 r. n　
* d' v4 m1 E3 H) V0 g$ Q+ r) R

: X$ b7 ~; x0 @' a气浮池
' B# B9 Y3 l. v0 }5 C- r( }# ]
5 g6 q/ F# J; A3 `出水
! h% |5 J8 h$ q! b( A- P" W) p
# B- {4 _- V+ F. |7.56
& d8 `. h. o9 {' H
340

. q5 c7 f3 y" Q. s  h6 K" H110

1.79
8 c1 Y! w; G5 q$ r8 P
1 L! Q2 `3 ^$ T% _6 U  v
  _  A7 D& H& M0 o  u, y2 w去除率(%)
8 p4 b3 i7 B4 S! x9 n


4 b% f. E6 `! d+ B9 K56.7

6 c2 s6 T7 }  H7 E9 d7 V9 _8 l89.0
1 ?* a! N4 O# O( i7 q9 K2 e/ n, w) J
90.6


活性炭罐
6 M( b( F3 F% v2 @' c9 B
出水
: P3 n8 B7 w( h, l/ U
8.09
# z& [. w$ q. i% L" J) W
141

11
' @6 O2 ]( w+ m! s/ T/ ^( \9 T
5 `  Y, I* K6 L  I0.22

) S4 G$ B- {' w9 C
- T, [% p: M( n. i. ]) V去除率(%)



58.5

90.0

7 O( g% G2 W: s- M87.7

5 _/ e8 `! ^/ B" w; F/ ]* \
总去除率(%)

　

84.0
8 k8 Q  w) j9 U7 K1 b
2 D' p, O$ x8 q% V7 X+ {* T99.6

97.6
; o- M$ m9 c' k! h, M
9 _, |6 Y0 C( P  W6 q9 ~
注：表中数值均为平均值。
  t6 Q; L, `  m1 o' N* V* o6 N4 C　　 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
　　 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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