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
9 T4 O( O2 h4 J& W        
4 k6 A) f# K  m6 x  Y6 g- F; V" x               
         
7 R& G5 g7 E/ ^$ g; T4 ]2 X            
; R) h9 R0 _% I' Q. F              
              
                     
         
( N7 Y# g6 o8 U% ]3 R: k% M+ n         
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% H  o( W0 ]" o% A" K


! V* g4 g% B% a9 c$ J7 ~1　原水水质

　　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。
1 o# M% |7 x. I9 U/ K2　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。

$ D& Y% |7 e' J" S2.1　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 H7 P9 i, M) y7 v- f! r　　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。


1 @8 a* S. q6 U! }5 j$ {5 X( o, o* N表1　处理出水检测结果



项目
1 X) F. b$ o7 i
: z, J& O5 f3 s5 a6 s* zpH值
+ v1 ^2 y4 H: v3 J. t6 b; b3 q
6 i6 p" ~7 |5 ^4 zCOD(mg/L)
( i$ F3 J1 h' z' M" R, k% E( d
* l1 Z% C. y: D$ t& H8 o色度(倍)
; V5 F% i2 W. K4 F+ v% L: S
9 `% @  G" d$ I/ ~苯胺(mg/L)


; `  v- Q+ Q- G; C5 R7 r( l染料
2 S" H/ [! O) w
中间体
% W' c% Z7 K; v  z0 P" h! K% W
染料
5 t: y) a$ b3 ]5 P' I/ J
中间体

染料

中间体
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& `" O( c, J: Z0 R染料

中间体


4 {5 N+ @# `& v/ }4 |0 X& o3 |原水

7.89
+ \- A& q7 q9 w& y
' E8 f' J0 |3 Q# B! u* h6 g  p) ?5.00

798
( A5 ]; d+ e, [4 [( v) g/ _
810
4 v9 ]3 _% z- t9 }; ^+ Q
4050
1 E- U- D$ Z+ c8 U5 N
% @5 u( G! @0 ~3000
0 x/ K$ t! }0 F2 \! i
10.95
( {+ S3 n9 e  Q
( W' v5 H  ?! ?* E; F9.29

0 M" r( ~4 L# Q7 L, E
铁床
( q; u( n7 t  H, @
0 U( f; k# T& M* B$ _出水

7.93
3 O& M! l2 b6 ]
7.36

" @' M4 g0 E: u- t0 v, `3 p786

& H& I" m0 ?6 q2 D, m1 h: o791

1900
0 a3 ^" B7 g, P# u" C2 R
, T  H4 P' R) S1000

# ^# j4 F; E/ ?9 F29.08
! H( ]. E# {, d
0 G8 p# Z. }; |+ D5 i) B3 x19.12


3 S" u& a/ I( Z* D, M. @去除率(%)
& X" V; O+ i& B/ K6 |1 w9 P
9 w6 j2 L3 v6 b! d& y  @9 p8 F2 n$ a　
2 h* q* X4 c1 }0 ?. r5 o3 r  `: N
　
; o  K2 }8 h0 S( h
1.5
% t9 S5 s- A+ V3 ^! n
" n" w# _+ A1 G! l2.3

5 X( Z* v  k  r, s$ d" |2 j: u$ K53.1

66.7
$ @; W6 U1 ~* J: O6 q/ b
　
$ @( j- L& }! _" q  Z7 `! d* ]- Y4 q
: i% u, h" e: g8 I: I7 Y8 T3 ^　
+ ]+ l8 M- R9 {! [# ?4 x! D

& E) R, q4 K3 f) y  \2 F9 W0 \气浮池

( U6 G8 R) k/ [# g. O出水
* u+ M* @" _5 F1 q9 ]0 X
6 T- x+ C9 Z- B: v/ U; H+ P7.56

/ K, e: f, @0 O  M* z( F4 Z6 J1 b340
6 e0 Y9 ^) @# x) U
110
$ ^9 n; C4 R8 I% n, J8 }; p5 h
1.79
/ |5 l* v" _4 X9 F3 Y! ~
" N8 M  Z, s' i/ X# T9 [, e. h% Z  F
去除率(%)
$ p$ O. ]2 E' ^; D" _0 @
. s3 q3 y' Y; V# j
8 u8 @* P) V: V  I& h9 ~, k6 N, l' d
56.7

/ X7 q8 K7 E8 q( V89.0
4 u7 _- X/ Z/ u3 I7 D
90.6

, y( C  n! _0 I0 c
  s8 W7 ?; }2 V) S活性炭罐

出水

' K# K% R2 e7 J8.09
1 N& b* Q( K/ C: |% R7 i
141

11

0.22


去除率(%)
" r. a7 O0 C% f$ d: j' o: m2 z
1 x5 K. P' g" F1 D6 r, p9 c

58.5
& D( U0 n, O5 {' R/ X% ^0 T) T$ I
7 P: q2 J. [) r1 G90.0

, {" _( [3 J6 T$ l7 ^- Z  R87.7
: d( v. L) z9 ~  u1 g  X1 K+ e
) k7 Z/ F" p! G: s& A1 R3 g
总去除率(%)
8 j- o. g3 ^6 U0 P8 W* d  t. y/ q
　
2 M; ^  N5 t1 i4 F) J& x1 p
84.0
( [- b' P/ H6 x' H1 I: B: k- j
99.6

6 B5 S+ y# K) ]5 @6 _97.6
$ i% w/ M$ q3 R' @- A! l* r

" b5 E* _2 |* s注：表中数值均为平均值。
! ~6 ~/ D; I# _& \0 _2 l　　 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。
+ T' ?0 X' Z! H1 y$ V% h4  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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