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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. [6 O+ t9 _! N) J
4 N7 D, j3 K6 k1　原水水质

0 }+ A& n/ {' G* d1 w　　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。
9 |4 ]6 L% N' [+ J2　方案的确定
9 q- K. \: `# N% N" e　　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。
5 ~1 O3 Y, u% N1 n2 D3　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



项目
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pH值
* F. T( _- L% {+ E4 o; \9 q
, @% U. w8 V3 v3 F# w' G: ^4 T- t, rCOD(mg/L)
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1 C$ E& A8 O8 [+ b$ o$ w% [* K6 z色度(倍)
* J$ ^+ }7 e% L% T  Q
苯胺(mg/L)


$ L5 |1 [+ [& H, }/ a染料

中间体
3 E( I4 ?. t" B6 J
染料
5 r% X+ r# Z. N( i6 L
中间体

染料

8 c' f- \3 l7 e3 X0 F, j3 a中间体
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5 B. U# M7 f1 V. E& x/ ?% I1 g染料
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中间体


8 Y+ W' r& m4 b: x* c9 G: s; e原水
2 A2 t/ A$ T! k' h+ _" o+ ~8 k
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798
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4050
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& {% h* K  ?9 O  X( |$ D3000

10.95

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: q6 i3 L* l2 |1 f/ T铁床

, Y5 F  W; L" ^4 C出水

, J: {* D3 Q  }4 o, n  Q7.93

# l. Q' ]1 e. E" Z& {+ ~3 j7.36
( ]7 n, T" a  a4 l$ c' v0 e2 L" m
786
3 ^7 s, |3 [- H3 e! h
791

1900
0 w- c" J7 a9 M  S7 z1 x
1 M2 B1 z$ _- t) f( f( Y3 ?' k) k1000

4 T, s# @+ o- C& `3 V2 I" X6 M29.08
) ?0 W% K5 P$ L# |. |) C, J3 {
19.12
5 ?3 U. R% a% Q
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去除率(%)
* T5 I2 U" L' q& N- I& {
　
2 h9 ^! f  f2 h, v2 g, c! S
7 p7 D7 d' ?! @6 \　
* [. `& C1 \( z) z3 R( k
5 x& C' J4 z! p* t* ~2 `1.5

2.3
8 ?8 u, e, @4 |  b$ H0 |
53.1
. w$ o) C' ]; n# U( {* l
66.7

　

　
- g0 S. I! p! l' f% u4 ?# s
3 n+ X6 Y4 j* N9 M5 X5 m9 z
6 A0 w+ o- @/ z  ~: t- G, V气浮池

出水

7.56

340
  H$ W! X8 R( o8 j. d/ Q
110
3 j6 H6 C$ G+ [5 ?5 j+ d
2 O( I9 u- t# {+ e$ D" i1.79


7 E" H7 e7 N" s# P# M! z. l6 ~去除率(%)
4 ~/ V! D8 N) t


56.7

89.0

9 u, N7 F+ s3 c# I# |( {' K+ t90.6


# x: I% h) ?  ~, z# J0 e; B活性炭罐
; i6 q( u: R2 k& ]7 y4 R. k% v
出水
# o4 u% b/ F  t- N. G
8.09

141

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# G  v: T3 }/ |) c# ?) s& |" b$ L
0.22
3 a8 C$ O+ f! Y$ c" c

! _2 A% ]6 u# V; d7 a3 O$ Y% [% o去除率(%)


+ w) w9 w& |( i& h  K
% w7 T' p" ^; k! N7 ^9 B) _. U58.5

3 X+ c, ]6 ?* {/ z90.0

87.7


7 G( Y+ L& a7 ^  T5 L0 ?总去除率(%)

　
* J* g9 H6 K/ T  g7 v" d* _1 I
84.0
1 K, ~& ^* H8 S1 v* ]; |+ C( H
$ o7 g/ w0 s9 B( `1 y# H& d( [99.6

! b; q: r* l+ ^6 u97.6


$ I; _/ ^2 k; C* F. {- P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。
* v. N5 r- W; o# a6 e1 H+ k7 q* D4  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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