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/ p' W, H3 ~5 u+ s* e% `' {            
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3 Q" B+ ^2 u2 k4 y1　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。
8 `4 z" d- Z4 u$ x2 @2　方案的确定
/ L3 P7 a. ~1 ]2 G( T　　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 s+ A1 t" N6 h* d. l, Y8 Z3　处理效果分析
1 O2 S( U" {6 }: v5 G) _: O　　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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% s1 n$ C6 h$ r+ W6 c
1 W" H" a& f: B5 l) s* y* _$ f8 o表1　处理出水检测结果
  G: U8 I8 g% x5 F


5 E! m; h$ P  d3 @项目
8 d3 A& h" X; E# W
5 W9 X0 p( k8 g, ZpH值
0 ]/ f' J$ s0 Y; G4 _  k$ |
COD(mg/L)
( \( H. ^  K2 T
色度(倍)

苯胺(mg/L)

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染料

$ J* O3 s2 x0 M6 z  o/ E/ P# V中间体
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5 f% ?# b1 ~# ~9 z染料

% f! l+ |2 H9 ^5 Z2 W; i; y" h' p. A中间体

/ p6 I3 E7 ]7 X; j- x9 H染料
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( _- f3 h9 @$ E  ~( m' k+ Y中间体
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染料

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原水
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7.89
9 q+ ~& Q2 L# h
( N0 W1 h& A0 b* R6 b) l- j5.00

798
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810

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* X; k" E$ z% w# D: C1 q3000
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10.95
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铁床

0 H5 f2 Z7 {4 {" F  [4 ]出水

% j, ]5 r% E: L* U3 r& ]) I$ T7.93
6 X- A* _9 Y1 e$ M
7.36

786
# I6 q- b( r7 L7 W' d, ~
791
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% G' k: ?8 t  h1 T2 _- \( G1900
/ w; B  ]& v8 Q/ g6 t% e- E4 U
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29.08
, z2 q; R% D) F& X: u: S' T
7 _( C  C/ c2 i- h19.12

3 @4 i: [. x* R
  H% Y- m& W" i+ f1 A7 M去除率(%)
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  k6 ^; E) Y/ J8 h1 i" D, T# \　

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, O; Z1 o! C% A- Q
) p. b0 C. ?& z# g7 _- P& Q1.5

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66.7
, k, j- M/ r- V5 b& C7 f
　

9 j) S1 \9 G3 O  i: G# \  |0 A+ d　

. b! ?- c' h: y* a, P7 A4 t' Y3 ^
* w9 i9 I3 a6 \  V气浮池

出水
3 a+ A( A% M& N
, E7 q0 }* W8 }( T- y0 `4 r1 g7.56
( Y. B3 N$ K+ W7 C
# s0 g( A/ n5 I) E6 R5 j- D340
- q4 `" l( Y3 S- G% h4 V1 |$ g
110

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2 ]' Z0 k: f" ?: t' k! Z去除率(%)
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/ F+ w) s, F% {4 Z
+ W9 u: }3 L4 z2 i' A8 o1 w
56.7
  g, V- i/ z  }+ J9 B% }: t
- ~6 r& x5 L1 @: W89.0
# ~6 b$ [% j8 J1 y6 M
90.6


活性炭罐

' F1 v( o  H$ C出水
" P) ^! q, |4 L2 R% {. R7 h
8.09

141

11

0.22
1 H5 ]& Q$ {. L, y
1 k6 a3 c. q% l9 b
去除率(%)


  v- N+ L* ~2 a4 V( H% c8 r
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3 H2 |/ |/ V. u, q) l, [5 j
90.0

6 \6 _! B5 V. t) G( C* H87.7
8 ^# U7 u; ?: a% D
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总去除率(%)

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- X4 L7 d* Y+ t2 _2 n: E
84.0
: d7 \% f5 a: H
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97.6
  r7 f2 A. L2 }# k4 V( Q* l
5 V/ B4 Y' K: W( `- n0 d: X' p
注：表中数值均为平均值。
$ r+ q8 g8 P: N/ F/ v　　 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。
9 C# r1 c/ r% M6 ?+ Z4  经济分析
: m( ]; [0 k$ ]1 g7 Z, h2 t6 k# }　　 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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