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 q/ \& l* {! `# b/ u! {1　原水水质
& b* R( b6 D8 O6 y" S  z
　　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。
: z( f3 k) [6 B% H, ?) I- T2　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。
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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。
3　处理效果分析
/ u  {  `0 l+ O( \! n　　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
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项目

' R7 n- F+ z6 [pH值
1 n7 U( N6 F/ z9 D+ S- c
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色度(倍)

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8 l" I, c2 Q$ c; O1 M) c2 h中间体

1 a' x. U9 p  |' m3 Y染料
7 H5 G! Y! G) x5 w! C3 Z
" Y; X, B/ Z3 Q0 J9 H, g( L中间体

染料

中间体
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原水
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2 y: ^) M$ I0 P0 P3000

# C; u% m* g% Q2 J! q! _10.95
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铁床

出水
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7.36

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) I/ \) M4 s  d9 a# Q  K- f
) k4 Q4 y' ~, V7 w( }1 T1000
2 N2 U7 I, F/ X& [) x- S
+ e/ K- Z- r& z  ^. e29.08
2 O8 E; {; y  H5 b) p* T: q* ~' M$ C
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去除率(%)

' z/ c4 P) M  j0 e% g　
* O; L" Q+ O( Y2 ~/ s4 r, V
　

0 e9 ]0 u; X% X; }; n1.5

2.3

53.1

" s, g' `% W2 G9 f( ~' N8 Y$ @66.7

3 Q0 J6 D8 G0 j* X% ~2 S/ A　

　
- U0 g/ M5 q* G( _
# H! e5 W! K/ i8 W! m2 Q; f
气浮池
3 O- D+ u5 Y7 `' ]7 i8 t8 C
3 i" s- }$ A. O; A% z2 h出水
3 B2 o6 I, _: X
; c7 I' G' w) `3 f% t  z1 M7.56
  s9 [% E8 H) v7 [7 t9 ]9 o! _, Z; o4 P) j
8 ], ~' K3 J. T4 [8 s. y- ]340

110

1.79


# p' a% q( d3 P- G% D/ p6 m去除率(%)
+ G: Y4 e' Y1 L3 L, b& U% v

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3 n( C0 a. {6 L9 O0 r1 X8 o& m56.7

- l5 W5 h8 x8 ]+ F9 ]# `+ I' b89.0
% }/ A+ V0 D3 I2 }# U, `1 b
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! P2 j7 D- D2 J9 W( z0 M

& N; P9 a7 h6 f& n活性炭罐
% P" _7 p% T( K5 k& q( {8 i
出水

, I. x! v8 P" o! P8.09
/ @) a* x/ T1 O- u' i
141
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$ v4 Y! P* V, V4 ?5 }11

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- v  E5 F5 ~! _. V& s! K% y去除率(%)
( L1 Z* k1 p$ W: w
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4 x# g  I/ x) ^7 A: X$ m
! x% x! X  ?6 f2 i) J- Z58.5
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90.0

- K. d$ g8 C- l2 c4 N; m87.7

9 {3 q' R6 I% v6 d1 a
2 \: b* C; g8 F+ u# d总去除率(%)

. p4 e) x5 Z: X$ l% i　
& y( @2 q- }6 F) ]" [5 D: b
84.0
/ G# m) Q! x% N  A$ A
& t/ R6 \: @$ W; L99.6

: q( s  ?6 d# Z0 J97.6


5 {7 Q% \& A2 ~2 P6 c- Q! G' w* g注：表中数值均为平均值。
. a" |" H% x1 S# N; X+ o　　 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。
$ x/ @" ~2 M' E, w# N9 f4  经济分析
  |' m2 @0 }- i" R5 F! 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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