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　原水水质
6 M- Y, n- [8 m( O" Y9 o  f
　　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。
4 @/ |1 E/ n4 w$ @# f: y2　方案的确定
. l( o  K' S  n7 q% |　　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。

7 W0 d  y' C6 J+ d2.1　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



1 I; H1 ?" `, B' f+ B7 J& y项目
1 l& s) }% b# G. F
pH值
- ?1 m5 Q& J+ S2 T; h+ r% Q. H
9 F/ f- _4 X; i) u1 g7 z) ^. aCOD(mg/L)
0 w+ E5 J$ z2 G- W2 q* v
色度(倍)

( ^) w- Z' d$ o苯胺(mg/L)
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3 B" \$ N' e" }0 m0 f2 Q& T染料

+ d% m! A& G6 N  f6 ~& U3 ]中间体
( g! A' X5 K% r) t* S
' t( Y' z+ A, w- z5 r$ U' o染料

7 |$ v+ V3 C. ]# j中间体

" s+ X- J5 W6 h. ~  b9 S染料
" W# z& }4 z1 V2 T4 ~7 D; x
+ v; g9 g7 m, c% K* u% E" z中间体

8 S$ W1 z" P+ F染料

中间体


7 u* G0 U: H1 [原水
+ ^6 T# n1 m, o# C. L- q# q. x
0 m6 [5 p3 o( J% J9 g7.89
( L; X% V8 S% {, j
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/ f- i. J! }$ Z; L# Y4050
0 l: e4 h6 S, R$ j/ v! D8 w1 |  l
, s& E# m. J& O! V. R7 D' [3000
7 i5 z  S6 r3 n$ Y8 g8 [& p& A9 W
10.95
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9.29

; f' A5 ~  O& S) ]+ N2 v
% ?" k& w$ e1 l6 O' ^铁床
& G, {& @" E4 m$ o7 u' e2 s# M# V, u
* Q9 `  [1 D! v$ v出水

$ Z) M, D2 Y% A/ S' E* P* k7.93
7 |9 M0 a5 g1 t
( H. N4 k. }% t. N" _* u( l+ z7.36

786

791
$ G; e" k5 C0 Q' g% f; K, p
1900
5 I+ t( P! ^$ @
" M* p' [+ b% {  Q/ o+ Q2 W1000
4 _( @% a9 O) T' \
+ g) F# ?+ i% {7 J+ h1 l29.08

19.12


去除率(%)
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. m4 d& N; S) j6 g" _　
- A9 j* j& b  k
　
2 i# I- E$ x6 ~- ]5 e. c0 l0 i2 w
0 b/ V2 |9 I. C5 b2 l+ [7 Z1.5

2.3
$ `1 B* A: T7 Z  W1 y# w
8 E6 F: y) _! B( @5 b( L& S  j53.1

* S( p; @$ Z8 ?/ E4 ^+ V$ G66.7

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& @8 k) _+ f( }2 x( q! |6 U　

7 X" j3 W$ Q9 K( ?) F4 r, `
  J% w! _6 r4 o, i- ?* f  h# Z气浮池
- z) e2 P+ \* N# b) T
* X+ V4 b: Q# B* O& f出水

+ |0 K. q, ?. o' m7 V7.56
* K: j7 C8 ~- X8 I
340
5 g2 G* j% T2 G4 n* m
110
+ n' {. }; D+ F2 t7 M- f* ^1 \
1.79
( ~. v7 k$ M& q# a# ~/ h, k
% t/ y- X  ]+ W% e3 n( N! W
去除率(%)


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3 H1 [/ o& Q% U; x, D6 x
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活性炭罐
; H, M; B) \8 b2 T
出水
# |8 ]* q- F3 U' o5 \7 k# Z" `
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去除率(%)

) {; A0 Y# a. k* A+ l/ k- Q  {

58.5

90.0
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87.7


9 r- ?, U& i/ P$ ?7 H* E2 \总去除率(%)

　
3 n' C8 o6 w1 v: l
0 n4 f6 Y( E4 I$ h0 Z. f. Z84.0
3 `0 f: |. Y" |' s6 D0 o3 T+ v, h9 m& x
1 N+ n+ b+ d( Y) U  ^99.6

+ L- u% @# g7 ~! @4 r97.6

2 h/ `0 X+ j: ?; _5 C
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。
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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