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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0 X' U+ p4 K2 q! W; b
6 r$ e2 |" Q% ~* |" x* u* G1　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。
3 ?0 Z9 w2 h0 _9 N2　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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9 R% [8 P: C) O! 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
# W/ l6 c4 R' I　　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。
2 D% n1 |' W( U  k1 Z

表1　处理出水检测结果

7 w+ i+ H: f8 n7 k5 I

% o! T3 X& g- C# D) k/ U! O& a项目
( R5 }, j! K4 G, z, Y' A
pH值

COD(mg/L)

色度(倍)

苯胺(mg/L)
8 O4 H! m4 _3 r0 c; V" T4 E9 N" ?
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9 B" ~- n9 C6 T1 V3 Y染料

0 ]# [) T0 @4 K( @6 O# J! E中间体

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1 @% w- Z6 W! Z9 q/ B
中间体
0 I/ s+ a8 @, t4 ~0 I0 l" a
% a1 Y7 X' r6 K9 u染料
+ A1 Z% h: U, K! z
2 ^0 Z! j5 n0 d  n; D中间体
5 W6 _; Y# r/ ~. f* @- C/ C
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1 ^- o4 D6 m' o$ E, W中间体
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' ?3 ]" c; d8 K1 e1 q  P原水

7.89
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2 {$ s$ G: p: y2 _- |5.00
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798
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810

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' \8 u9 q1 K' q5 k% i' R* [9.29


铁床

$ h  v& }* G4 V% E. \6 g8 M出水

# m( k$ O/ I+ [" v* e, ]7.93
& I# f, t5 Z8 J+ t" x- a
7.36

786
+ N" w* U; b' j+ ]0 }) z6 e, J
791
* a. ~3 _" r0 G5 C" j* b, v7 \
0 S" @( O! f# {1 p) d1900
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& m; y& n2 B$ H% ?1 J7 |" H9 t19.12
6 L+ x+ b6 j0 M

, g8 l4 z' L# R去除率(%)

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' b  x, i1 q6 S  Y* a
　
& ?2 F& t9 j+ A5 @8 o; g
1.5
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2.3
" C  Z9 O% T* f3 p1 B8 f
0 ~. H* u9 ^  v5 v53.1

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& Z  ^5 t. D( k% g, J1 [
　
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气浮池
2 ^- V5 B" j0 l, p) r
出水
0 k5 e' t1 k! N0 M* p/ |# H
7.56
5 d; B( r/ t/ S) Z2 @
& J5 |4 G+ x$ i" [2 A3 j) M& U340
/ K7 G' U* x9 m: x6 [9 I
110
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# _+ z, u4 R) W) K% O
( t, c. {* N; C9 B5 }去除率(%)

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$ H  h) ^$ v) L4 p90.6


活性炭罐
2 x# c0 `# [- F- p
出水
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8.09
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141
1 n2 o7 Y" N( m( z( G9 ~
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90.0

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! O0 T  u" e- q( F1 a$ k
总去除率(%)

, s: r- a5 w1 U1 b( S　

9 A. Q$ h( O: f- f- c84.0

# \+ `. e* x0 c) C% ^99.6

97.6

2 I; a, Y% g+ A5 I
3 }6 I9 w1 f8 C0 @) B8 T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
8 }0 n& G3 |3 D; Y  ?8 e　　 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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