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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3 e" ~5 O2 p- y: d; A
1　原水水质
3 |- y9 |3 B1 D" h
　　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。
2　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
- w  R5 f  l- t8 ^8 S" W" }　　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。


表1　处理出水检测结果



6 s, s9 D! N. {7 i- S7 n项目

pH值
' `  E, ]# \/ q' {
9 A* O) ?5 Z9 r! }) sCOD(mg/L)
! n0 z" y6 v: t
色度(倍)

苯胺(mg/L)
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9 c6 Y3 ?. c. m3 x1 N
染料

中间体
5 Q4 M- ^5 _0 q1 n
3 F( a+ R: m) R' K& b染料

中间体

染料

中间体

染料

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$ m* r' Y3 }4 @. {( _: H. d原水
" y* R- f# |/ S1 U5 W' v
7.89
  O- C9 k$ K$ {1 w9 C
5.00
0 h, u; H! @. h
& n5 t- c5 I  g) `6 w! {$ W798
5 A, \3 {& i) W1 k
810

4050

3000
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10.95

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5 j* n+ ~* M- L  d* D% Y
- r6 N8 ^# o6 J3 i1 C铁床

' l. b; {# ]! ]2 A" c3 E6 F出水
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7.93

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8 u( m- K: W' A3 o3 a) v- T, o! z
  B. ?0 @! @; U! t+ E4 {786
2 T9 R- ^, R& y
791

1900
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- r9 H/ `: Z# v% M6 j  a1000
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. q7 q0 b/ R3 V% }, j) A% ?! P" U. L29.08
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1 ]# ]$ g, G" }' [19.12
3 w5 m% x; ]( M* E2 O% F; G4 o4 J( g
8 D' d) j, k; C2 \
去除率(%)

2 b0 s5 m8 g7 K3 D1 C6 v2 q2 n　

　

1.5

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' f$ @, A. R3 l1 `- Y: K
5 z1 b- S& s0 Z53.1
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6 b) a( N- k4 N" K- s, w) z) E8 i
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气浮池
  D/ T9 H: U1 Z1 _
出水
4 n; C) f. x7 A8 B2 k
4 f. A& r8 ^* _7 ^7.56
4 v/ G1 Q7 z+ `; W1 g7 L. B3 D/ \) q( F' A
6 g- ^8 C5 j' \1 g# W+ y340
  |5 T1 ^, [" m
110
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* G6 H' U/ F: o; l8 ~3 p1 B- c/ n1.79
0 Y0 e. `* {" i- h/ P. B  o' T

去除率(%)


! x0 h5 X; _  k9 G! n0 w! p
56.7
' H  A, P, D- G$ \# F1 k9 F
  v& n0 ^+ ?5 n89.0
$ G: H! {6 ]- [/ D/ Z
90.6


活性炭罐

出水

0 D+ I& z7 {$ Q. Q$ w8.09

141

11
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0.22

) v, l2 c, z* d. |! |
9 c/ l9 |- v4 z. N( L+ P2 Q4 P. O去除率(%)
6 ~/ H0 c1 @. y; i


58.5

* j' v5 g/ g/ a3 K90.0
. }2 I- b; S% }& B5 U
87.7


总去除率(%)

　

2 S9 P! y0 u& a* c, @5 Y8 X84.0
0 F9 A. K4 J$ A
8 @- L" a$ X+ f7 p99.6
6 J& l' c1 L" \$ r3 Z" c
97.6
  M* J5 r: {" ^5 {/ X0 P
8 `! U3 _5 u0 q' U# D5 Z
, x% O  s( [" f, ?" Q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。
# U  V+ T% k! U9 P# F; n, j4  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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