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
        
               
         
            
              
  E; y" r5 B; g; [9 p% I              
                     
         
         
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' x$ L* L& M- T6 a( r( j               
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1　原水水质
) f# x) p& W/ K
! O: P4 O3 _& I, ~　　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。

( D8 t4 f% t( F9 K" k) H* W0 S7 `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
7 F1 W' {4 Z! o$ h1 ^　　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。
1 }0 Z) ~# G% v% c+ G  q
. u* b1 v* H- z( J4 m2 H+ \
0 y/ n& l, D  ^6 V表1　处理出水检测结果

" V% y# T5 e7 z. O" y; V: p
$ M" l, W: o3 D. G( m5 X
项目

pH值
4 M/ r' U$ U$ A) Y
$ F: r% X. j9 ACOD(mg/L)

* z2 E, E2 [0 _" [色度(倍)

) I. I/ [% r) O# \) n苯胺(mg/L)
: @( Q. a# T% d8 Q" q
$ K. i2 B) p1 [* n  A
染料

/ Y: |+ }7 z" I4 C1 k5 L中间体

染料
" C9 y2 Z. |3 h8 f8 a- f0 @' {
' n5 m( H9 m1 o- y; ^中间体

. A3 p- O7 k8 h- U染料

中间体

染料
7 z5 G3 [- @+ Z7 Y; F/ e
9 X3 v/ U+ {, O1 K. ^% t* t中间体
+ s+ X: ?: j2 O+ Z% C0 s
5 Z: `" J5 z4 H$ U
原水
% D& j9 }, m5 \5 Q6 V9 P) \% P$ _
7.89

5.00

) w" W8 l1 N. |. g. |  L798
- e! w/ P- q% Q( N$ R
810
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4050
/ e& U7 t4 d: u) \- j5 f0 c
3000
8 f8 [, Z6 s4 G
/ ^, _6 `9 y0 V" ~) J) n10.95
9 p# X: b8 P/ @/ [( Q; d
9.29

) j7 R1 Y2 {4 |4 O* W3 o
铁床
0 x( R" ~( C; e
出水

! ^7 b* r# \/ ]( B* a7.93
' P1 W- U. f7 q
7.36
$ h( s# x: I6 ?* S
786
* \, {  O) M/ H
791

/ V6 D" I. [: H1900
: N7 z0 ^, Y1 u2 }  G
1000
2 R2 y: E# P9 A
29.08

19.12
6 v6 |3 e3 o( y3 ]2 I$ r3 i
; {+ [" Y' d/ U; r& S( T
去除率(%)
8 {: R4 ~7 J9 O7 s
( d3 V: z, g6 U　

　

1.5

6 Z3 r$ b! k- l2.3

/ ^0 O$ Y) v; Y* O) [8 y& M53.1

; B, i4 B" {# H: g5 h5 w" X. g# `9 k66.7
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( b! V. r( M( B7 n　

　


气浮池
( h% t- O  p: ~- x
出水

7.56

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1.79
. h2 ?* X( V/ l0 ]8 B+ B; d0 {

去除率(%)



56.7
- a' o! }0 V% I
  D# I* |5 C& Z" Y89.0
: R* t3 r7 j8 f5 H3 ^4 Q
90.6


活性炭罐
& f2 m4 W5 w- q8 z- s
0 A) G& c5 v! k  o( ~9 q出水

- y6 x6 v! n( X: D& S8 R8.09

  Y# n+ _8 F' `0 k141

11

0.22
* Z( I2 W4 ?) \$ T

0 b$ }; {- A$ C: k7 K( m% Y( l& E5 ~去除率(%)
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58.5
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总去除率(%)
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2 q# i5 j8 w9 i99.6
1 s- ~' @" f7 C$ @
97.6
1 O! t( V5 D( r4 f' R6 @2 U

1 c. b7 I! M0 R- N注：表中数值均为平均值。
  j8 E8 u) \5 c　　 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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