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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5 u6 Y9 N3 K$ D( M5 p            
              
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% H  c, s" ^6 j, N' [& K                     
         
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  W  f8 f; s# F, r! f* v              
1 `# E7 ~, q, Y0 v1 k                          
               

" S  C* J  ]+ Q9 N0 e

1　原水水质
4 m$ v1 A) \( H- q. c) |. S8 U. p
　　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。
0 Q; T/ x# }2 [7 I2　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。

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。
. Y) x) S: n+ [( x3 L* }: P- J3　处理效果分析
2 j# m' R- D' J$ r# F, @( [% [# l　　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 d7 Q0 l- f- i$ G( E表1　处理出水检测结果
" J6 ?7 P0 T; ?& Z/ Y  P( {


/ X4 M9 `$ O9 k项目
; R5 M+ z3 d. x+ k! U! ]& r7 s
6 f& O  b, h" K( _1 c6 `! s$ ypH值
" [8 h( M8 w6 X% v& m
3 {5 |$ e) B/ [COD(mg/L)

色度(倍)
9 u; a- c4 q1 C: L+ {: [2 J
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染料
1 ~# a' D2 c. T4 c2 U6 c# N- L9 q
' j3 B! N! @: Q# Y5 D中间体

( j  x! P/ ^5 [; O# x; @2 q' x染料

6 z2 K5 A1 K/ }9 y! @中间体

5 m  M- v& C1 i2 K5 |染料

4 D: _) Z  b$ a! @# }3 V中间体
$ ]0 j: {5 ]) [8 U/ i& m+ U. D
染料
' t* K3 y; x3 D( ]
中间体
1 H2 }  l) C  w6 g; P9 ?; H
4 g: s* U% P, B* K' B
$ B8 g( V; \5 {; ?  B6 ?0 L0 R原水

7.89
: i8 E1 r5 P2 M$ u# W0 d) K
- f/ N4 S2 |/ E2 u3 n" b' y+ q5.00
$ X4 p+ y2 x+ y6 Z$ R
$ w. i" O; Q) l: T' w  e" J6 G! ]/ F798

810
  w& t2 M9 p2 x5 a
4050

* \" d' t8 P2 H3 b7 n- {: n. f3000
) M$ K/ F4 ]# E. p1 r* ^/ ~
) x3 z/ T. |/ W10.95

9.29


铁床
* o* j3 Z( V0 x, \0 I
4 ]" k, D! B* p$ U出水
  S. B% E9 s" k% X
3 j* _# F8 N% p7.93
8 H+ W. O% ^' U+ `, r6 l6 P% p6 d
8 T  Y3 u5 O: C  \2 Q) b7.36

786
* e3 J5 N5 e, X# r
791
! z  U& h, J) Y( h5 s
1900
0 Z8 L( y- g0 @7 f7 ]/ B
1000
. H- [! T3 J7 [5 m/ O3 ?
29.08

! H: G$ M) j) A. K5 W19.12

+ I9 S9 T& y! f- B6 z. R
1 F6 R$ V* w0 y4 Z6 f去除率(%)
  D4 x7 Q6 E1 @* n+ o
! V$ x% D' C2 S　

) Y6 k& f! o9 b5 |, E; m' L　

8 k0 c$ W! J$ ~; m1.5

2.3
1 Q1 A# ~. F) T( s8 N
$ \% _  S0 p0 {" a; G. K" V! Y53.1

66.7

　

- Y5 {! O! v: W: j9 M* P　
0 o% m* @" s. [( r. i

/ V" K* ^, }3 X- y% p气浮池

7 B6 z4 @5 D. H& \出水
1 j1 [7 k. v6 H: U' A2 j3 _9 X1 j
; X8 l7 O( U6 l/ b7.56
$ K6 Y7 i: H/ z2 r3 p! C, m$ K6 S
" }0 B* g% i' W/ Q( m+ @340
. P! u4 C2 f$ h' Q# t
110

1.79
6 p: A. W! D. b  j8 n4 {# a

" M) ]' I2 Q7 ?: O4 t去除率(%)


/ u2 a8 S% `7 R& f, p' Z  k) g
' Q, t; _& O# S2 i1 _: a56.7

5 i6 ^! e* d9 Z# Y89.0
8 s3 ~6 o* @- e; z1 K
. I7 E* I5 y) x) v) n* d; r( Y90.6
! t4 B) `! Y3 g' C7 m5 a* V3 P
7 W6 |5 g& M) \3 p% s( {3 W) S9 W
活性炭罐
1 A/ ~1 z5 t2 T! g; \' E1 E+ U
) o# c% l4 Z; e, u1 X0 M出水

8.09
! k- w1 o9 J$ D6 g
! Q1 O1 R1 n+ U7 h1 U1 t% q, V) G141

11

, @  T" M9 q/ g$ z; Q* v0.22
* f+ [0 {$ e1 _* f2 o& r

( r1 f5 G  o* ~- Q& D5 A去除率(%)
, `0 f9 B( l% d6 ^7 ~

& R+ N1 M- \  P9 h+ z8 o" z4 X; I
8 k$ @$ X' v# _3 j, y. M8 m58.5
6 h# G; O: B, V% D: |- i& w& A3 ^
90.0

87.7


9 z+ a$ [% E( U3 j" R* ^总去除率(%)

　

4 V& N9 X" Q5 G% @) ~84.0
! ^4 e8 L  J$ L9 r
99.6
  l" i( B* i* ~+ L2 O9 S( F- E; W
7 q6 w& Q/ q" ?# e' ^3 K97.6
4 R1 y- I! g: `0 p  z' F" c9 v

! w0 N3 H; f7 x0 S' D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
7 |* J2 G; X5 f+ ~. H/ k　　 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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