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
        
               
8 h+ |( O" A0 A! l) s( j8 }4 N4 v1 x7 m3 ?         
            
              
              
                     
         
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1　原水水质
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7 P5 T9 E) O+ U! l. m+ j. u9 c　　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 w' ?, Y7 S4 |2　方案的确定
0 k8 i; o$ V0 U. l3 @  k　　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
3 Y" E; ?! j/ 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。
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* R" W, H- o" A8 ^" y& G' p0 ]表1　处理出水检测结果
; o2 I4 Y" r+ |  k) v4 j( ~4 e. s
- F  D8 e  z" I2 R: G4 Q

. Y# I7 y# Q$ r. z项目

pH值

: a( o3 D, b8 [COD(mg/L)
- j! H* w& Y3 c0 a; t8 Q% v! u# D- ?8 J
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4 d4 a; N% t# E* G3 D/ T$ `
苯胺(mg/L)
4 \' F8 ^# Y# y* S8 y" H
  {) X0 B& k3 m2 `
  ~6 S8 N# X2 N( e0 l染料
! P! z( c& A3 T3 G! w& Q2 B) s% ]
* h- i" }* m5 I中间体

染料

+ F2 D  Z/ F, p: D7 Z! {中间体
2 @' g- Z! o1 p
染料

& _- g$ r* C! `8 L中间体
' i# I: V5 R2 _. s$ D) X$ X: @
& W) f+ y, f3 _! O! }染料
2 X, a8 A+ G* Q  t) U: k* r- ?% S
  `0 }5 K0 q. U1 P中间体

; O5 T1 G( C3 }$ Z
1 M8 g) ^: A% M* D/ t6 v( f原水

7.89

5 \: ?+ |  P! W! R9 a2 Y, \/ D5.00

  w2 r' z8 a) `798

5 G4 w/ |+ I# a' z. Y5 V6 A. v$ J" z810

+ j; R6 y4 _/ p% S1 }9 W+ E4050
1 @$ C) h) \7 {3 \
3000

10.95

9.29


铁床
2 T9 y* k, S# W- p' K0 ^
( ]2 u$ [; \. d3 a, p- Y) L出水
4 U" F: O+ b1 X/ h, |0 [
7.93
+ l; K4 d4 o7 W* R! w' `
" {, }* A. o1 W. k% E" j. r7.36
/ k7 q$ v# a) h- H
786

791

1900
3 W) }# P% H! z5 [3 X' `9 T
1000
6 J) f% A! \1 G/ T1 [
29.08
& w0 Z0 b3 P3 X6 a" m! L4 q# @
2 p( r5 Z8 g) ~% S! ~+ ~5 K19.12


% f" [5 J3 r. I6 J去除率(%)
3 l* R& l* f& j- Y- A; `
　
# A) d9 e+ h; U* U
　
/ K8 g% m$ o3 H- N7 Y* ^' j$ q
1.5
& @8 b, F6 ?3 e, s5 `
- Y+ G* Q/ I1 ^: l% p5 d2.3

53.1

66.7

9 L: I# c3 a- @( _% ], [　
7 x1 D6 `& t6 y' e; w
　
! }% {% [9 |, i! r

气浮池

出水
  F1 Q  N) X& f& t' b( g; y! R, E
- _7 Z* Y, q& [5 r( ]7.56

8 O" c& L6 Y! \340

110
0 H* Q. L. T+ o4 z2 [  j
. w, R( U. B  n1.79


去除率(%)

' T" a. M6 g% a9 e' p: v9 \# s& ]

, A2 |3 U# u+ Z( J  u4 s56.7
, Q  e) l9 {4 W5 m4 A7 A5 Z0 J0 r$ }
. P" \" A3 \, ^- N( N89.0

90.6


活性炭罐
8 q6 X+ E2 ~; D& ?  l6 S! ?2 S
; q2 n! \7 c0 G  T7 v5 D2 P2 P出水

+ L, N, f, g& l' x2 D2 {1 |, b8.09
" w4 h% {( |% i: W6 W7 M
141

8 A: N0 m: t5 c& w1 |  S11

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& `$ J8 q7 \! K7 P& ]

* B) k  Q( l1 W+ M1 q5 D$ x去除率(%)
  M1 `! C" f% N9 d# ~


58.5
$ @0 V8 l) F* b
  Q0 `& y" A6 d2 m90.0

3 {2 c: {5 c# f( C! T6 e& }87.7

. D8 a% c5 G  D, q, G1 X
总去除率(%)
6 p: c  V7 i  v3 ~0 A6 O2 }
% U" [9 Z2 n  P. y  _　
; _: W; d8 u; K: j- u
84.0

99.6

2 |5 h4 S7 u$ o& z0 |7 x97.6


注：表中数值均为平均值。
8 H4 V# m, e" `. p　　 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。
, I& p8 z6 M% {# F4  经济分析
; \0 V. K6 t3 T* i/ l　　 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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