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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1　原水水质
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0 l4 g3 C8 H& h. V  V% |( _　　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 V% Z8 Z% c) T2　方案的确定
5 w+ U. a) J/ V1 k* h　　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
2 H& y0 @' n7 Y) O' [8 _! w9 P　　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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表1　处理出水检测结果

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5 {, S% a% F0 }* b# t项目
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  Q1 X: i6 ?- {3 F; R6 E
COD(mg/L)

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中间体
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染料

中间体

9 N4 Q8 d4 [' ~; I; j6 n染料
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中间体
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染料
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原水
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( r" t8 [" N- e; [; l7.89
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798

810
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4050

3000

10.95

9.29
+ q$ m# f' @0 k. T6 i

铁床
. I! g$ D; j8 V9 h& W/ e+ u
9 ~3 R" z' Q0 E: Z! ~3 W- c出水

+ o& h. ^6 P6 f: h6 I+ b9 @2 b+ C7.93
% R5 H; ~3 I5 {
7.36

8 a: k4 o# P  o) U' W! D3 E7 H786
0 i, ?8 Y9 }3 H$ I- _
791
; G: E; |8 R5 a, L
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9 v/ m7 P; K$ }# I5 ~7 p4 P1 E0 p
1000
  _% ~) [! Q/ y7 J4 T/ b
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' z, P; s6 {, j去除率(%)
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5 `5 G8 P  n3 C8 u; U" q" H
　
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, S4 s4 v  i$ Q) c/ b0 ~

气浮池

' B$ C9 [/ _& t$ l7 E出水

" z3 ?- z4 h: J* Q" g( a7.56

# a; Q- z  i1 t340
# b1 A# c, H; I* }% ^
110

1.79


0 W5 ~6 u/ L  x8 M/ ~3 O去除率(%)



56.7
" C7 G2 U. i9 R* W
89.0
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9 P. J' k; x% F+ _+ @) F! `90.6
& n2 h9 F; G2 ?) ]8 [2 ^  k

# y% D" A" c$ G: ~$ j; ~4 b2 A活性炭罐
0 E* b0 B9 l% n4 F* ~
出水
3 Y* d& i; U" n$ c! Q; v1 [% l
8.09

141
4 ]3 f1 |/ e5 q. M0 [
11
, U0 u7 L1 N% ^4 B+ K/ ~/ M- m. `, d
, }; u7 ^; C6 W* ~0.22
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去除率(%)


' M2 e) e: z* \' [
58.5

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) y" o5 s6 R' O5 r87.7


总去除率(%)
9 R. H. C% D# \( m* G
　

5 w3 B; ]/ `9 u5 b4 w6 T84.0

99.6
% X) Y0 T! A( k
97.6


: m8 o! Q9 W3 Y" i6 w注：表中数值均为平均值。
2 u' _9 p5 \) w) u/ A　　 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。
1 h, q* P& |( R; v1 o9 t! L4  经济分析
/ b8 U3 |8 N) |' }1 R. q  g/ Q　　 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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