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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6 f. W- J/ s3 a: s              
1 b) Q$ f1 J0 a1 h/ e5 ?0 H$ T6 K" c                     
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1　原水水质

　　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。
; ^% D% s2 W1 e- W9 a$ B3 F8 Y2　方案的确定
7 W+ e/ X) ^* {, b9 A9 i* M　　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。
- v( g  H  m/ N7 c2 O) k1 k$ H3　处理效果分析
0 I6 `# d, q2 y  p4 j4 Y5 _# g& y　　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。
  P# y0 ?+ n  z* A
- q$ o  @9 U+ W4 _; C4 L
表1　处理出水检测结果

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项目

pH值

3 E6 g! G  U# O. ^- MCOD(mg/L)
+ l7 c0 f3 F1 S8 \( x0 p9 G( M, c
色度(倍)
! c- P& i+ G+ Z8 L$ w3 x8 q
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- m$ |3 [* @: n8 \) x; f

染料
3 P+ c7 I' E) ]: o$ X% v
中间体

染料
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中间体

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# b7 V6 i* r( B5 m' r3 \中间体
1 G5 D* |: t2 O/ {
; l% b& `8 U; @, N& o染料

5 m- k: [) l5 ]" \) ~+ {中间体

0 c. Q# N( s( v3 s' S6 {% T
原水

7.89

  h4 h; ]& I. y2 s/ m4 V" K5.00
6 Y5 J4 ^4 M+ B) ?5 Z
798

  s; D6 d6 `" L$ ~6 X9 A1 b6 a810

* C, c0 r" n3 q- l4050

3000

) e7 T0 z( R  q, q3 v# ?" R10.95

9.29


铁床

. s/ C( j4 o( ~6 d" v8 h" L出水
% M7 p* E  i1 l. n2 M* V
. j+ `* H1 Q; B0 T, P7.93
* P. h  z* n- w' m2 c' N3 C
" ~; x+ B- o; d. s+ |! f7.36
& v6 b& a0 g  {% w" N2 x
786
' W$ x4 f9 E8 R0 m" T1 _: L. h
791
/ B+ F. j- D4 \' F9 @
( p; F3 }/ i/ o; _1900
3 ?9 K* @' e) `; s4 W  |4 `; ?5 K
1000

* F) C$ ^1 @( Q! {6 ]7 y- v+ e: G29.08
7 O& \( ?6 f: S0 s9 m6 _- A! U2 I
19.12

8 f) H, k1 O, G
+ N6 n1 J2 G* A3 h去除率(%)
1 V1 e5 Z, q* A- J9 K
　

& D$ }. ?+ B) e# F0 N# ^! p7 B　

1.5
- t$ y1 J5 I( {
6 X+ D& L6 C4 K" ^2.3
8 \: D! D) K# t/ ]
* \! V( `3 N  q; J( `  b53.1

66.7

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' R: d5 y2 j: X# q% f: t
　

3 d& ]. b6 r! K1 T5 Z
, ?: v# R+ _' N1 A: N; @5 D% C气浮池

- s& G; X8 p7 E出水
: Z" E& x8 D7 }
; r5 f; O, h* ?( ]7.56

1 W/ H, |  _% ]4 ]2 D5 P' N4 _' Q340
. G3 J9 {& E/ I% f( s+ n$ P* }
110

1.79

3 V5 n; c' k- i: n' g
$ x0 U) R% K" |( F) N去除率(%)
" s( v$ Z- z: X


56.7
7 I- z4 M8 G1 b$ w6 j' Z
1 L+ P! \# |5 Y$ X6 B89.0

90.6
7 l; V& c+ Y3 f

活性炭罐

出水

8.09

141
' Z0 h; z. a) \2 X% \$ X
3 R. _# [* G/ m2 L) R5 f4 ]11

0.22

- I; q! Q( ]& g( u" ?- m
去除率(%)
) J: F' v( U. B0 q9 t( h

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58.5

90.0

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0 d3 B# m7 L# u
0 C3 A  u6 k- N8 a6 z
" s2 T0 {2 V5 V# g' y5 P( Q总去除率(%)

　
+ b( f( \( k, o9 R: ?1 g) e+ x
84.0
' R8 R/ H  N$ A' }
99.6

9 L7 U7 w6 q$ w/ E3 ?5 E6 v97.6


6 c& t1 m- Z: }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
　　 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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