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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  T& c& @% U3 R+ \& \0 c  n7 t1　原水水质
! x; r% y) J" J( B" w
　　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 c! u1 T; k8 u- ]! n! m- 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。
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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。
( l! t  D% d$ u  k& ~( G5 R3　处理效果分析
, v/ e, U7 m+ r. s6 ~　　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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3 {' J3 k0 K- m; ~; \9 _' C
; w0 s1 S3 q) n项目
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pH值

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色度(倍)

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染料
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- ]6 n1 q; Q* g0 k! N2 |  t中间体
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0 X6 P; y$ J, }0 a& a/ E2 T染料
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中间体
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+ u9 {1 S" ?7 z3 m! F4 y中间体
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/ Q# N# t7 p$ L5 m. W9 y染料

中间体
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' |# `; U! H2 E0 k' i( U2 p原水

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& U/ h$ q" E0 q- [3000
; m; c' T0 B2 Z7 m% Z0 _% z# p; l8 E
10.95

9.29
9 a1 `# w& h9 H- @' O( }' B
$ I1 m5 k( l! O
铁床
5 O: Z6 W4 f: [  q& h/ v2 W3 x1 b
出水
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! L  @9 I. L1 L- Y; @7.93
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, p5 z& i4 f  k2 E7.36

786
4 W) [1 d! G$ L" L* I
791

2 L+ v7 `: s4 f; R1900

1000

29.08
& d* X" X6 U' L$ d
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0 N5 j* S" y7 d$ ]  u7 c# M7 f

去除率(%)
- _. g% a( V4 j& d
　

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2.3

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& [  U$ N! J4 g$ B# z
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气浮池

4 s& K6 b3 s1 R8 J  m6 _出水
! F2 J1 O! a# F% a' c
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9 ~9 H6 |, G$ K. g7 Q$ J6 f
5 F/ j$ m/ h" X$ G340

: w, n! _  S6 h' w; E) Z& @/ B/ Q110
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& N! @. E+ P# t0 q$ O3 \+ o

) `5 I" _3 R* B# N  Z* W, |. p去除率(%)



56.7
0 X& z+ P, U4 v' a! K
89.0
6 k3 w8 Z2 g& _( }
90.6


0 g' A, L4 ]; M. I+ |活性炭罐
5 j, Z2 i: A* y, y' ?7 p' R
# @" n) P& p: d% w1 a, G' v出水
6 B( ?  ?( I" S2 l: c4 E
# g, @, g" c: P. P# t; g8.09

141

11
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6 H  c! C, o; E) `2 [/ Z
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去除率(%)
0 _( E1 K/ _3 f$ |- F3 h


58.5
( Q8 L+ `0 Z' `9 l
90.0
  L( c- g+ w/ v$ ~7 F6 i7 d
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* l) ^+ X1 M0 I+ @3 q  k
总去除率(%)

　

9 x2 a; H! G4 L& O, n# r84.0

2 f9 [* t" c! d7 M1 L# [99.6
  i8 t% C0 Q7 Y- h$ J
1 M: R2 C7 Z2 l6 U97.6
0 M+ _* W2 g" Q0 R, X4 ~6 i

" ^# @4 b; F8 n! F7 E1 |6 _注：表中数值均为平均值。
9 q% E4 C, V* A; r( t) S( e, w0 G　　 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 p5 b" ~7 T: _: v" W4 U4  经济分析
! n! F! R8 T, U4 l. ^6 ~$ 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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