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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: L$ e; W: M) _) E         
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0 F% j  Z$ e7 B( }4 m) J              
                          
               

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1　原水水质
) s7 \8 c: N0 O) y$ O; r2 ?
! J8 W' v, v( D* r: E　　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。
2　方案的确定
7 {! Y1 I; B% o7 |% s　　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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: [0 I2 V+ j3 _4 J- t; i2.1　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。
4 U% D- v; b6 q. ^2 K0 M9 m3　处理效果分析
　　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



* O% n8 g9 \1 N1 b, I: g项目
8 R6 K8 z4 N. D, L
! v. s- O1 s! n# ppH值
0 f, U& u4 |/ Q
% L0 Q* M0 s  P9 m* kCOD(mg/L)

+ Q* G7 @' L/ k色度(倍)
  p% K: s; ?1 ]3 q8 B
苯胺(mg/L)
/ J# N2 Z" F9 G/ T* h0 Q/ _
1 ?* B9 c# D' e0 a- P# I, f
染料
! U* H4 A7 b, a! |$ d6 |
中间体
/ N7 U& y. _$ \$ E3 F9 `/ R
2 ^) C( _1 ]) E/ o. [! M染料
) p% ~& u) u0 k" u( f; A
! D( ^  f& L3 {2 P2 ?$ P' m& T中间体
6 J& q0 Y6 M3 |+ L" z
% n4 W$ B# b+ q" p% l染料
. a8 N; Y) q' G9 s* j6 E
中间体

染料

9 X$ x  ^* q- p& w* r" x中间体


原水
: R& |! T; c1 P% C; V( a
7.89

5.00

798

810

) y# _, \  O9 P4050

3000

; j4 R) k3 P3 ]7 D7 P10.95

9.29

3 h/ k4 ~; p" r# V) ^
) O+ V4 |0 a" |+ f8 W6 o$ k铁床

出水

7.93

% K: A  g: X" L5 y! j$ F4 |7.36

786
6 e' p3 v8 ^) t" {" ~2 b6 I
! @- z5 W; C# z* l791

4 i1 y' X9 |' ^) m9 ]2 U, F1900

1000

6 x. n- x# i. H$ \# c29.08
+ c- A0 V4 ]% @+ y& e$ i
; @8 e" U3 u, X2 M# {0 H% T2 ]19.12

; ~$ U; y$ p9 x2 Y6 k7 M
+ L1 u6 g3 B- o3 x" \9 x- g& _' e去除率(%)

. y+ M9 j, T3 Y! N　
4 u! Y- B- o$ N4 s. M' E4 J: p3 V
　
5 s, F; W2 I( M" I3 {
0 z8 S2 [9 X: C, l. I) b  G1.5
$ g) P( \$ H$ k( e$ e
2.3

53.1

) X$ E* T* n* Z66.7
' v0 f3 I9 r; `) R
6 [6 N6 B' V+ n# r0 O2 a* L　

　
5 d/ O' g3 N  K- G1 p, k- {

气浮池

% p* w) t! \# w8 M" R0 n# H' h. Z出水
1 c( P: ]' M2 u6 y1 ^$ A/ `
7.56

9 ?1 }7 D" S( j5 ?; w+ T340
$ H. R8 x2 J; z; A# h
/ Z: p" r. [& O( L2 b+ z110
0 V( s, C. t7 x/ m6 r
! w  Y& }! k' b1.79
( W* I7 Q- ~" H9 ^' q
: h/ S) r( j$ p- I- o. J4 u; V
去除率(%)
  Z6 \& t: A; v: L
! q. F, F" W, q( _: D3 j0 {5 a

9 I8 j1 q% @' f: }56.7
& T" J8 h; X  Q. d8 a& W) [
3 [( B7 W5 d( O7 p+ U89.0
/ \  X( N8 g7 j" E
90.6

$ ]  A3 i4 d4 `$ {! L
0 K, t  A7 ]- |活性炭罐
) m; T; b4 Y  [. K
/ K1 r9 [0 B/ h! Y( Q出水
' D/ c7 w$ J! Y
% g7 Y- T1 ]+ k8.09

4 s2 K, F1 S. J141

11
: U( B+ V. y. R& x0 _
0.22

  i5 r$ K, ?9 M! J7 S* k( h
. f- q3 Y* a5 W8 z/ Z5 H去除率(%)



58.5
9 ~5 z3 j: e4 O0 f
90.0

87.7
, r6 F  O& v/ T% i0 B
* U; N! K$ s/ d
总去除率(%)

' a1 u- k! ^9 I1 @. T! O& x　

84.0

" s" [; q4 P3 x8 ?, Z' P4 T- r, @99.6

97.6


0 B, @2 D/ F  |$ U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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