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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$ l2 s6 _0 P- W" g         
         
              
                          
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5 d; x, M% A5 S+ R/ J  @


1 p8 ~; I. M) a3 I1　原水水质

8 _, K# m  z1 I9 n8 `　　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。
0 r/ I0 i9 T; `; T& i# [2　方案的确定
6 [: S2 G. w9 a2 ]　　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。
8 A" x* V% t8 I. ?
" m) [7 P  {2 a5 ]* [* ^" j: m) {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。
) K6 W2 g: m2 {# ^' O. x3　处理效果分析
& t( f% {, z" R( j　　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。


表1　处理出水检测结果
& k! H/ K9 j0 O% r. j

; c" O& E. V3 e% C) }
项目
, q4 v8 @' D% @6 M8 V6 t# n
pH值

COD(mg/L)
0 k; R9 ?9 p; T- k9 \9 O* f9 Q& T
色度(倍)

苯胺(mg/L)


' @3 N! m: M+ t. ]3 P9 R染料

' D9 K/ {8 Y. v中间体

染料

1 L; O  T: ^" |4 W1 c- ?. w5 s6 g( J$ f中间体
% ^  U, o+ |( L( R! Y
染料

1 V6 N( D2 G) j0 W2 D2 r中间体
6 o: ~) l- H  e2 b, \7 {6 x/ ]0 K6 A
1 w/ P  u6 P5 D7 `, i- _3 y染料

2 l6 I  F  U3 L( n中间体


% {+ z6 J: K# X3 L4 X  B原水

8 `1 {. V! ~9 u1 h4 O5 T/ h7.89

5.00
% e9 [# j) D) V/ P" P
798

810
: r* q; M, D- @* G8 d
: c2 \$ `1 s& E, M4050

3000

10.95

9.29

' }" U! u, U' C$ z! P' w! _
  I& [% f6 N: o+ I# A2 k铁床

, M; l: z/ p- B, K5 M; l+ \出水
  R& f# ?4 i( }8 H6 _. Z1 e
7.93

7.36

786

791

1900

" r. v& _4 V' d& R) N1000

* j" d2 f2 o5 [; u2 O  w29.08

) T! L) d+ C! m4 N19.12


, a$ Z8 a3 J) Y! j去除率(%)

　
6 X: G& r5 A4 I2 C9 G
　
6 b0 P1 q! C- ]
1.5
) V& Y0 O" h; ~: f  ]  e& B
& ^5 K" Y8 X- B; R$ d- g) [2.3
+ B" P. N# e. N8 |
53.1

8 P2 T# |2 I0 x! f: A& \3 a$ {66.7

　

　
( v) E5 ?6 _& n2 f9 P7 Y8 `
7 Q9 _  ^5 L: u& `+ c
2 ]) h2 D5 _; v+ [气浮池

出水

7.56
5 d# m- a0 u8 k$ G# K
340
7 C8 d' r; g5 F! M2 @$ k7 S4 U
7 ^' H% [! I+ |% W1 ~110
9 ^0 ]3 \6 Z/ p, s& R
1.79


去除率(%)
' \# Z: h2 t0 z5 E% V: G5 O


56.7

, N' m. h* v" }0 {2 T3 Q$ @89.0
% P- ^3 D: q5 C2 {
; b! c8 @% m$ |! b- f/ u; Z90.6
6 J( |. T/ K9 [+ K/ l5 U$ n  B/ R! z

活性炭罐

4 p% o5 g' R8 _3 I& Q出水

- j2 n7 N. c8 ?0 F4 x! f3 H0 D8.09
1 G8 W: |% u( K& Y
' c! \9 Q% ^$ v; Q141

  }1 t; i& j; i+ @5 _9 q- {11
+ O" r, F& X% K: _8 Z
0.22

8 m+ h) A! ?/ V
去除率(%)

$ A& X- v8 m) A/ L+ n2 f
9 i' X( H; b2 ?, T( g# ^9 F
58.5
$ X' B& m4 F6 T: O
! t. u+ I) t  O# ~90.0

87.7
& L) D/ Z- `) {* B) g% S9 e$ ~

6 Y. T1 B9 |, V  R% J" t( k) G总去除率(%)

　
( k3 ?6 w" s4 t
5 F6 t. e0 V. l- T4 u+ A% I84.0
2 w2 e6 c3 e6 P
99.6
4 [3 E8 g0 C- b( t* v
+ o% G  |/ q1 t; i  D  R97.6

) C3 E3 U; o  ?9 C/ A2 F
注：表中数值均为平均值。
8 e; v+ H# i) s- o# y2 X" ?　　 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。
* m) W* O! U9 V1 |6 p) ~% J4  经济分析
1 L* [! E. }1 M. r# i- U: e　　 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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