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
        
               
         
# q2 O) W# _2 k! h7 E5 |            
              
1 G4 ~6 C  T1 G              
" H" O) O6 d  o( y4 o                     
         
* o% n/ Y% W5 R/ q         
              
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9 u2 `& i1 a4 ^               

$ K) d! l9 s; k* y! O' ]
; u) G. h+ q7 L
$ S( u4 F5 o8 a* Q" a! ]* P; X1　原水水质
8 o* l% i- ^/ r% [- 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。
3 ~* v, B: d: [5 n( m5 v2 D0 ~/ d2　方案的确定
$ D/ [' W% ?6 R! g" q3 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。

3 H( G8 b6 h: q2.1　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
1 w$ p0 o5 d5 a3 q5 K　　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
' a6 K& Q6 C, |

- c- I  k! V5 K& B
; m. z' N3 E5 b& a6 H$ m+ h# S项目
' h& e* ~- z6 a$ J# O4 o" u0 m7 V
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COD(mg/L)
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苯胺(mg/L)
: ^/ u) U1 K6 c
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. |! y1 j1 I; l) N% J2 B' r中间体
$ m# R+ `6 P, F3 k3 |
染料

中间体
; Y6 k: S5 X8 h! d, _6 w
染料
3 C% Z+ q* L, }' `/ ?& T
中间体
4 [# p% F) z4 z8 T
染料

, S0 [1 M0 _! b/ J( F' ?中间体


原水
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2 }& {& ~& X3 |5 E  h* t. t4 ~3 [7.89
+ @0 a" A, J9 i4 J/ y8 }" |4 ~* W
5.00

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6 U9 u; ?+ T3 j8 ^3 g& f
810
" O/ ^+ l* Q2 _
) w9 i/ n: W! N+ X% l4050

3000

& i$ C5 Z9 J& x10.95

5 |2 E$ ^- G2 L& d; |6 k! Z9.29


) l& d4 F: j0 P  c/ Y5 C1 ]铁床

出水
3 U+ R3 R8 k3 u( j  T: g
7.93
- [7 h$ r* x. o) O  C& _* z
7.36
1 r/ m3 H1 G& Z% v; \8 u
786

791
7 @2 |' n3 `6 |
3 w/ F! H2 T2 @" k+ }0 s1900
# S8 `: n/ m; ~; {7 v4 ~
1000

7 W1 i' d! e& j8 v* r/ N; x' u29.08

19.12
4 G5 G3 x$ d2 l/ N+ K2 c" S

- L4 {4 m1 u7 B: G" k$ \去除率(%)

　
7 y( X; s3 t5 x6 s
, a) }. O: h: b8 g$ @$ P+ p　
8 ?6 _$ U: A1 m1 ~- ~
5 d3 k( r6 ^0 }' _# g# U1.5
$ x  S8 R  L. ^0 J8 x$ z+ I9 _
  J# T2 a- V6 p/ E$ c  B2.3

# g' p) q" z& Q% f8 F1 A0 M53.1

66.7

! Z* @: {/ _% r/ H) m# r; C; u+ w　

　

+ o& s3 w$ U& v+ m: h9 |5 J6 ]5 d* w
5 z$ c8 m4 ?, d, W3 ^气浮池

出水

7.56
8 z1 e) e/ [* t, R: @# V4 f0 @  j
( Q. I4 ?- g  G! r2 Y% |9 N340
' [0 Y' U9 j0 H
110

1.79
: b0 @% }+ S; e. e& c
6 R8 k6 s% @$ u7 j; [( F* d
去除率(%)

3 H5 S4 g! {; t" N
3 i. O" c4 _1 f/ t* s5 X
4 ^' D" u8 ~. m! x, }- U( V# b3 @56.7
! q; |2 c/ T* ~. Q( b$ W7 ~
89.0

90.6
  K# q' W' ?8 D& W% W
: M5 {5 N( Q2 W0 f
4 @$ T* q( \$ B活性炭罐
- Y! T9 z3 }# x% {4 M; y
出水
9 V/ J( \5 O7 {# L/ l# i
8.09
" D6 v8 R% t) W4 [! E6 l
4 W* d. d, s" T( ~, _6 K2 s141

11
5 @2 V4 M3 [1 w1 U; E. u1 m2 g
0.22
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去除率(%)
3 b  x- e1 N) ~  ~; N
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' j9 \4 r- C7 ~2 \  @: h4 L! Z90.0
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7 v# T3 m3 B1 P1 r% C+ q

6 A8 T. X  R8 K总去除率(%)

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2 x' E. C$ r& i2 L3 j0 B
# t9 K) M6 ?% j% `" M$ u! e( D84.0
& l8 n% k: d( W
- k8 l% B6 T- k. p6 a) W99.6

! ~6 Y- _6 \. L; r+ L! W97.6


注：表中数值均为平均值。
% X9 V4 w% @; D　　 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。
* \; E0 V) P  O( V5 ]' [4 P. j4  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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