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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# u  {1 G$ n" O/ Q                     
         
         
              
                          
2 L* Y! x# s* T! q7 W               

' w) M9 r0 T/ N. F2 f

8 U8 j9 d3 y4 i1　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。
$ i+ U1 n" E7 n& v2　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。

' M! u/ u) R$ W) n/ V# 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。


4 ?: K8 V  p+ r2 K# e7 _& O6 ]表1　处理出水检测结果
  w/ z9 k) t/ ?: T& T3 K5 l
. I- \/ O0 d. a, E% S

项目

pH值

COD(mg/L)

+ c, e8 j# {6 g8 E# D' |1 H5 v色度(倍)

: T" m9 a7 l( [" }5 G' n( D苯胺(mg/L)


染料

中间体

染料

中间体
& S1 d$ _  f( r/ [" t
% i5 |  X* b7 o! t# v, y* n1 y8 C) ~6 ]染料

2 j: m% M: G( m( E- Z0 f1 H中间体

染料
0 n/ {3 k1 y% ^' Q( b2 }5 \. K% l# l
中间体

" ]: S, [5 y0 k2 `' y
4 ^: |- L. |% @  d6 d原水

7.89
+ T; p8 o3 r8 a% l8 q
5.00
( i& Q+ C& {  {+ A: m5 r
' G5 B- J4 f) G- T, _$ _798

810

4050
4 ]/ p- [' K3 s7 c( j0 m
3000
* T2 b+ k7 U. z& o. `3 U5 o( l% ?7 X
10.95

9.29
% s3 t$ m$ I% N& ]7 e* t* |9 `

铁床
8 w0 D; Z  W, t% i  Q2 f
出水

7.93

7.36
! w2 D$ @) M  M
' T/ u0 t5 ?( H* e786

, A* S2 g8 R& y/ c8 O7 X+ I791
! `$ F3 F+ {* V- W! Q, N  l! d, ?
( S7 q% d$ s2 d0 @( K1900

& [, _& `% x7 K5 C- U- y9 p5 Q1000

29.08
) f$ k$ U$ N& \5 Q, B. m, s8 A
6 N( o+ t% z: H5 n6 s. h6 j: d19.12
( _+ m+ O3 v* B
9 ^; |5 N+ G  K; e
去除率(%)

　

& `3 O4 e! s5 F　
$ p! F* C. ]; V( |2 @: k
7 L3 F: B% f3 ~1.5

2.3

53.1
" R6 o, P2 v% w, A. C& [5 _
66.7
) {+ B1 J7 Q6 r' Z5 ?4 p1 Y
　

7 W& z; @  v/ `0 l, M# y2 j　


气浮池

出水

3 W$ u$ v- D" ?7.56

* f4 \( a1 g3 [8 o7 h, g340

, F  K# y! m5 p( k* `110

1.79


7 A5 G5 Q2 _1 c. x去除率(%)



56.7
8 O7 Z4 L0 l- T# G! \- r0 f; u6 i
89.0

90.6

1 k8 T5 ?5 V6 D3 q
/ j7 V, o  E3 t  O) F- c# U活性炭罐
, [- C) ^. i) Z3 m
" a# I; h) s1 D! E: \6 q  l9 f出水

8.09

141
0 N9 b4 v9 x, |2 t  h) y* d6 m
11
) L' O0 h: i' o; z: A4 f
0 w. F: W7 G+ @4 a  \0.22
, J$ A* ~8 {, \6 X+ a7 G5 i4 I

7 ], u0 J. _, e+ L5 J7 ?. T3 S" B去除率(%)
& y  V  I" P0 j. G. [% k/ r$ w


58.5

* e4 Q" W2 I  e! F& d90.0

+ V4 p7 M3 R: d1 O87.7
; ~: @/ w& y. `5 U: R3 W% t
; i( C; \4 Z$ e0 S7 h% m: M0 r+ v
总去除率(%)
, C1 C4 z' h5 X8 J% h2 G
　
/ S2 V) i* u4 g% G$ C- F
84.0

& x- b" Y% Z4 Y* h5 H99.6

97.6
7 ?/ E! D# f: u4 {& P& l# @8 j1 N: G
' W. l, Q3 d+ E: L; Y
; m5 M0 Y1 B; D, V. W/ v8 S注：表中数值均为平均值。
/ x9 F' V! C8 m( J: ~* @- H　　 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
  A/ I6 j% G9 i. b& p　　 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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