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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' e" l7 C- p8 L- k; Q+ ?1　原水水质
3 Y( b& A4 K; Y, s( S5 m; u  y
　　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
　　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。

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。
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。
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# d# ^" o$ }4 E$ \9 v9 \5 w
' `0 |, Z* I% N' X表1　处理出水检测结果
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+ S1 l7 H& z& G1 T( P
项目
  O' _  j9 Y( f' Q0 e! X* p
pH值
, Y' f% I6 M6 o. H
COD(mg/L)
4 |. ^) F: `" H0 \$ r: m
色度(倍)

7 j( o( G4 _, Z5 ^苯胺(mg/L)

/ u8 k. V; l" F( W; a
/ t7 ]3 V! \" Y3 O9 Y0 u$ h9 `5 U染料
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0 ?. s. N; ]* W) p染料
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中间体
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染料

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! O* H7 i2 Y) P  V: `: Q9 n% C
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原水
/ o& x# U9 k; w
3 N" {( b) D/ Y! g$ ]6 V$ p6 Y7.89

5.00

798
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- `: T' d9 E) w) Q5 g5 ]2 L- X+ k+ R3000

4 `8 |2 k- m8 n3 b, }$ ^* P5 R10.95

9.29
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5 R+ J2 m- F6 S" o. C0 t/ i- ]: p
9 P* b: Y" q/ [" N铁床
- V5 W  S7 ?/ a, g0 g$ K! g% T) C; C  G
出水

7.93
3 r1 ~0 s1 h  P. B1 G' n* [9 V
7.36
1 X1 q& Y. u6 C# ]6 L# a' j5 |
786

791

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! {# g+ N& }  [" O7 n
1000
, M, K& k- V- V
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: w8 n* y* I9 s
( q. J% y7 Z1 ^+ r7 s3 X8 d4 k2 j
8 C- z  X( Q# u& O去除率(%)

　
' H# b9 p$ @  C( B8 q$ ?2 M$ @
　
8 J  v- T5 M# e# {+ ?4 x
1 @) V8 k0 ]% K1.5
  D3 f7 ?. _# T" E
. _. D4 ~9 _+ s) n2.3

2 ^5 T( |3 r$ y2 H& u, f, c53.1

6 ^  S  ]* _5 F66.7

　

　


气浮池

& m. u' j' u6 J0 n' {出水
' P) K7 O6 Q6 w- D  D' |' |$ C
7.56
2 `5 ]: o! m0 @0 p, U! g% X0 \4 c6 b
340
- ~8 p5 B$ G7 ?* \0 y- ^8 E
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1.79


& V7 D% E, S* ?/ y去除率(%)


1 ]8 V, [* n; T/ q
56.7

89.0

90.6


4 v, z. y: e% g8 J4 {/ I活性炭罐

出水

8.09

141
+ n3 W$ e& ?8 P( g  q
11
4 F+ A  g5 u* K
0.22
% f, S: e& Z+ t" e3 ~; x6 d( Y8 J
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/ p# _6 }/ O7 A去除率(%)
4 H  p# T- R0 |& H: v

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90.0
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6 c+ j; u7 @: c& Y87.7
. Z7 Y; U. }, j4 `0 q

总去除率(%)

! N( c, j0 m, }( `" Q2 [　
2 u& ]7 V9 r( O9 x
84.0

99.6

" D/ R8 M+ u8 q* s$ O1 e% R97.6
  m: V( A: ?# q: g6 F: x) V

7 }' w8 q+ Z) g; ]) o2 }3 T  |  z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。
; F* P; k5 f0 G4  经济分析
! q+ d  B* Q$ z# w" t; R　　 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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