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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1　原水水质

6 d5 P9 E/ d" _, @; `　　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。
) f' C# I5 `0 s, n/ g- p5 g8 n* {2 a2　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。

4 Y$ }$ g3 W8 g( k) p9 e$ w3 `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
* [. `. Q: P# F4 R/ e( 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。

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+ |1 T+ L: f0 A0 Q- E表1　处理出水检测结果



9 p/ B% T  \* h+ B1 j0 k; W7 Y项目
0 g8 s6 H# ]8 @, H* h' C
8 q* p2 I* W, V3 b( M, YpH值

1 @( I9 N8 t/ Y" @$ R, E  ]COD(mg/L)

色度(倍)
6 C3 @: m- S0 ~, p3 o8 J
苯胺(mg/L)


3 Z- x1 \) d, t染料
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中间体
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7 Y3 S: @* h6 h3 O- j  D* e3 j染料

3 E& `: @* X9 j8 |! q' |中间体

5 d8 V* c' N- V5 |: z8 @# q染料
% `6 A5 @5 y/ @2 \! q% O: T
中间体
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染料
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中间体


原水

7.89
: V  }$ d" v& D, Y  Z
5.00

798
1 ?8 q6 i2 N, ]$ u+ q' o1 L
810
0 A/ i5 N3 Y- r6 C9 D9 n
6 \" J# m9 X5 X  G# _& y/ G4050

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10.95

: Y  J; b6 W. l$ n  ]9.29


铁床

0 d% \8 T9 H/ y* [出水

7.93

7.36
* G/ M6 S7 c3 Z2 i
786
5 S& _. G8 P- J) i
791

1900
4 m1 p- v' ^$ y& l( q2 t3 o- T
# F, w% ?! T* U: E( ^& V+ c* S1000

# r3 ~/ ~: X' B: s  g& }* |& h29.08
3 b: ?' r+ m# G# M$ Z
19.12
. V' ]1 S$ y4 ~4 E- v) d

去除率(%)
0 Y' M/ [  B5 m" M; y
　
1 Y6 w* T2 J% f7 u2 N+ K
2 [1 Q5 C1 i8 L% d( p; K　
) f' `. O1 k& O* `! k
& f: b* J5 `' V. }! c1.5
0 @% ~  @( Z6 N8 A
7 b: m0 J8 j9 l7 O2.3
& e( X) V" q' Z0 |& ~# b
53.1

66.7
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+ Z, W9 a* ]) q$ g* J2 w: c$ {　
) s  l+ y! Y) ~. r* H, x+ j. @

8 O- B, z! x% y3 ]* a气浮池

: n# l0 }# c2 x' c出水

2 z5 A7 b) c$ o# t% M7.56

340
( ]# @# S: @* n: X
110
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& b$ F% Z! T; O9 q5 K9 |0 w1.79
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) z4 x. P3 v* z1 c8 r7 \去除率(%)



; y# X" K4 B: U5 n' `" g/ m+ a/ {56.7
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. |2 U5 l: }" |% ?& b. Y# {7 |5 c, r活性炭罐

; n; b  F, z6 A9 _) F2 k7 H1 w0 g- b出水

8.09
' d; D0 |6 |4 E' d
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' U9 g, i5 @7 _& m& [' `
　

' W, q( W$ g- y. t84.0
' g# t1 Q! G5 C) t2 U
- u& h" G' d- _4 _99.6
2 g' G# T# d& G# P8 P0 ]2 o0 d
97.6

# L( }# g: }0 B. N1 n4 `. G
; i. t2 k6 T2 [* y& Z注：表中数值均为平均值。
  C: O, n" ~- k# Z' k7 S　　 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。
& z& E. K" n6 w4  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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