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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6 c' z# ?4 f5 d0 f" W3 |            
              
              
                     
         
  L$ d, G) ]% X         
              
% F- z! o& ]6 C1 P% Y$ E# P8 }                          
- P( l  P' N! b, N( Q               

9 y4 V8 U. {! E) T/ [: |" ~  x5 f# w

( X9 ?, J8 B1 o: j1　原水水质

6 C; Q# x* D0 D: G* M　　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。
1 Z, Q6 ~0 W+ V& r3　处理效果分析
0 h2 S$ @; [+ B, y2 H' A& F　　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

* m. H$ r* ?% i1 c: E
! l/ [6 z- x; o" f1 x& X
: H2 ]$ u( z3 ^  z6 n) ]- L项目

pH值
( o2 j; h3 e( N) K6 ~6 t
COD(mg/L)
* X/ [6 z5 A6 ]' N8 ?% a+ U9 i
色度(倍)

0 Y/ u) V/ i; T. ?苯胺(mg/L)
0 x1 ~* Y( A+ [1 a4 j, b
/ ]3 ^/ a) }2 V/ j. C
6 C; ]( Y7 t+ t. z7 w' l. _- v染料
- _; v& W+ I8 o1 _; [5 Q
& Y( j0 k# O' Q8 G* x/ G0 z3 A中间体
& @- S# B+ }2 i  j1 z
染料

中间体
/ J' ^9 ~. I5 r* G* O4 X
染料

7 X, ?6 l  j/ D7 V中间体
9 X# s! O8 P3 M% ~1 O  c- `4 T
. M, o( M% y2 U6 n& V; q/ P# ]染料
: {5 s& x, g5 }) l/ f8 e
' B  I1 W% d( r' j中间体
* c% I5 q% Z5 _3 w9 S) g2 @* w
; M) e+ _  u- T! V
原水

7.89
8 D5 ~% n4 m* |
5.00
, U; F' P& O# d- x& }2 A5 m
798

810
& V$ n& a1 ~9 D+ Y' U
4050

  v: H% p- }* C8 j  o$ t/ i3000

' ~6 U+ s4 R" Z10.95

! B$ S' e" F: x( K/ m9.29

$ O, C  h8 b9 t7 B; w2 t4 j
铁床

出水

7.93

7.36
. w1 x. t8 L" K$ }2 x
786

791
) i# C+ M7 m$ k: Q7 B
2 a1 H6 a/ i( }  U. j8 W1900
- `+ u2 R* k0 M1 v
, b5 D0 f. |9 ^1000
3 Y5 H, `- ?) `% G; g! @% |
29.08

19.12


去除率(%)
6 {: X9 A# Z& M2 U+ O' }+ G
　
) Z( Y% S3 I9 U. [8 q  F
1 e* I" t1 }) H+ _6 L　

# I9 e1 `2 H$ q) G" M, X0 |1.5
7 Z- Q0 S7 K! r1 Y( C# ^
2.3

53.1

66.7

　
" k- ]6 u% u. T9 b, Z* l6 }
　
, q0 }9 |) ]  }$ F6 Q$ }" }

$ S" p- i1 R* e" ?+ R# C6 s气浮池

出水
/ b. U$ b8 |3 k* j( D9 s5 l+ O
* p7 f" `2 l# g- Q! I& X6 E' R# q7.56
2 c! m8 ?9 m& E! t  F
- \* T5 G8 Q/ ~  X/ v. H340
+ N; V" U' i& b6 L5 j% G  U# c
110

1.79


去除率(%)
( n+ X2 _! V. a+ z4 h
) i0 `0 b, v0 ^4 u4 o9 [6 G
! I$ i) C, c9 g4 T1 Z' `
56.7
& m; e  X" {( e. F# g3 c
89.0
3 c( X" C1 }' L& J1 j
0 ]! {" V8 g# y! \8 G& p90.6
! b" O, A' A( u8 N6 O

' T: `7 v5 M2 W9 B# r) h活性炭罐
4 h$ I1 W: t3 @1 D
出水
$ p; y7 j* A; v6 }
% b! h0 |! x  [6 L1 M6 q8.09
+ n4 [3 r( ~& s1 L& c( f
141
' T9 l- V' e; S& [% u
6 _* A9 D( N  _11

0.22

/ i1 N; ^7 t3 |+ ]6 v: G, H
去除率(%)
' O# B$ |" c/ g% L7 F: D0 g4 p


3 Z. j& j) _2 o58.5

/ ~$ }. S( |' F90.0
8 f/ f) D$ m, }% F! e3 l, X
; Q) N" m# n9 x/ I" [, G& ^, t87.7
, M+ H4 p- M- c" M  z# u
: Z7 X7 C0 @7 w# L6 e
总去除率(%)
9 `5 l0 p5 F$ f; _; ~
8 {% X0 Q9 [/ \3 u9 G　
3 m' F' k2 A4 D+ ?+ s6 V, C$ K- h5 y
3 W0 o' y- Q" M5 S84.0

" P% A, f! f! f5 c( n. u) }2 c6 Q2 v99.6

97.6
0 D0 [  V+ r! b# a/ x

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。
: W$ x8 E/ `, U, l* I4  经济分析
$ f9 ^3 H& t7 t1 d3 O　　 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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