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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/ f* l1 L$ @( p1 ~2 `1 U( [$ Z1　原水水质
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" u; g7 w8 ?% w( y/ n+ ~) U' J　　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。
. Y) u1 `6 K) K. Y5 f& Q2　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。
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) ^- ?# b/ H/ M1 M2.1　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
# y) A- i3 h1 g+ n　　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
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# \( M! n+ g0 N( s( B; G" i4 f项目
: }' [4 t/ b9 `" a/ R
" S4 `5 F4 J; w& @3 SpH值

COD(mg/L)
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色度(倍)

6 G3 _& ^; j. D" K: h苯胺(mg/L)


染料

中间体
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' M1 k0 r5 n/ D" |3 V7 A6 l染料
4 p& x# o0 q- ^9 X: k$ w! c6 T
3 k* _" \$ s. }! l! H0 t中间体

' g* z0 b- @3 ]) F染料

中间体

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) r0 O! g# s' \) t2 e4 p
9 T1 E! o9 G2 C: ?& [中间体
: d7 w* q' Z( q6 }5 N# D7 E

7 {0 ~' l3 c' i. Y' o原水

0 j6 r% G. G, `7.89

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/ ]3 T: M- C  V# n" @2 [6 p810

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10.95

9.29
" c$ H5 o3 _/ x8 h' m1 g3 N1 ?4 }

: l1 X! X) Z+ D5 F铁床

出水

7.93

7.36
) }& z! f( f7 m" t. G% c
786
" ^  J, e$ Y. i$ S0 a/ ?
791

* ]  D" n$ k. V8 Y% B; B' c1900

, j' W2 x8 i5 r9 b7 v  [5 M$ e1000
+ L  _0 W( |* F# t; T8 O% M$ d
29.08
( o/ f7 g) [4 J" |) {5 b
0 E6 N9 D. c" l7 [, V' f19.12

' S. s- x5 o5 Q  j
去除率(%)

  |  P0 }( @- b  c8 C* i2 P6 Z4 J0 X　
. W8 Y- O% `) b6 [# c7 r+ n
　

) k) [3 X: I$ e% s& i  ?, G- g1.5

2.3

: p3 c. Y5 B3 {0 Q, n53.1
' o. U4 _$ M3 H# l+ N, `% R' a
66.7

$ z. j; s, N) {3 Z2 Y2 F$ b+ s　

- s0 Y- W" k  l( n! j. M' ]　


) O, D5 b: e' X: C7 j& L气浮池
& P: x7 c! R2 B) m# K
3 v! {  `% O, b, ~' `4 x6 y出水

7.56

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110
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1.79
5 F: B8 K8 ^/ x) h0 Y# c9 U9 v

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+ d! d: C$ M$ ^; C9 a1 U( H90.6

. Y. e* d! h: Y; N/ `. A2 m/ v8 \5 E
+ a9 \# [+ X3 |4 t* Q: B( I8 j活性炭罐

' u* J# y% p. ]& E. t/ L- Y$ T出水
0 ?. L, v7 V  w' E( c2 W
8 j9 k6 K0 p$ _4 B; b8.09
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141

11

0.22


/ Q) B. T; |4 _' g+ D1 i+ n. j去除率(%)
2 U  D: ]. |# ^
0 y/ o0 x6 ]% g" U- R: f$ F

58.5

90.0

9 V( B; y7 f, a87.7


( e* v: W0 m* @" p! m. A5 E总去除率(%)

5 k: ^# @  R+ S  W5 u$ x( m　
# G4 s4 P$ t# ^5 _! m5 U% s! S
3 z! e$ x9 d6 L! y84.0

99.6

97.6
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9 C! a" X5 r. S' v1 Y" e8 [( ~7 A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。
$ N/ X5 u& p' l- E3 r* r4  经济分析
( [) d* L, L/ X% }+ g6 J  n9 u0 t　　 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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