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
2 M, S3 C; }/ Z: o, Y        
  p* W6 U7 r8 X+ p& r+ ~               
2 N9 k3 ]3 m+ ?# G         
            
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7 G# U; P! z5 |" o$ [& T  T              
                     
         
         
              
                          
8 ~5 ~8 D, f7 p) P  N               
+ H7 R+ N* \9 [7 Y, v* j; \

$ @8 m# U8 P7 k6 I/ N
# j4 P) T% o4 m$ P; @  d2 Y1　原水水质
' s: i. b) s. n, q% X/ R* N
　　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。
: o& {( a7 B. y9 R5 d
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。
+ Q" \+ s- r/ o9 r3　处理效果分析
7 q$ z/ O* S+ e% g1 l　　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。


% i  I' {/ n0 q; s5 E( e) ^! D表1　处理出水检测结果
1 S5 T% j2 h1 X% D. Y& q  ~


项目

pH值
  }( J, r9 e1 U) z% y
0 ?* w9 |3 u( `# H* j, _COD(mg/L)
$ l. P2 C2 s5 ~$ U9 J! H
5 M. |, I$ M/ q$ |色度(倍)

& s% @- c$ f9 k- \6 t  D苯胺(mg/L)

$ S1 i: n! q! @2 ^3 x7 b9 v
2 V1 b1 \* r; c& c染料

中间体

染料

5 w, R4 U$ M8 K! M中间体

染料
( ?4 Q2 }1 W  B6 _1 x! i
中间体
: Y( Q/ W' V& Y3 b6 [% @
$ J2 d, |  x* H: {- [. Y染料
, t0 I7 @8 V$ S- h, f+ [
4 ?) }+ R* \' s' V$ Q: K# f% A中间体
! y/ v$ T+ e" L

原水

7 u- \$ r* X; k# u0 f. Q7.89
9 V' z+ Z3 F1 ^% ~% a" `5 v
5.00

798
: g7 H2 L( S3 y7 [& h
810
, s4 L/ P1 g) m9 w% R
4050

! P1 R+ }  G/ S! X0 X$ |3000
: _$ e/ S/ J0 f, Z+ D* u7 u3 r
; ~+ h" e. u$ W. ?* o5 w% K* d4 S10.95
: g9 R$ Q% u- r
; x/ J3 N& h8 ]. G9.29
  X1 E/ ]/ j7 g7 x. X2 g

9 t/ X9 P2 ?% K2 t  `铁床
; C5 q3 h  R# _! C2 p' f5 ]  J) v% a
2 [, o2 E% }* t2 s  {出水
* g- j$ C, b8 L' u7 T. m% }  T# b
; B0 p$ i/ ]) t# ?( t: V& @9 U7.93

7.36

8 ^8 @! V: \( ~9 F) i& S$ _786
( h2 `2 ~0 I" D5 w
% u- G  c, Y4 m) E# X0 e, B  o791

7 Y& y# W- P3 _% x# o- t, Q- I* S1900
" j/ G4 I  y# _1 r# D
1000
& j6 u' D/ K% D  \7 f& D9 z- E+ G
29.08

19.12
! a: F. T  y7 u$ v2 U$ P: ^& P+ a+ A
3 m7 m$ ], P7 g$ U
去除率(%)

- a! _5 D& l: Z  \; }　

　

1.5
# o  Y5 ?  F5 Z6 `
; G! p3 d6 O$ N+ Z/ L2.3
) f9 Z4 q  E, K
  b& L- H: c3 H; |53.1
9 O; f9 S/ @% V/ a
& e7 s) y% W, v# y( Z) \66.7

　
# W# A' Y* ]/ Y+ [! ?/ V
" h9 H) `( w/ K2 E　
# G4 P' p1 c& ^5 Z% m& q0 J
! L7 Y; [+ C4 D: y. G8 e% v7 o
气浮池

1 A  g( j3 D: K. {出水
& D3 Q) B' S* z. _( C  p
/ b- b4 {* O8 A7 X3 H  }7.56

: k. ^$ X9 H' u340

110
" m; ^! r4 h! w! p( M0 G: ^4 J
' A# `& F0 d4 C! @1.79


去除率(%)
" f& k) W$ W2 j$ e4 K
* H" H, d5 T6 ~) U1 r7 Y3 }6 ]7 e

: f6 c9 F7 T. U3 S# W56.7
7 o7 y* g  {# P  U
89.0

. A. j( G' f& z90.6
( A' E2 ^% I' A! F/ A+ x

& ^+ [3 Q1 W/ e- A4 v  @0 G! N% K活性炭罐

出水

, m8 M7 ~( I" Y( ?2 U9 w! H8.09
2 y( Z& B) Y) d
4 l% b- u8 }, B5 U3 P8 q% v: e* X141

11
  ]- B" x% J$ d3 C% J, Y
0.22
# y  b8 T1 ]( g& ]9 |

' i% @) Y: p2 o8 i去除率(%)
+ \/ a/ U" g3 t5 l
9 y0 ~# S3 D  N

9 c) p% ]& y7 E+ @3 r. k5 b1 i' x58.5

90.0
4 ?: e6 K  q* j) q" O$ a9 D
9 W6 N" I/ [0 D9 O" \& e; ?87.7


总去除率(%)
  ]+ f: P( I' q( n: O
　

84.0

  F! g5 U% v/ X( _6 ~4 m* X99.6

# z( M) R9 h+ s: K; z/ n# y97.6
. \4 `% ~- \, S" Y$ j0 n
) T6 A6 \7 k' `5 E* T4 p
. o6 B! {, `8 J, T1 r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。
0 j9 o9 Z7 B* k! @6 Z: @4  经济分析
# k6 @+ O& X& u9 G+ n) g- K( [9 D5 i　　 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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