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
        
               
         
( I5 K: U; {/ p0 I. N2 t            
* B' t& R! o# s/ j& V4 z- _              
4 T5 C. v7 z. U              
                     
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7 q3 K) w0 [( h/ d


/ [( R/ c* B4 f# O0 Q9 ~6 {" }4 K+ \1　原水水质
5 T6 Q" ?" V" a& t
6 z: B5 E; b; @: s: C+ E　　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
. s) s7 H9 K- `　　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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# {7 V7 X/ a2 ~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。
2 u7 z6 \: N. [4 f, p3　处理效果分析
4 |7 A& b9 k* m" \* {/ X% ?+ q' i　　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
8 a3 g, `) X( A6 ]) L6 d4 u& d+ N


$ |$ ~: h# O2 G1 R# T% L, Y项目

pH值
- H! e, B+ E6 U  j( S- i' N* g
( y# J2 b* b* L5 e& x, QCOD(mg/L)
" h6 B- l" s  w1 g
色度(倍)
+ F2 X. |7 D# r/ u
苯胺(mg/L)


9 G7 A$ N, E. g2 x染料
2 P$ g, v6 X: `4 c* g
中间体

* [1 V% K2 `/ A, m: c染料

中间体

9 a6 Q# G0 Y7 H7 B8 o7 J染料

/ |! r( m; o& z6 h' K中间体

染料

2 H* k% T* i1 R3 V中间体


原水

* Z; R& M$ {  E! i- z. T7.89
: A# ~3 Y6 Y3 i! H1 w/ ^% j3 z/ f* F
3 _( M7 p0 p+ l( \8 {# X; M3 \5.00
2 E" N  M, M  C/ c
798

$ W+ l& c3 |4 [810
' n0 a' a+ ^5 C% h3 O6 Y
4050
) N; ]  w; d4 S8 A/ M" G
3000
! I6 p# \/ G7 r
8 z3 x# s/ \/ M7 C' N10.95

# o! s% f, L& Q9.29
2 t0 i& A% y: E: @+ I. i

铁床

9 v1 I6 M3 _4 F6 U& Z出水
9 v; i) e- v% U, M7 a' m
7.93
4 n" X; V7 @6 |, i! E( C& n
7 u; n5 @, u" y* O' b7.36
5 Q. D) \5 ?- j) {0 {! l
786

791

8 e- p' b" W# m( V1900

/ O2 Q  g3 V- L/ D1000

29.08
. g+ w% y1 ~/ S
0 Z" V3 c' {' V$ M& T2 W8 S19.12


去除率(%)
8 _4 `* }: K$ j# V' n9 {( r4 t
　

4 N7 C, v) J5 {* S' ]( F5 O' U　
9 Y4 Q/ y/ X7 t6 f. F! b
1.5

0 }% J  s* f' ?. v) r- L- s2.3
3 d- `/ t1 w; X( R6 W; A$ p
53.1
7 F5 M# o% O) M( Z6 J5 @1 T
66.7

& J3 P1 ^) m, M% T% L　

- N. F6 ?/ K2 A" d6 |& H　
2 k$ d  H; L; I, V7 o* F1 A% e

, y5 p+ a: l* b气浮池

出水

, ]9 R- c3 x$ f* u6 J" c+ L/ k7.56

" x: e* r. k; H' I$ u: j$ n340

6 Z$ Y9 k  g4 @0 X' [$ }6 k( i110
  d: C; A: d- H; z( j4 E
1.79

  u2 u; X5 ?. z& Q! r
9 d$ U' k5 L2 W, O  i+ u2 i去除率(%)
) T+ c; q: c+ q) G% [
* Z' w2 L+ ^& D% }$ A$ _% R. _' A

56.7
% R, v" \$ N$ x4 f4 ]8 e
89.0

90.6

3 Z$ h( w+ j8 b# O
活性炭罐
: u) s7 ^/ p1 I1 i  V
出水

; f) x. x* g. p5 V% v5 Y, G9 w/ n8.09
% @, i$ F& f( b, z; @
* _/ w4 e) g$ j/ |8 R141
+ V; ~% |! M- }3 p( n- @
11
/ R; Z1 A2 E' T
0.22
, s+ I/ l9 q' k. h  i3 a3 v

去除率(%)
/ U* x" h" H6 a0 f. E


5 X* L0 m( j3 Q) j9 z& F2 o2 t58.5

) L+ L' [  ]- C% A# g90.0
& D& Y: H  s4 t; g* b* P* w! L3 Y
87.7


4 [: w8 S& H( i, f5 i& L总去除率(%)

　

84.0
+ F( g( y/ g1 k7 ]0 P
# r' m6 Q. o4 f4 ~9 C2 ]; ]99.6
8 }- t9 h& U! y
97.6


& l: F/ n8 }! q6 F3 A# Z5 s注：表中数值均为平均值。
! A& A4 N' p% J( w% @5 W　　 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。
4  经济分析
$ j& o2 c, a& {- n　　 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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