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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5 l/ ~4 C! v" i- a& q4 N1　原水水质

- F# O. f9 P! [# r4 |0 H& E9 V　　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。
. \% ~5 {; J2 ]; P2　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。
8 D# Y0 V5 p* F* `8 \3　处理效果分析
　　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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表1　处理出水检测结果



( h. L# F5 D! s1 I项目
. x* w) Y+ C7 h7 S' L) O+ s# e
pH值

COD(mg/L)
' ]' ?% x6 @( g) j4 Q
色度(倍)

苯胺(mg/L)


染料
0 x2 ?8 }( \2 X( v3 z  z
6 e  u0 F: n( v6 n, h中间体

染料

中间体
/ ]8 D3 B, n; \4 M% I# _* i
染料

% R: C) X7 \1 B& m% E中间体
7 }/ r1 \$ Z) M2 H
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! A! U4 S5 a9 q) l0 k6 @# B+ \5 J中间体
/ M' g; a6 n+ u0 h
" b) O  `& j/ |% B: r# o
原水
* k6 U1 T( ^2 S; b0 |, _% V
7.89
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) |6 X% h. V" r, ~' P% b' B+ f5.00

798

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3000
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, X  h. |2 B; l  g10.95

9.29
6 f( H" I: A# C6 Z* ^

铁床

6 x4 W3 e6 {1 {- t1 F. z7 d出水

7.93
! [- ~5 e& I$ y& K+ b5 I; j) W
" m; U: i- n4 g, O7.36
0 }* G6 p, v, e/ M( E' R5 e
786

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6 B& |+ X8 N" Q, p1900
7 ]: W* I2 z9 }3 s. g7 ^" V/ j
% s5 d* G$ v$ e& u0 u& A4 i) o1000
4 T, C' u, _# Y
, S  f- W: b" p1 q+ S* R% f1 l29.08
# N* n  B: B$ c/ q4 k" P) X
2 H' P$ u- F+ a- d% i2 z! h: S3 t7 w2 t19.12
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去除率(%)
* J2 a& t/ \/ u' w" G6 M/ V
　

　

! G: e) E* G! b5 T& j1 z1 X1.5

0 g% v$ D$ h3 m6 `8 G2.3

5 Z* X- _- h/ d% y, Q  _53.1
1 e  r2 M4 A4 c8 m; ]  u
66.7

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' _; [2 S- E9 ?8 z
　

% g3 g4 U) P' \2 e0 a) u
) a6 n  M' f: L0 o, d% v1 a7 m气浮池

出水
2 `* r" M# ^) Y: Y1 ?2 _. P" |
7.56

340

110

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+ }+ M' |( R- N7 R: ]* b" t
去除率(%)

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1 v% K* |) R4 f3 r4 C
56.7
# F+ h7 O; q9 d/ ]- H' Z( ], H
* X" t& x* n3 x3 F89.0

8 L% C+ t. b% Q8 g) F, w( G4 V8 @2 E# U90.6

; ]1 L2 E  K  k
9 T, ^$ w9 s! Q8 B# E( r" i( y9 I! ]. G活性炭罐

出水
- M1 A% R& \' m6 \% |6 B0 @  ^/ e" f
0 h+ ~1 h3 d1 g5 S; E! x3 Y8.09
% e9 }! b7 ?+ S: F5 E1 f8 c' W
141
6 M% }' q; K) ^3 C6 ^) Y- y+ V6 b
11
; m& ~6 E, R. F% U# x; u. j
5 n: h  M: n; y" v: N0.22

* z3 b: a8 _7 l- N' k* i
去除率(%)

" N! h. ?% i6 a8 o% s

58.5

: Q, Y+ H& J) h+ ]+ S" @: }0 O# t90.0

87.7


* o0 y1 I! A! M& V9 H7 _/ \2 u总去除率(%)

　

84.0
' G: F5 m! h: ~8 j
99.6

5 r! |- u" r& x/ K97.6
0 U8 H  ?" L! V+ _7 y9 f

注：表中数值均为平均值。
" e: S. u4 Y6 k　　 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
8 a2 u; U/ F8 m- ~5 z! c3 C! c　　 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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