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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9 \8 i: T4 a' o( I               

/ D$ {! u, d7 Z/ {

1　原水水质
0 d8 W8 y* A, Z7 s; a1 g! {" e5 Y/ y
" g1 @5 D. y' o1 g. g; m5 ?　　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
) Y* \2 ?* [! _& V2 w　　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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- y5 }9 b( G; T+ m* D2.1　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
; y8 I& b  q( A  R, j  d! ?　　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。

( L, B' m1 g$ }( P, q& O6 N
表1　处理出水检测结果
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6 Y3 c- a# S  V3 l9 T9 J
  L) {! Q3 H2 r; D/ y项目

pH值
: j" ~0 E3 Z% c( Y
COD(mg/L)
8 |, P  C, c1 ~* m4 P
6 F. J) H" Q' k色度(倍)

9 b. m$ P0 v( Z: n5 L+ S; B5 [; j苯胺(mg/L)

$ ^  L# M" U% G
染料

中间体

5 a% }) Q: G6 h' U: g染料
% o% y8 }3 j, K# ?
! e, Z! M: f. y# x* l中间体
5 f5 q$ b4 Z- B/ P- [7 d
' _% K* _! Q( i' s7 J% D染料
4 ]: d. \6 A- X! @; c
中间体
+ P* [6 G- z+ q4 _
染料
& i! m# G' H; _) ~+ b6 L6 B2 I
中间体
7 `) ]4 Q, B1 ?9 E
1 P4 W3 V6 |3 y, V- W
* x6 y" b: j' y# m原水
: c5 O4 w. _; @
8 F: i; g) N4 }+ b' t4 f/ {7.89
( l7 x; [; I# S: d/ A
5.00
' ^( h+ w! a  \3 P6 u' ^7 H# F4 Q
- O  _, ]9 B: H8 r798
9 T1 w" v) G! A( x
! h7 e1 P4 {1 A2 c8 L810

4050

3000

10.95

9.29
- P/ [- J6 {! B) M$ V  ~+ ?0 d

铁床

出水
4 J# i/ K0 J2 E2 y& K
7.93

3 `' B$ b% u. ~. N7.36

786

791
0 C/ k0 W/ A* ?
1900

1 X; o2 E7 N# S+ C9 p' q+ W% z3 O1000
8 l7 R. g8 T. ]4 A: N
1 l+ z9 Q) [7 P' R29.08

6 l6 X, D/ B9 c2 `19.12


去除率(%)

　
" ^! R/ p/ c3 }- @( W
/ X6 _3 _$ U4 b. c8 W　
" D- s( n' e4 K
$ i5 r- l4 Z* V& W" Y1.5

2.3

5 |4 q1 f; \1 e' _7 j53.1

66.7

　

9 A6 O. G9 E; ~2 y4 @　


气浮池
0 s5 P# t" v4 F5 [2 h% P
8 u! Q4 r5 h* H6 B+ l出水

3 _1 n- A6 r' f8 v5 p7.56

' v2 z+ Y/ {  i6 [* I340

) j( G+ F: P( p. F. O; q110
5 v. J! l: {( W4 M! g1 }, l
1.79
5 I: A; |2 Z& y' q  q
2 I, I- `6 U  S, _
去除率(%)
" [& E: _! _! t* P/ s% O, h( E0 O

8 l! w+ p* ~  F) e
56.7
% j. g. [* b( Q' c' l5 c
89.0

9 s  T( l! Y6 g, b/ {: _# F0 x3 M90.6


活性炭罐

1 K% ^+ P0 s1 i3 s* C, N出水

) e" M( o5 S7 Z' a8.09
! G6 T& M1 D, ^7 K: \: h. J
0 v. G; b0 d1 N* h3 l1 q  u7 J( q# s; `141
# L6 P0 X/ j9 H/ E# S" W" a+ \
11
! |* \5 d8 p+ s
) F- `) D& t( `9 w4 }0.22
; N( ~, o. _. M; [4 w1 ~  G

去除率(%)
8 D7 N& \- m/ q8 I4 s  Q) c
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" D6 F; V0 t2 N7 H# I4 l7 g
58.5
" W5 i( J3 T1 ~/ l
8 Z: a8 ^4 N0 _" Q1 _( C7 Q90.0
7 L& ?, l) G3 [2 X3 Z
" @; r% L$ H$ f5 S4 o87.7
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6 @$ b- V& q! `4 J2 A# A总去除率(%)
+ c) t( Z" ]. k- X" b, ]/ q! N
　

84.0
7 K. N+ ~/ I, L0 e0 f" T
: K9 A! ~" K, k3 I& n6 d99.6
, m# y! M- H8 J; p! [
! Q$ c# K* S$ C% _# m! I/ [97.6


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。
7 A7 h3 T8 M  F* g2 p& M$ {4  经济分析
; w8 c0 `3 A; 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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