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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1 ]' A8 u, ?% s9 A


! \) @; ^) Z7 g9 X$ u5 F1　原水水质
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　　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。

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。
3　处理效果分析
  i, J' f( x3 k/ Q& o3 Q& 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。
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表1　处理出水检测结果



项目

pH值
! X' o2 J% u4 u: d6 _
COD(mg/L)
* `& G- N; G- `) n4 j; P
+ V( C% l& G4 E5 C/ z9 o色度(倍)
) c0 c# J! i6 f  v6 S
( b, t  u, f+ s/ y! }4 S苯胺(mg/L)

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中间体

染料
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中间体
% Q/ }2 A. g$ N9 b6 K& B3 M
染料

中间体
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染料
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7.89
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& [# W# ^6 T$ Q
2 C* y, y1 X) D; e0 n798

% L+ I" l( B& ]6 }; T810

4050
1 J2 ^: t2 c8 P0 c# z/ P
2 J4 n2 J' m/ g: C3000

) S( I0 @& i: J10.95

1 ~- w# Y; O3 h* o9 A8 |0 A" J4 V9.29


铁床
- N& f+ m$ S# E! f, `% Y. [- c
出水
! Q* u4 `1 b* G8 I. x8 G
' Z% h* s9 G  H+ s7.93
: X* M3 C- i& l; ]! K4 [9 h
7.36
. Y* S5 p4 ]; Z4 c7 I  y# l6 X
" k  A7 g( r4 S786

791

2 V6 \; f0 I0 ]$ F1900
( l" s) S5 _& o9 p0 F
1000

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6 p3 w/ ~! B1 i% `' I
0 M, X- Q9 `2 C9 L( b19.12
  D( r' n" z7 O' Y5 P6 k  T

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7 r- B+ J  \6 _% J; d6 K
  @, y" t' i0 F# b/ `+ E& |+ ?. K　
" a! O1 a) Y% ^0 ^- y6 z5 Q
$ [5 e- H$ C8 m7 h. I  \) ?6 j　

1.5
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* t1 ^% D5 {$ n/ W0 F5 M2.3

53.1

4 d2 {2 r$ k9 x7 j9 E* B7 O3 T66.7

　
$ E6 O9 K( g" B. v" u2 b
　
  E7 K1 {7 ]' C  n+ S# z
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气浮池
+ T; g; A0 \( N
出水
7 ^& C' l8 X. Q- k/ R: D& Y, h
7.56
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8 n0 i) T& I6 Y6 b; c( W) {340

110
0 s$ A& {) f3 I+ k6 h
4 m6 j$ c+ a' x, s1.79


去除率(%)
6 B8 ]$ \* Z- p* o  ^+ f
$ Q' F) I& Y9 V1 r1 M

56.7

89.0
* C- L, _# X3 ?( `2 q# \
90.6
$ d; r1 @+ K' j+ z. v% i" T: z! G- `

活性炭罐

# U6 n4 q/ ?8 O: ~8 y出水
- K( G. D% J! v( z' T# p% h
, L, E% X2 s$ _/ q% u4 X8.09
6 R4 ]. {  r4 R
141

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$ E9 N! H% X& {5 U# N$ z; h
# V. R0 c8 y7 R; n
- n- y7 S( O" z' Q5 u$ g( z( ]去除率(%)
; W$ f6 N1 h* B! w3 a


58.5
* k/ a% Z) c# F
90.0
! t1 o9 ?  ]# j4 c- N
7 q/ I* c, B& Z/ M( H$ X) l87.7


( H$ p1 `/ R6 `9 h总去除率(%)

　

84.0

99.6

97.6
9 {" J1 R% e0 w) w. y. u4 e0 U3 s
& g. ?* v  ]/ s3 j7 b) ~
注：表中数值均为平均值。
- v- |% A9 ?, t% h　　 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
1 d( ?9 t8 l, `  ?1 L　　 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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