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　原水水质

　　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。
/ u/ Z' K4 D3 {- ~+ z8 a$ n2　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。
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/ _8 {3 X9 V+ X& Y" C& |% E2.1　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。
% Y" x# Y8 a6 ?3　处理效果分析
  M* _7 U0 d6 K  x% Q8 g' w$ Q　　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
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5 Y$ O7 l( u( b0 x. k7 f

项目
0 @1 l9 G: ?; Q8 s
pH值

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色度(倍)
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苯胺(mg/L)

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) s, W/ _7 T" ], r+ }染料

中间体
1 D8 a- x0 \9 I4 V% H4 g* z
染料

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  o% \- ?- `* ~$ J染料

中间体

4 R% q* r- \6 z2 Y# u染料

中间体
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原水
0 Q5 j6 T) }# d& Y3 \) p2 M) a, }0 I
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5.00
* k& X* J# t. G+ m0 ~. b. N
798

810

4050
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6 f6 u) b3 n' ]3000

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铁床

: N5 T; R1 D2 O出水

7.93

6 U3 F# V2 l" d7.36
( Q9 y- B- J& f- U4 ~. ?8 ^
! B2 R+ C! c- A& X7 G! o, ]+ f786
7 K1 ?0 h, ~& X, ^* a* z
  U7 z: g. m9 _7 c) [. O791

" r; k, l1 B# C& c) s" m4 |1900
' I! u4 x! H4 n: ?  J
/ r! i) G4 m+ A+ ]. h- a1000
- K. H. m, I+ J& ?
, E; p& i; Y: n$ H' g' E3 e, M2 W8 r29.08

* j; G" X# x  C) v6 W; m19.12


8 D# ^" x: r1 T: M- a1 }1 G: R) y去除率(%)

　

　

- ~3 \9 H# c  I8 ~' j/ m1.5

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53.1

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& t6 G  _6 P6 y/ v6 T
　

1 Q/ H+ ]8 x0 ^　
. }6 X3 J9 T1 r  ~3 `' v+ z
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气浮池
7 J* i/ p4 S' y+ ?: R3 a* E/ j
5 |( `/ v0 E' s8 n0 u6 ~0 O# J- S出水

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8 |6 x9 k# e# L% l: d! C
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1.79


2 n. f. w* w. \$ J去除率(%)
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: l: N) ?/ P1 @# W2 V4 E" x

56.7

89.0

90.6
- \+ Y6 g7 ]3 O/ g- J

活性炭罐
4 U6 F, L7 Q) M* }% j( `, j' W4 Z+ O
出水
3 d7 b; J* L4 R. F
4 Q+ R1 @5 K7 e& f  r: E6 u* N# \8.09
: e* K) r, c( x6 W3 J7 j
141

11

0.22
0 w8 _5 ^& N& }2 m) o' I9 w5 X
9 j" S( {- Q& }. v. d
去除率(%)
3 V, C; t* l  q( B- \

, I: ?9 @3 y6 T! b4 s
58.5

90.0
+ n4 `  k" `' y+ w# g% i6 W. g/ Y
3 i. x6 v. I* ]( v8 [. B. o  G87.7


. N, T( c8 ?: k4 e' n总去除率(%)

. x0 Z/ n' A3 v7 z9 o/ u9 b5 |　
7 i$ t2 S2 Y2 I. G5 [# [- w
' C# d7 {) E* o9 r" w! M84.0

99.6
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, w; q  p+ b$ @$ ^- v# W* y0 c( P97.6

* P( V, Q) d9 \6 h
" B2 s" V' I$ ?! |- f/ e; P' ?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。
6 x5 n4 x8 s' q. R+ o4  经济分析
　　 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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