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
( f8 g/ b( Q# S' h  L% D0 @8 h        
               
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* [/ O9 p% i7 e+ a( s            
              
              
                     
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3 I$ {0 t0 M# _( i/ X2 ^; H               
9 _0 Q" e/ y- v$ j3 C

5 E5 D4 {/ p  f  l- _6 y2 Z. c
4 C# o5 ?0 P: H1　原水水质

7 v% V4 \& o# m" q% S　　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
* c9 Z( l8 j# r7 V/ ]0 i8 Z　　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。

+ S7 p4 W- M; Z" V5 I2.1　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
　　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

& R. f1 v7 s8 y( ?9 z9 |pH值
' A9 d! K+ W5 d, b
COD(mg/L)

1 C5 l9 \8 Y$ R( S" M7 a* a* N) [色度(倍)
* O9 s" w4 p, |3 f' `
. d2 N2 G$ q( B. O, L' @苯胺(mg/L)

; |5 E3 e/ s5 Q3 F
- Q5 N; b1 y! G! Q0 z染料

- e# ?5 g; @' K' A' e' y中间体

, c$ ]5 V$ {  m5 C: |& [染料
) x9 V+ R7 {0 |6 ?
中间体

; o; z  V3 Q& ^- q9 Z9 a$ d染料

0 e- y. G" `8 A* a- k4 }6 R: k' j中间体

染料
8 B! I, `% s8 R$ ^
+ P0 j) y% t0 y; s中间体


/ P+ L$ s( w# M) f# Q& z* d6 S原水
; G( P7 [+ Z, \- O2 p
  u$ Y: y6 e' a7.89
4 l, T, M. R6 E: p
5.00
3 \+ k2 j8 d6 b/ I1 C* ?2 U* }
798

6 [! }; p" ^7 E( ^* d  ]9 w" _  c: L810

4050
5 o. e$ g; X9 \
3000
; x& M; A" |: L) c, g
10.95

9.29


铁床

出水

! @/ Z& }& K6 y4 l1 c5 h4 `7.93

/ Z8 H: l3 V! J* D: b& g' `2 [( U3 Q7.36

786

6 W0 `/ u' {5 o; R791
. c0 s( u- X. [- B+ X
1900
7 b# ?; u6 t! p
1000

, F- G% j6 U6 t0 r( e29.08

7 k/ E) w6 S6 `# b6 ^% E0 r19.12

0 t5 e+ K5 z3 V! e! q, I
3 i" O' P2 q8 Z% ]- ]/ c% Q去除率(%)

8 w3 D: k( ?2 m- ?, F) }　
6 P: Q4 i3 @; O" L
% I5 O( z1 g7 A5 ?* G, ?　

1.5

, S9 c8 I+ F' a% W+ n3 h, ^$ P2.3

53.1

7 O# u7 t9 {, p66.7
$ e  V  B, @. }  n& \9 G. C  c
2 J. j; x' a% R1 \　
! n) C2 k  r/ j! O5 q2 t
- w1 V" K3 i) N: Z6 i# `) K' c　


8 B0 e% N: y  y: Q" A5 E气浮池
  M0 i- w/ o, `6 Q# J
& t2 C* h2 ~, U9 ?出水

7.56

340

, y0 N7 m- {3 w110

1.79

- L) E& a  c3 ~4 f9 w. T2 m' O0 O( f$ C
( X# q# k3 _1 F/ U; Y去除率(%)
- H% [: p4 D( c' p' H1 ?6 \
: x" T  A' }) s3 Z
6 X- K5 L- I7 E: f, y- ~
  |1 T) Z7 Z, \+ a0 v* z0 e5 q2 I56.7
  {3 B) L* l, c. L$ h" S
1 z0 a/ @7 @& Y: d% e89.0
9 _& z7 A: P/ m9 k8 q8 o
90.6
% O) j% ~1 I# n! ?
' B% q3 C; T  z0 v7 X& ~
活性炭罐
; ~' P, Z; K1 y; W2 o
6 K9 m# h. g; O) {# a出水
. v! T" E$ g5 K/ d8 ~
/ ]* k& H+ N/ l! D8.09
) R; h1 t& ]* |0 }( s& L
141

$ }# }5 F4 s& Y" Z8 K11
' T" @4 f3 P: I5 H
0.22
+ H( B) C8 A  |2 _& o# T. c

去除率(%)



/ i4 j/ V$ D5 b4 g, ]# j. ]58.5
8 F! y# Q/ F5 X1 n
' X6 S9 Q. ?/ s6 v1 b6 w7 F  L90.0
7 d' W6 W5 Q1 ?- O- ]2 r6 m6 U0 s
# c0 S% M3 K. f5 _87.7
/ A& U9 Y! V; e2 S

总去除率(%)
6 x$ \# b1 F$ J
　
; t4 z/ D8 r8 y- D
84.0
' Q$ S4 ], S# @: y
99.6

9 T# D1 h" w( H6 }7 v2 e0 z* d97.6
2 L. E0 @) Z' ?

6 u- A, k& y2 ~$ H注：表中数值均为平均值。
  V+ ~1 m( q( o6 t8 b0 t　　 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。
1 C2 T& o2 v# M9 B4  经济分析
# j: s4 q7 u# [4 Y' G　　 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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