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。
/ {& A- s0 W* b4 U2　方案的确定
% x: z& o8 i% D4 ]0 h2 z1 ~% o  N　　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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3 @$ I! J5 m; F4 W2.1　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
! g+ {* W! i* P( R7 U　　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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4 a" b, ~! @+ }0 s- V8 B0 T* v
表1　处理出水检测结果
- ^6 {- N* E8 Q$ a


0 B: C& z! _. H! i. F项目

9 y- J5 g) W; \: F* N1 wpH值

( `; k" i( R0 I* Q# Z& YCOD(mg/L)

, `! ]3 H/ I+ h' t色度(倍)
* v" Q# s' p, J+ a. Q
! \/ R! P. w! G! \  Q苯胺(mg/L)

3 ^5 E  n' q, D/ D
染料

  S/ Y7 s( i9 m2 t  g9 V中间体

0 T8 n+ |4 \! g染料

中间体
3 s( V8 G( k3 c+ N4 X
染料

中间体

: }6 k+ j3 W4 m染料

中间体

: N, ~; i: b/ o3 [
原水
; P1 @- D8 ~7 x, L
7.89
2 A/ a. i/ Y" J& X& C3 U% e
5.00
2 O& [# |) L7 w' L& F
/ X; g: ^" v& \798

  J& m# S2 j1 K4 Q810

4050

2 M4 a5 B; K. X$ L9 k3000

10.95
. o# _7 ^8 j8 E7 v" C  j( @, Z
9.29


铁床

出水
- r+ r* I. Q- V, b2 j: O( R) H5 O
7.93

' L8 Z, R9 l! T1 B, c% R7.36
- [* i9 k# H+ K, l0 H3 T
4 R8 ~' b, r4 _7 E6 A3 A786
0 P7 q# }% e3 B7 i) O. f$ \7 U
791

1900

# X# m9 d2 }7 _  V4 S1000

29.08

19.12

2 {. l- n. j4 u8 w4 ^) Y
去除率(%)

' x& {. {7 }. V' ^　
) T+ x/ |5 w; b0 n, _: V
　

  z* R0 A6 f6 X. C- R9 L1.5
' j% ]: I( Z$ a+ k  k2 b$ ]3 s
" D) o- ^  d+ b2 h' ^* `$ J2.3

53.1
5 [2 c% g: Q: D( N- N$ y
$ g* `# ~, o0 @: Y* v! C* p66.7

/ d1 U: X6 C3 y! z' p6 w　
9 F0 O- e. ~; U) h( j  ]  O
　


7 U' J! e& }% v7 `气浮池

出水

; {  |, H. C4 l5 O8 Q7 O7.56

( y4 q3 x7 W) G; W340
/ `) C- E7 U( D: X
110
; b: c+ g6 Y% z
1.79
* F) l' q4 g. O) }6 h0 P9 i0 k
% P" k# q, q/ f7 ^; P0 C3 V
, i( F; y" x+ _/ |' a; @7 C, R  ~去除率(%)


! G! R8 O* H9 D& v
7 T0 z1 v) {% d* C! A56.7

2 K4 P5 m4 |' c3 R9 ~1 x# w! |89.0

90.6


  ~: E3 c& {$ L5 ^, W3 C: I活性炭罐

出水

9 K; Q/ |/ F2 l" E8.09
5 v) f# l1 T$ q4 P5 _% k
141
: v3 L3 P0 P" G3 D
, T( N" j4 i+ X) y) J11
! x3 g4 \5 [. L$ q9 I& Y  d" U
0.22


去除率(%)



. J- ]6 F8 C! v58.5
/ W- h) }! E3 ~- R' s5 U9 W
90.0

87.7
5 [4 M( ^; j9 r+ c3 w' K
* h  F8 ^) i: t
总去除率(%)

　
6 t1 a. @8 ?% S" A' o
8 ?5 `# |* Y( o7 I1 l84.0
7 o; p$ @: {; O* p# a
1 C! m0 J9 A. \: S! Z( @- h99.6

97.6

6 e6 d, }) f; V$ b3 B9 ^
  `: i6 s: P0 z8 g注：表中数值均为平均值。
- Y3 q1 N1 F$ X; D! N8 l　　 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
, P: T8 `2 [- Q& _/ @4 M1 n1 Y; j- T　　 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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