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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2 _/ W4 P( j4 D% a  q; x! `: C
. [- H8 d* n) t/ A# I; q1　原水水质
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: [! A! S+ K, W, D　　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, {, o, r( C; F' v2　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
, p6 g0 e, p5 X$ \* p0 P　　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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项目
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pH值
5 s& N+ b- F0 z+ x7 ?$ J! j9 i9 N
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2 \5 {3 u: v4 K# {3 t0 j色度(倍)

7 g) j0 E- ?% d# X0 s$ R& W+ L苯胺(mg/L)


染料
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染料
0 R: K( a/ N8 v. |% M9 F) U
中间体

染料
5 `* \8 x; d7 w$ Y! T
中间体
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' f1 V' I* Z, H6 }染料
, `; P3 F& a  h; m' b: H! P
中间体

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; [; h; f4 U; R; @8 M+ b# H原水

7.89
9 G0 `" I) {3 ?/ [+ a  E* K( A$ v
5.00

798

810

4050
( j* Z8 y8 e: E3 U4 N# G! W8 f
3000
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10.95
2 O3 x+ q3 V3 |4 C
9.29

% V0 F5 T3 y* [. W, _# l
铁床
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( U$ F6 @1 B7 z2 ~& L6 j& n出水
' e. g- `& [; h! `5 \4 u2 w% T
7.93
5 ^- M6 n& |1 Z; s7 i! x
2 D  ?$ K: C# v$ U6 A( _* m7.36

786

  ^  v! [% ~$ s  J% J791

5 q+ i; k8 ~: r1900

1000
- l  B/ D  g0 f1 I/ M
: a; {. U! k5 M: o, |29.08
/ R9 p/ r! ~" c3 y' P
19.12


8 T7 R% y5 A' A1 ]" Q1 o5 ^* P6 Z去除率(%)
6 o$ w) L7 Y; q2 w! f" _" ~
　

- d- w! e+ I. g9 H0 L6 P& S7 T　
: [5 ?- U% |8 r( h; Z
1.5

2.3
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53.1

66.7

　

7 h( e1 W( W+ b! y! k. j: m　
7 g* [9 q1 N7 U6 j% t
+ u) [9 p( R- Q1 j- R, r, A: z
; W& x! w, F/ }+ M+ A" u# d( L! l气浮池

出水
7 ~8 o  E0 s# _- w* G
1 _# f: c5 Y" A/ Z2 Q1 P7.56

340
, t8 N. _6 a7 Z* @% V- d0 \" y
! m* W* }. _2 d) G; b110

1.79
1 ?- G- z! U; i) K1 }: ?
1 H- P8 L  m1 @* w, Y% B8 ^: O
2 E, Z3 @3 u* @1 a6 P/ `去除率(%)

/ z- |8 ~- f- @: ?( b7 W
" Q" ]( ?) I( ^$ j) {" Z
56.7
& }! t% \6 v) H; V9 E/ h
89.0
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4 p/ |. n& d( w& }* J
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0 ]- g4 L: j% n+ C活性炭罐

4 V. Q3 w+ X/ Q2 [1 Q+ C4 g出水
6 U$ m8 \$ M" M
8.09
* t  x8 N- H  w9 J; P, u
141

11

: }. r+ O% _( V4 E9 |2 K0.22
/ v* S9 _6 W' W: [: u$ p
' Z, k+ _0 O3 d" `
去除率(%)
! L( Y, h5 i$ f
5 S9 x- I1 C9 d8 P3 n$ U
( n8 G, T; M4 z: X+ p+ C
58.5
; N  O7 E& i9 A9 P! E, C5 z$ E
90.0

87.7
9 \6 R/ A' Z" H, w+ O3 \
9 C: W6 U0 l$ i
/ t' f0 U! T" l+ y总去除率(%)
( ]! n5 n: w' h' t
, z) u, o  g- N/ i2 n! R' u　

5 e& @0 c* W% c4 @9 M84.0

99.6
: n& `( M  s' W
0 r; m7 Y) }4 q7 F) L97.6
& R: H2 f1 I0 [. L) Q1 H

注：表中数值均为平均值。
) p; _$ k1 a3 e4 `) ]/ M2 P3 i　　 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。
. z  A3 y7 r: k5 L/ x5 l7 i4  经济分析
1 n- d- @2 o: e7 t6 O" Y; ?　　 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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