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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5 Z  Z3 w8 ^' e7 @! p3 h         
              
                          
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  d2 N2 y) `( s# t1　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。
# A6 [8 w- v6 I( |8 V- D8 t( e! }0 W2　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。
4 b& H9 S) ]4 r1 c3　处理效果分析
$ N. U; E5 [8 c' N; P* X6 M$ C. t　　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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. ]) X( Q  y2 L3 p. L3 ?; O0 i) Q项目

9 b+ u2 I  z& a9 i8 lpH值
' @5 `  K6 q' r5 ]) a- a& ]( R
COD(mg/L)

色度(倍)
: T" I9 u) b3 R, |3 T! T
苯胺(mg/L)
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2 U: m3 D7 H  T7 Z: i
染料
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' Y* C& j, f# u5 J  E+ [: O中间体

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7 o) |3 R1 f6 ~( \  f, H- K  P% ?8 ?
中间体

染料
7 R3 M2 I; Z1 _( s+ Q
8 v* y# E1 u" C$ S; Q% I中间体

染料
( R" Y/ }3 z0 S! i; P8 U
. e7 s& ]! D: U中间体
; o$ p" U& a% s, S. d& T

4 t: [) Q/ `- @% I' R; D原水

7.89

  ~$ K0 K& S, r/ q" v) Y+ }5.00
( ?& M: F- J% K, T( N1 S" g
% v8 b6 |( F) v9 p  `798

810

4050

3000
! P$ e, k+ i4 V; X2 N% Z
10.95
* |+ |* I9 x, Q  ?, x0 k) R
9.29
5 Y( e& h" W1 i' T

8 Y; X+ X0 y% W1 W- B7 w铁床
! i; Q: M, L1 A) i3 q
! I* Y" d! `6 f' |出水

7.93

7.36

% G% @) V) Z* O786

; [! K% A1 v; \& C3 O791
  p% W4 U7 h# Z' R5 P( o5 e1 T
1900

! B7 }" n3 n& m" L1000
" z, j8 @1 j; t! h: v6 j
29.08
4 E2 m4 q9 N9 S% Z3 s/ z
19.12

/ t$ T+ ?* u  j- c4 Q; e+ X
& f+ v' o, v- h0 z8 m去除率(%)

1 I. v+ C4 ^5 b　
0 \5 O; V. Q$ z. r8 P. p
　

1.5

2.3

) V) I# X$ `! E! e3 L- [53.1
4 r3 {& U, C: {6 D0 ]' z0 c
66.7

　
* M% d& p8 f1 a* ?
　
, W2 E  r6 ]" T$ d: G) G

气浮池
9 Q1 C, M' z6 J. S  P0 N& A
8 k  d9 d( G7 Y2 Y出水

7.56
* q7 O7 V/ c0 p+ ?. N
* `" V0 R" H, |340
) g' M, z. C' {4 ?  _( J
; ?* }. B0 |2 B0 D110
1 O+ ~. U1 }5 b7 v; {" W9 U, s) O
1.79


" H% I3 N& Z1 _3 S去除率(%)

+ i; y+ k0 ~: H' o- ]5 X1 Z' M
% u/ t+ C9 L6 J
56.7

+ M# s2 i1 ^0 t  Y7 {, m: |1 J1 ?. m% i89.0

90.6


活性炭罐

出水
) D. k, s1 e, ^! X+ \% V
5 g0 `! Z/ B+ e" \8.09

141
. P; q& M# R  A
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0.22

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* a) L' T( X1 J4 H; D! r0 c去除率(%)
/ u/ @: f2 S% v1 C$ t: E, B& ?


58.5
: j# w8 I0 C" ^" @& V
90.0
3 q; B6 A/ _; |0 R5 P* M" A
87.7
- [, l5 L3 A9 S
: p2 I& j4 {$ R
! N: G6 c$ J& t2 l) o总去除率(%)

　

84.0

99.6
$ D6 k8 s4 a' _# h  P& D6 p& R
97.6
* ?0 @- c+ i: C! R& @

6 r( g0 y* {- w7 I( R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。
4  经济分析
1 H! q; f, A$ r% f4 `8 m/ F% r% T6 d　　 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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