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
        
               
         
            
/ Q- i% R& U+ V$ a! f# m, B1 a# [              
              
                     
         
  \; L1 J' S! S# F/ {! }         
              
                          
               


$ A6 j6 E* M: g6 N" ~
1　原水水质

" V! v; n7 c/ v　　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。
( N5 r/ A2 G$ _7 u& c2　方案的确定
% [5 |1 }2 U+ C, u0 @; J　　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。
4 e, N& b+ [2 ?
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。
+ \* y# m  g3 n; D0 r2 ]7 D3　处理效果分析
, g, Q' C/ W% Z　　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。


% l& W' `1 L0 n" |) i( m表1　处理出水检测结果
6 v9 O8 B7 c/ E6 w; S7 ^5 M* u

, W& \' e4 m) F/ A% z1 K7 U
8 e) x. w* O' Z% M3 J( O3 O4 d6 i项目

pH值
: {- _# `1 `5 @( a9 ~0 c
6 Q; L! A+ M* \, T7 c" GCOD(mg/L)
- ~1 K+ \. `" _8 L
6 g1 P5 H6 _. c9 B* s6 v' g色度(倍)

' e4 H; D/ S% |苯胺(mg/L)


染料
/ b3 h5 d8 y" S) X! ^% b
中间体
, S5 H  }0 }9 S$ m9 r
( m5 b* j- w: g染料
; y, [  T7 R1 V5 \7 a! o( }
中间体
9 |. w! v2 e3 W6 z6 b6 `
5 ~' ?, g, }5 k0 Y4 z+ b. \9 ?0 x染料
: B8 W7 ]; C. C# g4 T
/ d, R' J- c3 g1 t; x+ @4 H中间体
" I+ t& z8 Q& B! L( u- I
& u! g  N+ l4 i染料
0 i6 f1 G0 w! l
中间体


原水

/ F' D6 _% [, t7.89

/ ]3 T( g% l3 x4 ~5.00

798

810
# j& l; v. W% C, _$ @  f
4050
3 n/ a) d) Q8 A& w* ?
% {" ~5 s0 u4 A5 l7 Z3000

$ Y) T% Q+ a2 X! x! m- u10.95

9.29
! {5 E& g" v  u" _
+ O1 ]* m  [+ y  c; |) ?  t
6 L- j) Y$ |: t铁床

出水

7.93
, I0 r4 Y" W2 j; h# X# j
7.36
: j/ |1 c7 |  N  I2 M1 t
3 R8 F7 {( X  _' n) x6 u786

791
4 b; R, ~; m6 Y( o: @7 n
2 U2 v7 K+ P) R0 S7 K1900
5 K5 ^* c9 s& e' Z
1000
+ e! ~! I5 g3 `$ @1 j
29.08
0 I' h. A; ~( ~' k% D$ T' P
) o9 r" P1 {7 ^19.12
- |  v: X- u  y' o/ O" N
' ~0 l( @- l- ^$ m* q
( w$ w1 b/ F6 o; p8 w; e( P0 d去除率(%)

1 a: B' E% J  W　

8 G: Z+ @0 l7 g' N/ R　

1.5

- l5 E( T5 {! T/ }, W2 E$ A; }2.3

53.1
. h: R2 r& h9 ]( }+ P& A( N
66.7
7 v* L: d7 d* {8 `# m
　

6 c4 J) A9 e2 y3 B% a　


: N, V9 r& e1 U气浮池

出水

5 N3 P' I8 Y8 `& @7 p7.56

340

0 r8 Y8 i* x4 e2 D. K110

1.79
& ~+ V& `7 B; e6 U8 D7 J# s' ]* w2 x
) y. ^; {3 r$ w6 V1 f( R* @
去除率(%)

4 ]3 D+ m7 o/ W
6 A) A9 Z5 d. i/ q
* A8 y+ x* b# O" P56.7
+ {# }0 x' t* y  \
& N9 U9 H: F. f. K) j8 F% I) W7 {89.0

# @0 L5 h7 z* ]+ n90.6
0 r% x6 k! P% Y* w
. }2 F8 ?) Z. t5 v& n  v
活性炭罐

出水
# B; D5 |0 e/ \- z
' Q, w  `9 Z4 [8.09

: T6 f" C. x' p, ?7 t6 W# T141
$ ]9 A+ ^; h0 ^% G3 ~7 w
11
2 i$ V, N- }7 h0 |/ b- g1 o  `0 `  x
0.22

7 {8 n# w( o$ I/ {+ Y
去除率(%)
3 ~6 ~+ X7 R8 s* S
3 S+ y5 H/ ~6 I9 X& h9 h

58.5
, ~! C. b1 k3 p
90.0

+ X6 ~. a. H; g* i. h( T1 b% x87.7
5 d: b; x$ l' T, L9 B
* X& x  [3 e' ]! a+ U
5 e! O$ O1 r  y" T' s/ h( w) A1 V* w总去除率(%)

! f" d2 T: @" o4 a　
8 [9 H4 @& R* }! ]1 O0 m5 @
8 J' }+ J0 D4 a# _4 B84.0
) U8 c0 Y% K+ S* K: X
99.6

97.6

! Y) t$ j, h  v4 Q5 J( N
注：表中数值均为平均值。
" @, p3 k7 ^) K& ~5 }/ x& k7 D; L5 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。
- l4 Y1 N4 |( f9 M4  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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