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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* S, d$ @$ B% I# K            
6 v7 P$ o$ S" g" w- [              
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8 c' ]' K& O( [" {' n) l                          
% f: C* x" n: r: h, |               


4 E0 ~2 s- \# ]  e; @
1　原水水质

8 X* e5 h1 L1 u; h7 _　　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。
% R+ R: _3 _$ I, ^3 O2　方案的确定
" N* N' R( m- L9 C　　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。

% j4 `$ K  ?" R2.1　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

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pH值
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' Z/ l* K; i4 W' |7 l
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苯胺(mg/L)
( X% D! k9 l- c3 X* O* P

* `1 `6 l; _( f# s染料
+ k% J* Q' B, B% T
中间体

染料
. A* H9 C* B7 H+ s* R- L
中间体
0 E/ I3 b% ^& e: U3 R
# Y) n0 W  S2 n! @# w3 X5 ^& d染料
) ^) i( s0 z' ^$ S' F' r: t
. p0 O0 V7 V0 @# i7 K$ P8 h中间体

染料
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中间体
- ]3 f) c- X  M) E; B

6 j( k5 Z$ ~+ u& @$ q原水
$ ]& H7 Z( W; j3 B1 Z- s/ k
. s. _" _% _& {$ K+ e, d7.89

5.00

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4050
- l* n$ C6 a: E
3000
4 }* Q+ f7 [9 W
3 T# I, r0 Y+ d0 J& e$ Y2 V10.95

, p1 ^. l( e# o5 B  i* r9.29

: J* W3 r% V2 I& G( R- p
, S, E2 c8 j: o$ i  E. ~铁床

出水
. l* @! {7 d+ U( `  ?1 _2 {
7.93
; o$ i# _" j+ O+ ^9 q: s+ c
7.36

786

" Q( b2 `$ M0 W) q/ W" w: F0 l# E791
) v; Y$ d1 [2 D
8 ~, o% E/ S: P, m* e- n5 a1900

( O& z& s) w3 a2 Z& z5 D8 [1000

1 `8 O* ]) E  D+ ?9 }% x29.08

# j! j# J. E/ J: z# J; Q19.12
& ?' C; D. |& O2 R) x- Z# o( i: N

- C9 r/ r5 x6 ^去除率(%)
% t5 b: L9 R9 N- [1 z  u
5 O8 I2 [! X* W6 l7 J2 {7 w- K　
# o  t; s8 f- z3 t- k2 c; I  {
　
: m# E% S1 K  A! g5 a( E3 t
* Q9 c6 ?! H# N: k1.5

2.3

53.1

66.7

0 T7 i  V  s! K; `; H% n　

6 B( x+ d# b; _5 l　
$ l' Z# M' P; r# D* V3 N0 I1 ^9 p

; ^  V5 e5 D' J气浮池
# Q( i1 ^! E9 t* X& Q6 Y
( P9 Q5 i% o; |8 R7 l出水
" Z9 R9 [1 g- E* J
7.56

: T# b2 {2 f6 P+ z1 d8 k0 K, H" o( c340

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8 E* {5 ^! ]( d( Z
2 l6 c8 M' m  a3 a1.79
, I/ c. R' h/ T7 {9 Y8 L

2 h" a) j3 I7 v+ K& v去除率(%)
) C0 _& o% w5 g: L
4 Y5 M! D( |3 w: |; `

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; L0 A) c% D& {# v( _
89.0
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90.6

9 [  {5 N7 _9 Q7 O
& S, y" X4 I  |$ |, A活性炭罐
  L4 S$ l6 F, }; t
% x: x8 M  ]+ r: w' }7 m出水

2 z  b  D% l$ O/ I- R8 I9 a8.09
3 U3 }+ z; N* p+ Y/ {
* V1 j( A: ?4 a6 H& V141
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! Q+ r! e) ~8 ?" x& A11

0.22


去除率(%)


) m) ]8 q' W  u9 m
9 [+ T; P7 s. p5 }58.5

5 j6 {& b! H$ ]+ x7 R90.0
3 E* q7 q; X& U& ^2 L
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7 x6 g! r5 N& O8 T+ w$ [1 R* W

- i; S" n6 }$ ?. {2 O8 w总去除率(%)
1 w# [0 r* C- x5 V% H9 T
　
& O) l/ N- w. |8 x' D8 B
84.0
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6 p  b, ]2 |3 K
97.6
* b( A2 G# [& s( O' n" e3 F% Z* l

注：表中数值均为平均值。
9 N8 z4 h7 G2 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
1 S1 J/ i$ v3 ?  {　　 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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