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
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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。
2 s- j$ e$ Y& t9 `. G! V2　方案的确定
) [+ D" H7 r# `; d9 u　　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
* _; @6 n5 a1 ^1 n　　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。


表1　处理出水检测结果

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7 G$ h5 I- l& Y; N/ v) Z0 g6 Y6 I
项目

; a9 I" e7 h: c2 H' v" ~! VpH值

7 F. |/ ~8 n. X  y, ~: Y( }COD(mg/L)

  K/ J/ G" f( K色度(倍)

苯胺(mg/L)
3 v1 C* d1 w9 _
; c% A. z: H# R/ Y9 O: P# q+ L( c
& u! l  u. t+ p, C3 `# F- I染料
" {9 D& s* T* D1 X
中间体
9 ?7 k7 G; z7 ?) D( J' _
染料

6 Z6 _* y6 }! k2 @  I. V中间体

染料
5 }4 X  t: B) t6 V# e) U
中间体

染料

1 }. m9 L, S# j) [9 G: x, o中间体

) ~' h2 f) W& {0 Q$ C2 x$ \2 P
9 H+ L: |* F0 |9 F3 _+ m. x) Y原水

& W- E# c. C0 [2 O7.89

5.00

798

810

4050

3000

. I. i) `4 b6 O9 F10.95

! w4 T+ G' s! Y/ j7 n! h9.29


铁床

% E' v8 c5 l9 c$ j9 T! q出水

4 f7 U% g% v8 J7.93
5 s' L) t6 k' W' S+ w
7.36

786

( k6 _0 C- Q3 h791

5 e9 u! @! j0 m1900

3 q% J+ O1 O, k# ?! W6 l8 y) r/ y1000
1 b2 H  s$ e& M
29.08

19.12
+ Z4 }  S' ?7 ^

去除率(%)

7 m! `0 K) s9 U; ?3 y　
4 A; C3 R* L( u/ {- {
　

1.5
/ k0 L4 {% A* j
2.3

4 H6 |7 R3 |# B: G" O8 |& d53.1
1 z/ C. l/ t6 n8 ~5 N, x
, b- t0 R" G- D7 N: v66.7
& ?3 U4 ?4 K7 K1 a8 ?- S! H
　
" p% J( S8 Z0 P7 x' q* n& l
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5 B  {" k/ g0 `1 E7 G
" m; s9 V# F3 ~9 R4 ]3 u9 L5 a
6 e) }- G1 I' h: k( Z+ i气浮池
- }9 a& e$ Y. I- r
8 u1 B# K! U$ [) d/ |出水
! O# g! n& m3 l
( @+ l2 R3 r. I: r  e# S6 f# A. K7.56

; e0 b( `& |# ?& [340

110

1.79


去除率(%)

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/ W+ n  B( z: R* c. ?56.7

: d" S8 q6 s8 V% G89.0

" W" B) y+ E! j) n& F$ X90.6


; i  x8 K5 N9 R' o6 O活性炭罐

6 |  o+ ]* l& S  k* H) k3 [, N出水
' z+ J$ E: V% o3 \5 f
8.09
% }" N! L1 b: L1 |  Z8 H$ N% O
141
4 t; g5 w9 Y9 S4 Y7 {+ E0 C
11

8 l8 ~! h) O4 y0.22
3 Q% J, i: c+ @% o

$ ?* i8 d8 s  I7 j, r; C9 v去除率(%)
/ Y4 I. B# U8 ]  B8 {9 p
6 |1 E8 J* a$ x, M: [

% l; ?$ }7 {" u& ^1 ?! c- ]58.5

+ B% f" _, g5 T7 S& U" ]# b2 Z90.0

87.7


总去除率(%)

9 A8 W: K  I+ q5 W3 \6 I$ g　
# u* G0 ^1 n0 Y
84.0
4 x+ @8 w- d% x8 s7 ~) T- J  M6 I
# g$ y! m  [$ T' m# d, X+ n/ P3 `99.6

97.6
/ T& m- X" J8 P* M- k

注：表中数值均为平均值。
. ~+ u: p& S' S$ t6 U. w4 K+ i+ e: X　　 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。
" v! u/ G( w- @$ r: A4  经济分析
# k% J7 J) F- Q+ s9 ~6 O% N　　 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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