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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9 |* ~6 p- u/ N' U         
            
              
              
                     
         
         
5 W' }. q1 B: o# R' E              
                          
               


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1　原水水质

/ `" H' p, F5 f! g　　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　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。
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9 x% M3 I8 r8 q* p! v, y; m2.1　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。


表1　处理出水检测结果
. g7 f3 z, m" N' W" x( G1 R3 G


$ C/ W/ Y, O9 R8 }- g- G1 o2 c项目

( ^( b" I* b( b* E, |- M0 VpH值

COD(mg/L)
* g/ t' @. f3 D
色度(倍)
- p/ b# M$ K7 r/ K/ E7 }
) M) }, M% ?( Z  }& p- s苯胺(mg/L)
5 `: q/ s$ A( z* F7 h
' c0 H) Q5 K2 B
- v. W: j/ \* k- Y, J. ?. b染料

中间体
: q7 ~: t; L; y2 w; x  S7 Y
染料
  b, D3 ]3 ?6 ^1 B: {8 P- Z
中间体

染料

中间体
  c! W! u9 l2 a- z) k
染料
1 A; f. {* x+ O, J
; ^6 ~- B; L  d3 x# E, S中间体


) l6 o) z9 G8 N4 O# Q& A! p7 ~原水

/ I( U* v% m: c' L# _7.89
, b5 ?2 a$ o5 _. I9 r8 g
5.00

, |; R9 `3 `0 r1 K* h798
% f4 ~( s9 D: `# P, U  c
810

4050
0 u/ v; I' u) c3 g) o
! P. |* A- E) K8 `: q3000

10.95

9.29

$ Y1 v, `& w3 C4 ?0 L
+ {% p  ^: W% Y铁床
4 l4 Q/ k$ Y) v7 O
出水
3 o2 M5 R$ Q! ~+ K
: r' }1 S7 {$ h7 J) t0 r7.93
; l0 R% n& N0 s
) S# W! |5 k% S: ^) P1 m2 x2 R7.36
3 u) Q1 r* _; `' q
786

791
6 |  [5 U. m" L3 {5 k$ Q
' c% |6 S2 r' q8 v* M8 I0 q: f) S1900

: J) X' F$ H$ i; W# s1000
  B9 H( f; `! @, O7 W; M! b0 Q
29.08
% B& U% g1 H- I( Q' H% p. q
: W( e! A* W8 v19.12
( w8 a8 n% T# L8 @: w

去除率(%)
: C+ C5 n- H8 i2 J: R  j4 ]
, i- w, K2 W) {) C: t　

) r% m3 b) k9 A  {  I$ Z& j　

1.5
9 E/ Y1 l# O* V* I$ H
2.3

53.1
5 B0 U( b3 d) a6 p
5 M' b. q: @1 x" {66.7

* {$ v) c; B+ d* Z* A0 P9 b　
" h* t% h: j, j' U. U$ c; Y
　


气浮池
. X! ~  O0 I; L: N! M" O" m/ K
出水
. r& f5 h% i' ]5 a
7.56

. O+ ?( `# R5 H: l( A( J2 R# Z340

110

" P6 |! E, I1 Q6 F3 g1.79


9 U4 S$ [2 Z3 S: V去除率(%)



56.7

89.0

* c! x/ w( n, u5 e& G7 z! Q90.6
4 T5 [7 k. T; R
4 J: u9 c2 l2 v" t& A* o
活性炭罐

出水

8.09
# @3 V5 r" O0 o
5 x6 E, U! ]: {0 S141

11
$ J' r+ _( H) K) b. w7 n
- I( R6 b% o( O) ?% ~2 w0.22

  U! \( A% {2 x" D1 [( N1 \
) t4 @9 [6 v; W1 A去除率(%)
) L5 z) K. z; L2 U* k


. N: ?+ N" l3 U4 d! g8 P! r4 M6 L58.5

90.0
7 r: ~2 x- u, a% ~( J3 y
$ w0 g  U% \2 V/ `87.7

8 r8 |. W. h8 i+ b9 J9 |
9 M. y% o5 [6 L3 w总去除率(%)
2 |) G1 M& a& w7 H  i7 ^
  n$ R' N1 P/ N, U2 V; R- s. a* D8 F　

  B' I& I: F' U# b84.0

! h: }* j0 t( b; E. V6 {5 J# ]; K& h99.6
  F4 J! a* u7 R; O& [
97.6

7 h5 I3 N/ F  h( _# J3 A! I0 b
4 I* n* [. v) B4 r; q& P% n: L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
' \" n5 T( A! }- |　　 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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