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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  |/ U/ G* I. F5 E# k6 x4 {( w4 E, b1　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。
7 E3 k0 o1 d" B2　方案的确定
  |# w1 {, D, X! f　　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
　　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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项目
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- W4 g: B0 @. P, w" h- i5 hpH值

% k! f) G" l3 H" h1 e, fCOD(mg/L)
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色度(倍)

苯胺(mg/L)


染料
  C& f0 o+ d! g# `* M7 p' u
2 X& A' c3 v9 Q: |# {中间体
4 e( |$ N; I5 S$ p" f
染料

0 z, A$ M' W0 g2 r" b3 T% E中间体

* r+ ?# \) M  \+ p7 k  c% z染料
4 o) }# D0 @+ O3 I5 I# v
中间体
* B) Q9 Y9 _$ |! Q) S
7 v. W4 x+ F2 j( J1 @! W) r染料

3 C, t( m3 p8 Q2 n/ Z: ~7 {中间体
  M4 L  ]( ~! p+ v; Q

原水
2 f: E* Y2 p" [  p1 C0 k! r/ i
7.89

2 V  h* n: D, b  d! Q5.00
6 L- h- r3 P; G! ~
. I; ^" S( g& G: Y- @7 H% y798

810
3 X. g0 V  G8 \: M" K7 n- L
4050

3000

0 x2 \; H1 q) F8 c/ N4 w2 F10.95

9.29


5 ?" g" B$ h$ a0 l; l4 S铁床

出水

7.93

7.36
' u; p: w% m- @
786
% v& ?! F/ F* h
791
* H6 `% h3 R$ q! t7 O7 k
1900

1000

29.08

: g+ k; s8 u& g' t: v. [0 O4 J19.12


4 M$ k5 |( X& U2 f& q9 I去除率(%)
6 v  J7 m9 y" N/ X. _6 @) [
　

　
) T6 `; T+ g+ a. ?* x4 [7 e
1.5
) X* x" l/ X6 D/ Q
2.3

53.1

66.7

　

　
9 Z  N0 J1 `/ w. |; ~/ B* H( t

! Y5 {' k# {  g( K. d7 H气浮池

$ d  B$ I" r5 u% ]0 n- z出水
6 y- W! a6 x, C% _% |
4 i1 g. j( g3 i/ ?8 `' \9 M7.56
8 r; s' _/ g3 i
340

110

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4 ^8 N6 U; N( M% ]7 ?5 g( U去除率(%)
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/ n6 ?- M+ r7 i5 G
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2 b4 j8 ^0 h6 I2 g8 X/ D
89.0
- b7 D! S; _3 D" B
90.6
# m$ z6 K' x9 y

! ?# F8 i" \6 R2 T/ o3 B$ N活性炭罐

出水

8.09
3 y5 g, N4 J/ j# i
' b" k* c( ~6 d& \141

11

0.22
6 `$ {4 d$ [, c+ m$ O$ A

去除率(%)
7 n# O( y. |, d! X, ]
+ o1 w# e$ [8 `+ v( I
7 F; Q# M8 U, k1 [
58.5

90.0

" Q" K- U+ M3 [! d' ^! r5 S9 G87.7
/ h* E# Q) u  d7 Z! B; p7 C- R
0 j& }4 V1 a" _* p
总去除率(%)
- g' g4 q) P3 d& b
2 H2 c( ^" r; m, w5 K0 p, V+ V* q; X　

2 D+ B* N9 g1 u) a) A" f/ Q84.0

7 G& C" ^( X, t8 o( _  o) x99.6
6 \0 D2 n: X9 ?! I' d0 h* P
8 {. w+ A2 \% ?  V5 h97.6


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。
* u7 ]) m; m$ K9 A- q4  经济分析
* s6 b0 b  b5 G; v　　 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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