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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4 v& p/ o" ~. R& N/ Q+ Z0 e                          
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1　原水水质

　　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。
  n+ X( a5 ^4 F" H5 V) t2　方案的确定
5 v- g- m* u1 y　　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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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
  {3 h: S. R( 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。

2 M# c. k- \+ M9 ~+ u
表1　处理出水检测结果

# ~* R. }/ }5 n
$ x: u. m" [1 c4 W% o
9 Y7 A4 G6 W9 W$ U项目

pH值
$ I0 ]- e' _+ Y  |  k8 z
4 f  Z# B- u8 f; kCOD(mg/L)

色度(倍)

7 n0 O2 O. k- @3 S' l/ I苯胺(mg/L)


& D' v( V' e" I+ j; C1 \2 f染料
* _* ]7 Z6 m/ b3 S
中间体
. v1 Y% n/ g( y/ z8 J6 o# U
染料

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染料

中间体
7 \7 X2 A+ F8 Z+ J4 Y
染料
6 w$ y4 c, G. U* y4 J
中间体
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原水
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7.89

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798
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4050
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3000
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铁床
) p2 Q- r3 N0 F8 i% L0 n9 |
' o3 N( _- T% G. w' A5 I出水
! e. Q& Y- v# `3 A0 w# @
. q  }2 }$ B* Z! W, y2 w7.93
" U7 e$ B: A+ G. Y- o# r/ X
7.36
6 `( J( y4 w" z$ ~% u" ]8 H4 G
786
# O, [! Q3 Q& s, c: r
5 y* l. h9 S) Q$ u$ Y# t6 a. }791
  u6 e# [4 A" ^( G1 C3 K: P: {
- G3 s4 x5 _! Z, }1900

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2 b. v, w( s$ e29.08
) d/ I, p7 w! n3 I
$ V- r% R6 B/ r# J- i19.12

/ G- P2 d* {8 \$ Q1 k
( R7 l/ q4 S1 j4 u) W- B; {9 I去除率(%)
( e* q+ O8 k* R: H
　

1 @6 Y/ b! L! B; r　

1.5

" V# d3 p# ?6 [6 G* y% [. B2.3
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1 a; c" A. ]& Z- M% |; M2 `7 i0 f: E$ c53.1
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& c  p, f: m- W66.7
3 R8 h3 ^' t" k8 y# z4 p' r
　

　

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气浮池

8 Y0 L, e0 _/ n9 H' v5 L出水
$ U$ i( a% @, s# d
% ^5 x( A- s( R% i) V7.56
, H2 ?- {2 C/ o$ R& t
340

110

1.79

& _9 R* E3 P# u( e) D5 E2 k  q
* T8 H6 W' N& l* @) C  y去除率(%)


) u; W5 h, U0 `7 Q- Q# k4 D3 a
. U2 P0 c0 ~1 O4 e9 z  y56.7

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4 z2 w4 K0 S' e, r( }$ k
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7 w; K: l! W) Z8 M2 b
& Y: [9 W8 Z: j
活性炭罐

出水

1 x0 ~2 g. s* K4 z8.09

141
  H8 ]8 z# g6 A. l; \! r
# r% c, I1 e: r. c" h6 a11
  I3 ^" x6 c* k) P. _  ]
8 K# ~9 k5 z0 y- ?/ a* ]0.22
1 w# m2 J0 j7 F  q* d6 S
$ {$ Q% s$ G( O5 n9 m4 o( s7 ]+ g
5 J8 e" q: N+ s# V/ S. S' a; E, k去除率(%)

) c3 R8 v) _+ C. W! W7 w" K9 M

58.5
* L4 \6 t* c* P7 o! v$ L4 I4 K7 M
90.0

2 T1 C2 l6 X, ~' d1 T* s3 z) Z  Y87.7
/ G; T; V" E/ C
$ q3 v1 _7 V; A: G% J; N1 Y/ r, Q
总去除率(%)

　
& f7 K. C0 i+ w+ K- Y0 w; D
84.0

2 [; g4 _8 B2 G  [$ j! V$ i" p& B99.6
" _' B( S3 A. K. F- V0 P3 c* l
97.6
* ^! D6 j0 o7 K4 k  x

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
8 [* y, g0 R$ Q/ R4 o0 b　　 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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