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铁床—气浮—活性炭吸附法处理染料废水

文章出处:admin 人气:发表时间:2017-05-26 10:38

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。

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。

 

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=H2
    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

 

项目

pH值

COD(mg/L)

色度(倍)

苯胺(mg/L)

染料

中间体

染料

中间体

染料

中间体

染料

中间体

原水

7.89

5.00

798

810

4050

3000

10.95

9.29

铁床

出水

7.93

7.36

786

791

1900

1000

29.08

19.12

去除率(%)

 

 

1.5

2.3

53.1

66.7

 

 

气浮池

出水

7.56

340

110

1.79

去除率(%)

 

56.7

89.0

90.6

活性炭罐

出水

8.09

141

11

0.22

去除率(%)

 

58.5

90.0

87.7

总去除率(%)

 

84.0

99.6

97.6

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。

4  经济分析

   工程总投资为97万元,其中土建投资为25万元,设备管件及配电投资为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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