铁床—气浮—活性炭吸附法处理染料废水
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)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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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。
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。
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
表1 处理出水检测结果
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项目 |
pH值 |
COD(mg/L) |
色度(倍) |
苯胺(mg/L) |
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|
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 |
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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 |
|
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|
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。
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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