铁床—气浮—活性炭吸附法处理染料废水

张守健1，聂文超1，王少慧2
(1.淄博市汇源环保设计院，山东淄博255090；2.淄博市智达建设有限公司，山东淄博255000)

　　摘　要：在处理色度高、含盐量大、可生化性差、组分复杂多变的染料化工废水中，利用铁床的微电解作用破坏原水中有机物的分子结构及性质，使后续处理中混凝脱色、气浮和活性炭吸附的处理效果更加明显。出水中COD、色度、苯胺的去除率分别为84.0%、99.6%、97.6%。
　　关键词：染料废水；微电解；气浮；活性炭吸附
　　中图分类号：X791
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2001)11-0043-03

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NaC_l、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
　　　　2^H++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 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。

参考文献：

　　 ［1］孙华，洪英，高廷耀，等.铁炭床、复合生物反应器处理染料废水［J］.中国给水排水，2001，17(5)：65-67.
　　 ［2］李家珍.染料、染色工业废水处理［M］.北京：化学工业出版社,1997.
　　 ［3］乌锡康.有机化工废水治理技术［M］.北京：化学工业出版社,1997.
　　 ［4］张键，季俊杰，徐乃东，等.铁、炭流化床预处理染料废水研究［J］.中国给水排水，2001，17(8)：6-9.

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　　 收稿日期：2001-05-15