铁床气浮活性炭吸附法处理染料废水.doc

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)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0.020.2)，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 V2H+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=H2OO2+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()的HRT为1 h，铁床()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78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 89781996二级标准，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 89781996二级标准。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7.895.007988104050300010.959.29铁床出水7.937.367867911900100029.0819.12去除率(%)1.52.353.166.7气浮池出水7.563401101.79去除率(%)56.789.090.6活性炭罐出水8.09141110.22去除率(%)58.590.087.7总去除率(%)84.099.697.6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。 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2530 d对铁床填料进行一次活化，历时23 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：折旧费为0.86 元/t；人工费为0.27 元/t；电费为0.49 元/t；药剂费为1.02 元/t；铁炭填料费为0.22 元/t；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。铁路洗涤废水处理及回用工程设计 目前铁路洗涤废水的处理及回用尚未普遍进行，而铁路列车段(客运段)洗涤工厂是全路排放洗涤废水最为集中的单位，且排放量大，具备进行处理及回用的条件。结合北京铁路西客站工程列车段洗涤工厂的洗涤废水进行处理及回用工程的设计，为使其更加符合实际，先以天津铁路客运段洗涤工厂的洗涤废水作为类比试验原水。1 铁路洗涤废水的特点铁路洗涤工厂主要洗涤列车卧具、窗帘、餐车台布等物品，洗涤量约为8 00022 000件/d，洗涤用水量约为100600 m3/d。因受洗涤物品数量多少、污秽程度高低及所采用洗涤剂种类不同等诸多因素的影响，废水性状较为复杂。由于目前尚无比较全面的洗涤废水水质资料，故委托北京、天津、沈阳等地的卫生防疫站或环境监测站对当地的洗涤废水进行了水质检验，其水质情况见表1。调查中可见，由于员工未严格按操作规范、制度作业，有时仅凭经验掌握投加的洗涤剂用量，因而造成水质指标波动范围较大。表1 北京、天津、沈阳等地铁路洗涤工厂水质情况检测项目pH值SS(mg/L) CODCr(mg/L) BOD5(mg/L)LAS(mg/L)油(mg/L)总磷(mg/L)可溶总磷(mg/L)范围8.512.511549637.252013.091771.9978.92.6510.37.90.195.2平均值141.6307.890.833.722.22.440.942 工艺的选择根据原水水质及处理后水质要求，初步选定物化处理及生化加物化处理两种工艺流程进行比较，具体流程如下： 生化加物化处理流程：根据原水水质检测情况可以得知，一般情况下BOD5/COD30%，较难生化。若采用生化法，还需补充生活污水以增强生化效果，这样处理后的水回用于洗车及洗涤卧具等，在思想上不易被使用单位所接受。另外，废水经生物处理后，可达到排放标准，若要回用，还需进行物化处理，处理流程复杂，占地面积大，基建费用高。再者，生化法对操作管理水平要求高，物化处理运行管理较为简便易行，并且在对负荷变化及间歇运行的适应性等方面，比生化法稍好。鉴于上述几方面原因，拟定采用物化处理法，并进行小型试验进一步加以论证。3 比较试验3.1 原水水质检测以天津站客运段洗涤工厂的洗涤废水作为试验原水。采用的洗涤剂为：玉洁牌洗衣粉、洗特灵、火碱。经天津铁路卫生防疫站检测，原水水质指标见表2。表2 天津站客运段洗涤废水水质检测表检测项目pH值SS(mg/L) BOD5(mg/L)COD(mg/L) 油(mg/L)LAS(mg/L)总磷(mg/L)色度（倍） 水质浓度11.6419791.73973048.710.2553.2 试验内容废水处理中最常用的混凝剂有碱式氯化铝和硫酸铝。碱式氯化铝的pH值适应范围较广，对温度的适应性强，反应时间短，净化效率高，出水浊度和色度低，耗药量少。根据天津市外贸地毯厂的经验，一般碱式氯化铝的投加量为硫酸铝的1/3，虽然碱式氯化铝的价格高，但由于药耗少，故总的成本降低了。小试取等量原水，分别投加等量的碱式氯化铝及硫酸铝，搅拌后静沉，经观察及检验处理后水质得出结论，碱式氯化铝比硫酸铝处理效果好，絮凝体密实，沉降速度快。故选定碱式氯化铝继续进行下一步的混凝沉淀、过滤及气浮、过滤试验： 碱式氯化铝(Al2O3含量为27%29%)投加量分别为50、100、150、200 mg/L。 混凝沉淀时间为1 h，气浮时间为20 min。气浮为静态气浮(不进水，不出水)，气浮池尺寸为500 mm200 mm400 mm。 过滤用砂为石英砂，粒径为0.51.2 mm，质量体积为2.65 g/cm3，置于直径为50 mm的玻璃过滤管中，石英砂层高为600 mm，过滤水头为100 mm。经测定，滤速为9 m/h。3.3 试验结果不同投药量下，废水分别经混凝沉淀、气浮、过滤处理后，各项水质指标及去除率详见表3(混凝剂为碱式氯化铝)。表3处理后水质处理方法投药量（mg/L） CODSS油LAS总磷水质（mg/L） 去除率（%） 水质（mg/L） 去除率（%） 水质（mg/L） 去除率（%） 水质（mg/L） 去除率（%） 水质（mg/L） 去除率（%） 原水3971943048.710.2556.0混凝沉淀50362.48.711839.23.588.335.726.70.1174.410030024.49352.13.189.726.8644.90.06488.8150217.245.34477.31.296.017.863.50.02890.4200186.453.16069.12.890.731.50.02491.6沉淀后过滤15021944.84079.40.698.018.861.40.02191.36200172.256.66.096.60.498.717.863.50.02165.0气浮5031819.95.183.035.827.00.08765.0100184.454.03184.04.884.013.373.00.02988.015011661.17.068.21.491.59.9270.30.02588.120088.670.33.086.41.988.47.6177.20.02578.1气浮后过滤5031021.99053.63.389.032.433.50.05777.2100163.258.91592.32.093.310.678.20.01693.615088.270.41.095.58.2275.40.02588.020040.886.32.090.97.2978.20.02588.0试验结果表明，混凝气浮比混凝沉淀处理效果好，节省药剂。因此，采用混凝气浮、过滤工艺处理废水是可行的，处理后的水质基本上能够达到回用标准。4 工艺设计4.1 设计内容本设计为北京铁路西客站列车段洗涤工厂洗涤废水处理及回用工程，处理水量为500 m3/d，污水经处理达到排放标准后部分排放，剩余部分经进一步处理后回用，回用量约为340 m3/d。4.2 设计原水水质pH:810，COD：300400 mg/L,油：2040 mg/L，SS：50100 mg/L，LAS：2040 mg/L，总磷：1 mg/L。4.3 处理后水质标准排放标准：符合北京市水污染物排入下水道的A级标准。回用水标准：根据国内外相关回用水水质标准，确定设计回用水水质标准如表4。表4回用水水质标准项目标准色度（倍）30SS(mg/L)10pH6.59.0COD(mg/L)50BOD5(mg/L)10LAS(mg/L)24.4 工艺流程工艺流程见图1。4.5 设计参数主要处理构筑物设计参数见表5。表5 主要处理构筑物设计参数处理构筑物、设备设计参数调节沉淀池容积200m3两级气浮设备共两套。每套处理能力为25m3/h，两级总停留时间为50min，溶气水回流比为50% 中间水池容积50m3 压力滤罩直径为1.6m,过滤面积为2.0m2,滤速为8m/h填石英砂、无烟煤双层滤料