1 原水水質
某廠(生產染料及染料中間體)染料車間排出的綜合廢水(含30%左右的沖洗水)近100m3/d，中間體車間排出的綜合廢水(含30%～40%的沖洗水)約90m3/d。
原水是含鹽量較大的高色度有機廢水，無機鹽濃度為15%～20%，主要是NaCl、Na2SO4。有機物主要是苯系、萘系化合物，所以水體可生化性差(BOD5/COD一般為0.02～0.2)，并具有很強的毒性，因此染化廢水一直是治理難度最大的工業廢水之一。
原水是含鹽量較大的高色度有機廢水，無機鹽濃度為15%～20%，主要是NaCl、Na2SO4。有機物主要是苯系、萘系化合物，所以水體可生化性差(BOD5/COD一般為0.02～0.2)，并具有很強的毒性，因此染化廢水一直是治理難度最大的工業廢水之一。
2 方案的確定
通過試驗，對幾種處理方案進行了研究，但都不能得到令人滿意的效果，如混凝脫色法用藥量大，運行費用高，亦難使出水達到排放標準；生化法需加入大量稀釋水以降低含鹽量，基建投資大，廠家難以承受；膜分離法由于膜易堵塞，反沖洗頻繁，并且需進口NF膜，因此運行費用太高(達30 元/m3原水)。經過大量調研分析，擬采用微電解的方法破壞原水中有機物的分子結構，達到易于脫色和降低COD的目的。通過小試、中試，最后采用鐵床—氣浮—活性炭吸附的處理工藝，工藝流程見圖1。
2.1 調節池
采用調節池既充分調節了水量、水質，又省去了一沉池，從而節省了投資。廢水中的一部分染料及其中間體物質經沉淀后得以去除，COD有所降低。為解決排泥問題，保證調節池的有效容積，采用了行車式吸泥機，污泥進入集泥池與氣浮池的浮渣一起泵入壓濾機，濾餅焚燒處理。設計染料及其中間體廢水調節池各一座，有效容積為100m3，HRT為24 h。
2.2 鐵床
鐵床主要是利用鐵、炭組合的填料與原水反應，破壞原水中有機物的分子結構及其性質。其原理是：鐵與炭的腐蝕電位不同，鐵作陽極、炭作陰極、原水作電解質而形成千千萬萬個原電池。電極反應如下：
Fe-2e=Fe2+(陽極反應)
E0(Fe2+/Fe)=-0.44 V
2H++2e=H2↑(陰極反應)
E0(H+/H2)=0 V
當有氧存在時陰極反應如下：
O2+4H++4e=H2O
O2+2H2O+4e=5OH-
E0(O2/OH-)=0.40 V
從上述反應可知，原水在酸性、充氧的條件下以一定流速流經鐵炭填料時，染料的發色基團被氧化，硝基還原為氨基，偶氮鍵斷裂，這為下一步處理提供了可靠有效的條件。在設計時因考慮到充氧的重要性，所以在原水進入鐵床前設置溶氣罐，并采用空壓機供氣。鐵床(Ⅰ)的HRT為1 h，鐵床(Ⅱ)的HRT為2 h。
2.3 混凝脫色系統
鐵床出水呈酸性并含有大量Fe2+、Fe3+，當將其出水pH值調至7～8時，形成Fe(OH)2、Fe(OH)3膠體，但形成的礬花較小，需加入助凝劑PAM以利氣浮處理。在此過程中，可加入季銨型陽離子高效脫色劑進一步降低原水中的色度。該裝置為混合反應罐，其HRT為4 min。
2.4 氣浮系統
加藥混凝后的原水含有大量的絮狀體，采用氣浮分離裝置將絮凝體浮于水面，利用刮渣機將其排入集渣池，從而完成固液分離。氣浮系統采用清水溶氣氣浮，溶氣水量為30%，氣浮池直徑為2.5 m，HRT為40 min。
2.5 砂濾罐
設置了兩座砂濾罐(一用一備)，主要目的是去除懸浮物，使水質達到進活性炭罐的基本要求。濾料為單層石英砂，反沖洗水排至調節池。
2.6 活性炭罐
為保證出水水質達到GB 8978—1996二級標準，設置活性炭罐，這可以充分有效地吸附水中殘留的有機物，從而使COD、色度等指標達到要求。設置兩座活性炭罐(一用一備)，活性炭再生周期為36 d，HRT為30 min。
采用調節池既充分調節了水量、水質，又省去了一沉池，從而節省了投資。廢水中的一部分染料及其中間體物質經沉淀后得以去除，COD有所降低。為解決排泥問題，保證調節池的有效容積，采用了行車式吸泥機，污泥進入集泥池與氣浮池的浮渣一起泵入壓濾機，濾餅焚燒處理。設計染料及其中間體廢水調節池各一座，有效容積為100m3，HRT為24 h。
2.2 鐵床
鐵床主要是利用鐵、炭組合的填料與原水反應，破壞原水中有機物的分子結構及其性質。其原理是：鐵與炭的腐蝕電位不同，鐵作陽極、炭作陰極、原水作電解質而形成千千萬萬個原電池。電極反應如下：
Fe-2e=Fe2+(陽極反應)
E0(Fe2+/Fe)=-0.44 V
2H++2e=H2↑(陰極反應)
E0(H+/H2)=0 V
當有氧存在時陰極反應如下：
O2+4H++4e=H2O
O2+2H2O+4e=5OH-
E0(O2/OH-)=0.40 V
從上述反應可知，原水在酸性、充氧的條件下以一定流速流經鐵炭填料時，染料的發色基團被氧化，硝基還原為氨基，偶氮鍵斷裂，這為下一步處理提供了可靠有效的條件。在設計時因考慮到充氧的重要性，所以在原水進入鐵床前設置溶氣罐，并采用空壓機供氣。鐵床(Ⅰ)的HRT為1 h，鐵床(Ⅱ)的HRT為2 h。
2.3 混凝脫色系統
鐵床出水呈酸性并含有大量Fe2+、Fe3+，當將其出水pH值調至7～8時，形成Fe(OH)2、Fe(OH)3膠體，但形成的礬花較小，需加入助凝劑PAM以利氣浮處理。在此過程中，可加入季銨型陽離子高效脫色劑進一步降低原水中的色度。該裝置為混合反應罐，其HRT為4 min。
2.4 氣浮系統
加藥混凝后的原水含有大量的絮狀體，采用氣浮分離裝置將絮凝體浮于水面，利用刮渣機將其排入集渣池，從而完成固液分離。氣浮系統采用清水溶氣氣浮，溶氣水量為30%，氣浮池直徑為2.5 m，HRT為40 min。
2.5 砂濾罐
設置了兩座砂濾罐(一用一備)，主要目的是去除懸浮物，使水質達到進活性炭罐的基本要求。濾料為單層石英砂，反沖洗水排至調節池。
2.6 活性炭罐
為保證出水水質達到GB 8978—1996二級標準，設置活性炭罐，這可以充分有效地吸附水中殘留的有機物，從而使COD、色度等指標達到要求。設置兩座活性炭罐(一用一備)，活性炭再生周期為36 d，HRT為30 min。
3 處理效果分析
①德州市環保局于1999年11月17日—18日對該廠水樣進行了48 h的16次取樣檢測，檢測結果見表1，表明該設施的處理出水達到了GB 8978—1996二級標準。
|
項目 |
pH值 |
COD(mg/L) |
色度(倍) |
苯胺(mg/L) | |||||
|
染料 |
中間體 |
染料 |
中間體 |
染料 |
中間體 |
染料 |
中間體 | ||
|
原水 |
7.89 |
5.00 |
798 |
810 |
4050 |
3000 |
10.95 |
9.29 | |
|
鐵床 |
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 |
|
| |
|
氣浮池 |
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 | |||||
|
總去除率(%) |
|
84.0 |
99.6 |
97.6 | |||||
|
注：表中數值均為平均值。 | |||||||||
從鐵床的處理原理分析，其形成的原電池可將多環化合物分解成單環化合物，但苯環很難被破壞，加之原水設計氣量偏小，致使原水經鐵床處理后有一定的Fe2+形成，所以COD的去除率幾乎為0。從苯胺的檢測結果來看，原水經鐵床處理后苯胺含量反而成倍升高，這說明萘系化合物被分解為苯系化合物，使苯胺含量增加。
原水經鐵床處理后，兩股廢水合為一股，經中和池及脫色、氣浮處理后，各污染物含量都明顯降低，處理效果較好。
②問題的探討
a.由于產生強酸性廢水的翠蘭GL和雙介酸沒有正常生產，導致鐵床的進水pH值較設計值高，這樣影響了鐵床的處理效果。
b.在中試時發現，鐵床填料因表面被固著而使處理效果降低，產生鐵床的鈍化現象，因此采用6%～8%的稀硫酸進行浸洗活化。在實際工程中，每隔25～30 d對鐵床填料進行一次活化，歷時2～3 h。
4 經濟分析
工程總投資為97萬元，其中土建投資為25萬元，設備管件及配電投資為60萬元，其余部分為12萬元。處理成本為3.51 元/t，其中：①折舊費為0.86 元/t；②人工費為0.27 元/t；③電費為0.49 元/t；④藥劑費為1.02 元/t；⑤鐵炭填料費為0.22 元/t；⑥活性炭填料費為 0.65 元/t。
對于此類色度高、含鹽量大、可生化性差、毒性大的有機染料化工廢水，若采用大量稀釋水稀釋的生化方法處理，工程投資較大；若采用鐵床—氣浮—活性炭吸附工藝，則工程投資較少。
對于此類色度高、含鹽量大、可生化性差、毒性大的有機染料化工廢水，若采用大量稀釋水稀釋的生化方法處理，工程投資較大；若采用鐵床—氣浮—活性炭吸附工藝，則工程投資較少。
