染料廢水炭流化床預(yù)處理研究
在染料生產(chǎn)廢水處理方面，采用鐵、炭腐蝕電池工藝(微電解)作為物化預(yù)處理方法，無論在試驗研究還是在生產(chǎn)實踐的應(yīng)用方面，都取得了令人滿意的效果［1～3］，不僅COD去除率達40%～60%，色度去除率達60%～80%，而且提高了廢水的可生化性［4］，為后續(xù)生化處理和處理后達標排放奠定了基礎(chǔ)。但工程實踐也表明，目前采用的微電解塔普遍存在著表面易鈍化、填料結(jié)塊等諸多弊端，影響了預(yù)處理效果。
近年來，國內(nèi)外已有相關(guān)微電解塔改進性試驗及工程實踐的報道，如方彬的流化床電偶反應(yīng)器［5］等。我們在分析了有關(guān)工程實例的基礎(chǔ)上，提出了鐵、炭流化床接觸氧化還原的新概念，并進行了試驗研究。試驗結(jié)果表明，該處理方法既克服了傳統(tǒng)鐵、炭微電解反應(yīng)器填料易鈍化、結(jié)塊的缺點，又能進一步提高對染料廢水的預(yù)處理效果，而且非常方便于對傳統(tǒng)工藝的改造。
1 試驗裝置和方法
1.1 試驗裝置
采用100 mm×1 800 mm的有機玻璃柱作為流化床反應(yīng)器，有效容積為12 L。反應(yīng)器底部設(shè)1個砂芯布氣頭，氣源采用空氣壓縮機。反應(yīng)器內(nèi)置適量的鐵、炭混合物，反應(yīng)器出水進入反應(yīng)沉淀器，上清液排出。
試驗流程及裝置如圖1所示。
 |
1.2 試驗水質(zhì)
試驗用水取自揚州某染料化工廠，其主要產(chǎn)品為弱酸性、分散、硫化、活性等多種染料。根據(jù)生產(chǎn)工藝推斷，廢水中含有大量帶有顯色基團(—NN—、—NO等)及極性基團(—SO3Na、—OH等)的芳烴、雜環(huán)類有機化合物及NaCl、Na2SO4、Na2S等無機鹽。
廢水水質(zhì)見表1。
|
||||||||||||||||||
測定項目的分析方法采用《水和廢水標準監(jiān)測分析方法》(第3版)。
1.3 試驗條件和方法
試驗用填料為碾碎成0.5～1.0 mm的鑄鐵屑和粒徑為1.0～2.0 mm的顆；钚蕴俊橄钚蕴课綄υ囼瀻淼挠绊，將活性炭在原廢水中浸泡48 h。鐵、炭混合物的濕填充容積為反應(yīng)器總有效容積的50%。
采用連續(xù)試驗法？刂七M氣量的大小，使鐵、炭填料混合并保持一定的流化狀態(tài)。按不同的停留時間，控制反應(yīng)器進水流量，反應(yīng)器出水經(jīng)用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值后，進入反應(yīng)沉淀器。檢測沉淀器出水的pH值、CODCr和色度指標。
2 基本原理
鐵、炭流化床法對廢水的處理是基于電化學(xué)反應(yīng)的氧化還原和電池反應(yīng)產(chǎn)物的絮凝及新生絮體的吸附等的協(xié)同作用，其中電化學(xué)反應(yīng)的氧化還原作用是主要的[6]。
染料廢水中含鹽量較高，是良好的電解質(zhì)。當(dāng)鐵、炭顆粒懸浮于廢水中時，在廢水中形成無數(shù)個微原電池。其中，電位低的鐵成為陽極，電位高的炭成為陰極，在酸性條件下發(fā)生下列電化學(xué)反應(yīng)：
陽極(Fe)，F(xiàn)e-2e→Fe2+
E0(Fe2+/Fe)=-0.44 V
陰極(C)，2H++2e→2［H→］H2↑E0(O2)=1.23 V
電極反應(yīng)產(chǎn)生的新生態(tài)的［H］和Fe2+可使有機物中的大分子轉(zhuǎn)化為小分子，使部分環(huán)狀有機物斷環(huán)，降低了廢水的CODCr值。同時，破壞了發(fā)色基團(如—NN—等)，使廢水脫色。
當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)鐵炭填料處于流化狀態(tài)下，由于鐵屑顆粒間以及鐵屑顆粒與炭粒間的相互磨擦，使得鐵屑表面難以形成一層不溶性的阻礙電化學(xué)反應(yīng)繼續(xù)進行的鈍化膜，電化學(xué)反應(yīng)便能持續(xù)不斷地發(fā)生。
隨著電化學(xué)反應(yīng)的繼續(xù)，鐵屑填料逐漸被消耗，直至最后形成被出水水流帶走的細小顆粒。根據(jù)出水含鐵量的計算結(jié)果，定期投加顆粒鐵屑填料，可使反應(yīng)器連續(xù)運行。
電化學(xué)反應(yīng)過程中產(chǎn)生的大量的Fe2+，在充氧條件下，發(fā)生下列反應(yīng)［7］：
4Fe2++8OH-+O2+2H2O=4Fe(OH)3
當(dāng)調(diào)節(jié)反應(yīng)器出水pH值至偏堿性時，生成大量的Fe(OH)3絮狀物，這些絮狀物具有很強的混凝和吸附作用，能使廢水中微小的分散顆粒及脫穩(wěn)膠體、有機物絮凝沉淀，進一步降低廢水的CODCr值和色度。
3 試驗結(jié)果及討論
為得到合適的操作條件及分析影響脫色率和COD去除率的主要因素，進行了前期單因素條件影響試驗，在此基礎(chǔ)上又進行了4因素3水平的正交試驗，每組試驗均為連續(xù)進水和連續(xù)出水，且不回流。
3.1 條件試驗
條件影響試驗結(jié)果見圖2～5。
由圖2可知，降低廢水的pH值，促進了電極反應(yīng)，從而提高了COD的去除率。同時，陽極(鐵)溶解性增大，出水含鐵量增加，色度去除率降低。
停留時間對試驗結(jié)果的影響可從圖3看出，停留時間越長，氧化還原等作用進行得越完全，COD去除率越高，但停留時間的延長，導(dǎo)致處理出水含鐵量增加，色度去除率降低。
  |
由圖4可知，當(dāng)膨脹率(混合填料懸浮后的體積與原體積之比)增大，填料與廢水接觸面積增大，加劇了接觸氧化、電化學(xué)反應(yīng)的進行，COD去除率增加。同時，出水含鐵量增加，色度去除率降低。當(dāng)膨脹率繼續(xù)增加到一定值后，上述變化不明顯。
根據(jù)電化學(xué)反應(yīng)，鐵作為陽極在反應(yīng)過程中消耗，而炭不直接參加電極反應(yīng)，只作為電子得失的載體。由圖5可知，當(dāng)增加鐵、炭比，COD去除率增加，同時水中的含鐵量增加，色度去除率隨之降低。當(dāng)鐵、炭比繼續(xù)增大，COD的去除率無明顯提高。
3.2 正交試驗
根據(jù)條件試驗，確定影響鐵、炭流化床處理效果的主要因素有進水pH值、停留時間、膨脹率、鐵炭比。為尋求最佳運行參數(shù)，采用了4因素3水平正交試驗法設(shè)計試驗，為保證試驗的可靠性，每組試驗均采用4次平行測定，結(jié)果取均值。
正交試驗結(jié)果見表2，正交試驗分析見表3。
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
對正交試驗結(jié)果的分析表明，影響COD去除率的因素依次為原水pH值、停留時間、填料鐵炭比、填料膨脹率；影響色度去除率的因素依次為：原水pH值、停留時間、填料膨脹率、填料鐵炭比。在表2所列各試驗中，以A1B1C2D3條件下的處理效果最佳，運行穩(wěn)定，出水始終清澈透明。因此，根據(jù)多指標正交試驗的綜合評分直觀分析法，確定鐵、炭流化床較佳的處理條件為：原水pH值為4.0，停留時間為10 min，膨脹率為20%，鐵炭比為2∶1。
4 結(jié)語
鐵、炭流化床處理染料廢水適宜的運行條件為：進水pH值為4，膨脹率為20%，鐵炭混合比為2∶1，水力停留時間為10 min。當(dāng)進水CODCr濃度為3 750 mg/L，色度為1 500倍時，COD及色度的去除率分別達到77%和90%，作為預(yù)處理過程對后續(xù)生化處理創(chuàng)造了較好的條件。
采用鐵、炭流化床反應(yīng)器對染料廢水進行預(yù)處理，克服了固定床鐵炭反應(yīng)器表面易鈍化、填料易結(jié)塊及運行效果隨運行時間的延長而逐步降低的不足。
在對反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)作適當(dāng)調(diào)整后，可以方便地將傳統(tǒng)的固定床工藝改造為流化床工藝。這樣，不僅可提高預(yù)處理效果，而且大大方便了設(shè)施操作和運行管理。
參考文獻：
［1］田鐘荃，翁元聲.微電解—接觸氧化法處理染化廢水［J］.中國給水排水，1991，7(3)：4-8.
［2］趙建夫，顧國維.染料化工廢水的內(nèi)電解混凝處理研究［J］.同濟大學(xué)學(xué)報，1993，9(3)：339-342.
［3］何成達，張鍵.內(nèi)電解—混凝—生化工藝處理長毛絨染色廢水的試驗研究［J］.河海大學(xué)學(xué)報，1998，26(6)：110-113.
［4］李家珍.染料、染色工業(yè)廢水處理［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1997.
［5］方彬.流化床電偶反應(yīng)器［J］.環(huán)境工程，2001，19(1)：62-63.
［6］曹微宸，周琪.酯化廢水鐵還原預(yù)處理的研究［J］.化工環(huán)保，2001，19(4)：195-199.
［7］郝瑞霞，程水源，黃群賢.鐵屑過濾法預(yù)處理可生化性差的印染廢水［J］.化工環(huán)保，1999，19(3)：135-139.
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
