化工染料廢水處理技術(shù)

浙江某集團(tuán)產(chǎn)生的染料廢水成分復(fù)雜、難降解有機(jī)物多、濃度高、色度高、酸度大、可生化性差,采用傳統(tǒng)的物理、化學(xué)和生物法對其進(jìn)行處理難以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的要求,需對其進(jìn)行預(yù)處理。鐵炭微電解技術(shù)可利用廢鐵屑和活性炭作為原料,不需要消耗電力資源,具有“以廢治廢”的意義,通常被認(rèn)為是有效、廉價、綠色的預(yù)處理技術(shù)。該技術(shù)集鐵氧化還原、炭吸附、微電池的電化學(xué)氧化還原、混凝沉淀等作用于一體,從而達(dá)到脫色、去除有機(jī)物、改善廢水的可生化性的目的。但是,常規(guī)的鐵炭床易板結(jié),使處理效果下降。因此,本研究采用移動式微電解技術(shù)對浙江某集團(tuán)產(chǎn)生的染料廢水進(jìn)行處理,考察了該技術(shù)的預(yù)處理效果。

1 試驗(yàn)部分
 
1.1 廢水水質(zhì)
試驗(yàn)廢水為浙江某集團(tuán)產(chǎn)生的染料廢水,其水質(zhì): pH為 2～3,COD 為2 000～10 000 mg/L,SS 為200～400 mg/L,B/C為0.05～0.1,色度為5 000~7 500倍,廢水呈紅棕色,有刺激性氣味。

1.2 試驗(yàn)裝置
試驗(yàn)裝置示意如圖 1所示。鐵炭微電解反應(yīng)裝置由直徑為18 cm、高為60 cm的PVC管制成,內(nèi)裝填取自于該公司切屑車間的鐵屑和炭粒。鐵屑在使用前需先用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的NaOH溶液浸泡 15 min,用清水沖洗干凈后,再用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的HCl溶液浸泡15 min,以去除表面油污。活性炭由太原市活性炭廠提供,其粒徑為2 mm左右,混裝前用待處理水浸泡至吸附飽和。為了防止因長時間運(yùn)行鐵屑板結(jié),將鐵炭進(jìn)行連續(xù)移動循環(huán)處理。

 

1.3 分析測試
COD采用重鉻酸鉀法進(jìn)行測定；BOD5采用稀釋接種法進(jìn)行測定；色度采用稀釋倍數(shù)法進(jìn)行測定。

2 結(jié)果與討論
 
2.1 鐵炭比的影響
控制進(jìn)水COD為2 000 mg/L,調(diào)節(jié)pH為3.0,在停留時間為30 min,不曝氣的條件下,考察了鐵炭比（體積比,下同）對處理效果的影響,結(jié)果如表 1所示。

表 1 鐵炭比對處理效果的影響

 由表 1可知,當(dāng)鐵炭比為1∶1時,COD、色度去除率及B/C的提高率均達(dá)到最大,鐵炭比過大或過小,COD、色度去除率及B/C的提高率均下降,這可能是由于鐵炭比過大,活性炭含量減少,造成形成的原電池?cái)?shù)量減少,使氧化還原反應(yīng)降低,進(jìn)而導(dǎo)致處理效果降低；鐵炭比過小,鐵含量減少,同樣造成形成的原電池?cái)?shù)量減少,導(dǎo)致處理效果降低。因此在后續(xù)試驗(yàn)研究中鐵炭比確定為1∶1。

2.2 pH的影響
在進(jìn)水COD為2 000 mg/L,鐵炭比為1∶1,停留時間為30 min,不曝氣的條件下,考察了pH對處理效果的影響,結(jié)果見表 2。

由表 2可知,當(dāng)pH＜3.0時,隨著pH的減小,COD、色度去除率變化不大,但B/C提高率卻降低很明顯。這可能是因?yàn)楸M管酸性越強(qiáng),電極的電勢越高,原電池的電動勢越大,反應(yīng)越易進(jìn)行,但由于原水中易降解的有機(jī)物含量一定,使得COD和色度變化不大。另外,酸性過強(qiáng),會產(chǎn)生大量的鐵離子,使得處理水含鹽量增大,降低了處理水的可生化性。當(dāng)pH＞3.0時,隨著pH的增大,COD、色度去除率及 B/C提高率都有較大幅度的降低,且B/C提高率的降低更明顯,這可能是由于隨著溶液堿性的增加,微電解反應(yīng)變慢,即有機(jī)物的降解變慢,導(dǎo)致處理效果下降。

表 2 pH對處理效果的影響

 2.3 停留時間的影響
控制進(jìn)水COD為2 000 mg/L,調(diào)節(jié)pH為3.0,在鐵炭比為1∶1,不曝氣的條件下,考察了停留時間對處理效果的影響,結(jié)果如表 3所示。

表 3 水力停留時間對處理效果的影響

 由表 3可知,酸性條件下,隨著染料廢水在反應(yīng)器中停留時間的延長,COD、色度去除率增大,當(dāng)停留時間達(dá)到30 min時,COD去除率可達(dá)到45%左右,而色度則可幾乎完全去除。當(dāng)停留時間＜30 min時,B/C提高率隨著停留時間的延長而增大。這可能是由于隨著反應(yīng)時間的增加,會有更多難生物降解的大分子染料被氧化還原為易降解的有機(jī)小分子所致。但由于原水中難降解有機(jī)物含量一定,因此當(dāng)停留時間增大到一定值后,繼續(xù)增加停留時間,處理效果幾乎不變。且停留時間過長,設(shè)備的利用率會降低。因此,本試驗(yàn)將停留時間控制在30 min左右。

2.4 曝氣的影響
控制進(jìn)水COD為2 000 mg/L,調(diào)節(jié)pH為3.0,在鐵炭比為1∶1,停留時間為30 min的條件下,考察了曝氣（10 L/min）對處理效果的影響,結(jié)果見表 4。

表 4 曝氣對處理效果的影響
 

 由表 4可知,向反應(yīng)器中通入一定的空氣后,COD、色度去除率和B/C提高率均有所提高。微電解反應(yīng)過程H＋在活性炭上還原產(chǎn)生新生態(tài)的H·,在氧存在的情況下,O2在活性炭上還原產(chǎn)生新生態(tài)的·OH,H·和·OH都能與染料發(fā)生強(qiáng)烈的氧化還原反應(yīng),破壞大分子染料結(jié)構(gòu),達(dá)到去除COD和色度的目的,且可將難生物降解的染料氧化還原成生物易降解的小分子有機(jī)物；同時,鐵反應(yīng)產(chǎn)生的Fe2+對活性炭上產(chǎn)生的H·和·OH等自由基起催化氧化的作用,即形成Fenton 氧化效應(yīng)。由于·OH的存在,曝氣條件下的處理效果要好于不曝氣的情況。

2.5 運(yùn)行穩(wěn)定性
控制進(jìn)水COD為2 000 mg/L,調(diào)節(jié)pH為3.0,在鐵炭比為1∶1,停留時間為30 min,曝氣（10 L /min）的條件下,連續(xù)運(yùn)行40 d,對比考察了固定床微電解反應(yīng)器和移動床微電解反應(yīng)器的運(yùn)行穩(wěn)定性,結(jié)果如圖 2所示。

 

由圖 2 可以看出,固定床微電解反應(yīng)器運(yùn)行 5 d后,處理效果顯著降低。而移動床式微電解反應(yīng)器能連續(xù)運(yùn)行40 d,且COD、色度去除率及B/C提高率幾乎沒有發(fā)生變化,COD去除率穩(wěn)定在40%～45%,色度去除率穩(wěn)定在99%以上,同時廢水的可生化性得到顯著改善,表明該工藝處理染料廢水較穩(wěn)定。具體參見m.tax-pages.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

3 結(jié)論
研究結(jié)果表明,移動式鐵炭微電解技術(shù)對染料廢水具有很好的預(yù)處理效果,將運(yùn)行條件控制在適宜的條件下,廢水的可生化性能提高4倍以上,即B/C從原來的0.05～0.1可提高到0.35～0.5,預(yù)處理后的廢水完全可以進(jìn)行后續(xù)的生物處理。同時,該技術(shù)在染料廢水處理中表現(xiàn)出了顯著的脫色和較好的有機(jī)物去除功能,其色度能從6 000倍左右降到500倍以下,COD可從2 000 mg/L降到1 100 mg/L以下。該技術(shù)可應(yīng)用于大部分含高有機(jī)物、高色度和難降解有機(jī)工業(yè)廢水的預(yù)處理。