1 廢水基本概況           

 

甘肅某顏料廠每天生產(chǎn)5噸偶氮類顏料，其中黃色顏料2噸、紅色顏料3噸（兩種品牌3144W和4B230）。生產(chǎn)過程中產(chǎn)生兩類廢水：一類為母液廢水，主要為顏料生產(chǎn)化學(xué)反應(yīng)過程中產(chǎn)生，以反應(yīng)釜及初期漂洗水為主；另一類廢水為漂洗顏料及沖洗設(shè)備，沖洗地面等廢水。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)用水量測(cè)算，每生產(chǎn)一噸顏料產(chǎn)生30m3母液廢水，同時(shí)產(chǎn)生100 m3沖洗廢水。根據(jù)2008年12月27日現(xiàn)場(chǎng)所取的1號(hào)（4B230紅母液）、2號(hào)（3144W紅母液）、3號(hào)（黃母液）3個(gè)母液水樣，經(jīng)實(shí)驗(yàn)分析檢測(cè)主要廢水指標(biāo)如下：                  

 

1號(hào)（4B2 3 0紅母液）：pH值6 ,色度2 5 0 0倍，CODCr為7275.6mg/l，pH值為6.0，蒸發(fā)殘?jiān)鼮?9966mg/l；        

 

2號(hào)（3144W紅母液）：pH值6，色度3750倍，CODCr為3859.3mg/l，pH值為6.0，蒸發(fā)殘?jiān)鼮?2000mg/l；    

 

3號(hào)（黃母液）：pH值2.8， 色度80倍，CODCr為5163.0mg/l，pH值為2.8，蒸發(fā)殘?jiān)鼮?0882mg/l。        

 

對(duì)照國(guó)家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB8978-1996）所規(guī)定的染料生產(chǎn)行業(yè)污水排放的相關(guān)指標(biāo)（1998年1月1日后建設(shè)的單位）一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如下：pH=6-9、色度為50、CODCr為100mg/L、氨氮為15mg/L。僅對(duì)照廢水水樣檢測(cè)的幾個(gè)指標(biāo)該生產(chǎn)廢水已經(jīng)嚴(yán)重超過國(guó)家限定的排放標(biāo)準(zhǔn)。黃母液的CODCr超標(biāo)近百倍，紅母液4B230色度超標(biāo)50倍，pH也嚴(yán)重超標(biāo)。根據(jù)以上廢水水質(zhì)判斷甘谷宏達(dá)顏料廠的生產(chǎn)廢水必須經(jīng)過嚴(yán)格的處理后才可排放入環(huán)境，因而合理有效的污水處理工程必須盡快建設(shè)并投入運(yùn)營(yíng)。                

 

2 選擇工藝                   

 

有機(jī)顏料廢水具有有機(jī)物含量高、高色度、高含鹽量、有機(jī)物難生化降解等特點(diǎn)  ,再加上廢水間歇性排放、水質(zhì)水量隨時(shí)間變化較大  ,給廢水處理工藝的設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理增加許多困難。目前  ,國(guó)內(nèi)外處理這類廢水的主要方法有:活性碳吸附、生物降解、離子交換、膜分離、化學(xué)氧化、絮凝沉淀法等。             

 

鐵碳微電解技術(shù)處理工業(yè)廢水，因其工藝簡(jiǎn)單、操作方便且可達(dá)到以廢治廢的目的而在近年來受到廣泛重視。利用鐵碳微電解工藝處理印染廢水、混合工業(yè)廢水 、化工廢水的研究逐漸增多，投入生產(chǎn)運(yùn)行的裝置也常有報(bào)道。廢水經(jīng)過微電解預(yù)處理后，廢水中對(duì)微生物有抑制作用的成分減少，可降解的成分增多。微電解在幾乎完全去除色度的同時(shí)還能對(duì)廢水有機(jī)物、毒性亦有一定的降低，增強(qiáng)了后續(xù)生化工藝對(duì)污染物的去除效果，可生化性大大提高。其合理地與生化工藝相組合可實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢水達(dá)標(biāo)排放的目的，且組合工藝結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)捷，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。由于單純的物理化學(xué)處理工藝難以使顏料生產(chǎn)廢水直接處理達(dá)標(biāo)，因而微電解處理工藝只作為難生化處理有機(jī)顏料廢水的預(yù)處理手段。                

 

3 實(shí)驗(yàn)部分          

 

3.1 實(shí)驗(yàn)原理            

 

微電解法是根據(jù)金屬腐蝕原理，利用鐵碳形成的原電池對(duì)廢水進(jìn)行處理的方法，又稱內(nèi)電解法、鐵屑過濾法等。由于在酸性無(wú)氧條件下廢水經(jīng)微電解處理時(shí)，新生態(tài)氫能與顏料廢水中的許多組分發(fā)生氧化還原作用，使物質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，大分子分解為小分子，難降解物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易降解物質(zhì)，這些物質(zhì)替代原有的難降解物質(zhì)存在于微電解出水中。這是多種反應(yīng)共同作用的結(jié)果，主要有電極反應(yīng)產(chǎn)生的氧化還原作用以及電極反應(yīng)產(chǎn)物的電凝聚、吸附作用，鐵碳微電解法在作用過程中電極上發(fā)生了如下的反應(yīng) ：         

反應(yīng)過程中生成的Fe2+具有較高的化學(xué)還原活性，可使某些組分還原。在酸性溶液中，電極反應(yīng)產(chǎn)生的新生態(tài)[H]與廢水中的有機(jī)污染物發(fā)生反應(yīng)，使其結(jié)構(gòu)被破壞(如破壞廢水的發(fā)色和助色集團(tuán)，使其失去發(fā)色能力；大分子物質(zhì)分解為小分子的中間體，使某些難生化降解的化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)變成容易生化處理的物質(zhì))，同時(shí)反應(yīng)產(chǎn)生的鐵系氫氧化合物是良好的絮凝劑，可對(duì)廢水中的懸浮物以及部分溶解性有機(jī)物通過絮凝沉降而與水分離，多種效應(yīng)綜合作用的結(jié)果致使廢水中的色度及部分有機(jī)物被去除。另外，在微原電池周圍電場(chǎng)的作用下，廢水中的膠體狀態(tài)存在的污染物可在很短時(shí)間內(nèi)完成電泳沉積過程，附聚在濾料表面。

 

3.2 實(shí)驗(yàn)與討論                   

 

3.2.1 實(shí)驗(yàn)材料　

 

⑴ 鐵屑采用機(jī)械加工廢鐵屑，鐵屑為長(zhǎng)方體片狀，厚度1mm左右，長(zhǎng)度約為2-5mm左右，寬度為2mm左右，經(jīng)酸洗、堿洗后使用；                

⑵ 碳粒采用污水處理實(shí)驗(yàn)后廢棄的15# 活性碳(木質(zhì)再造碳)，用自來水清洗干凈，用待處理的顏料廢水浸泡72h以上，使之達(dá)到吸附飽和［注：鐵炭比為1:1］。

 

3.2.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容　

 

現(xiàn)按產(chǎn)生廢水的比例將1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)母液水3：3：4混合（pH約為3.5）后倒入鐵碳反應(yīng)柱。反應(yīng)柱為自制圓形塑料柱，直徑35mm，高400mm。注入實(shí)驗(yàn)用水淹沒填料，控制濾速，保證反應(yīng)進(jìn)行30min，60min，90min分別取水，然后加堿調(diào)pH至8—9，曝氣一個(gè)小時(shí)，經(jīng)沉淀過濾后取水測(cè)其色度和CODCr的值。實(shí)驗(yàn)中為檢驗(yàn)pH值對(duì)其脫色效果的影響，分別將混合之后的原水調(diào)pH至2～5之間再進(jìn)行鐵碳微電解反應(yīng)。

 

3.2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果             

 

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示進(jìn)水pH以及停留時(shí)間HRT對(duì)脫色效果均有較大影響，進(jìn)水pH為3或4和不調(diào)pH的條件下出水色度均穩(wěn)定在2—8之間，CODCr去除率基本保持在40%左右，另一方面同等實(shí)驗(yàn)條件下隨反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，出水的色度和CODCr去除率稍呈上升趨勢(shì)，考慮到延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間會(huì)增加水處理設(shè)備的容積，提高處理費(fèi)用，所以可選擇反應(yīng)時(shí)間為30min，同時(shí)不需調(diào)節(jié)進(jìn)水pH值，保持其混合后原水pH3.5，這樣在降低操作費(fèi)用，減少工程上不必要的復(fù)雜工序的同時(shí)，既不影響原水的脫色效果，也不會(huì)因向廢水中引入更多鹽類而不利于后續(xù)的生化處理。                

 

4 結(jié)果分析與結(jié)論          

 

本試驗(yàn)進(jìn)水在室溫20℃左右條件下，用稀釋后的鹽酸和氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)原水的pH分別為2、2.5、3、3.5、4、4.5、5，在微電解柱內(nèi)分別停留30、60、90min，出水加氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH至8.5 左右，充分曝氣一小時(shí)后沉淀，取上清液測(cè)定CODCr及色度。（微電解柱出水呈弱酸性，pH 為6-7）結(jié)果見圖。

 

（1）在其他反應(yīng)條件保持不變的情況下，pH在3—3.5左右的區(qū)間內(nèi)，隨著pH的增大，色度和COD去除率呈現(xiàn)上升趨勢(shì)（COD去除率相對(duì)較明顯）；但在3.5-4的區(qū)間內(nèi)，隨著pH的增大，COD去除率反而呈下降趨勢(shì)。

 

（2）在反應(yīng)初始階段，隨著停留時(shí)間HRT的增長(zhǎng)，色度的去除率增加，反應(yīng)1 h后趨于平穩(wěn)，基本穩(wěn)定在99.7%以上;COD的去除率在反應(yīng)初始階段0.5h—1h之間亦呈上升趨勢(shì)，基本穩(wěn)定在45%以上。由此得出結(jié)論：停留時(shí)間小于1h隨著停留時(shí)間的增大色度和COD去除率逐漸增大，停留時(shí)間大于1h，則隨停留時(shí)間的增長(zhǎng)，其去除率增大的趨勢(shì)緩慢。

 

5 工程運(yùn)用分析          

 

5.1 工程上運(yùn)用時(shí)要注意以下幾點(diǎn)           

 

⑴ 鐵屑在電解過程中逐漸消耗導(dǎo)致處理效率下降［進(jìn)水1噸約消耗60g鐵］，為保證脫色率，需定期添加，使之保持在鐵碳比約1：1；                    

 

⑵ 為避免反應(yīng)過程微電解柱中產(chǎn)生的微量沉淀與消耗完的鐵泥會(huì)導(dǎo)致出水速度的降低和儲(chǔ)水量的減少，故3個(gè)月至半年考慮反沖洗一次或翻池一次；

 

⑶ 工程上可考慮用石灰水調(diào)pH至8-9，價(jià)格便宜且能起到助凝和降低廢水鹽度的作用，提高生化性；      

 

⑷ 過濾后的殘?jiān)勘容^少可做為固體垃圾處理；           

 

⑸ 運(yùn)用此預(yù)處理脫色工藝可與生化工藝相結(jié)合使廢水達(dá)標(biāo)排放，也可回收將處理后的水回用于生產(chǎn)過程中作為漂洗顏料。          

 

5.2 成本核算                

 

由于鐵屑是工業(yè)切削等過程中所產(chǎn)生的廢料，所以低廉；活性碳只是起到惰性電極的作用，在實(shí)際處理過程中并不消耗；石灰水調(diào)節(jié)pH值，也十分經(jīng)濟(jì)廉價(jià)。預(yù)計(jì)微電解脫色工藝運(yùn)行成本約0.4元／噸左右（電費(fèi)按0.5元／度，廢鐵屑按2元／kg，石灰按0.1元／kg估算）。             

 

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