劉振華^１，李順成¹，安鼎年^２，張俊貞^２?
(1.天津大學(xué)北洋科技開發(fā)公司，天津300073；2.天津大學(xué)環(huán)境工程系，天津(300072)

　　摘　要：對(duì)某染料廠排放的堿性品紅、酸性媒介藏青RRN、酸性媒介紅S—80工業(yè)廢水進(jìn)行處理的結(jié)果表明，混合廢水經(jīng)過兩級(jí)混凝沉淀處理，COD_Cr去除率可達(dá)60%，色度去除率可達(dá)77.5%，再經(jīng)過濾及活性炭吸附，最終出水的各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)均可達(dá)到國(guó)家二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，為染料廢水處理提供了一條可行的處理方法，具有一定的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。
　　關(guān)鍵詞：染料廢水；混凝沉淀；活性炭；吸附
　　中圖分類號(hào)：TU992.3；X703
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C
　　文章編號(hào)：1000-4602(1999)11-0050-04

　　某染料廠生產(chǎn)中排放三種廢水：堿性品紅廢水，酸性媒介藏青RRN廢水和酸性媒介紅S—80廢水，量小且有機(jī)物濃度高，BOD_５低但含鹽量高，不宜采用生化法處理工藝，故采用工藝簡(jiǎn)單、占地小、管理方便的物化法。?
　　首先將三種染料廢水分別進(jìn)行自然沉淀，可回收部分染料；然后混合并采用石灰和一種新型混凝劑Xp的二級(jí)混凝沉淀及活性炭吸附相結(jié)合的物化法處理。在混凝沉淀階段，大部分污染物質(zhì)被去除，后面的過濾和活性炭吸附起到保證出水水質(zhì)的作用。結(jié)果表明，此工藝對(duì)染料廢水的處理是可行的。?

1 試驗(yàn)階段

1.1 廢水來源
　　 該廠生產(chǎn)過程共排放三種染料廢水，其廢水水質(zhì)及水量情況見表1。

　　針對(duì)該廠廢水處理的現(xiàn)狀，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)及運(yùn)行管理等方面考慮，采用三種染料廢水混合后綜合治理。廢水中含有大量難生物降解的物質(zhì)，且廢水中含鹽量高達(dá)10×10^４mg/L，而生化法對(duì)含鹽量高于3×10^４mg/L的染料廢水基本上沒有降解能力^[１]，因此選擇物化法對(duì)其進(jìn)行處理。?
1.2工藝流程
　　 本研究采用工藝流程如圖1。?

　　其設(shè)備尺寸如表2、表3

1.3 混凝沉淀試驗(yàn)
　　 采用兩個(gè)混合池交替使用，先在混合池中加石灰調(diào)pH值在12左右，再投加Xp2500mg/L，然后流入反應(yīng)池，反應(yīng)池出水進(jìn)入一沉池沉淀，一沉池出水進(jìn)入快混池，于快混池中加入石灰調(diào)整pH至12左右，快混池出水進(jìn)入慢混池，再投加Xp2500mg/L，慢混池出水進(jìn)入二沉池沉淀。?
1.4 吸附試驗(yàn)
　　 靜態(tài)試驗(yàn)采用燒杯試驗(yàn)的方法：取若干個(gè)燒杯，加入一定量的二沉池出水，再投加活性炭，在DBJ—621定時(shí)變速攪拌機(jī)上進(jìn)行攪拌，時(shí)間為2h，待攪拌結(jié)束后，取下靜置，取上清液過濾后測(cè)定其COD_Cr值。動(dòng)態(tài)試驗(yàn)水樣靜置后，直接取上清液測(cè)定。?
　　動(dòng)態(tài)試驗(yàn)中為了使吸附裝置進(jìn)水水質(zhì)保持相對(duì)穩(wěn)定，二沉池出水混合后經(jīng)砂濾柱再進(jìn)入活性炭吸附柱，其中活性炭吸附采用三柱串聯(lián)方式。?

2 結(jié)果與討論

2.1 混凝沉淀
2.1.1 混合前的自然沉淀
　　由于三種廢水水質(zhì)極不穩(wěn)定，故在混合前分別于三個(gè)調(diào)節(jié)池中進(jìn)行自然沉淀，一方面可穩(wěn)定水質(zhì)，去除一部分COD_Cr及色度，另一方面可回收廢水中所含的有用物質(zhì)，達(dá)到回收與處理兼顧的目的。染料廢水自然沉淀隨時(shí)間變化情況如表4。

　　 由表4可看出，三種染料廢水經(jīng)一段時(shí)間的自然沉淀后，COD_Cr和色度均有不同程度的下降，對(duì)后續(xù)處理是有利的。但混合廢水放置時(shí)間長(zhǎng)，COD_Cr、色度均增加，這可能是由于染料廢水中的物質(zhì)相互發(fā)生偶合等反應(yīng)的原因。因而廢水混合后應(yīng)盡快處理，不 宜久置。?
2.1.2 混凝劑的篩選
　　在藥劑選擇上進(jìn)行了聚合氯化鋁(PAC)、硫酸亞鐵(FeSO₄·7H₂O)和新型混凝劑Xp的對(duì)比試驗(yàn)。以COD_Cr和色度為主要指標(biāo)，確定各自的最佳反應(yīng)條件，最后篩選出對(duì)本染料 廢水COD_Cr和色度均具有較高去除率的混凝劑，篩選結(jié)果如表5。

　　由上述結(jié)果可看出，Xp雖然投量較大，但價(jià)格低廉，且對(duì)COD_Cr和色度的去除均優(yōu)于其他兩種混凝劑，故選用Xp作為本試驗(yàn)用混凝劑。Xp系列混凝劑在堿性溶液條件下，主要離解成SO^2-₄、CO^2-₃、少量的PO^3-₄、[Al( OH)₄(H₂O)]^-以及Mg(OH)₂沉淀。Mg(OH)₂沉淀物是良好的助凝劑，能使有機(jī)物及無機(jī)物發(fā)生絮凝反應(yīng)而去除^[2]。同時(shí)，由于Xp形成的絮塊大而緊密，所以沉淀速度 也較快，沉淀物壓實(shí)而脫水性能良好。?
2.1.3 混凝沉淀
　　 根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出不同停留時(shí)間T時(shí)的COD_Cr及色度去除率，結(jié)果見圖2。

　　 由圖2可知，停留時(shí)間達(dá)到一定程度后，COD_Cr和色度的去除率均有所下降，這和混合 廢 水放置時(shí)間太長(zhǎng)引起COD_Cr和色度的增長(zhǎng)是一致的。主要原因：一是未被除掉的染料 分子之間發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，二是被混凝劑及其絮狀體所吸附的染料物質(zhì)解吸重新回到水中。 因此，沉淀池停留時(shí)間取5～6 h為宜。在流速為15 L/h、停留時(shí)間為5.67 h時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果如 表6。由表6可見，總COD_Cr去除率可達(dá)60%，色度去除率可達(dá)77.5%。
?　染料廢水水質(zhì)變化很大，因此試驗(yàn)了不同原水濃度下COD_Cr的去除率，結(jié)果見表7。?
　　一般廢水處理中，往往原水濃度越高去除率亦越高，但本試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著原水COD_{C r}濃度的增加，COD_Cr的絕對(duì)去除量是增加的，但去除率是下降的。本試驗(yàn)中對(duì)COD_Cr的去除主要是投加混凝劑產(chǎn)生的絮狀物對(duì)染料分子及污泥物質(zhì)的吸附造成，并非破壞了其分子結(jié)構(gòu)，這和有些方法對(duì)染料廢水的處理是破壞染料分子的發(fā)色基團(tuán)不一樣^[3]。

2.1.4 污泥處理
　　 本試驗(yàn)中一沉池、二沉池產(chǎn)生的污泥顏色同廢水的顏色基本相同，這表明染料分子主要是被混凝劑吸附而去除，因而污泥中含有大量的染料及其中間體。為了防止污泥的二次污染，試驗(yàn)產(chǎn)生的污泥經(jīng)重力濃縮后與普通的化工原料配比制漿、常溫成型、脫模后常溫陳化制得建材產(chǎn)品^[４]。這樣，一方面減少了污染，另一方面為治理廠家增加了經(jīng)濟(jì)效益。?
2.2 活性炭吸附
　　 吸附劑采用承德燕山活性炭工業(yè)公司的片狀活性炭。由靜態(tài)法測(cè)定吸附等溫線及吸附速度，得到吸附等溫式為：

?　 q=0.016 6C^{1.383 8}_e 　　　　(1)?
　　式中　　q——1 g活性炭吸附溶質(zhì)量，mg/g?
? 　　　　C_e——平衡濃度，mg/L?

　　得到的吸附速度方程為：?

?　q=56.148 lgt-28.771 　　　　(2)?

　　由靜態(tài)吸附試驗(yàn)結(jié)果設(shè)計(jì)了活性炭的動(dòng)態(tài)吸附試驗(yàn)。將二沉出水(COD_Cr在1600 ～2000mg/L，色度在1萬～4萬倍)以5m/h的流速通過砂濾柱及活性炭柱，隔一定時(shí)間取水樣測(cè)COD_Cr，直至出水COD_Cr達(dá)200mg/L(作為穿破點(diǎn))為止，且在運(yùn)行時(shí)間內(nèi)色度去除率幾乎可達(dá)100%。由此可知，活性炭去除染料廢水有機(jī)物和色度效果較好。
　　活性炭吸附關(guān)系可用Bohart-Adams方程式表示：?

　　ln(c0/c-1)=kNoX/(υ-kc0t) （3）
　　式中　　c0、c——進(jìn)、出水溶質(zhì)濃度，mg/L
　　　　　　k——－速率常數(shù)，L／（g.h）
　　　　　　No——活性炭吸附容量，g/L
　　　　　　X——活性炭吸附床高度，m
　　　　　　υ——進(jìn)水速度，m/h
　　　　　　t——運(yùn)行時(shí)間，h

　　由式（3）可以求出臨界高度Z0，即t=0時(shí)達(dá)到穿透點(diǎn)時(shí)最小的炭層厚度：

　　A0=(υ/kNo)ln(c₀/c_B-1) (4)
　　式中 C_B=200mg/L

　　將二沉出水分別以3m/h、5m/h、7m/h的流速通過活性炭柱，所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)整理得到的υ=5m/h時(shí)的活性炭固定床出水CODcr與t、X的方程為：

　　c=c0/[e7.74x-3.906t+1] (5)

2.3 生產(chǎn)設(shè)計(jì)及調(diào)試
　　根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果設(shè)計(jì)了生產(chǎn)裝置，設(shè)計(jì)水量為24m³/d，采用二級(jí)混凝沉淀，然后經(jīng)過LLY高效纖維過濾器過濾，最后通過三個(gè)串聯(lián)的活性炭吸附柱(每柱內(nèi)裝活性炭3m，流速為5m/h)。在生產(chǎn)調(diào)試和運(yùn)行中取得了良好的結(jié)果，出水可滿足國(guó)家二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，表8列出了生產(chǎn)調(diào)試結(jié)果，表9為驗(yàn)收時(shí)的檢測(cè)結(jié)果。在試驗(yàn)階段未能對(duì)硝基苯、苯胺、鋅離子等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，由表9可看出，該處理工藝對(duì)上述污染物質(zhì)同樣具有很好的去除效果。該項(xiàng)目已于1998年12月通過當(dāng)?shù)丨h(huán)保主管部門的驗(yàn)收。

3 結(jié)論

　　①三種染料廢水混合前分別進(jìn)行自然沉淀是有益的。COD_Cr和色度均有所下降，并可回收一部分有用物質(zhì)，但混合廢水不宜久置。
　　②混凝沉淀中，以石灰及Xp為混凝劑，最佳反應(yīng)條件為pH=11.8，Xp投藥量為2500mg/L。沉淀池停留時(shí)間以5～6h為宜。在流量為15 L/h時(shí)，COD_Cr總?cè)コ士蛇_(dá)60%，色度總?cè)コ士蛇_(dá)77.5%。
　　③活性炭在處理染料廢水的應(yīng)用中效果良好。試驗(yàn)得到的流速5m/h時(shí)的活性炭固定床穿透曲線為c=c₀/[e^7.74X-3.906t+1]。
　　④試驗(yàn)表明二級(jí)混凝沉淀后再經(jīng)過濾及活性炭吸附的工藝對(duì)染料廢水的處理是可行的。此工藝經(jīng)生產(chǎn)調(diào)試運(yùn)行效果良好。
　　參加本試驗(yàn)的還有研究生李傳運(yùn)、閆懷國(guó)。

參考文獻(xiàn)：

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　　[4]廢棄物混晶包容制建材操作方法[M].青島海洋大學(xué).

　　電　話：(022)27373768?
　　收稿日期：1999-05-17