染料废水的物化处理.docx

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染料废水的物化处理

3

）

染料废水的物化处理

　　　某染料厂生产中排放三种废水：

碱性品红废水，酸性媒介藏

青RRN废水和酸性媒介红S—80废水，量小且有机物浓度高，BOD

５

低但含盐量高，不宜采用生化法处理工艺，故采用工艺简单、占地小、管理方便的物化法。

　　首先将三种染料废水分别进行自然沉淀，可回收部分染料；然

后混合并采用石灰和一种新型混凝剂Xp的二级混凝沉淀及活性炭吸

附相结合的物化法处理。

在混凝沉淀阶段，大部分污染物质被去除，

后面的过滤和活性炭吸附起到保证出水水质的作用。

结果表明，此工艺对染料废水的处理是可行的。

1试验阶段

1.1废水来源

　　该厂生产过程共排放三种染料废水，其废水水质及水量情况见表1。

表1三种染料废水水质情况

项目

颜

色

PH

CODcr（mg/L）

色度（倍

水量

（m/d）

碱性品红废水

紫

红

2～6

2500

几万～几

十万

20

酸性媒介藏青

黑

8～9

17000

（1-9）

2

４

RRN废水

紫

万

酸性媒介红

S-80废水

黄

色

＜1

14000

（1-9）

万

2

　　针对该厂废水处理的现状，从技术经济及运行管理等方面考虑，

采用三种染料废水混合后综合治理。

废水中含有大量难生物降解的

物质，且废水中含盐量高达10×10mg/L，而生化法对含盐量高于

3×10mg/L的染料废水基本上没有降解能力，因此选择物化法对其进行处理。

1.2工艺流程

　　本研究采用工艺流程如图1。

　　其设备尺寸如表2、表3

表2混凝工艺设备尺寸

构筑物

混合池

反应池、快、

慢混池

一沉池、二沉

池

尺寸

D=800

H=600

D=250，H=480

L=800，B=310

，H=400

　表3吸附工艺设备尺寸

装置名称

数量

直径

（mm）

长度

（m）

填充物

颗粒尺寸

过滤柱

1

50

1.0

石英砂

0.63-2.5mm

吸附柱

3

30

1.0

活性炭

6-16目

1.3混凝沉淀试验

　　采用两个混合池交替使用，先在混合池中加石灰调pH值在12

左右，再投加Xp2500mg/L，然后流入反应池，反应池出水进入一沉

池沉淀，一沉池出水进入快混池，于快混池中加入石灰调整pH至

12左右，快混池出水进入慢混池，再投加Xp2500mg/L，慢混池出水进入二沉池沉淀。

1.4吸附试验

　　静态试验采用烧杯试验的方法：

取若干个烧杯，加入一定量的

二沉池出水，再投加活性炭，在DBJ—621定时变速搅拌机上进行搅

拌，时间为2h，待搅拌结束后，取下静置，取上清液过滤后测定其

COD

Cr

值。

动态试验水样静置后，直接取上清液测定。

　　动态试验中为了使吸附装置进水水质保持相对稳定，二沉池出

水混合后经砂滤柱再进入活性炭吸附柱，其中活性炭吸附采用三柱串联方式。

2结果与讨论

）

）

）

2.1混凝沉淀

2.1.1混合前的自然沉淀

　　由于三种废水水质极不稳定，故在混合前分别于三个调节池中

进行自然沉淀，一方面可稳定水质，去除一部分COD

Cr

及色度，另一

方面可回收废水中所含的有用物质，达到回收与处理兼顾的目的。

染料废水自然沉淀随时间变化情况如表4。

表4染料废水自然沉淀随时间变化情况

项目

原水

1d

2d

3d

4d

5d

6d

品

红

废

水

CODcr（mg

/L）

32720

.9

29393

.7

28741

.7

28723

.5

28461

.7

27294

.2

27014

.8

色度（倍

10000

0

25000

25000

20000

20000

20000

20000

藏

青

废

水

CODcr（mg

/L）

10497

.2

8257.

4

8234.

5

8232.

7

8124.

2

7658.

7

7627.

3

色度（倍

12800

10000

10000

8000

8000

8000

8000

S

—

80

CODcr（mg

/L）

7324.

5

6094.

2

6123.

1

5938.

7

5846.

5

5820.

4

5793.

8

色度（倍

20000

18000

18000

15000

15000

12000

12000

）

废

水

混

合

废

水

CODcr（mg

/L）

23268

.6

21497

.2

24684

.3

25467

.8

26091

.2

26859

.4

27423

.8

色度（倍

80000

10000

10000

12000

12000

12500

12500

　　由表4可看出，三种染料废水经一段时间的自然沉淀后，COD

Cr

和色度均有不同程度的下降，对后续处理是有利的。

但混合废水放

置时间长，CODCr、色度均增加，这可能是由于染料废水中的物质相

互发生偶合等反应的原因。

因而废水混合后应尽快处理，不宜久置。

2.1.2混凝剂的筛选

　　在药剂选择上进行了聚合氯化铝（PAC）、硫酸亚铁（FeSO4·7H2O）

和新型混凝剂Xp的对比试验。

以CODCr和色度为主要指标，确定各

自的最佳反应条件，最后筛选出对本染料废水COD

Cr

和色度均具有

较高去除率的混凝剂，筛选结果如表5。

表5混凝剂筛选试验结果

2-2-

[2]

FeSO4.7H2

O

9.69

1200

36.5

40

PAC

9.62

400

35

55

Xp

11.8

2500

42.9

60

　　由上述结果可看出，Xp虽然投量较大，但价格低廉，且对COD

Cr

和色度的去除均优于其他两种混凝剂，故选用Xp作为本试验用混凝

剂。

Xp系列混凝剂在碱性溶液条件下，主要离解成SO4、CO3、少

量的PO4、[Al（OH）4（H2O）]以及Mg（OH）2沉淀。

Mg（OH）2沉淀物是

良好的助凝剂，能使有机物及无机物发生絮凝反应而去除。

同时，

由于Xp形成的絮块大而紧密，所以沉淀速度也较快，沉淀物压实而脱水性能良好。

2.1.3混凝沉淀

　　根据试验数据，得出不同停留时间T时的CODCr及色度去除率，结果见图2。

　　由图2可知，停留时间达到一定程度后，COD

Cr

和色度的去除

率均有所下降，这和混合废水放置时间太长引起COD

Cr

和色度的增

[3]

长是一致的。

主要原因：

一是未被除掉的染料分子之间发生了化学

反应，二是被混凝剂及其絮状体所吸附的染料物质解吸重新回到水

中。

因此，沉淀池停留时间取5～6h为宜。

在流速为15L/h、停

留时间为5.67h时，试验结果如表6。

由表6可见，总COD

Cr

去除

率可达60%，色度去除率可达77.5%。

　染料废水水质变化很大，因此试验了不同原水浓度下CODCr的去除率，结果见表7。

　　一般废水处理中，往往原水浓度越高去除率亦越高，但本试验

结果表明，随着原水COD

Cr

浓度的增加，COD

Cr

的绝对去除量是增加

的，但去除率是下降的。

本试验中对CODCr的去除主要是投加混凝剂

产生的絮状物对染料分子及污泥物质的吸附造成，并非破坏了其分

子结构，这和有些方法对染料废水的处理是破坏染料分子的发色基团不一样。

表6　　混凝沉淀试验结果

原水

一沉出水

二沉出水

PH

值

CODcr（

mg/L）

色

度

（

倍

PH

值

CODcr（

mg/L）

COD

cr

去

除

率

色

度

（

倍

色

度

去

除

率

PH

值

CODcr（

mg/L）

COD

cr

去

除

率

色

度

（

倍

色

度

去

除

率

（%

）

（%

）

5.

43

3626.4

100

00

11.

31

1820.6

49.

8

400

0

60

9.

73

1460.3

59.

7

250

0

75

5.

43

3626.4

100

00

11.

29

1902.8

47.

5

400

0

60

9.

79

1397.2

61.

5

200

0

80

5.

37

3413.2

100

00

11.

27

2118.3

37.

9

400

0

60

9.

47

1481.4

56.

6

200

0

80

5.

37

3413.2

100

00

11.

24

2129.1

37.

6

500

0

50

9.

67

1493.3

56.

3

200

0

80

5.

41

3327.3

800

0

11.

21

1902.4

42.

8

400

0

50

9.

42

1248.2

62.

5

200

0

75

5.

41

3327.3

800

0

10.

97

1879.2

43.

5

400

0

50

9.

38

1208.9

62.

7

200

0

75

表7不同原水浓度CODcr去除率

[４]

2.1.4污泥处理

　　本试验中一沉池、二沉池产生的污泥颜色同废水的颜色基本相

同，这表明染料分子主要是被混凝剂吸附而去除，因而污泥中含有

大量的染料及其中间体。

为了防止污泥的二次污染，试验产生的污

泥经重力浓缩后与普通的化工原料配比制浆、常温成型、脱模后常

温陈化制得建材产品。

这样，一方面减少了污染，另一方面为治理厂家增加了经济效益。

2.2活性炭吸附

　　吸附剂采用承德燕山活性炭工业公司的片状活性炭。

由静态法测定吸附等温线及吸附速度，得到吸附等温式为：

　q=0.0166C

1.3838

e

（1）

　　式中　　q——1g活性炭吸附溶质量，mg/g

　　　　C

e

——平衡浓度，mg/L

　　得到的吸附速度方程为：

　q=56.148lgt-28.771　　　　

（2）

　　由静态吸附试验结果设计了活性炭的动态吸附试验。

将二沉出

水（CODCr在1600～2000mg/L，色度在1万～4万倍）以5m/h的流速

通过砂滤柱及活性炭柱，隔一定时间取水样测COD

Cr

，直至出水

COD

Cr

达200mg/L（作为穿破点）为止，且在运行时间内色度去除率几

乎可达100%。

由此可知，活性炭去除染料废水有机物和色度效果较好。

　　活性炭吸附关系可用Bohart-Adams方程式表示：

　　ln（c0/c-1）=kNoX/（υ-kc0t）（3）

　　式中　　c0、c——进、出水溶质浓度，mg/L

　　　　　　k——－速率常数，L／（g.h）

　　　　　　No——活性炭吸附容量，g/L

　　　　　　X——活性炭吸附床高度，m

　　　　　　υ——进水速度，m/h

　　　　　　t——运行时间，h

　　由式（3）可以求出临界高度Z0，即t=0时达到穿透点时最小的炭层厚度：

　　A0=（υ/kNo）ln（c0/cB-1）（4）

　　式中CB=200mg/L

3

）

　　将二沉出水分别以3m/h、5m/h、7m/h的流速通过活性炭柱，所

得试验数据经整理得到的υ=5m/h时的活性炭固定床出水CODcr与t、X的方程为：

　　c=c0/[e7.74x-3.906t+1]（5）

2.3生产设计及调试

　　根据试验结果设计了生产装置，设计水量为24m/d，采用二级

混凝沉淀，然后经过LLY高效纤维过滤器过滤，最后通过三个串联

的活性炭吸附柱（每柱内装活性炭3m，流速为5m/h）。

在生产调试和

运行中取得了良好的结果，出水可满足国家二级排放标准，表8列

出了生产调试结果，表9为验收时的检测结果。

在试验阶段未能对

硝基苯、苯胺、锌离子等指标进行检测，由表9可看出，该处理工

艺对上述污染物质同样具有很好的去除效果。

该项目已于1998年12月通过当地环保主管部门的验收。

表8生产调试结果

原水

一沉出水

二沉出水

PH

值

CODcr（

mg/L）

色

度

（

万

倍

PH

值

CODcr（

mg/L）

COD

cr

去

除

率

色

度

（

倍）

色

度

去

除

率

P

H

值

CODcr（

mg/L）

COD

cr

去

除

率

色

度

（

倍）

色

度

去

除

率

（%

）

（%

）

4.

18

438.5

10

0

7.

8

200

54

500

0

99.

9

7

.

8

180

58

90

100

4.

21

566.4

40

0

10

.5

210

62

700

0

99.

8

7

.

0

190

66

100

100

4.

72

595.9

50

8.

7

205

65

100

00

99.

7

7

.

9

170

71

90

100

4.

81

635.3

10

0

8.

0

189

70

480

100

8

.

5

180

72

80

100

表9验收水质监测结果

项目

原水

出水

分析方法

备注

色度（倍）

666

1

稀释倍数法

悬浮物

（mg/L）

260

＜50

重量法

7.74X-3.906t

CODcr（mg/L）

311

20

重铬酸钾法

挥发酚

（mg/L）

1.27

--

4-AAP萃取偶氮光度

法

检出限末

0.02

硝基苯

（mg/L）

2.9

0.3

还原—偶氮光度法

苯胺（mg/L）

22.6

--

萘乙二胺偶氮光度法

检出限末

0.03

锌离子

（mg/L）

53.9

--

原子吸收分光光度法

检出限末

0.05

PH值

4.15

7.72

玻璃电极法

3结论

　　①三种染料废水混合前分别进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质，但混合废水不宜久置。

　　②混凝沉淀中，以石灰及Xp为混凝剂，最佳反应条件为

pH=11.8，Xp投药量为2500mg/L。

沉淀池停留时间以5～6h为宜。

在流量为15L/h时，COD

Cr

总去除率可达60%，色度总去除率可达

77.5%。

　　③活性炭在处理染料废水的应用中效果良好。

试验得到的流速5m/h时的活性炭固定床穿透曲线为c=c0/[e+1]。

　　④试验表明二级混凝沉淀后再经过滤及活性炭吸附的工艺对染

料废水的处理是可行的。

此工艺经生产调试运行效果良好。

染色废水处理工程及工艺分析

1工程概况

1.1处理规模及水质

　　本文介绍的两项工程为青岛即墨针织有限公司和藤华染色有限

公司废水处理工程，前者规模3000m/d，后者规模2400m/d。

两家公司都生产纯棉针织品，主要污染物来源可分为两大类：

一类

是加工过程中使用的染整药剂及各种助剂，主要包括漂白剂、染料、

表面活性剂及酸、碱等，可生化性一般较差；另一类是在对织物纤

维进行处理的过程中，从纤维上脱除下来的物质，包括含氮化合物、

蜡状物质、天然色素等，其中多数是天然有机物，可生化性较好。

两家公司废水中主要污染物浓度及处理要求如表1所示。

表1废水水质

项目

原水水质

设计要求

实际出水

实际去除率

（%）

即

墨

公

司

PH值

8～11

6～9

7.1～8.3

BOD5（mg/

L）

250

40

＜20

＞92

COD（mg/L）

500

180

＜120

＞76

）

）

SS（mg/L）

400

100

＜30

＞92

色度（倍

200

80

＜80

＜60

藤

华

公

司

PH值

6～12

6～9

7～8

BOD5（mg/

L）

250

25

＜10

＞96

COD（mg/L）

600

100

＜40

＞93

SS（mg/L）

100

70

＜4

＞96

色度（倍

300

40

0～32

89～100

1.2废水处理工艺

1.2.1即墨公司废水处理

　　处理工艺流程如图1。

该公司在染整车间中便将浓、稀废水分

别收集并引入污水处理设施。

其中浓废水单独经混凝脱色，然后与

稀废水混合处理，这样有利于提高处理效率和降低处理费用，也符合清污分流的原则。

1.2.2藤华公司废水处理

　　处理工艺如图2。

漂白废水先进入漂白水贮池，池中进行预曝

气脱氯。

染色废水经集水池与漂白废水混合后提升至水力筛，革除

杂物和一部分织物纤维以后进行pH调节，然后经调节池入曝气池。

采用推流式延时曝气法。

由于废水中以染料为主的部分有机物生化

性较差，生物氧化过程中耗氧速度不快，所以曝气系统采用穿孔管

曝气。

曝气池出水经泵提升进入压力过滤罐，再入两座并联活性炭

吸附塔进行脱色。

饱和活性炭采用微波再生后重复使用。

生化单元排出的剩余污泥直接进行絮凝脱水。

3

1.3处理效果及成本

　　即墨和藤华公司两项工程分别经过3年和2年的实际运行，处

理效果如表1所示，出水分别达到GB4287-920Ⅱ级和级标准，水质

长期保持稳定。

含折旧费的单位处理成本分别为1.31、1.93元/m。

2工艺分析

　　本文通过两项较为成功的工程实例，阐明如何根据不同的处理

条件和处理要求选择合适的工艺，以保证处理设施具备相应的科学性和合理性。

　　染色废水处理的单元工艺可分为生化法和物化法两类。

生化法

一直占主导地位，然而近年来开发的许多新型染料由稳定的环状有

机物组成，可生化性差，所以生化方法一般脱色效果较差，比不上

物化法。

但在水质条件允许的情况下，应尽量采用生化法加物化脱色的工艺，以保证出水水质。

　　在国内，染色废水处理的生化法主要有表面加速曝气活性污泥

法和生物接触氧化法两种。

由于资金不充裕，发达国家普遍采用的延时曝气活性污泥法在国内应用很少。

　　鉴于染色废水的色度高、许多染料的可生化性较差，因此用物

化方法进行脱色较为合适。

我国应用最多的是投加混凝剂的方法，

泥水的分离多数用沉淀池，也有一部分采用气浮法。

同样因为费用

原因，我国很少采用吸附法作为脱色单元，这与吸附法脱色在发达

国家的普及和流行形成鲜明的对比。

吸附法尽管费用高，但运转可

靠，处理效果卓著。

为节约脱色费用，近年来，我国开发了多种新

型脱色混凝剂，即墨工程中采用的是北京环科院研制的Ⅰ号脱色混

凝剂。

基于即墨和藤华两套设施的经验，对生物接触氧化和延时曝

气两种生化主体工艺以及混凝沉淀和活性炭吸附两种脱色工艺进行对照比较。

2.1生物接触氧化法和延时曝气法

　　两种生化方法的比较见表2。

表中可见，当对出水水质要求不

高（例如执行GB4287-92Ⅱ级标准）时，可优先选择接触氧化法，以

节省资金。

当出水要求高且资金允许时，建议采用延时曝气法。

2.2混凝沉淀法和活性炭吸附法

　　两种物化脱色工艺的比较见表3。

其中混凝法管理方便，费用

较低，但效果不及吸附法。

而活性炭吸附水质优良，色度亦可降低

到零，且可靠性高，但费用也比较高。

当对出水色度有较高要求，尤其是要求水回用的场合，最好用吸附法。

表2　两种生化方法的工艺特点及费用比较

项目

接触氧化法

延时曝气法

工

艺

特

点

出水水质

良

优

流程

无污泥回流系统，较简单

有污泥回流系统

过程控制

没有污泥膨胀现象，易

控制不好有污泥膨胀

3

3

于控制

上浮现象

负荷

负荷高，污泥浓度高

低负荷，长停留时间

占地面积

曝气池容积相对较小，

但需设污泥浓缩池

曝气池容积较大

污泥产量及

处置

污泥产量较大，污泥需

进行浓缩，然后脱水

污泥产量小，絮凝泥

降性能相对好，不需

浓缩，可直接脱水

与后续脱色

流程的组合

可在二沉池前直接抽混

凝剂进行脱色，简单便

易行，节省费用

追求高效脱色时可用

吸附法

费

用

基建投资

（元/m）

500

688

直接处理成

本（元/m）

0.37

0.40

2.3工艺的组合

　　染色废水在可生化性方面因染整生产状况和条件的不同而有较

大差异，只要废水的BOD

5

/COD＞0.2，应尽量考虑用生化法作为去除

有机污染物的主要手段。

为了解决生化法脱色效果差的矛盾，通常

在生化法后辅以物化单元进行脱色。

两种生化单元和两种脱色单元

有四种组合方式，工艺上各有侧重，费用上也互不相同，其比较列于表4。

　　即墨和藤华公司两项工程分别采用了表4中的两种组合，这两

种组合是四种组合中较有代表性和相对合理的，其适用的场合也有

典型性。

即墨的工艺在对出水水质要求不高和资金紧缺时是很有价

值的，而藤华的工艺能达到对出水高标准的要求，只是费用较高。

两项工程的费用对比列于表5。

表3两种脱色单元工艺特点比较

项目

混凝法

活性炭吸附法

工

艺

特

点

处理效果和

出水水质

良，对混凝剂种类

依赖性较大

优，水质稳定，达标率

100%

基建特点

土建工程量大，设

备较少，占地面积大

设备较多，自动化程度

高，土建工程量小，占地面积小

废弃物产量

及出路

污泥量较大，脱水

过程复杂，难以找

到最终出路

废弃的炭可掺人燃煤中

烧掉

二次污染可

能性

化学污泥处置不当

容易造成二次污染

活性炭再生时产生少量

尾