活性炭深度处理印染废水的研究

山　东　化　工

ＳＨＡＮＤＯＮＧＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ　　　　　　　　　　　　２０１８年第４７卷

活性炭深度处理印染废水的研究

周　玲１，张燕南２，吴　昊１，张天瑞１

（１．浙江一清环保工程有限公司，浙江杭州　３１００１８；２．浙江省杭州中美华东制药股份有限公司，浙江杭州　３１００１１）

摘要：为了减排印染废水的ＣＯＤ，利用混凝剂和活性炭深度循环处理的工艺技术方案开展印染废水提标的小试研究。在工艺前端对污Ｃｒ

水进行混凝初步处理，后续进行活性炭吸附深度处理，并将沉淀进行循环利用。结果表明，使用ＰＡＣ作为絮凝剂，用量为１０００ｍｇ／Ｌ，粉末状活性炭作为吸附剂，用量为０．６ｇ／Ｌ，在ｐＨ值为８～９的条件下，吸附４０ｍｉｎ，循环处理结果达到要求。关键词：印染废水；循环处理；混凝；活性炭吸附中图分类号：Ｘ７０３．５　　　　文献标识码：Ａ　　　　文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０１８）０９－０１７２－０２

ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅＡｄｖａｎｃｅｄＴｒｅａｔｍｅｎｔｏｆＰｒｉｎｔｉｎｇａｎｄＤｙｅｉｎｇＷａｓｔｅＷａｔｅｒ

ｂｙＵｓｉｎｇＡｃｔｉｖａｔｅｄＣａｒｂｏｎ

１２１１

ＺｈｏｕＬｉｎｇ，ＺｈａｎｇＹａｎｎａｎ，ＷｕＨａｏ，ＺｈａｎｇＴｉａｎｒｕｉ

（１．ＨａｎｇｚｈｏｕＹｉｑｉｎｇＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｈａｎｇｚｈｏｕ　３１００１８，Ｃｈｉｎａ；

２．ＨａｎｇｚｈｏｕＥａｓｔＣｈｉｎａＰｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌｏｆＳｉｎｏ－ＡｍｅｒｉｃａｎＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｈａｎｇｚｈｏｕ　３１００１１，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅＣＯＤｆｐｒｉｎｔｉｎｇａｎｄｄｙｅｉｎｇｗａｓｔｅｗａｔｅｒ，ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｃａｒｒｙｏｕｔａｓｅｒｉｅｓｏｆｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｏｎｔｈｅＣｒｏ

ｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｐｒｉｎｔｉｎｇａｎｄｄｙｅｉｎｇｗａｓｔｅｗａｔｅｒｂｙｕｓｉｎｇｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎａｎｄａｃｔｉｖａｔｅｄｃａｒｂｏｎｔｏｍａｋｅｆｕｒｔｈｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔ．Ａｔｔｈｅｂｅｇｉｎｎｉｎｇｏｆｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｗａｓｔｅｗａｔｅｒｉｓｔｒｅａｔｅｄｂｙｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ，ｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙｔｈｅａｃｔｉｖａｔｅｄｃａｒｂｏｎａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ，ａｎｄｒｅｃｙｃｌｅｔｈｅｓｅｄｉｍｅｎｔ．Ｉｎｒｅｓｕｌｔ，ｔｈｅｐｕｌｖｅｒｏｕｓａｃｔｉｖａｔｅｄｃａｒｂｏｎｗａｓｃｈｏｓｅｎａｓｓｏｒｂｅｎｔａｎｄｔｈｅｄｏｓａｇｅｗａｓ１０００ｍｇ／Ｌ．ＴｈｅＰＡＣｗａｓｃｈｏｓｅｎａｓｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｄｏｓａｇｅｗａｓ０．６ｇ／Ｌ．Ｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆ４０ｍｉｎｏｆａｄｓｏｒｂｔｉｍｅａｎｄｏｆｔｈｅｐＨｗａｓ８～９，ｃｉｒｃｕｌａｒｐｒｏｃｅｓｓｗａｓｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｔｒｅａｔｉｎｇｐｒｉｎｔｉｎｇａｎｄｄｙｅｉｎｇｗａｓｔｅｗａｔｅｒ，ａｎｄｔｈｅｆｉｎａｌｅｆｆｅｃｔｒｅａｃｈｔｈｅｎａｔｉｏｎａｌｄｉｓｃｈａｒｇｅｓｔａｎｄａｒｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｒｉｎｔｉｎｇａｎｄｄｙｅｉｎｇｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｃｉｒｃｕｌａｒｐｒｏｃｅｓｓ；ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ；ａｃｔｉｖａｔｅｄｃａｒｂｏｎａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　　我国是印染大国，印染工业遍布全国。而印染业又是污水排放大户，每年产生大量的印染污水，造成环境的严重污染，是国家重点治理对象。印染废水具有染料种类多、成分复杂、水质变化大等特点，可生化性差，具有较多的悬浮物质，是难处理的工业废水。目前，常用的处理印染废水的方法有生化法、混

［１－４］

。较多凝法、化学氧化法、活性炭吸附以及反渗透等方法

的印染厂仅仅采用混凝沉淀进行处理，由于印染废水中含有较

ＯＤ无法达到国家的排放多的可溶性有机物，导致混凝后的ＣＣｒ

标准。本文采用混凝沉淀＋活性炭吸附＋污泥重复利用，在处理后出水达到符合排放要求的前提下，对污泥进行循环利用，降低成本。

目前，常用污水处理技术可将印染废水ＣＯＤ降至５００ｍｇ／Ｃｒ

Ｌ，为达到《纺织水整工业污染物排放标准》（ＧＢ４２８７－２０１２）的

ＯＤ００ｍｇ／Ｌ。间接排放标准标准，即Ｃ≤２Ｃｒ

入一定量的絮凝剂和活性炭，以６００ｒ／ｍｉｎ搅拌一定的时间，静

ＯＤ、ｐＨ值。ｐＨ值用ｐＨ计进行测量；置分层，取上清测量ＣＣｒ

ＣＯＤ的含量用重铬酸钾法测定。Ｃｒ

２　结果与讨论２．１　絮凝剂混凝作用效果

２．１．１　不同絮凝剂作用效果

往四组ｐＨ值为７．３，ＣＯＤ为４７９．７ｍｇ／Ｌ的１Ｌ原水中投Ｃｒ

加等量絮凝剂各１０００ｍｇ，考察氯化镁、ＰＡＣ、硫酸亚铁、ＰＦＳ和氯化铝五种絮凝剂对原水ＣＯＤ的去除率，结果见表１。Ｃｒ

表１　不同絮凝剂对印染废水ＣＯＤ影响Ｃｒ

絮凝剂氯化镁ＰＡＣ硫酸亚铁硫酸亚铁

ＣＯＤ／（ｍｇ／Ｌ）Ｃｒ

３４２．３２３３．８２６８．７２６８．７

ＣＯＤ去除率／％Ｃｒ

２８．６５１．３４４．０４４．０

１　材料与方法

１．１　实验水样

本研究中含印染废水取自浙江绍兴某印染企业污水站的生化处理系统出水，原水水质ｐＨ值为７．３，ＣＯＤ为４７９．９ｍｇ／ＣｒＬ。

１．２　实验试剂与材料

试验药剂为聚合氯化铝（ＰＡＣ）、氯化镁、硫酸亚铁、聚合氯化铁（ＰＦＣ）、氯化铝、氯化钙均为工业纯。试验仪器包括ｐＨ计，ＦＡ２００４型电子天平（常州科源电子仪器有限公司），ＣＪＪ７８－

上海君竺仪器制造有限公司），５Ｂ－３（Ｃ）型１磁力加热搅拌器（

ＣＯＤ快速测试仪（连华科技）。Ｃｒ

　　由表１得到，１Ｌ印染废水原水絮凝剂投加量为１０００ｍｇ

时，氯化镁、ＰＡＣ、硫酸亚铁和氯化铝对ＣＯＤ去除率分别为Ｃｒ２８．６％，５１．３％，４４．０％和３８．５％。ＰＡＣ对印染废水将ＣＯＤ的Ｃｒ效果较其他絮凝剂高。ＰＡＣ是含有羟基的聚合物，含有更多的高电荷，具有较强的吸附能力。在高浓度条件下，形成表面沉

５］

淀，使聚化铝转化为氢氧化铝，电中和作用转化为吸附作用［。２．１．２　投加量对ＣＯＤ去除率的影响Ｃｒ

往六组ｐＨ值为７．３，ＣＯＤ为４７９．７ｍｇ／Ｌ的１Ｌ原水中分Ｃｒ

别投加ＰＡＣ４００、６００、８００、１０００、１２００和１４００ｍｇ，取经过处理的

ＯＤ，结果见表２。上清液，测量ＣＣｒ

１．３　实验方法

取原水水样测定ＣＯＤ、ｐＨ值。在烧杯中加入１Ｌ原水，加Ｃｒ

　　收稿日期：２０１８－０３－１６

作者简介：周　玲（１９８９—），女，浙江杭州人，工艺工程师，主要从事废水处理工艺设计。

　第９期周　玲，等：活性炭深度处理印染废水的研究

表２　投加量对ＣＯＤ的影响Ｃｒ

·１７３·

投加量／ｍｇ

６００６００１０００１２００１４００

ＣＯＤ／（ｍｇ／Ｌ）Ｃｒ

３００．４３００．４２３８．２２３６２３４．５

ＣＯＤ去除率／％Ｃｒ

２８．７２８．７４６．２５０．３５０．８

．６ｇ，并加入质、柱状、果壳和粉末状这五种活性炭，加量均为０

１０００ｍｇ的ＰＡＣ，搅拌时间４０ｍｉｎ。取经过处理的上清液，测量ＣＯＤ，结果见表４。Ｃｒ

表４　活性炭种类对ＣＯＤ的影响Ｃｒ

活性炭种类

椰壳煤质柱状果壳粉末

ＣＯＤ／（ｍｇ／Ｌ）Ｃｒ

２０４．２２１１．９２０５．８２１７．１１５６．４

ＣＯＤ去除率／％Ｃｒ

５７．４５５．８５７．１５４．７６７．４

　　在进行投加量试验中，从４００ｍｇ／Ｌ到１０００ｍｇ／Ｌ，随着

ＰＡＣ投加量的增加，废水处理效果明显增加，ＣＯＤ的去除率从Ｃｒ２８．７％增大到５０．３％。当投加量超过１０００ｍｇ／Ｌ时，ＰＡＣ过饱和，颗粒表面有过多的聚合物分子，颗粒表面已经没有多余的吸附空间而失去架桥的作用，ＣＯＤ的去除效果已经不明显，说Ｃｒ

明这个时候絮凝剂的投加量已经过量。２．１．３　不同ｐＨ值对ＣＯＤ的影响Ｃｒ不同工艺产生的染料废水ｐＨ值不同，对于絮凝沉淀，可通过寻找最佳ｐＨ值达到最佳的絮凝效果，以减少絮凝剂的投放量，减少工艺成本。本实验采用ＮａＯＨ和ＨＳＯＨ２４调节废水ｐ值。分别投加等量１０００ｍｇ／Ｌ絮凝剂于水样中，测量ＣＯＤ，测Ｃｒ定结果见表３。

表３　ｐＨ值对ＣＯＤ的影响Ｃｒ

ｐＨ值６６８９１０

ＣＯＤ／（ｍｇ／Ｌ）Ｃｒ

２５８．７２５８．７２３４．２２３３．４２３５．６

ＣＯＤ去除率／％Ｃｒ

４６．１４６．１５１．２５１．３５０．９

　　从表４得到，粉末状活性炭ＣＯＤ的去除率为６７．４％，远高Ｃｒ

于椰壳、煤质、果壳和柱状的活性炭。粉末状活性炭的比表面积远高于另外四种活性炭，所以吸附能力更强，ＣＯＤ的去除效Ｃｒ果更好。２．２．２　活性炭不同作用时间

往五组ＣＯＤ为４７９．７ｍｇ／Ｌ的１Ｌ原水中投加粉末活性Ｃｒ

．６ｇ，并加入１０００ｍｇ的ＰＡＣ，搅拌时间分别为炭，加量均为０１０、２０、３０、４０和５０ｍｉｎ，静置分层。取上清液，测量ＣＯＤ，结果Ｃｒ见表５。

表５　反应时间对ＣＯＤ的影响Ｃｒ

反应时间／ｍｉｎ

１０２０３０４０５０

／（ｍｇ／Ｌ）ＣＯＤＣｒ

２０４．８１７７．１１６２．２１５７．４１５７．４

ＣＯＤ去除率／％Ｃｒ

５７．３６３．１６６．２６７．２６７．２

　　从表３得到，使用ＰＡＣ作为絮凝剂，ｐＨ值在８～９之间去

除ＣＯＤ的效果较好。ＰＡＣ在水解的过程中会释放出Ｈ＋，所Ｃｒ

Ｈ以在碱性的条件下，絮凝反应速率远快于酸性条件。随着ｐ

值的增加，ＣＯＤ的去除效果逐渐增强，沉淀速率也不断加快。Ｃｒ当ｐＨ值超过最佳值，沉淀速率没有较大变化，ＣＯＤ的去除率Ｃｒ有所下降。

　　从表５得到，在反应时间为４０ｍｉｎ之前，原水的ＣＯＤ一直Ｃｒ在降低，搅拌超过４０ｍｉｎ，ＣＯＤ没有变化。说明此时，粉末状活Ｃｒ

０ｍｉｎ。性炭达到了吸附平衡，因此最佳的反应时间为４

２．３　沉淀重复利用

在印染废水处理过程中，除了要考虑出水ＣＯＤ情况，还要Ｃｒ

考虑成本问题。本实验将考察污泥的重复利用情况。取一个

两升烧杯，加入１Ｌ原水，ＰＡＣ１０００ｍｇ和０．３ｇ粉末活性炭，在

ａＯＨ调节ｐＨ值至９，搅拌４０ｍｉｎ，静置分层，倒出上清，并取用Ｎ

上清测量ＣＯＤ。继续往沉淀中倒入１Ｌ原水，搅拌４０ｍｉｎ，静Ｃｒ置分层，倒出上清，并取上清测量ＣＯＤ。其余四组实验操作同Ｃｒ上，得到结果如图１所示。

２．２　活性炭吸附效果

活性炭是最早应用也是最优良的吸附剂，其表面的多孔结

构和巨大的比表面积，使活性炭具有很强的吸附作用，对印染废水中的有机物有很好的吸附效果。所以使用活性炭吸附技

６－７］

。术是对城市污水和工业废水深入处理重要的技术［

２．２．１　不同活性炭吸附对ＣＯＤ的吸附效果Ｃｒ

往五组ＣＯＤ为４７９．７ｍｇ／Ｌ的１Ｌ原水中分别投加椰壳、煤Ｃｒ

图１　反应时间对ＣＯＤ的影响Ｃｒ

（下转第１７６页）

·１７６·

山　东　化　工

ＳＨＡＮＤＯＮＧＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ　　　　　　　　　　　　２０１８年第４７卷表１　净化区安全阀参数

序号１２３４５

数量１４１５１

形式弹簧式弹簧式弹簧式弹簧式弹簧式

安装容器名称辅助贮氨器油分器螺杆冰机进口氨冷器顶部分离器顶部

容器内介质

氨氨氨氨氨

设定压力／ＭＰａＧ

１．８１．８０．４５２０．５５

安全阀最大泄放量／（ｋｇ／ｈ）

１８３５１８３５９６６７８３３５２３９００

　　通过表１可得：螺杆机进口和分离器顶部安全阀设定压力

都较低，但分离器顶部安全阀泄放量远远超过螺杆冰机出口安全的泄放量，导致分离器顶部安全阀动背压较高，由于安全阀形式为弹簧式，因此需考虑动背压对安全阀影响，保证动背压

［４］

不大于设定压力的１０％。综上，设计氨尾气吸收系统时应以分离器顶部安全阀泄放量和设定压力为基准，保证吸收系能够吸收２３９００ｋｇ／ｈ的氨气且动背压不大于该安全阀设定压力的１０％。本文将安全阀泄放时间统一定为１５ｍｉｎ以定量分析各方法优缺点。

由于第二种方法需增加浮顶式罐，如果泄放气量较大，可能会造成罐不稳定，并且新增了两台开关阀一台调节阀及两台流量测量表，第二种方法设计出的氨尾气吸收系统可靠性较低。

４　结论

本文提出了设计氨尾气吸收系统的两种方法，第一种方法采用单塔单罐，操作简单，可靠性较强；第二种方法采用单塔两罐，相对于第一种方法，操作费用较低，设备投资费用较低，但可靠性低于第一种方法。在第二种方法中，通过将吸收剂排出氨尾气吸收系统外从而带走氨吸收过程中产生的热量以减小放热对氨吸收的影响，此种方式会造成吸收剂的流失。后期在如何通过引入换热器从而避免吸收剂流失的前提下带走多余的热量方面可展开研究。

３．２　方案结果

采用第一种方法单塔单罐设计时计算结果如表２。

表２　方法一方案结果

氨吸收剂

（ｔ／ｈ）循环量／

７００

氨吸收剂

３

储罐体积／ｍ

塔径／ｍ３

填料高度／ｍ

４

参考文献

［１］向素平，孙明烨，周义超，等．城镇燃气调压器后安全阀的选

型计算［Ｊ］．煤气与热力，２０１５，３５（２）：８－１２．［２］江文敏，方梦祥，项群扬，等．基于Ｒａｔｅ＿ｂａｓｅｄ模型的氨水脱

碳吸收过程模拟［Ｊ］．能源工程，２０１０（６）：１－６．［３］夏　清，陈常贵，姚平英．化工原理（下册）［Ｍ］．天津：天津

大学出版社，２０１０：１９０－１９２．［４］胡元刚．大型氨厂驰放气中氨的回收［Ｊ］．化工环保，１９９２

（１２）：３４０－３４６．（本文文献格式：高　源，倪福鑫，闫玲玲．合成氨工业氨尾气处

Ｊ］．山东化工，２０１８，４７（９）：１７４－１７６．）理方法研究［

９０

　　采用第二种方法单塔单罐设计时计算结果如表３。

表３　方法二方案结果

氨吸收剂

（ｔ／ｈ）循环量／

１８０

氨吸收剂

３

ｍ储罐体积／

塔径／ｍ２

填料高度／ｍ

４

７０

　　通过表２和表３，可得：第二种方法相对于第一种方法循环

水量减小了７４％，氨吸收剂储罐体积减小了２２％，塔径减小了３３％，说明第二种方法设计出的氨尾气吸收系统操作费电较低、设备投资费用较低。（上接第１７３页）

从上述的实验数据中得到，当加入的ＰＡＣ１０００ｍｇ和０．６ｇ粉末活性炭，调节ｐＨ值为９，搅拌４０ｍｉｎ所获得的沉淀进行再循环处理同等量的原水，得到的出水ＣＯＤ为１９９．８ｍｇ／Ｌ，符合Ｃｒ

排放标准。说明该条件下首处理得到的污泥可用于再循环，并能有效的降低印染废水出水ＣＯＤ，达到排放标准，并且大大的Ｃｒ降低了水处理成本。

檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲出水ＣＯＤ达到排水要求，还大大降低了运行成本。Ｃｒ

参考文献

［１］凌　芳，李光明．染料废水的治理现状及展望［Ｊ］．江苏环

境科技，２００６，１９（Ｓ２）：９８－１０１．［２］景晓辉，尤克非，丁欣宇，等．染料废水处理技术的研究与

进望［Ｊ］．南通大学学报，２００５，４（３）：１８－２２．［３］高振伟，周　易，陈永娟．染料废水的光催化氧化研究现

状及其进展［Ｊ］．工业安全与环保，２００８，３４（６）：１０－１２．［４］汤　茜，迟　赫，杨春维．混凝沉淀－ＡＢＲ法处理山梨

酸废水的试验研究［Ｊ］．辽宁化工，２０１２，４１（１２）：１２６６－１２６９．［５］董申伟．无机高分子聚合铝混凝剂的研制及其在水处理中

的应用研究［Ｄ］．广州：华南大学，２００６．［６］马　峥，张振良．活性炭对水中有机物去除的研究［Ｊ］．环

１９９９（５）：４１－４４．境保护，

［７］全贵蝉，吴天宝．活性炭吸附用于城市污水地下回灌深度

处理技术研究［Ｊ］．给水排水，１９９９，２５（１０）：１６－１９．（本文文献格式：周　玲，张燕南，吴　昊，等．活性炭深度处理印染废水的研究［Ｊ］．山东化工，２０１８，４７（９）：１７２－１７３，１７６．）

３　结论

（１）以氯化镁、ＰＡＣ、硫酸亚铁和氯化铝作为絮凝剂，在相

同加量的条件下，ＰＡＣ的效果最佳，ＣＯＤ的去除率最优。随着ＣｒＰＡＣ投加量的增加，ＰＡＣ对于ＣＯＤ的去除效果不断增强，当投Ｃｒ加量为１０００ｍｇ／Ｌ时，ＣＯＤ的去除率最高。ＰＡＣ最佳的絮凝ＣｒｐＨ值为８～９。

（２）以椰壳、煤质、柱状、果壳和粉末状活性炭做为吸附剂，在相同加量的条件下，粉末状活性炭的ＣＯＤ去除率最高。随Ｃｒ

ＣＯＤ不断降低，当吸附时间为４０ｍｉｎ，活性着吸附时间的延长，Ｃｒ

炭吸附达到平衡，ＣＯＤ的值维持在一个稳定值。Ｃｒ

（３）实验以ＰＡＣ作为絮凝剂，ｐＨ值为８～９，粉末状活性炭

０ｍｉｎ，将首处理所得的污泥在循环利作为吸附剂，吸附时间为４

用净化等量的原水，发现当粉末状活性炭的加量为０．６ｇ时，再次处理所得到的出水ＣＯＤ能符合排放的要求。不仅使最终的Ｃｒ